專利名稱：用于通過膨脹回收三聚氰胺的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生產三聚氰胺的方法，特別涉及反應產物的處理。在最新的和主流的工業(yè)實踐中，通常三聚氰胺是根據如下的總反應通過脲的熱解來生產的
可以看到，脲熱解為三聚氰胺伴隨著通常稱為尾氣的大量二氧化碳和氨的生成。整個反應需要熱量供應，并使復雜的一系列反應按一個或多個步驟相互連接；根據現有的工業(yè)技術，反應在高壓和沒有催化劑的液相中進行，和在低壓和有非均相催化劑的汽相中進行。
非催化的高壓技術通常在約400℃和7-15兆帕的壓力下操作，產生在混合的氣-液相中的產物。催化技術通常采用基于氧化鋁的非均相催化劑，在氣相中，也是在約400℃下操作，但是壓力為0.5-10相對巴(relative bar)(0.05-1相對兆帕(relative Mpascal))，給出氣態(tài)產物。
為了使液體、氣體或者在溶液中的三聚氰胺膨脹和冷卻，直至它在隨后的步驟中作為晶體而分離出來，所述的工業(yè)技術通常包括通過通常稱為驟冷和汽提的處理來降低反應產物的溫度和壓力，即使在不同的溫度和壓力條件下操作。
在這些膨脹操作后通常但不是必須地進行在三聚氰胺的氨水溶液中的混合和/或吸附的步驟，該溶液還可以包含CO2和反應副產物。所述方法的進行導致混合相，其中三聚氰胺在回收和分離工藝過程中存在于溶液/懸浮體中。然后這些溶液/懸浮體被處理以獲得在規(guī)格范圍內的三聚氰胺。
三聚氰胺生產中的一個重要技術問題涉及將要從反應粗產物中分離的三聚氰胺的相變，因為在膨脹期間所發(fā)生的至晶相的轉變過程中，生長的晶體特別粘，因而它們常常牢固地附著在和結殼到緊鄰膨脹設備(通常是反應流出液的層狀閥(lamination valve))的下游的固體表面，例如接受從脲至三聚氰胺的反應產物的膨脹流的裝置的壁和內部。這種技術問題在脲至三聚氰胺的非催化和高壓技術以及低壓催化技術的兩類熱解技術中非常普遍。這些殼導致對反應步驟的干擾和頻繁的停車以進行清潔，結果增加了成本和降低了整個裝置的運行系數。


圖1的方案顯示了根據已知技術的三聚氰胺生產方法的第一步，該方法是高壓熱解技術，通過在135-140℃進料液體脲到被加熱的熱解反應器A，在過量的氨存在下和不使用催化劑的情況下在液相中操作。在圖1的示意圖中，脲至三聚氰胺的罐式熱解反應器在360-420℃的溫度和7-15兆帕的壓力下連續(xù)操作。所述的反應器A是一步反應器，其中熔融的脲與氣態(tài)氨一起從底部進料。通過在反應本身中所形成的氣體，反應物料保持在劇烈的循環(huán)中；已反應的物料(液體和氣體)從反應器A經過閥門C排放和膨脹到容器B。脲熱解轉化為三聚氰胺的反應在所述的熱解反應器中進行。使用熔融鹽的加熱系統提供維持反應所需的熱量。
在熱解反應器A中產生一種混合相，該混合相基本上由液體的粗三聚氰胺、由反應產生的尾氣和從底部與熔融的脲一同進料的過量的氨組成。這種混合相被進料到通常稱為“驟冷”塔的冷卻塔B中，在此該混合相通常在0.1至3相對兆帕的壓力下在閥門C中膨脹，被冷卻至120-180℃，并與再循環(huán)的氨溶液接觸。這個操作是在驟冷塔B中完成的，含三聚氰胺的反應產物與從一個或多個分配器注入的、冷卻并溶解三聚氰胺的再循環(huán)氨溶液一起被從上方噴入其中。三聚氰胺與氨溶液都在塔內下降；在這樣的條件下，所有的三聚氰胺和未反應的脲以及高分子量的雜質一起進入溶液/懸浮體中，并被送入隨后的處理工藝。基本上由來自反應器A的NH3和CO2及平衡的水蒸汽組成的氣相從塔B中上升，從其頂部排出，并返回脲的合成。從驟冷塔B得到的水溶液/懸浮體在溶液中包含一定量的氨和二氧化碳，其必須在隨后的汽提塔E中除掉，該汽提塔E通常在0-15相對巴(0-1.5相對兆帕)的壓力下借助于在閥門D中的進一步膨脹來操作。離開汽提塔E塔底的水性料流包含6-12％重量/重量的三聚氰胺，以及將在后來的步驟中除掉的、主要是氧-氨基-三嗪(通常用字頭縮寫OAT指代)和縮聚產物的雜質。
在塔L中用循環(huán)水分離和洗滌在塔E中汽提的氣體，得到在塔B中用作驟冷劑的再循環(huán)的氨溶液。有冷卻水冷凝器位于塔L的底部。從塔L除掉的吸收熱等于約1100Kcal/kg將要冷凝的氨和二氧化碳。
根據圖1的方案，在將三聚氰胺與液相分離的過程中，由于三聚氰胺的結晶，硬殼將存在于工藝中，基本上是在兩個膨脹閥門C和D的下游，在兩個塔B和E(呈混合相的膨脹液體的料流以相當高的速度進入所述塔)的入口處。這些生長的晶體到達兩個塔的壁或內部，并且導致結殼，這干擾了裝置的運轉，并要求頻繁的停車以進行清理。在運行系數方面，這些停車造成6-8％的損失，這意味著在整個生產線中相同數量級的生產損失和相當大的失衡。在已知技術中，針對這種缺點，在三聚氰胺溶液/懸浮體的較大稀釋度下來運轉裝置，這導致對溶液的處理、對它們的轉移、熱交換和汽提操作所需的成本和能耗都大為增加。這種策略將驟冷和汽提設備中三聚氰胺在溶液/懸浮體中的濃度-就高壓熱解技術而言-限制在8-10％的重量范圍內。
在使用脲至三聚氰胺的氣相催化熱解技術時，粗三聚氰胺料流的膨脹和在三聚氰胺固化成為晶體期間殼的形成的問題同樣存在。
本發(fā)明的目的是提供一種用于脲至三聚氰胺的熱解反應的粗流出液的膨脹和冷卻的設備和方法，該設備和方法可以避免在所述膨脹期間結晶的三聚氰胺硬殼所導致的所述缺點。
此目的借助于本發(fā)明的設備和方法而實現，本發(fā)明的權利要求1是所述方法的最一般的定義，而在從屬權利要求2至7中定義了本發(fā)明方法的優(yōu)選的實施方案或可能的變化。在權利要求8中定義了本發(fā)明設備的最一般的含義，而在從屬權利要求9-12中定義了本發(fā)明設備的優(yōu)選的實施方案或可能的變化。
從以下示例性的而非限制性的、參考附圖的方案進行的描述中，用于包含在反應料流中的三聚氰胺的膨脹和結晶，以及將其送至隨后的裝置部分的本發(fā)明設備和方法的特征和優(yōu)點將會更加明顯。
根據前面的討論，圖1表示已知技術。圖2圖示了本發(fā)明的一個簡化的實施方案，而圖3至8顯示了所述膨脹設備的實施方案的實例，該膨脹設備可以進行三聚氰胺的分離和結晶，避免或顯著地限制結殼。
熱解反應在反應器A中用已經參考圖1提及的方法進行。在熱解反應器A中形成了包含所產生的液體三聚氰胺的混合相，該混合相在反應器中上升并從其上面的出口排出。
再根據圖2的方案，從所述反應器的上部得到了包含反應的尾氣和三聚氰胺、少量未反應的脲和副產物的混合相。此混合相在閥門C中膨脹，所述閥門C位于反應器和驟冷塔之間的連接導管上，在驟冷塔B下部的出口前面一點或甚至直接與驟冷塔B下部的出口接觸。在所述塔的下部保持液封，以防止晶體在其形成時和從液相中分離時與固體表面接觸和因此粘附到固體表面上。因此，這種結果是通過使膨脹在驟冷塔B的下部，在浸沒于液體中的區(qū)域中進行而得到的。事實上已經發(fā)現，三聚氰胺晶體的粘附特性導致在其形成和與母體溶液/懸浮體分離過程中結殼，而所述的三聚氰胺晶體一旦在液相內分離后就不再具有相同的結殼行為。
在上述情況下，類似于結合圖1方案所舉例說明的，氨或堿溶液也從上面用特殊的分配器注入，并從上往下下降，洗滌塔內上升的尾氣，并冷卻和溶解在閥門C中膨脹后引入所述下部的混合相中的三聚氰胺。由此形成了含三聚氰胺溶液/懸浮體的液相。
在以下的工藝步驟中，在驟冷塔B的塔底獲得的三聚氰胺的溶液/懸浮體被送至汽提段。在將該料流引入汽提塔E之前，在閥門D中使其膨脹，以降低壓力，通常是從大氣壓至15巴(0-1.5相對兆帕)。這種膨脹導致液體的顯著蒸發(fā)和超過剩余液體的飽和度的固體的進一步分離。在已知技術的方法中，在塔E中(也是在閥門D的下游)出現了大量的結殼。
根據本發(fā)明，在圖2的方案中，通過在位于后面的汽提塔E上游的容器F中，在液封下進行膨脹，這種缺點因此得以消除，仍存在于來自于B的三聚氰胺溶液/懸浮體中的大部分氣體在汽提塔E中被汽提和除掉。容器F保持在與隨后的汽提塔相同的壓力下，并可以由在塔E中所得到的空間構成，其中保持著液體溶液的密封，所述料流在膨脹后被送至其中。所述構造的備選方案在后面參考圖5和6進行說明。容器F的尺寸應能夠確保在液封下的停留時間足以在晶體與設備的壁或其它的內部部分接觸之前分離晶體。一般地，20至1200秒，優(yōu)選120至300秒的三聚氰胺溶液/懸浮體在容器中的停留時間對于實現不形成任何明顯結殼的操作是足夠的。
根據脲至三聚氰胺的熱解作用的催化或非催化方法，含粗三聚氰胺的混合相膨脹到其中的液體可以是氨溶液和/或堿性溶液和/或水。
圖3和4的示例性實施方案顯示了形成在其中進行在溶液/懸浮體中含三聚氰胺的液體料流在液封下的膨脹的所述容器的過程。
在圖3的實施方案中，容器F具有垂直的圓柱形狀，并且被膨脹后的混合相完全充滿。減壓閥門，例如位于汽提塔E上游的閥門D優(yōu)選直接裝配在容器F的底部上。根據這種結構的一個實施方案變體，閥門D可以安裝到連接上述閥門和容器底部的平頭錐形閘門上。如圖3中所指示的，在溶液/懸浮體內形成兩個分離的區(qū)域膨脹區(qū)和循環(huán)區(qū)。用點線表示的膨脹區(qū)在中心和緊靠流經膨脹閥門的料流入口的下游形成；在此區(qū)域中，存在具有較低密度的混合相，伴隨氣泡的成長、突然冷卻和生長的三聚氰胺晶體的分離。相反，循環(huán)區(qū)位于膨脹區(qū)周圍的邊上；在此區(qū)域中，存在較大的密度，因為部分氣泡中的氣相已從懸浮體中分離開，并以較高的速度向出口處上升。如箭頭所示，貧氣體的液相重新向底部下降，產生冷卻器液體的循環(huán)，這樣，這種循環(huán)有利于三聚氰胺晶體在接觸到設備的壁之前形成懸浮體。從上出口的出料以混合相的形式進行。
在圖4的實施方案中，所述容器仍然具有垂直的圓柱形狀，并裝有普通的攪拌器，攪拌器由帶一個或多個螺旋槳的立式軸與馬達M組成。減壓閥門，例如在汽提塔E上游的閥門D優(yōu)選直接裝配在容器的圓柱形壁上。根據這種結構的一個實施方案變體，閥門D可以安裝到連接上述閥門與容器圓柱形壁的平頭錐形閘門上。在運行期間，膨脹容器的液位保持在膨脹閥門的安裝點之上，并具有寬的富余，以保證膨脹在液封下進行。
根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，閥門D的噴射出口沿切線方向取向，以便不與攪拌器的軸直接碰撞，但使膨脹區(qū)在它周圍展開。同樣，在圖4中所示的實施方案中，在所述的溶液/懸浮體主體中形成兩個分開的區(qū)域膨脹區(qū)和循環(huán)區(qū)。作為由攪拌器產生的旋轉運動的作用所造成的結果，由點線所標出的膨脹區(qū)在緊靠流經膨脹閥門的料流的出口的下游形成并常常具有環(huán)形運動；具有較低密度的混合相存在于所述的環(huán)形區(qū)域中，在該區(qū)域中所述的料流被冷卻，并且生長的三聚氰胺晶體被分離。相反，循環(huán)區(qū)位于環(huán)形膨脹區(qū)的外面；在此區(qū)域中，又存在著較大的密度，并且貧氣體的液相向安裝有攪拌器螺旋槳的容器底部循環(huán)，這使得所述的液相與來自閥門D的已膨脹料流緊密接觸，由此有利于在三聚氰胺晶體與未被液體潤濕的表面接觸前形成三聚氰胺晶體的懸浮體。從更后面的上出口的出料以混合相的形式進行。
以下圖5至8顯示了相對于圖3和4的實施方案容器F的構造變體，其包括在容器內部液體和氣體料流的分離，及它們通過各自出口的排出，和/或包括將容器F插入塔E中。
圖5和6示意性地說明了在汽提塔E內部的液封下形成膨脹容器F的方式。在圖5的實施方案中，所述的膨脹容器F位于塔E的塔盤部分之上。為了容器F和塔E之間容積的連通，兩個導管同心地位于容器的中心。三聚氰胺溶液/懸浮體被從具有閥門D的入口的一側引入，并在由圓點指示的區(qū)域中膨脹。如前所示，氣相的逐漸形成和重液相的再循環(huán)在剩余的空間內進行。外導管s的閾s1允許液相溢流，從導管下降并流經塔E的塔盤。相反，內導管r起用于來自塔E的蒸汽上升的升氣管的作用，該蒸汽與容器F中形成的氣相結合，一同從上面的導管t排出。在圖6以側視圖和俯視圖顯示的實施方案中，膨脹容器F位于塔E的塔盤部分之上，并裝有類似于參考圖4所說明的實施方案的攪拌器。分隔隔片p位于容器F的上部，安裝有允許液體向塔E下降的較低的外圍溢流開口p1，和允許來自塔E的蒸汽相上升的較高的外圍開口p2，該蒸汽相與容器F中逐漸形成的氣相結合。三聚氰胺溶液/懸浮體被從具有閥門D入口的一側引入，并在由圓點指示的具有環(huán)形趨勢的區(qū)域中膨脹，這種環(huán)形趨勢是由于馬達M驅動的攪拌器的運動而形成的。來自塔E的蒸汽被通過開口p2收集，與容器F中逐漸形成氣相結合，并一同從上面的導管t排出。
圖7和8示意性地說明了形成在液封下的膨脹容器F的方式，該膨脹容器F與圖3和4的那些類似，但在內部有料流的分離。在兩種情況下都存在著垂直導管s，以用閾s1排放液相，閾s1保持液相的液位，并允許分離的液相溢流，分離的液相在導管中下降并去到塔E以被汽提。相反，在容器F中逐漸形成的氣相可以從上面的導管t排出，直接送到吸收塔L，由此減少氣體料流和塔E的橫斷面尺寸。
通過在液封下膨脹從三聚氰胺溶液/懸浮體中分離三聚氰胺的方法相對于已知技術實現了相當大的進步。
本發(fā)明可以挽回本來會由于結殼而損失的裝置運行系數的6-8％，并保證在整個生產線有更好的連續(xù)性和平衡。此外，不再存在任何的原因要將三聚氰胺在驟冷和汽提設備中的溶液/懸浮體中的濃度限制在8-10％重量的范圍內對于相同的裝置和其它條件保持不變情況下，這些濃度可以增加13-15％重量。對于相同的裝置，處理能力增加約50％。蒸汽、電能和冷凍的具體消耗，以及影響總生產成本的裝置成本相應地減少。
權利要求
1.一種處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，該反應產物由還包含由二氧化碳和氨組成的尾氣的粗三聚氰胺的混合物組成，該方法包括所述反應產物的一個或多個膨脹和冷卻步驟，以分離所述尾氣和分離以晶體形式與液相分開的三聚氰胺，該方法的特征在于，所述反應產物的膨脹在浸沒到液體中的區(qū)域中進行，使得三聚氰胺晶體在其形成和與液相或氣相分離的過程中不接觸設備的壁或其它內部部件，并因此不粘附到所述設備的壁或其它內部部件上。
2.權利要求1所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，所述反應產物的膨脹在閥門(C)中進行，該閥門(C)緊靠驟冷塔(B)下部的出口，在0.1-3相對兆帕下操作，通過在浸沒在驟冷塔(B)下部液體中的區(qū)域內進行膨脹，和從上面注入氨或堿性溶液以洗滌尾氣，冷卻和溶解從下面引入的混合相的三聚氰胺，形成在液相內結晶的三聚氰胺的溶液/懸浮體。
3.權利要求2所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，在隨后的處理步驟中，得自所述驟冷塔(B)塔底的三聚氰胺溶液/懸浮體在閥門(D)中膨脹以降低壓力至0-15相對巴(0-1.5相對兆帕)后，被送至塔(E)中汽提，而所述的第二膨脹是在汽提塔(E)下游的容器(F)中的液封下進行的。
4.權利要求3所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，所述的容器(F)由塔E中所得到的空間構成，所述空間保持著溶液/懸浮體的液封，所述料流在閥門(D)中膨脹后被送進所述空間。
5.權利要求1所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，所述三聚氰胺的溶液/懸浮體在容器(F)中的停留時間為20至1200秒。
6.權利要求5所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，所述三聚氰胺的溶液/懸浮體在容器(F)中的停留時間為120至300秒。
7.權利要求1所述的處理脲至三聚氰胺的熱解反應產物的方法，其特征在于，所述反應產物的膨脹在液封下進行。
8.一種設備，用于實施前述權利要求中一項或多項所述的脲至三聚氰胺的熱解反應產物的處理，其特征在于，該設備由帶有直接裝配到圓柱形表面的底部或下面壁上的減壓閥門(C，D)的立式圓柱形容器組成，而混合相排放閘門位于圓柱形表面的頂部或上部，以便在被處理的溶液/懸浮體主體中分別產生兩個分開的膨脹和循環(huán)區(qū)域。
9.權利要求8所述的設備，其特征在于，所述的閥門(D)安裝在平頭錐形閘門上，該平頭錐形閘門將所述閥門直接連接到容器底部或容器的圓柱形壁的下部。
10.權利要求8所述的設備，其特征在于，該設備由裝有溢流分離裝置的立式圓柱形容器組成，該溢流分離裝置在所述容器內分離液體和氣體的料流，并通過分開的出口為它們提供排放。
11.權利要求8所述的設備，其特征在于，該設備由裝有帶一個或多個螺旋槳的攪拌器的立式圓柱形容器組成，所述的減壓閥門(C，D)直接裝配在所述容器的圓柱形壁上，在處理的溶液/懸浮體主體中形成膨脹區(qū)和循環(huán)區(qū)，具有環(huán)形運動的所述膨脹區(qū)在來自膨脹閥(C，D)的料流出口的下游形成。
12.權利要求11所述的設備，其特征在于，所述閥門(C，D)的噴出出口沿切線方向取向，以避免與所述攪拌器的軸直接碰撞。
全文摘要
在一個或多個膨脹和冷卻步驟中處理脲至三聚氰胺的熱解產物，以分離尾氣和回收溶液/懸浮體中的三聚氰胺，通過在液封下使產物膨脹來進行，以防止形成的三聚氰胺晶體粘附到設備的內壁。
文檔編號B01J19/18GK1665794SQ03815148
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權日2002年6月27日
發(fā)明者M·帕梅賈尼, R·圣圖奇 申請人:歐洲技術集團股份有限公司