專利名稱：由尿素制備三聚氰胺的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種在高溫和催化劑存在下由尿素制備三聚氰胺的方法，其中獲得一種氣態(tài)產(chǎn)物流并令該產(chǎn)物流在冷卻區(qū)中與液態(tài)冷卻劑進行接觸。
類似的方法曾公開在例如WO-96/20933中。該文獻描述一種在1.4-2.0MPa的壓力和高到足以使尿素基本上完全轉(zhuǎn)化的溫度以及在催化劑存在下向反應器中加入尿素和氨來制備三聚氰胺的方法。在該方法中，獲得一種含三聚氰胺、氨和二氧化碳的氣態(tài)流。在WO-96/20933中，該氣態(tài)流在所謂驟冷管中受到含水冷卻劑的冷卻，結(jié)果產(chǎn)生一種汽-液混合物，該混合物基本上不含固體組分。該汽-液混合物在驟冷管中分離為含水三聚氰胺產(chǎn)物流和蒸汽流。由驟冷管流出的蒸汽流基本上不含尿素和三聚氰胺，基本上由氨、二氧化碳和水蒸汽組成。該含水三聚氰胺產(chǎn)物流基本上不含固體，包含溶解的氨和二氧化碳。該溶解氨和二氧化碳在汽提段中利用水蒸汽移出后，含水三聚氰胺產(chǎn)物流送往三聚氰胺提純過程，在此回收三聚氰胺。在該汽提段中，還產(chǎn)生一股蒸汽流，基本由氨、二氧化碳和水蒸汽組成。來自驟冷管的蒸汽流連同來自汽提段的蒸汽流一起，在洗滌段中受到來自三聚氰胺提純過程的水溶液(母液)的洗滌，以便取出蒸汽流中仍然存在的三聚氰胺殘余物。該水溶液可包含氨、二氧化碳和三聚氰胺。驟冷管和洗滌段構(gòu)成WO-96/20933方法中的冷卻區(qū)。接著，來自洗滌段的氣態(tài)流送往吸收區(qū)，在此它與來自三聚氰胺提純過程的氨水流和液氨接觸，在該過程中獲得一種濃氨水和二氧化碳的溶液(氨基甲酸鹽溶液)以及基本不合水和二氧化碳的氨蒸汽。在WO-96/20933中，該氨蒸汽冷凝并部分地返回到吸收區(qū)，蒸發(fā)后剩余的部分則作為反應器的流態(tài)化氣體使用。從洗滌段出來的水溶液進入驟冷管并在其中作為冷卻劑使用。
據(jù)WO-96/20933稱，從吸收區(qū)出來的濃縮氨基甲酸鹽水溶液包含20～35wt％(重量百分比)水，作為例如尿素裝置的進料。于是，在WO-96/20933中，來自反應器的氣態(tài)混合物被來自三聚氰胺提純過程的母液冷卻，該母液是經(jīng)由洗滌段送入驟冷管的。
WO-96/20933宣稱，來自吸收區(qū)的氨基甲酸鹽溶液的含水量很低，即，20～35wt％，因此在氨基甲酸鹽溶液進入到尿素裝置之前不需要從該氨基甲酸鹽溶液中逐出水的濃縮步驟。
然而，本申請人按照WO-96/20933進行的實驗卻表明，有利的是從該氨基甲酸鹽溶液中逐出水，倘若希望三聚氰胺裝置和尿素裝置聯(lián)合在最經(jīng)濟狀態(tài)下操作的話。
在三聚氰胺裝置中，特別是水，被當作液態(tài)冷卻劑的一種組分使用。這些水的一部分最終將進入來自吸收區(qū)、作為例如尿素裝置進料的氨基甲酸鹽溶液中。
本申請人進行的實驗和計算表明，在WO-96/20933的方法中，排入到尿素裝置的氨基甲酸鹽流中的水量為約2.5噸水每噸三聚氰胺。在經(jīng)濟上最佳的方法——例如《(Nitrogen(氮)》139期，1982-9月/10月，pp.32～39中描述的Stamicarbon方法中，其中多余的水在濃縮步驟中被去除，而作為尿素裝置進料的氨基甲酸鹽溶液中的水量為約0.5～1.0噸水每噸三聚氰胺。在Stamicarbon方法中，來自三聚氰胺反應器的氣態(tài)混合物在驟冷塔中受到液態(tài)冷卻劑的冷卻。蒸汽、液體以及可能的固體物質(zhì)的混合物在驟冷塔中分離為汽相和液相。汽相送入吸收區(qū)；液相去三聚氰胺回收過程。
如果輸出的氨基甲酸鹽溶液的NH3/CO2比值已確定，則上述每噸三聚氰胺的水的噸數(shù)可換算為從吸收區(qū)出來的氨基甲酸鹽溶液中的水含量。倘若WO-96/20933的裝置處在經(jīng)濟上最佳狀態(tài)，則該比值應為最小值，例如是1.3千克NH3每千克CO2。這意味著，從WO-96/20933方法中的吸收區(qū)流出的氨基甲酸鹽溶液的水濃度是45～50wt％。在上述Stamicarbon方法中，該數(shù)值是20～25wt％。
就將含45～50wt％水的該氨基甲酸鹽流喂入到尿素裝置而言，在經(jīng)濟上有利的是通過從該溶液中移出水來進一步濃縮該氨基甲酸鹽溶液。其缺點是，這將要求附加投資，并且該方法將由于水蒸汽、冷卻水和電用量的增加而成本升高。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這一缺點可以克服，只需將一部分來自吸收區(qū)的濃縮氨基甲酸鹽水溶液返回到冷卻區(qū)。特別是，將一定比例來自吸收區(qū)底部(bottom)的氨基甲酸鹽水溶液返回到冷卻區(qū)。
在WO-96/20933中，該冷卻區(qū)由驟冷管和洗滌段構(gòu)成；在Stamicarbon方法中，該冷卻區(qū)由驟冷塔組成。在這兩種方法中，來自吸收區(qū)的濃縮氨基甲酸鹽水溶液的其余部分，則可喂入到，例如尿素裝置中，優(yōu)選到尿素裝置的高壓段，其間不需任何進一步處理。
在本發(fā)明的一種實施方案中，來自驟冷塔或洗滌段的氣態(tài)流在吸收區(qū)前面的冷凝器中受到冷卻。在此，該氣態(tài)流溫度下降至少5℃，優(yōu)選至少10℃，尤其是至少15℃。從吸收區(qū)前面的冷凝器出來的稀氨基甲酸鹽溶液被送到冷卻區(qū)。在該冷凝器中，釋放出富含氨和二氧化碳的氣體，該氣體送入吸收區(qū)。隨后，在該吸收區(qū)，產(chǎn)生含水較少的濃縮氨基甲酸鹽水溶液，其中一部分返回到冷卻區(qū)。
液態(tài)冷卻劑優(yōu)選由成分如下的氨基甲酸酯水溶液構(gòu)成來自吸收區(qū)的濃縮氨基甲酸鹽水溶液的一部分，在其中還可加入來自三聚氰胺提純過程(尾部工段(backend section))的母液，以及冷卻區(qū)中冷凝下來的氨、二氧化碳和水。
去往吸收區(qū)的氣體當中20～40wt％以凝結(jié)形式返回到冷卻區(qū)。在那些從吸收區(qū)出來的底部產(chǎn)物實施返回的特定情況下，這意味著來自吸收區(qū)的濃縮氨基甲酸鹽溶液當中30～70wt％用于冷卻來自反應器的氣態(tài)流，優(yōu)選35～65wt％。其余部分則作為例如尿素裝置的進料，然而也可用作其他目的，例如肥料裝置或用于生產(chǎn)氨。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明方法中，來自吸收區(qū)的濃縮氨基甲酸鹽溶液的水含量最終可達20～35wt％。這的確使得返回到尿素裝置的該部分氨基甲酸鹽溶液變得適合直接加工。這意味著濃縮步驟已變得多余。
再有，還發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法尤其適合用于操作在0.6～2.5MPa壓力下，更尤其適合在0.7MPa～2.2MPa壓力下的所謂氣相三聚氰胺裝置。
本發(fā)明方法特別適合用來改良現(xiàn)有三聚氰胺方法，如WO-96/20933中描述的那些以及上述《Nitrogen》出版物中所描述的Stamicarbon方法。
本發(fā)明將通過下面的例子加以說明。
實例I～III三聚氰胺的制備在內(nèi)徑1m、高15m的圓筒形流化床中進行。催化劑通過經(jīng)氣體分布板引入氨氣而流化，并借助在反應器內(nèi)、其內(nèi)部流過熔融鹽的熱交換管來加熱。液態(tài)尿素借助以氨氣為霧化氣體的兩相噴霧器噴入到反應器中。反應器在390℃和0.7MPa(實例I)、1.7MPa(實例II)和2.0MPa(實例III)的總壓條件下操作。尿素通過兩相噴霧器以1.4噸/小時以0.7噸/小時氨氣的速率計量加入。氨氣通過流化板以0.7噸/小時的速率加入。無水尿素變?yōu)槿矍璋废鄬τ谄胶庵档霓D(zhuǎn)化率，高于98％。從反應器出來的氣態(tài)流包含NH3、CO2、三聚氰胺蒸汽以及痕量副產(chǎn)物，在冷卻區(qū)受到液態(tài)冷卻劑的冷卻。從吸收區(qū)出來的濃縮氨基甲酸鹽水溶液的一部分返回到冷卻區(qū)。該濃縮氨基甲酸鹽溶液的其余部分送往相鄰的尿素裝置作為進料。從吸收區(qū)返回到冷卻區(qū)的氨基甲酸鹽的比例以及從吸收區(qū)出來的氨基甲酸鹽流中的水含量載于表1中。
對比例A按照類似于實例I～III的方式制備三聚氰胺，不同的是，從吸收區(qū)出來的氨基甲酸鹽不返回到冷卻區(qū)。于是，來自吸收區(qū)的氨基甲酸鹽流變得過稀以致不經(jīng)中間步驟處理便無法送往尿素裝置作為進料。參見表1。
表權(quán)利要求
1.一種在高溫和催化劑存在下由尿素制備三聚氰胺的方法，其中獲得一種氣態(tài)產(chǎn)物流，該產(chǎn)物流在冷卻區(qū)中與液態(tài)冷卻劑接觸，其特征在于，從吸收區(qū)出來的濃縮氨基甲酸鹽水溶液一部分返回到冷卻區(qū)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，從反應器出來的氣態(tài)產(chǎn)物流受到下列成分的冷卻從吸收區(qū)出來的氨基甲酸鹽溶液的一部分，該溶液中可加入來自三聚氰胺提純過程的母液以及在冷卻區(qū)中冷凝的氨、二氧化碳和水。
3.權(quán)利要求1～2的方法，其特征在于，來自吸收區(qū)底部的濃縮含水氨基甲酸銨流中的30～70wt％用于冷卻來自反應器的氣態(tài)流。
4.權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于，來自驟冷塔或洗滌段的氣態(tài)流在吸收區(qū)前面的冷凝器中冷卻。
5.權(quán)利要求1～4的方法，其特征在于，來自反應器的氣體的壓力介于0.6～2.5MPa。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，來自反應器的氣體的壓力介于0.7～2.2MPa。
7.利用權(quán)利要求1～6的方法改良現(xiàn)有三聚氰胺裝置的技術(shù)。
8.由說明書和實例所規(guī)定的方法。
全文摘要
一種在高溫和催化劑存在下由尿素制備三聚氰胺的方法，其中獲得一種氣態(tài)產(chǎn)物流，該產(chǎn)物流在冷卻區(qū)中與液態(tài)冷卻劑進行接觸，其中從吸收區(qū)出來的濃縮氨基甲酸鹽水溶液一部分返回到冷卻區(qū)。
文檔編號C07D251/60GK1396913SQ01804433
公開日2003年2月12日 申請日期2001年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月3日
發(fā)明者N·A·德維特, R·K·吉爾珀斯 申請人:Dsm有限公司