CN1214016C - 三聚氰胺的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在高压反应器中通过脲高温分解而生产三聚氰胺的方法，所述反应器具有竖直中心管，在中心管中，三聚氰胺由下部向上流入反应器，并在反应器的下部与从下部引入反应器中的脲熔体和选择性加入的NH3混合，由中心管的上部从中心管中冒出，一部分三聚氰胺向下流经中心管与反应器壁间的环形空间，其余部分被排出进行进一步处理，从反应器的顶部排出废气，本发明还提供了实施该方法的反应器。
Description
本发明涉及一种使脲进行高温分解而生产三聚氰胺的方法和装置。
在生产三聚氰胺的高压法中，通过吸热液相反应使脲反应而得到三聚氰胺。根据反应器中的压力和温度条件不同，液体三聚氰胺还包含不同数量的溶解NH3和CO2，缩合副产物和未反应的脲。将所获得的三聚氰胺固化，例如通过水或氨冷却，通过升华并随后凝华，或者通过在特定条件下释放压力。
所采用的反应器通常是釜式反应器，其具有中心管和围绕在中心管外的加热元件，加热元件为反应提供了必要的热量。这些加热元件为与中心管平行设置的管束，盐熔体在其中循环。脲和NH3从反应器的底部引入，涌向位于中心管下面的分布板，并在管束间的自由空间中反应，此中已经装有三聚氰胺，随着分解反应的进行和气体的释放，生成新的三聚氰胺。在WO99/00374中，图示描述了这种反应器，还指示了熔体的流动方向，来自中心管外的反应混合物从管束间向上流动，从而分离成为废气和液体三聚氰胺。废气从反应器的顶部除去，一部分三聚氰胺熔体经溢流从反应器中排出，另一部分三聚氰胺熔体在中心管内借助重力向下流动。
但是，这种以前采用的反应器存在一些缺点，管束腐蚀相当迅速，特别是在脲的投料量相对较高的情形下，因此必须频繁地进行更换。
出人意料地，现已发现，如果使脲与三聚氰胺的混合和脲的分解不在外部进行而是在中心管内进行，可显著地降低盐熔体对管束的腐蚀速度。与最初在WO99/00374中指示三聚氰胺熔体的流动方向的假定不同，而且还发现，在按照本发明的设置中三聚氰胺熔体的流动方向恰恰相反，事实上，熔体在中心管内向上流动，而在中心管外向下流动。吸热反应所需的热量由沿安装在中心管外的加热管向下流动的熔体提供，从而在反应器的下端的温度比上端高大约3-30℃，优选5-15℃。与WO99/00374的设置相比，在反应器上部通过溢流排出的三聚氰胺熔体，比下部的熔体温度低，这是另一个优点，因为在后续处理阶段三聚氰胺熔体无需更多地冷却，在低温下熔体的平衡位置向三聚氰胺方向移动，从而形成更少的副产物。
因此，本发明涉及一种在高压反应器中通过脲高温分解而生产三聚氰胺的方法，所述反应器具有竖直的中心管，能够形成三聚氰胺熔体，其特征在于，
-在反应器中循环的三聚氰胺熔体在反应器的下部区域与从下部引入反应器中的脲熔体和选择性加入的NH3混合，
-所形成的基本上由三聚氰胺、NH3、CO2和选择性存在的反应中间体组成的反应混合物由中心管的下面向上流动，
-形成的反应混合物经过中心管从中心管的上部冒出，
-在中心管上面的反应器顶部进行三聚氰胺与废气的分离，
-一部分在顶部冒出的来自中心管的三聚氰胺向下流经中心管与反应器壁间的环形空间，其余部分被排出进行进一步处理，
-从反应器的顶部排出废气。
为实施本发明的方法，脲从下部引入三聚氰胺反应器，采用的脲优选为来自脲洗涤器的被氨饱和的脲熔体，其温度大约为135-250℃。NH3可选择性地与脲一起引入反应器，选择性地加至三聚氰胺反应器中的NH3与加入的脲的摩尔比大约为0-10，优选大约0-5，更优选0-2。三聚氰胺反应器中的压力取决于所选择的温度范围，通常大约为5×106-35×106帕(50-350巴)，优选大约8×106-25×106帕(80-250巴)。
三聚氰胺反应器中的温度取决于所选择的压力范围，通常大约为320-450℃，优选约320-400℃，更优选约330-380℃。
三聚氰胺反应器是一种具有竖直中心管的釜式反应器。由下面加入中心管的脲熔体和选择性加入的NH3优选流向安装于中心管的下部的分布板，然后进一步经过分布板的开口或喷嘴或设置于停留装置中的开口或喷嘴，例如在脲和NH3的进料管上用于连接分布板的停留板，通过中心管方向上的分布板。即，在中心管的方向上给分布板提供了一个或多个开口以使脲熔体与选择性加入的NH3通过。在中心管中的反应物与在反应器中循环的三聚氰胺熔体以及从下部流入中心管的三聚氰胺熔体混合。
冷脲熔体与热的循环的三聚氰胺熔体在中心管中的充分混合，对反应物进行加热，在整个反应器中脲高温分解得到三聚氰胺和废气，废气的主要组成为NH3和CO2。由于形成三聚氰胺是吸热反应，在反应器中循环的三聚氰胺的量必须很大，这样即便在反应物混合过程和脲的高温分解过程中三聚氰胺温度会下降，也不会存在三聚氰胺固化的危险。
可以通过控制脲的投料量、盐熔体的温度以及在双夹套管中盐熔体的循环方向来确立反应器中所希望的温度分布。
此外，可以在反应器的底部或在中心管中设置装配板、分布板或导流板等，这可以适当缓和往返于环形空间流与中心管之间的三聚氰胺熔体的流动，更好地分布熔体流和使得中心管中的气泡尺寸比较适中，也可更好地分离反应器顶部的从中心管冒出的三聚氰胺熔体与废气。
在反应器的上部，进行废气与液体三聚氰胺的分离。三聚氰胺熔体可在中心管的上端冒出，也可以通过中心管的侧面开口进入中心管与反应器内壁间的环形空间。
部分三聚氰胺向下流入环形空间，其余的三聚氰胺熔体从反应器中经溢流排出以进一步加工。废气连续从反应器顶部除去，优选在脲洗涤器方向上。有利地，在废气与液体三聚氰胺间的分离区域中，设置挡板或栅板作为静置区，用于改善分离作用。
在中心管与反应器壁间的环形区域通常装有竖直加热管，这些加热管被用来向反应器供应吸热反应所需的热量。由于具有更高的密度，部分三聚氰胺熔体由中心管溢流向下流入环形空间，再次在中心管区域的下部中与引入的脲混合，这导致反应器中的内部循环。
其余的三聚氰胺不断地在反应器顶部经溢流排除，并以任何所需的方式进行加工及固化。例如，可在略高于取决于压力的熔点温度下，释放用氨气饱和的三聚氰胺的压力实施、在流化床中固化或通过用水、用液体或气体氨冷却，或通过升华和随后的从气相中凝华。
本发明的另一个目的是一种通过脲高温分解而生产三聚氰胺的反应器，该反应器由以下部件组成：竖直的反应器体，其具有中心管，在反应器下部的脲熔体和选择性加入的NH3的进料管，在反应器上部设置的排出形成的三聚氰胺及基本由NH3和CO2组成的废气的排放管，加热部件和测量与控制部件，特别是温度、压力、流量和熔体高度的测量和控制部件，其特征在于，用于供应脲熔体和选择性加入的NH3的一个或多个进料管的出口开口设置在中心管内部。
在中心管的下部，优选安装用于分布加入的脲和选择性加入的NH3的分布板。分布板可设置成平板，或者为了更好地分布向上流动的脲流及同样向上流动的三聚氰胺流，分布板可设置成任何一种所需的几何形状，例如，金字塔形，半碟形或优选锥形。
特别优选使分布板3与用于脲熔体及选择性加入的NH3的进料管的出口开口间的间隙尽可能小，例如，3-13mm截面或开口或喷嘴的环间隙可设置于保留装置中，例如，在所述保留装置中使分布板与脲及选择性加入的NH3的进料管相连的保留板。开口或喷嘴可具有任一种所需的几何形状，例如，为圆形，环形或环隙形。开口或喷嘴的尺寸应使在开口或喷嘴处的冒出速度为0.2-10米/秒，优选1-5米/秒，更优选0.5-1米/秒，因此，三聚氰胺中的反应物是微细分散的。通过这种设置，可实现脲和选择性加入的NH3更高的冒出率，这使得反应物与向外流出的三聚氰胺熔体可更好，更充分甚至更均匀地混合。在由进料管冒出后，脲物流优选沿中心管的方向转移，从而其与三聚氰胺以相同的流动方向流动。
在反应器中循环的三聚氰胺熔体由反应器壁与中心管间的环形空间流进与脲熔体及选择性加入的NH3的混合区是可能的，例如，可通过在中心管的下部区域中的侧开口实现。
一种可能的反应器的实施方案如图1所示，所述反应器在中心管中具有平面分布板。图2包含优选的锥形分布板实施方案并采用流动导板。图3的上图示意通过喷嘴向中心管内部引入脲熔体；下图为截面图。图4显示了在截面的环隙引入脲。
图1-4显示了：1三聚氰胺反应器，2中心管，3分布板，4加热管，5环形空间，6流动导板，7供应的脲熔体，8NH3气体，9废气，10用于进一步加工的三聚氰胺熔体，11装配板，12挡板，13喷嘴或环隙。
反应器由耐腐蚀材料构成，或者用耐腐蚀材料作为内衬，如钛。
在反应器底部，在中心管和/或反应器顶部的分离区中可设置装配板、分布板、导流板等，使得三聚氰胺熔体从环形空间转入中心管的流动能够进行得比较缓和，使脲与三聚氰胺熔体能够更好地混合，中心管内和从中心管中冒出的气泡尺寸比较适中，在反应器顶部的三聚氰胺熔体与废气能够更好地分离。
向反应提供必需热量的竖直加热管4优选为双夹套管，盐熔体在其中循环。在这里，盐熔体的供应可经内管截面进行，而排出经外管夹套完成，或者以相反的流动方向操作。
由于在中心管中反应物的混合和反应，它们的腐蚀作用得到降低。例如，在本发明的三聚氰胺反应器中，如图1所示，在容量为2.5吨三聚氰胺/h下，那些排列靠近中心管2的加热管4的管壁厚度的降低为0.1毫米/年。与此相比较，采用同样高容量但反应物在中心管2外面混合的管壁厚度减少量高达约0.9毫米/年。
在反应器中循环的三聚氰胺熔体被用作引入反应器中的脲熔体的传热介质。在此，随着沿中心管纵向进行的脲高温分解反应，就形成了一个自下而上逐步降低的温度梯度，即在自反应器的三聚氰胺溢流附近，温度低于反应器底部。因此本方法制得的三聚氰胺出口温度低于大多数其它三聚氰胺制备方法，其优选为330-380℃，更优选340-370℃。流动方向相反的独特优点是，合成反应器的三聚氰胺熔体的低出口温度，这便可以在比目前公知的方法更低的温度下操作。三聚氰胺熔体合成反应器在上部起到了预冷凝器的作用。因此，由废气中分离出来的预冷凝的三聚氰胺熔体从一开始就为下一加工步骤提供了低副产物含量的三聚氰胺熔体。
而且，与具有相反三聚氰胺熔体循环方向的两相流相反，清洁液体流使盐熔体管间的环形空间中的压力损失降低，从而实现了反应器中循环量的增加。从而改善了由盐熔体至三聚氰胺熔体的换热。
此外，借助于中心管中的装配板，有可能影响流动和气泡尺寸和流出的反应混合的分布，由此，可实现传质和传热的进一步改善。
Claims (13)
1.一种在高压反应器中通过脲高温分解而生产三聚氰胺的方法，所述反应器具有竖直的中心管，能够形成三聚氰胺熔体，其特征在于，
-在反应器中循环的三聚氰胺熔体在反应器的中心管的下部区域与从下部引入反应器中的脲熔体和选择性加入的NH3混合，
-所形成的基本上由三聚氰胺、NH3、CO2和选择性存在的反应中间体组成的反应混合物由中心管的下面向上流动，
-形成的反应混合物经过中心管从中心管的上部冒出，
-在中心管上面的反应器顶部进行三聚氰胺与废气的分离，
-一部分在顶部从中心管冒出的三聚氰胺向下流入中心管与反应器壁间的环形空间，其余部分被排出进行进一步处理，
-从反应器的顶部连续排出废气。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，脲熔体和选择性加入的NH3从下部加入中心管。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在中心管上端的三聚氰胺熔体的温度低于其在下端的温度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，加入中心管中的脲熔体和选择性加入的NH3流向在中心管下部的分布板。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在反应器中循环的三聚氰胺熔体经设置于中心管下部的侧面开口进入中心管，并且，在中心管内向上流及在中心管与反应器壁间的环形空间内向下流。
6.一种通过脲高温分解而生产三聚氰胺的反应器，该反应器由以下部件组成：一个具有中心管的竖直反应器体，所述中心管置于所述反应器体的中央，反应器下部的脲熔体和选择性加入的NH3的进料管，在反应器上部设置的排出形成的三聚氰胺及基本由NH3和CO2组成的废气的排放管，加热部件和任选存在的测量与控制部件，所述的加热部件包括设置在中心管与反应器外壁之间的环形区域的竖直的加热管，其特征在于，用于供应脲熔体和选择性加入的NH3的一个或多个进料管的出口开口设置在中心管下部并在中心管内部。
7.根据权利要求6的反应器，其中所述的测量与控制部件是温度、压力、流量和熔体高度的测量和控制部件。
8.根据权利要求6的反应器，其特征在于，分布板安装于中心管的下部，在脲熔体和选择性加入的NH3的进料管的上方。
9.根据权利要求8的反应器，其特征在于，在中心管的方向上给分布板提供了一个或多个开口以使脲熔体与选择性加入的NH3通过。
10.根据权利要求8的反应器，其特征在于，分布板为平板形、锥形、金字塔形或半碟形。
11.根据权利要求6的反应器，其特征在于，用于适当缓和物流和气泡的粉碎以及用于改善混合的装配板设置在中心管中。
12.根据权利要求6的反应器，其特征在于，在反应器的顶部，在分离区中中心管上方设置挡板，挡板上方为静置区。
13.根据权利要求6的反应器，其特征在于，中心管在其下部和/或上部具有侧面开口。
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