專利名稱：用于制備蜜胺的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用串聯(lián)的反應器通過高壓過程熱解脲制備三聚氰胺。
背景技術：
在用于制備蜜胺的高壓法中，脲在吸熱的液相反應中反應生成蜜胺。取決于反應器中的壓力和溫度條件，液體蜜胺另外還包含可變數(shù)量的溶解NH3和CO2以及縮合副產(chǎn)品和未反應的脲。在高NH3壓力之下得到的蜜胺隨后通過例如下述方法固化用水或氨淬滅，升華接著再去升華，或在特定條件下卸壓。使用的反應器通常是攪拌釜式的單個裝置。
在由脲制備蜜胺中一個相當大的問題是使用的脲不能完全反應，以及在現(xiàn)有技術的慣用反應器中形成了隨后必須通過昂貴和復雜的加工步驟被轉變?yōu)槊郯返母碑a(chǎn)品。例如，從WO97/20826知道，將蜜胺在固化之前冷卻至剛好在蜜胺的相應熔點之上的溫度時，能夠獲得純蜜胺，而該熔點取決于當下的NH3壓力。固化之前對蜜胺的冷卻是通過添加NH3或通過換熱器進行的。

發(fā)明內容
現(xiàn)在已經(jīng)令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，固化之前對蜜胺的冷卻還可以通過添加少量脲來實現(xiàn)，同時這些脲在吸熱反應中轉變?yōu)槊郯贰＿@樣，冷卻是伴隨著另外的蜜胺的形成(在某種意義上類似于合成蜜胺的主反應)而發(fā)生的。
因此本發(fā)明提供了通過在高壓過程中熱解脲來制備蜜胺的方法，其其特征在于，脲是任選地與NH3一起進料到蜜胺反應器，在那里轉變?yōu)槊郯凡⑶耶a(chǎn)生的廢氣在反應器的頂部采出，形成的蜜胺熔體從頂部進入冷卻反應器并在冷卻反應器中與如此數(shù)量的脲混合，使得溫度冷卻至處在蜜胺的熔點之上1-50℃，優(yōu)選1-30℃，所述熔點取決于當下的NH3壓力，此后通過逆流引入NH3將形成的CO2逐出，這些氣體在冷卻反應器的頂部被分離，而蜜胺熔體隨后可以任何合適的方法進行加工。
在實行本發(fā)明的方法中，將優(yōu)選來自脲洗滌器的脲在約135-250℃的溫度下從下面引入蜜胺反應器。氣體NH3與脲一起在約150-450℃的溫度下從下面引入反應器，該氣體NH3既可溶于來自脲洗滌器的熔體也可另外引入。送到蜜胺反應器的NH3與脲進料的摩爾比是0-3，優(yōu)選0-2，特別優(yōu)選約0-1。蜜胺反應器中的壓力范圍約為50-350巴，優(yōu)選80-250巴。蜜胺反應器中的溫度范圍約為320-450℃，優(yōu)選300-400℃，特別優(yōu)選330-380℃。
引入蜜胺反應器的脲在吸熱反應中轉變?yōu)槊郯?、CO2和NH3。產(chǎn)生的蜜胺熔體另外包含可變數(shù)量的溶解NH3和CO2以及縮合副產(chǎn)品和未反應的脲。由于蜜胺的固有蒸汽壓力，主要由NH3和CO2組成的廢氣另外也包含氣態(tài)蜜胺。
對于蜜胺反應器，能夠使用任何反應器或多個反應器，優(yōu)選使用釜式反應器，例如攪拌釜反應器。在該攪拌釜反應器中能夠通過攪拌器或者通過形成的反應氣體實現(xiàn)對反應混合物的混合。反應所需熱量能夠以各種方法引進。優(yōu)選用在立管中循環(huán)的鹽熔體供熱，立管優(yōu)選是殼-管反應器內部的雙壁管。這里，鹽熔體通常經(jīng)外殼流入和經(jīng)內管橫截面流出。優(yōu)選通過由形成的反應氣體和蜜胺熔體之間的密度差所造成的自然對流混合反應混合物。脲和NH3一起在反應器的底部引入并轉化為蜜胺和廢氣。在反應器的上部，反應混合物分離成廢氣和液體蜜胺。
在廢氣連續(xù)地由反應器頂部采出時，主要部分的蜜胺熔體在地心引力下向下流動。由于粗蜜胺和廢氣的反應混合物的密度不同于已經(jīng)清除掉廢氣的粗蜜胺熔體的密度，循環(huán)在反應器內部發(fā)生。形成的蜜胺經(jīng)位于反應器上部的溢流道從反應器中排出。形成的廢氣送至廢氣洗滌器，同時將蜜胺送至冷卻反應器，在這里它是在冷卻反應器的上部引進的。
除了來自蜜胺反應器的蜜胺熔體，脲以如此的數(shù)量引入冷卻反應器，使得蜜胺熔體冷卻至處在蜜胺的熔點之上1至50℃，優(yōu)選1至30℃的溫度，該熔點取決于當下的NH3壓力。這一數(shù)量通常是制備蜜胺所需的脲總量的1-5重量％，優(yōu)選2-3重量％。這些脲優(yōu)選來自廢氣洗滌器，因此它包含溶解的NH3。然而，也可以引入直接來自脲裝置的實際上無氨的脲熔體，或溶于液體NH3的脲。
而且，與工業(yè)脲本身含水量相應的少量的水隨著脲一起引入。引入的水量，基于脲進料，是0.1-5重量％，優(yōu)選0.1-3重量％。而且，引入新鮮的NH3氣體和造成熔體溫度下降的吸熱反應的結果，脲總量的其余部分轉化為蜜胺和廢氣，廢氣仍然主要由CO2和NH3以及微量的氣體蜜胺組成。為將其余的脲轉化為蜜胺所必需的熱量來自于從蜜胺反應器來的蜜胺熔體，該熔體同時被冷卻到要求的溫度。脲進料的溫度為約135-250℃，優(yōu)選約170-220℃，而氣體NH3的溫度為約150-450℃。兩種原料都以細分散的形式從下面引進冷卻反應器。
被送到冷卻反應器的NH3與在冷卻反應器中存在的蜜胺量的摩爾比為大約0.1-10，優(yōu)選0.1-5，特別優(yōu)選0.1-2。
冷卻反應器中的壓力可以等于，低于或高于蜜胺反應器中的壓力。冷卻反應器中的壓力優(yōu)選與蜜胺反應器中的壓力不相上下并且是在約50-350巴的范圍內，優(yōu)選約80-250巴。冷卻反應器中的溫度低于蜜胺反應器的溫度并且通常是在300-350℃的范圍內。
在冷卻反應器中的溫度必須根據(jù)隨壓力變化的蜜胺熔點來選擇，以使這些蜜胺始終是液體并且反應器中當下的溫度優(yōu)選盡可能接近相應的熔點。
對于冷卻反應器，能夠使用任何反應器，例如是可以擁有密封裝置的立式容器并且在運轉期間優(yōu)選用蜜胺熔體充填至60％以上的程度，或是攪拌反應器。
也可將冷卻反應器配置成降膜式反應器。在這種情況下，它主要地由一根或多根管子組成，管中蜜胺熔體從頂部向下流動，同時氣態(tài)氨以逆流方式穿過蜜胺熔體或在蜜胺熔體的膜表面向上流。由于降下的蜜胺物流對管子的均勻潤濕使管的內壁上生成實際上厚度不變的蜜胺膜。
在另一個實施方案中，該冷卻反應器是一種組合反應器，它的上部配置為釜式反應器而它的下部配置為降膜式反應器。在這種情況下，它有利于將從降膜式反應器分離出的氣體再循環(huán)到蜜胺反應器。它也有利于將從降膜式反應器分離的氣體進料到釜式反應器中。冷卻反應器也可包含多個室，一個室安排在另一個室上面并且互相由塔板，例如浮閥塔板隔開。
在該冷卻反應器中，在來自蜜胺反應器的蜜胺熔體中存在的未反應的脲實際上完全被轉換成蜜胺和廢氣。同時，在冷卻反應器中在蜜胺熔體中存在的副產(chǎn)品，例如蜜勒胺(melem)、蜜白胺(melam)、三聚氰酸二酰胺或三聚氰酸一酰胺在NH3氣氛下轉化為蜜胺。
主要由CO2和NH3以及少量的氣體蜜胺組成的廢氣在冷卻反應器的頂部被連續(xù)地除去，并且或者送至廢氣洗滌器或者優(yōu)選再循環(huán)至蜜胺反應器。由于在冷卻反應器中有這些有利的反應條件的結果，在冷卻反應器的出口蜜胺純度可高達99％。
如果成品需要更高的純度，可以將在冷卻反應器獲得的蜜胺，伴有或不伴有壓力的增加，通過另外引入NH3，同時進一步降低溫度，送至后反應器中。在后反應器里，可以進一步降低熔融溫度而不使蜜胺發(fā)生固化。在后反應器中的溫度仍然是比蜜胺的熔點高1-50℃，優(yōu)選1-30℃，所述熔點取決于當下的NH3壓力。在后反應器中的壓力可以高至1000巴；通常是約100-500巴，優(yōu)選150-350巴。
優(yōu)選從下面將蜜胺熔體和NH3引入后反應器中并在其頂部排出產(chǎn)品。后反應器包括，例如，帶有內部構件的塔器，該構件可確保氣體的均勻分布和蜜胺熔體的冷卻。這些內部構件的例子是填料或靜態(tài)混合器。通過引入冷的NH3或用合適的冷卻裝置實現(xiàn)冷卻。
蜜胺接著發(fā)生的固化可以任何合適的方法進行，例如通過在剛好高于它的隨壓力變化的熔點的溫度下將氨飽和的蜜胺卸壓，通過在流化床中固化或通過用水，用液體或氣態(tài)氨淬滅，或通過升華隨后再由氣相去升華。


圖1大略地展示用于實施本發(fā)明方法的可能的配置。(1)是蜜胺反應器，(2)是包括2個室和具有蜜胺熔體溢流管(12)的冷卻反應器，(3)是后反應器。(4)是從蜜胺反應器流進冷卻反應器的蜜胺熔體，(5)是既向蜜胺反應器(1)引入又向冷卻反應器(2)引入的脲熔體，(6)是引入到蜜胺反應器(1)，冷卻反應器(2)和后反應器(3)的NH3氣體。(7)是從冷卻反應器(2)經(jīng)泵(10)輸送到后反應器(3)的蜜胺熔體，和(8)是從后反應器(3)出來待進一步加工的蜜胺熔體。(9)是出自蜜胺反應器(1)和冷卻反應器(2)的廢氣。(11)是從冷卻反應器(2)的下面的室出來的廢氣，其或者作為汽提氣再循環(huán)至冷卻反應器(2)的上面的室或者再循環(huán)至蜜胺反應器(1)。
權利要求
1.在高壓過程中通過熱解脲制備蜜胺的方法，其特征在于脲任選地與NH3一起，送到蜜胺反應器，在那里轉化為蜜胺，產(chǎn)生的廢氣在反應器的頂部取出，形成的蜜胺熔體從頂部經(jīng)溢流進料至冷卻反應器中并且在冷卻反應器中與如此數(shù)量的脲混合，使其冷卻到處于蜜胺的熔點之上1-50℃，優(yōu)選1-30℃的溫度，所述熔點取決于當下的NH3壓力，此后，通過以逆流方式引入NH3將形成的CO2逐出，氣體在冷卻反應器的頂部被分離，而蜜胺熔體隨后可以任何合適的方法進行加工。
2.權利要求1的方法，其特征在于將制備蜜胺所需要的脲總量的1-5重量％，優(yōu)選2-3重量％的脲引入到冷卻反應器。
3.權利要求1的方法，其特征在于引入冷卻反應器的脲來自廢氣洗滌器和/或脲裝置。
4.權利要求1的方法，其特征在于引入冷卻反應器的脲是在液體NH3中的溶液形式。
5.權利要求1的方法，其特征在于脲的含水量為0.1-5重量％，優(yōu)選0.1-3重量％。
6.權利要求1的方法，其特征在于冷卻反應器是釜式反應器。
7.權利要求1的方法，其特征在于冷卻反應器包括多個室，一個室安排在另一個室上面。
8.權利要求1的方法，其特征在于冷卻反應器是降膜式反應器。
9.權利要求1的方法，其特征在于所述冷卻反應器是一種組合反應器，它的上部配置為釜式反應器而它的下部配置為降膜式反應器。
10.權利要求6的方法，其特征在于從降膜式反應器分離出來的氣體被送入釜式反應器中。
11.權利要求1的方法，其特征在于從冷卻反應器分離出來的氣體再循環(huán)到蜜胺反應器。
12.權利要求1的方法，其特征在于在冷卻反應器中形成的蜜胺，伴有或不伴有壓力從100巴至1000巴的增加，和溫度下降至高于蜜胺的熔點1-50℃，優(yōu)選1-30℃的值，所述熔點取決于當下的NH3壓力，被送到后反應器并隨后以任何合適的方法進行加工。
全文摘要
在高壓過程中通過熱解脲制備蜜胺的方法，其中脲與NH
文檔編號C07D251/60GK1446203SQ01813851
公開日2003年10月1日 申請日期2001年7月26日 優(yōu)先權日2000年8月7日
發(fā)明者格哈德·曹法爾, 哈特穆特·布卡, 法拉馬茲·拜拉米杰邁爾 申請人:阿格羅林茨蜜胺有限公司