三聚氰胺的制备方法 本发明涉及从尿素通过高压方法制备三聚氰胺的方法，其中固体三聚氰胺通过将反应釜中的熔融三聚氰胺转移到一容器中，在该容器中熔融的三聚氰胺被氨冷却来得到。
这种方法特别在US-A-4565867中被描述，该专利描述了从尿素制备三聚氰胺的高压方法，特别是US-A-4565867描述了在反应釜中，于压力10.3-17.8MPa和温度354-427℃将尿素热解生产反应产品。这种反应产品含有液体三聚氰胺，CO2和NH3，并且在压力下以混合气流转移到分离器中。在实际上保持和上述反应釜同样压力和温度的分离器中，所述反应产品被分离成气体流和液体流。气体流含有CO2和NH3尾气及三聚氰胺蒸气，液体流主要由液体三聚氰胺组成。气体产品被转移到涤气器设备中，液体三聚氰胺被转移到产品冷却器中。在涤气器设备中，上述含有三聚氰胺蒸气的CO2和NH3尾气，在实际上和反应釜压力同样的压力下用熔融的尿素洗涤，以便预热尿素，冷却所述的尾气，并且从尾气中除去存在的三聚氰胺。然后将被预热的含有所述三聚氰胺的熔融尿素加入到反应釜中。在产品冷却器中，液体三聚氰胺被降低压力，并且用液体冷却介质冷却，以便得到不需要洗涤和进一步提纯的固体三聚氰胺产品。US-A-4565867中优选使用液氨作为液体冷却介质。
该方法的一个缺点是，在商业规模的生产设备中，得到的三聚氰胺产品在颗粒大小和纯度方面是不均匀的。重要的质量参数包括颜色，反应活性及杂质的类型和浓度。在用于制备三聚氰胺树脂地三聚氰胺的生产中，产品的纯度和密度是十分重要的，维持杂质如密勒胺和氰尿酰胺的低的和可重复的水平对于三聚氰胺树脂的透明度是必须的。
本发明的目的是提供从尿素生产三聚氰胺的改进的高压方法，其中有恒定产品质量的三聚氰胺以干燥的粉末直接从熔融的液体三聚氰胺得到。
本申请人业已发现，有所需产品质量的三聚氰胺粉末可以通过使用下述方法得到，在该方法中，熔融的三聚氰胺被喷雾到一冷却器中，在该容器中，它通过和氨的微滴接触被十分迅速地冷却，氨是同时被喷雾到同一个冷却器中的。冷却器的压力在0.1MPa以上，温度在50℃以上和三聚氰胺的熔点以下。按照本方法生产的干燥的三聚氰胺粉末，对于需要高纯度三聚氰胺的应用是合适的，不需要进一步提纯。冷却器中的压力优选20MPa以下，更优选15MPa以下，冷却器中的温度优选270℃以下，更优选200C以下。
为了提高得到的固体三聚氰胺的纯度，优选通过与冷却的喷淋氨迅速和充分混合，尽可能快地冷却熔融的三聚氰胺。这种方法十分迅速地固化熔融的三聚氰胺，因此防止熔融三聚氰胺和冷却器的器壁接触。熔融三聚氰胺和冷却器器壁的接触会形成大块的三聚氰胺，大块的三聚氰胺含有不同含量的杂质，这将限制得到的三聚氰胺产品的纯度和密度。
申请人进一步发现，必须减少液体氨和冷却器器壁之间的任何接触，当达到冷却器器壁之前，液体氨喷淋液没有被完全蒸发时，液体氨本身可能引起形成三聚氰胺大块，它含有不同含量的杂质，这将限制得到的三聚氰胺产品的纯度和密度。
为了减少液体氨到达冷却器器壁的可能性，本方法以微滴将液体氨喷淋到熔融的三聚氰胺喷淋液中，其喷淋速度足以向冷却器中心提供氨和三聚氰胺喷淋液的迅速和充分混合。由于氨的蒸发微小的氨液滴也增加三聚氰胺被冷却的速度，为了获得由本方法提供的迅速冷却的好处，氨喷淋液应该接近三聚氰胺进入冷却器入口，并且选择喷淋方向，速度和数量，以便达到氨和三聚氰胺喷淋液的迅速和充分地混合，使三聚氰胺迅速固化和冷却，而在冷却器的器壁上不会沉积为大块的三聚氰胺。为了达到本方法的三聚氰胺和氨喷淋液的混合，可以理解在冷却器内氨喷嘴和三聚氰胺入口一般应该彼此互相靠近。
氨喷嘴和三聚氰胺入口位置靠近的这种要求，在三聚氰胺生产技术的目前状况下通常使用的冷却设备中是没有怀疑的。在目前冷却三聚氰胺淤浆或熔融物的方法中，加入到冷却器中的冷却或干燥介质的种类、位置和速度不是重要的，允许在有很宽范围的物理形状的冷却器中进行上述方法的操作。但是在实施本方法中，冷却器中的三聚氰胺入口和氨喷嘴之间的距离对于成功地操作变得十分重要。事实上优选该距离小于2m，更优选小于1.5m，在合理的加入氨的条件下，能够获得满意的操作。三聚氰胺入口和氨喷嘴间更大的分离，将使三聚氰氨的冷却造成不必要的推迟，或者造成需要加入更多的额外的氨的情况，或使所述两种情况都发生。
在实施本方法中，液体氨喷淋液和熔融三聚氰胺喷淋液必须以一定的流速和方向相结合，以便足以产生氨和三聚氰氨液滴的迅速和充分的混合。为了获得这样的混合，优选液体氨的流速至少为6m/s，该流速(m/s)用液体的体积流量(m3/s)除以喷嘴中流量的最小横截面(m2)得到。同样优选熔融的三聚氰氨以高速喷雾。
虽然允许以各种方向喷雾液体氨来装配氨喷嘴，但是优选将喷嘴定向于使喷雾出的氨液滴直接指向三聚氰胺液滴的喷淋液，使氨喷嘴的中轴线和三聚氰胺喷嘴的中轴线相交。为了减少距离，氨喷淋液必须达到熔融三聚氰氨喷淋液，优选氨喷嘴的这样定位，使它们的中轴线几乎垂直于熔融三聚氰胺喷嘴的中轴线。沿着氨喷嘴的中轴线测量到和熔融三聚氰胺喷嘴的中轴线的交点，这种结构使氨喷淋液的距离等于喷嘴之间分开的距离，优选小于2m。应该理解，为了获得更长的氨喷淋液的距离，氨喷嘴的定位也可以是小于90度的交叉角，但是仍然优选小于5m，只要选择的其它条件保证氨和熔融三聚氰胺喷淋液的必要的迅速和充分混合。
优选使用至少两个氨喷嘴提供对于熔融三聚氰胺的满意的冷却，虽然不存在实施本方法使用的氨喷嘴的理论上的最大数量，但是可以预料，从实际上和经济上的考虑不会使用过多数量的氨喷嘴。上述两种考虑是使放置在冷却器中的喷嘴不以某种方式干扰邻近的喷嘴，并且不潜在邻近喷嘴中的液体氨喷淋液之间相互作用，形成更大的液滴的危险。较大的液滴不易于完全蒸发，更易于达到冷却器的器壁，产生上述的不利结果。由于这些考虑，申请人相信，实际上本方法正常操作是在少于25个氨喷嘴的情况下进行的。
为了评价熔融三聚氰案喷淋液和氨喷淋液之间的混合性能，考虑氨和三聚氰胺的冲击流量值是有益的。氨喷淋液的冲击流量值由通过氨喷嘴的质量流量(kg/s)乘通过氨喷嘴的液体氨的流速(m/s)(如上述计算的)来计算。在本发明中，氨喷淋液的冲击流量值优选至少为0.1kg.m/s2，最优选至少为0.2kg.m/s2；同样，熔融三聚氰胺喷淋液的冲击流量值优选至少为5kg.m/s2，最优选至少为10kg.m/s2；。
评价了适合用于本方法的氨喷嘴(使用水评价，其质量流量等于预料的液体氨质量流量，为了方便在大气压下进行)，并且已经发现提供的液滴大小分布是d50小于1.0mm，并且通过喷嘴的压差是30KPa和60KPa之间，发现适合于本目的的一类满意的喷嘴是SK SprayDry”喷嘴(SprayingSystems Company，Wheaton Illionis)。
在冷却过程中，通过使熔融的三聚氰胺喷淋液和液体氨的微滴接触，熔融三聚氰胺的液滴被冷却并固化成三聚氰胺粉末。使用的液体氨的体积可以超过固化熔融的三聚氰胺所必须的体积，以便提供对于固体三聚氰胺的额外的冷却。为了提高生产的三聚氰胺的纯度和密度，优选冷却时间(氨喷淋液的长度(如上述测定的)除以加入液体氨和熔融三聚氰胺速度的总合)少于0,04s，更优选少于0,02s。
本发明方法的优点是能够以商业规模得到三聚氰胺粉末，纯度高于97.5wt％，某些常规杂质的含量水平恒定，即有恒定的产品质量。纯度水平和杂质的稳定性实际上使三聚氰胺能够满足它的所有应用。
在制备三聚氰胺中，优选使用熔融的尿素作为原料，CO2和NH3是制备三聚氰胺中的副产品，该方法按照以下反应式进行：
该制备方法在高压下进行，优选7-25PMa，不使用催化剂，反应温度在325-450℃之间，优选370-440℃，副产品CO2和NH3通常被返回邻近的尿素车间。
本发明的上述目的在适合于从尿素生产三聚氰胺的工厂中完成，适合于实现本发明的车间包括涤气器设备，带有气/液分离器或带有分开的气/液分离器的反应釜，任意的补充反应釜及冷却容器和/或扩展容器。
在本方法的实施方案中，三聚氰胺在包括涤气器设备，任意带有气/液分离器或带有分开的气/液分离器组合，任意的补充反应釜及冷却容器的车间中从尿素制备。将来自尿素车间的熔融的尿素加入到涤气器中，压力为7-25MPa，优选8-20MPa，温度为尿素的熔点以上，优选170-270℃之间。涤气器可采用夹套，以便给涤气器设备提供额外的冷却，涤气器还可以有内冷却装置。在涤气器中，液体尿素和来自三聚氰胺反应釜或来自分开的气/液分离器(安装在反应釜下游)的反应气体接触，或和来自补充反应釜的反应气体接触。在分开的气/液分离器的情况中，压力和温度可以不同于三聚氰胺反应釜的压力和温度。反应气体主要含有CO2和NH3，也含有一定数量的三聚氰胺蒸汽。熔融的尿素洗出来自尾气中的三聚氰胺蒸汽，并且将其返回到反应釜。在涤气过程中，尾气被来自反应釜的温度冷却，即从370-440℃冷却到170-270℃，同时尿素被加热到170-270℃。尾气从涤气器的顶部排出，例如返回到尿素车间，作为生产尿素的原料。
预热的尿素和洗涤过的三聚氰胺一起从涤气器设备中取出并例如通过高压泵加入到反应釜中，其中的压力为7-75MPa，优选8-20MPa。也可以将涤气器放在反应釜的上方，利用重力将熔融的尿素转移到三聚氰胺反应釜中。
在反应釜中，熔融的尿素在上述压力下被加热到温度325-450℃，优选370-440℃，在这种条件下，尿素被转化为三聚氰胺，CO2和NH3.
例如可以通过液体或热蒸汽的形式计量加入到反应釜中的氨的数量。所提供的氨例如可以用来防止形成三聚氰胺的缩合产物，如蜜白胺，蜜勒胺和氰尿酰胺，或者用来促进反应釜中的混合。加入到反应釜中的氨的数量为每摩尔尿素0-10摩尔，优选加入0-5摩尔的氨，特别优选每摩尔尿素加入0-2摩尔的氨。反应中形成的CO2和NH3及提供的过量氨在分离部分收集，例如在反应釜的顶部但是也可能在反应釜的分开的气/液分离器的下游收集，并且以气体形式从液体三聚氰胺中被分离。得到的气体混合物被送到涤气器设备中，以便除去三聚氰胺蒸汽和为熔融尿素而预热。
液体三聚氰胺从反应釜中取出，并且转移到补充反应釜中，其中熔融的液体三聚氰胺于三聚氰胺的熔点和440℃之间的温度与氨接触。熔融的三聚氰胺在冷却器中停留的时间在2分钟到10小时之间，优选10分钟到5小时。冷却器中的压力优选大于5MPa，特别是7-25MPa，该压力优选维持在加入氨的全部过程中。
本发明的液体三聚氰胺然后转移到冷却器中，在其中通过用氨冷却得到固体三聚氰胺粉末。
参考以下实施例阐明本发明。实施例
通过喷雾装置将温度395℃的熔融的三聚氰胺加入到高压容器中，并以同样喷雾到上述容器中的液体氨冷却。使用的喷嘴的数量是4，氨喷嘴指向三聚氰胺液滴的喷液锥方向。液体氨进入冷却器的入口和三聚氰胺喷液锥中轴线与氨喷液锥中轴线的交叉点之间的距离是0.5m。容器中的温度于176-182℃之间变化，容器中的压力在6.8-9.2MPa之间变化。2分钟以后产品进一步冷却到室温。最终产品含有少于0.1wt％的密勒胺和少于0.05wt％的氰尿酰胺，产品有恒定的质量。