TWI221472B - Process for the preparation of melamine - Google Patents

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1221472 Α7 Η7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關一種經由高壓程序用脲製備三聚氰胺的 方法，其中係將離開反應器的三聚氰胺熔融體轉移到一容 器內，於其中利用氨將該三聚氰胺熔體冷卻。 彼等方法載於，與其它一起者，U S - A -4 5 6 5 8 6 7之中，其述及一種用脲製備三聚氰胺的高 壓方法。特別者該US— A — 4 5 6 5 8 6 7述及將脲置 於一反應器內，於10 · 3至17 · 8MPa的壓力與 3 5 4至4 2 7 °C的溫度下焦解製備一反應產物。此反應 產物含有液體三聚氰胺，C 0 2與N Η 3，且以混合物流形 式在壓力下轉移到一分離器。於該通常保持在與該反應器 相同的壓力與溫度下之分離器內，該反應產物經分離成一 氣體流與一液體流。該氣體流含有C〇2與Ν Η 3廢氣及三 聚氰胺蒸氣。該液體流實質地包括液體三聚氰胺。該氣態 產物係經轉移到一滌氣單元，而該液體三聚氰胺係經轉移 到一產物冷卻器。於該滌氣單元中，將含有三聚氰胺蒸氣 的C 〇2和1^；«3廢氣以與該反應器壓力實質相同的壓力用 熔融脲予以滌氣以將該脲預熱且將該等廢氣冷卻並從該廢 氣中取出所含的三聚氰胺。該經預熱，含有該三聚氰胺的 熔融脲即給到反應器內。於該產物冷卻器內，係利用一液 態冷卻介質將該液體三聚氰胺減壓以在沒有洗滌或進一步 純化之下產生固體三聚氰胺產物。於U S —八一 4 5 6 5 8 6 7中，較佳者係利用液氨作爲液體冷卻介質 〇 此方法的一項缺點在於在工業規模製造裝置內，所得 (邻先閱讀背而之注念事項办頊寫本rjc.)

1221472 經滴部中央標導局Μ工消费合η社印私 A7 Η 7 五、發明説明（3 ) 聚氰胺的形成，其內會含有不同水平的雜質而限制可能獲 得之三聚氰胺產物所具純度與一致性。 本案申請人進一步發現有需要減少液氨與冷卻容器壁 之間的任何接觸。當液氨噴霧到達冷卻容器壁之前未完全 蒸發掉時，液氨本身可能促成含有不同水平的雜質而限制 可能獲得的三聚氰胺產物所具純度和一致性之三聚氰胺塊 的形成。 爲了減少液氨到達冷卻容器壁的可能性，本發明方法 係將液氨以足以促成氨與三聚氰胺噴霧朝冷卻容器中心快 速且充分地混合之速度呈小液滴形式噴到該三聚氰胺熔融 體噴霧內。氨液滴的小尺寸也增加三聚氰胺經由氨蒸發所 冷卻之速率。爲了獲得本發明方法所提供的快速冷卻效益 ，氨噴霧必須位於靠近三聚氰胺進入冷卻容器的入口之處 ，其噴佈方向，速度與量要選擇到可達到氨與三聚氰胺噴 霧的充分且快速之混合以達到三聚氰胺的快速固化與冷卻 而不會在冷卻容器壁上沈積三聚氰胺塊。爲了達到本發明 方法將三聚氰胺與氨噴霧混合，要了解者，氨噴嘴與三聚 氰胺入口要槪括地在冷卻容器內彼此相當靠近地配置著。 將氨噴嘴與三聚氰胺入口靠近配置的這種需求不反映 於現有三聚氰胺製造技藝狀態中常用的冷卻設備內。在實 施現有方法以冷卻三聚氰胺漿液或熔融體中，冷卻用或乾 燥用介質給入冷卻容器內的本質，位置與速率都不具關鍵 性，促使彼等方法在具有廣範圍物理構型的容器內操作。 不過，於實施本發明方法中，對於成功的操作而言， 本紙张尺度適用中國國家彳隼（CNS ) ( 21〇乂297.公私） 6 (誚尤閱讀背而之注&矽項办填寫本石)

1221472 A7 _________ Η 7 五、發明説明u ) 氰胺入口與氨噴嘴之間的距離即變得具有重要性。於實作 中，較佳者此距離係小於2米，且更佳者，小於1 · 5米 ，其可在合理的氨給入條件下促成令人滿意的操作。在三 聚氰胺入口與氨噴嘴之間的更大分離會促成三聚氰胺的冷 卻之不合意延遲，需要更極端的氨給入條件，或兩者。 在實施本發明之中，液氨噴霧與三聚氰胺熔體噴霧以 足以產生氨與三聚氰胺小液滴的快速且充分地混合之速度 ，比例，與方向相組合。爲了得到彼等混合，較佳者該液 氨的速度爲至少6米/秒。此速度（單位米/秒）係經由 將液體體積流速（單位立方米秒）除以噴嘴中的供流動 的最小橫斷面面積（單位平方米）而定出者。類似地，該 三聚氰胺最好也以高速度噴佈。 經滴部中央標^M工消费合忭社印於

(¾先間讀背而之注念事項"填寫本K .4 雖然氨噴嘴可經構造成以廣多方向噴佈液氨.較佳者 該噴嘴係經定向以將氨液滴直接噴到三聚氰胺液滴霧中， 將氨噴嘴的中心軸配置成與三聚氰胺噴嘴的中心軸互相交 截。爲了使氨噴霧必須行進以到達三聚氰胺熔體噴霧所經 距離減至最短，較佳者爲將氨噴嘴定向得使彼等的中心軸 大約垂直於三聚氰胺熔體噴嘴所具中心軸。沿著氨噴嘴的 中心軸測量到其與三聚氰胺熔體噴嘴所具中心軸的交截點 之距離，此種構型可將氨噴佈距離調定到等於該兩噴嘴之 間的間距，其較佳者爲小於2米。要了解者，氨噴嘴也可 以定向成造成小於9 0度的交截角以產生較長的氨噴佈距 離，不過仍爲較佳地要小於5米，只要其它條件係經選擇 得可確得氨噴霧與三聚氰胺熔體噴霧之間所需的迅速充分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4圯枯（210X 297.»# ) 經滴部中央抒贫為^:工消费合竹^卬鉍 1221472 ______ 111 五、發明説明（6 ) 佈及在3 OKP a與6 OKP a之間的通過噴嘴之壓力降 。經發現適合此目的之一類型噴嘴爲得自Spraying Systems Company, Wheaton, Illinois，之 SK Spray Dry R 噴嘴。 於冷卻過程中，來自三聚氰胺熔體噴霧的小液滴會經 由該三聚氰胺熔體噴霧與液氨小液滴噴霧接觸而被冷卻且 固化成三聚氰胺粉末。所用液氨體積可能超過三聚氰胺熔 體固化所需者以提供該固體三聚氰胺的額外冷卻。爲了使 所製三聚氰胺的純度與一致性達到最大，較佳者其冷卻時 間（氨噴霧長度（如上文所測量者）除了液氨進料與三聚 氰胺熔體進料的速度和）要小於0 . 0 4秒，且最佳者小 於0 · 0 2秒。 本發明方法的優點在於可在商業規模上得到純度大於 重量％及固定水平的幾種常見雜質，亦即具有固 定產物品質之三聚氰胺粉末。純度水平與雜質一致性使得 該三聚氰胺足供幾乎所有的三聚氰胺應用所用。 於三聚氰胺旳製備中，較佳者爲使用熔體形式的脲作 爲起始物。N Η 3和C〇2爲三聚氰胺製備中所得副產物， 該製備係根據下列反應方程式進行的： 6 CO(NH2)2-^ C3N6H6 + 6 NH3 + 3 CO2 該製備可在沒有觸媒之下，於高壓下，較佳者7至 25MP a之間，進行。反應溫度係在3 2 5與4 5 0°C 之間且較佳者在3 7 0與4 4 0 °C之間變異。N Η 3和

^紙張尺度適用中國國家樣隼（CNS )八雅乙格(210χ297Α^Ί TgT (对先閱讀背而之注念事項再填寫本.¾ )

1221472 -10· A7 Η 7 五、發明説明（7 ) C〇2副產物通常會回流到一鄰接的脲工廠。 上述本發明目的係在適合用脲製備三聚氰胺的工廠內 達到。適合本發明的工廠可包括一滌氣單元，一反應器與 氣體/液體分離器組合或與分開的氣體/液體分離器組合 ，視需要的一後一反應器，及一冷卻及/或膨脹容器。 於本發明方法一實施例中，係在一包括一滌氣單元， 一三聚氰胺反應器，視需要與一氣體/液體分離器組合或 與一分開的氣體/液體分離器組合，視需要的一後一反應 器，及冷卻容器之工廠中從脲製備三聚氰胺。來自脲工廠 的脲熔體係在7至2 5 Μ P a ，較佳者8至2 Ο Μ P a的 壓力，及高於脲所具熔體的溫度，較佳者1 7 0 — 2 7 0 °C之間，給到滌氣單元。此滌氣單元可加裝一套管 以提供在該滌氣器內的額外冷卻。該滌氣單元也可以裝設 內部冷卻體。於該滌氣單元中，該液體脲會與來自三聚氰 胺反應器或來自安裝在反應器下游的分開之氣體/液體分 離器或來自後一反應器之反應氣體接觸。於分開的氣體/ 液體分離器之情況中，其壓力與溫度可能不同於三聚氰胺 反應器內的溫度與壓力。該反應氣體實質地包括C 〇2與 NH3且也含有一量的三聚氰胺蒸氣。該熔融脲從廢氣中洗 出三聚氰胺蒸氣且將此三聚氰胺載送回到反應器。於滌氣 過程中，廢氣會從反應器溫度，亦即從3 7 0 - 4 4 0 °C ，冷卻到1 7 0 - 2 7 0 °C，而該脲則被加熱到1 7 0 -2 7 Ot。廢氣係從滌氣單元的頂端取出且，例如，送回 到脲工廠用爲起始物以製備脤素。 本紙·張尺度適用中國國家樣享（CNS ) /\4化格（210 X 2W :> # ) (却1閱-^背而之注*#>項呼瑣巧本頁)

經潢部中央標涑局只工消费合竹社印袈 1221472 A7 _______ Η 7 五、發明説明（8 ) 經預熱的脲係從滌氣單元與洗出的三聚氰胺一起抽出 並給到，例如，經由高壓泵，具有7至2 5 Μ P a ，且較 佳者8至2 OMP a ，的壓力之反應器。也可以使用重力 ’將滌氣單元放置在反應器上方而將脲熔體轉移到三聚氰 胺反應器。 於反應器內，熔融脲係經加熱到3 2 5至4 5 0 t：， 較佳者約3 7 0至4 4 0 °C的溫度，及處於上述壓力下， 於此等條件下，脲即轉化成三聚氰胺，C〇2與N Η 3。 於反應器內可計量入一量的氨，例如呈液體形式或熱 蒸氣形式者。所供給的氨可，例如，用來防止形成三聚氰 胺縮合產物，如melam，melem，和melon，或用以促進反 應器內的混合。給到反應器內的氨量爲〇至1 〇莫耳每莫 耳脲；較佳者，使用0至5莫耳的氨，且特別者〇至2莫 耳的氨每莫耳脲。反應中所形成的C 〇2與NH3以及額外 供給的氨係收集在一分離段內，例如在反應器的頂部，不 過也可以爲在該反應器下游處旳一分開之氣體/液體分離 器，且從液體三聚氰胺以氣體形式分離開。所得氣體混合 物則送到滌氣單元以取出三聚氰胺蒸氣及用以預熱該脈熔 融體。 液體三聚氰胺係從反應器抽出且可輸送到一後一反應 器，於其中使該液體三聚氰胺熔融體與氨在三聚氰胺熔點 與4 4 0 °C之間的溫度下接觸。三聚氰胺熔融體在冷卻 容器內的滯留時間係在二分鐘與十小時之間，且較佳者在 1 0分鐘與5小時之間。冷卻容器內的壓力較佳者爲7 5 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) ( 210X297公# ) 11 -

1221472 經浐部中央標ί-^K工消费合竹社卬袈 A7 H7 五、發明説明（9 ) M P a且特別者在7至2 5 Μ P a之間，此壓力較佳者係 經由導入氨予以維持住。 根據本發明’接著將液體三聚氰胺輸送到一冷卻容器 內’於該處透過用氨冷卻，而釋出固體三聚氰胺粉末。 本發明要參照下面的實施例予以闡釋。 實施例 — 將溫度爲3 9 5 °C的三聚氰胺熔體經由噴佈裝置導到 一高壓容器內並用以類似方式噴到容器內的液氨予以冷卻 。所用噴嘴的數目爲4。氨噴嘴係經定向到三聚氰胺液滴 噴錐的方向。在液氨進入冷卻容器的入口到該三聚氰胺噴 錐所具中心軸與氨噴錐中心軸的交截點之距離爲〇 . 5米 。容器內的氨壓力係在6·8與9.2MPa之間變里。 於2分鐘後’將產物進一步冷卻到周溫。終端產物含有少 於0 · 1重量％的melem及少於〇 · 〇 5重量％的 ammelide。該產物具有一致性品質。 (間讀背而之注念事項#硪朽本Η )

適 度 尺 张 紙 S N C 隼

Claims (1)

1221472 AS B8 C8 D8 1丨丨‘ 申請專利範圍 Λ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附件1(a): —‘ 第8 71 1 6 6 1 8號專利申請案 ^ Η 中文申請專利範圍修正本 一一 .................. - 民國91年12月17日呈 丨種從熔融三聚氰胺製備乾三聚氰胺粉末之方法 ，其包括下列步驟： (a )經由將脲與NH3在一高壓過程中製備熔融三聚氰 胺； (b )將該熔融三聚氰胺（具有脈衝流量値大於5公斤· 米/平方秒）噴到一冷卻容器內，該冷卻容器具有 在5 〇 °C與三聚氰胺熔點之間的溫度及在 〇.IMPa與20MPa之間的壓力； (c )將液氨（具有噴出速度大於6米/秒）噴到該冷卻 容器內，該液氨基本上由液氨小滴組成； (d )將該熔融三聚氰胺噴霧與該液氨噴霧混合，藉此將 該熔融三聚氰胺冷卻與固化。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該液氨小.滴 之d 5 〇在大於0與小於1毫米之範圍內。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其該液氨噴霧具 有大於0 . 1公斤·米/平方秒之脈衝流量値.。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）