一种三聚氰胺的生产方法及设备与流程

1.本发明涉及化学工程领域，特别是三聚氰胺的生产工艺及设备。


背景技术：

2.三聚氰胺的生产是化学工业的一个重要过程。目前投资较少、能耗较低的生产工艺是如图1所示低压气相淬冷法。从流化床反应器1出来的三聚氰胺物料气经热气冷却器2和热气过滤器3后进入气相淬冷结晶器4，与循环冷气相遇，骤冷而以结晶态析出，通过成品旋风分离器5而得到最终产品。析出三聚氰胺后的工艺气体经冷气风机6升压进入液尿洗涤塔7，洗涤回收未结晶分离的三聚氰胺和未反应的异氰酸，异氰酸降温与工艺气中的氨反应生成尿素。从液尿洗涤塔7出来的工艺气经气液分离器8，出来的气体分三路：一路去气相淬冷结晶器4作为循环冷气，一路经载气压缩机11压缩作为流化床反应器1的循环载气，一路作为尾气去尾气处理装置。
3.图2是专利cn95104455.9的三聚氰胺生产工艺示意图，该工艺虽然能降低气体循环量、降低能耗，但热气冷却器2结壁的问题没有解决。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：1. 气体循环量大，电耗高；结晶器不能副产蒸汽，在尿洗塔内副产120℃左右的低品位蒸汽无处利用，热量浪费；热气冷却器2结壁，运行周期短，需一开一备，定期切换人工清理工作量大，且只能在热态下清理，壳程温度是300℃以上的道生，发生过多起严重安全事故，在此工艺中热气冷却器2的作用是使三聚氰胺物料气中未反应完全的高凝华点产物冷却结晶析出。
5.2. 专利cn95104455.9的三聚氰胺生产工艺也存在循环流化床结晶器伴床（冷却床）内的旋风分离器会结壁，无法长周期运行；主床（结晶床）的主工艺气的阻力大，固体循环量受到限制，导致副产蒸汽的温度低，蒸汽的利用受到限制；该专利目前没有工业装置的问题。
6.为解决上述问题，提供一种三聚氰胺的生产方法及设备。
7.本发明的目的是以下述方式实现的：一种三聚氰胺的生产方法，包括以下步骤：（1）尿素在流化床反应器中反应，反应温度为390℃左右，压力为0.25~2.2mpa；（2）从反应器出来的390℃左右的三聚氰胺物料气直接进入热气过滤器除去催化剂细粉；（3）从热气过滤器出来的洁净气体进行固定床催化反应，使没有反应完全的异氰酸和三聚氰胺的中间产物-三聚氰酸、密勒胺、酰胺类物质进一步反应生成三聚氰胺；（4）固定床催化反应出来的390℃左右的气体进行循环流化床三聚氰胺结晶，循环流化床三聚氰胺结晶的方法为：在柱状空间内，柱状空间横截面中部为上升的流化气，上升
的流化气经降温首先与固定床催化反应出来的390℃左右的气体混合上升使三聚氰胺结晶析出，结晶析出的三聚氰胺沿柱状空间周边下沉之后与上升的流化气混合并降温，再与固定床催化反应出来的390℃左右的气体混合上升使三聚氰胺结晶，结晶的三聚氰胺沿柱状空间周边下沉之后再与上升的流化气混合并降温，同时结晶后的部分三聚氰胺在保温的状态下继续随气流上升并沉降，沉降的三聚氰胺结晶沿柱状空间周边下沉之后也与上升的流化气混合并降温，依此循环，沉降后的工艺气由柱状空间顶部排出，在三聚氰胺结晶区域下部周边排出三聚氰胺产品；（5）步骤（4）柱状空间顶部排出的工艺气分两路：一路经载气压缩机压缩，压缩后的气体分两支，一支作流化床反应器的流化气，第二支作为该反应器液尿进料喷嘴的雾化气，另一路进入液尿洗涤塔洗涤降温；从液尿洗涤塔出来的气体经气液分离后又分两路：一路经冷气风机升压作为循环流化床三聚氰胺结晶器的流化气，另一路作为三聚氰胺反应的尾气排出进入尾气利用装置，尤其是当系统压力高到1.8mpa左右时，尾气可直接送入尿素装置的中压冷凝器冷凝，其冷凝热用于尿素溶液的蒸发。
8.所述步骤（4）中三聚氰胺结晶析出，进入循环的三聚氰胺固体颗粒中，向上流动的气固混合物经上部的气固沉降分离段，大部分固体颗粒与气体分离，分离的固体颗粒沿筒体内壁向下流入下部导流筒的外侧，进入换热器的下部，与底部的流化气混合一同向上流动，形成固体颗粒的循环；从上部分离段出来的气体进入夹套内串联的两级旋风分离器进一步分离三聚氰胺固体颗粒，分离下来的固体颗粒回到沉降分离段筒体内，沿筒体内壁向下流入下部导流筒的外侧，进入换热器的下部，通过结晶器下筒体侧面的出料口排出三聚氰胺产品并维持料位的稳定，工艺气的出口温度可通过调节循环流化床结晶器的副产蒸汽压力或调节底部流化气气量来控制。
9.所述步骤（4）中所述循环流化床三聚氰胺结晶器底部有流化气气体分布器，进入的流化气使床内的三聚氰胺固体颗粒呈流化状态，分布器上方设有换热管束构成冷却床，换热管束上方设有多支物料气进口管构成结晶床，冷却床和结晶床段设有同心导流筒构成固体颗粒循环回路，结晶段的外筒体上设有排料口，上部设有气固沉降分离段和旋风分离器。
10.所述固定床催化反应设备为固定床催化反应器，固定床催化反应器包括柱状罐体，柱状罐体由两层隔板分为三部分，上部分为催化前混合气体舱，下部分为催化后混合气体舱，中部分为催化剂舱，上隔板向下设置进气筛管伸入催化剂舱，下隔板上向设置出气筛管深入催化剂舱，催化前混合气体舱设置混合气体进口，催化后混合气体舱设置混合气体出口，上隔板设置催化剂进料管，催化剂舱设置催化剂卸料管。
11.所述的循环流化床三聚氰胺结晶设备，循环流化床三聚氰胺结晶器包括柱状罐体，柱状罐体底部的横截面中部设置流化气流喷口，流化气流喷口周边设置同心导流筒，导流筒内下部为降温换热器，降温换热器的上部罐体侧壁设置有穿过内筒和外筒的三聚氰胺热气体进口管，固定床催化反应器出来的390℃左右的气体从热气体进口管进入导流筒内，热气体进口管上部为三聚氰胺混合气体的结晶析出区，结晶析出区上部为沉降区，沉降区位于导流筒上方，在沉降区的罐外部，设置有热风夹套保温层，夹套保温层设置保温介质的进口和出口；所述罐体的底部，流化气喷口处，罐体的直径缩小，使罐体的侧壁形成导流面。
12.所述的循环流化床三聚氰胺结晶设备，所述夹套保温层内设置旋风分离器，旋风
分离器的进口与罐体顶部的出口连通，旋风分离器的出风口与出口总管连接，旋风分离器的下料腿位于夹套保温层内，下料腿通过翼阀与罐体联通，在罐体的下部筒体侧面设置三聚氰胺产品出口；所述夹套保温层内设置的旋风分离器为两个串联为一组，根据装置规模大小采用多组并联。
13.所述的一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法，所述方法还可用于其他的尿素在气体流化床反应器（如纯氨作循环载气的流化床）中反应来生产三聚氰胺的工艺装置。
14.所述进入载气压缩机的气体直接来自循环流化床三聚氰胺结晶器的出口。
15.所述载气压缩机出来的气体可通过熔盐、熔盐炉烟气或其他加热方式预热后进入反应器。
16.相对于现有技术，本发明提供一种一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法及设备，气体循环量小，压力较低，节约能耗，先除去催化剂，然后将副产物继续反应生成三聚氰胺，避免了三聚氰胺物料气中未反应完全的高凝华点产物冷却结晶析出，本发明优化的循环流化床结晶器避免了伴床（冷却床）内的旋风分离器结壁，可以长周期运行，解决了现有装置气体循环量大能耗高、运行周期短检修频繁，进一步大型受限制的问题，并且提供高压力的尾气，使尾气联产尿素的能耗低、流程简、设备投资省。
附图说明
17.图1是现有的三聚氰胺生产方法示意图。
18.图2是专利cn95104455.9的三聚氰胺生产工艺示意图。
19.图3是本发明的三聚氰胺生产工艺示意图。
20.图4是本发明的三聚氰胺生产工艺所需的固定床反应器示意图。
21.图5是发明的三聚氰胺生产工艺所需的循环流化床三聚氰胺结晶器示意图。
22.其中，1.流化床反应器；2.热气冷却器；3.热气过滤器；4.气相淬冷结晶器；5.成品旋风分离器；6.冷气风机；7.液尿洗涤塔；8.气液分离器；9.液尿贮罐；10.液尿循环泵；11.载气压缩机；111.从气液分离器到三聚氰胺固体循环结晶器的载气压缩机；112. 从三聚氰胺固体循环结晶器到流化床反应器的载气压缩机；12.三聚氰胺固体循环结晶器；13.冷凝器；14.固定床反应器；141.反应器壳体；142.上管板；143.进气分布管；144.出气收集管；145.粒径20-200μm的耐磨的细颗粒催化剂；146.下管板；147.催化剂卸出口；148.反应器出口；149.催化剂加入口；1410. 反应器气体进口；15.循环流化床三聚氰胺结晶器；151.气体分布器；152.换热管束；153.导流筒；154.气固沉降分离筒体；155.旋风分离器；156.沉降分离筒保温夹套。
23.a.熔盐； b.熔盐；c.蒸汽；d.水；e.三聚氰胺产品；f.三聚氰胺尾气；g.液尿；h.夹套保温气；i.三聚氰胺物料气；j.流化气。
具体实施方式
24.本发明的方法是尿素在流化床反应器1中反应，反应温度为390℃左右，压力为0.25 mpa(绝压），或者为2.2mpa(绝压），也可以是0.25-2.2mpa(绝压）之间任一压力值，从流化床反应器1出来的390℃左右的三聚氰胺物料气直接进入热气过滤器3除去催化剂细粉，从热气过滤器3出来洁净气体进入固定床反应器14，使没有反应完全的异氰酸和三聚氰
胺的中间产物如三聚氰酸、密勒胺、酰胺类物质进一步反应生成三聚氰胺，这样既提高了尿素的转化率，又保证了后续工段三聚氰胺产品的纯度，解决了原来工艺中热气冷却器2易结晶堵塞的难题；从固定床反应器14出来的390℃左右的气体进入循环流化床三聚氰胺结晶器15换热段的上部，与向上流动的冷的三聚氰胺颗粒混合，三聚氰胺结晶析出，进入循环的三聚氰胺固体颗粒中，向上流动的气固混合物经上部的气固沉降分离段，大部分固体颗粒与气体分离，分离的固体颗粒沿筒体内壁向下流入下部导流筒153的外侧，进入换热器152的下部，与底部的流化气混合一同向上流动，形成固体颗粒的循环；从上部分离段出来的气体进入沉降分离筒保温夹套156内串联的两级旋风分离器155进一步分离三聚氰胺固体颗粒，分离下来的固体颗粒回到沉降分离段筒体内，沿筒体内壁向下流入下部导流筒153的外侧，进入换热器152的下部，通过循环流化床三聚氰胺结晶器15下筒体侧面的出料口排出三聚氰胺产品并维持料位的稳定，工艺气的出口温度可通过调节蒸汽压力或底部流化气量的调节来控制。从循环流化床三聚氰胺结晶器15出来的气体分两路：一路从三聚氰胺固体循环结晶器15到流化床反应器1的载气压缩机112压缩，压缩后的气体分两支，一支作流化床反应器1的流化气（载气），第二支作为流化床反应器1的液尿进料喷嘴的雾化气，另一路进入液尿洗涤塔7洗涤降温；从液尿洗涤塔7出来的气体经气液分离后又分两路：一路经冷气风机111升压作为循环流化床三聚氰胺结晶器15的流化气（载气），另一路作为三聚氰胺反应的尾气排出进入尾气利用装置，尤其是当系统压力高到1.8mpa(绝压）左右时，尾气可直接送入尿素装置的中压工段冷凝，其冷凝热用于尿素溶液的蒸发。
25.图4是一种本发明的固定床反应14器示意图，图中141为反应器壳体，142为上管板，143为进气分布管，144为出气收集管，143和144即筛管，筛管为：管一端封闭，管体上都是通孔，筛管是由打孔的钢管外包两层以上约120目左右的不锈钢丝网组成，或由孔径不小于20μm的多层不锈钢烧结丝网板卷焊成圆管，145为粒径20~500μm 的任一数值的耐磨的细颗粒催化剂填充于分布管间，进气分布管与出气收集管正三角方形网格排列，错行布置，146为下管板，147为催化剂卸出口，148为反应器出口，149为催化剂加入口，1410为反应器气体进口，分不管的数量和管径由工艺专业人员根据装置生产能力和阻力的许可而确定。
26.本发明工艺中所选用的一种特别优选的固定床反应器14，具有气体阻力小，布气均匀，催化剂利用率高，催化剂可与前面的三聚氰胺流化床反应器1所用催化剂相同或不同，可用硅胶、硅铝胶或添加有分子筛的复合硅胶、硅铝胶。
27.图5是一种本发明的循环流化床三聚氰胺结晶器示意图，图中151为气体分布器，152为换热器，153为导流筒，154为气固沉降分离筒体，155为旋风分离器，156为沉降分离筒保温夹套。
28.本发明工艺中所选用的一种特别优选的循环流化床三聚氰胺结晶器15，这种循环流化床结晶器底部设有气体分布器151，气体分布器151上方设有换热器152，换热器152内设置换热管束，在换热管束内加水气化能产生220℃左右的饱和蒸汽，换热管束的上方设有多个物料气的进口管，进口管穿过导流筒153，热的物料气与向上流动的冷的固体颗粒混和，气体得以冷却，三聚氰胺结晶析出，由于换热管束布在物料气进口的下方，结晶过程在换热器152上部向上流动的颗粒间发生，这样就不会造成换热管束的结壁而影响传热及运行周期，换热器152的外围设有导流筒153，使固体颗粒在导流筒153的内外形成循环回路，有效增加换热管束间的固体颗粒流量，从而增加换热管束的传热温差达到提高副产蒸汽温
度或减少传热面积的目的；换热管束的上部是沉降分离段，沉降分离段外部设有沉降分离筒保温夹套156，沉降分离后的气体再进入旋风分离器155，为防止旋风分离器155内壁结晶，旋风分离器155布置在沉降分离筒保温夹套156内，使旋风分离器155及料腿的壁外温度高于壁内温度而不至于结晶堵塞。循环流化床三聚氰胺结晶器15的压力是根据三聚氰胺生产装置的压力而定的，循环流化床三聚氰胺结晶器15的压力为0.2mpa（绝压），或者为2.0mpa（绝压），也可以是0.2-2.0mpa（绝压）之间的任一压力值，随着压力的升高三聚氰胺的结晶点也升高，循环流化床的固体颗粒温度也相应升高，循环流化床三聚氰胺结晶器15的循环颗粒温度根据副产的蒸汽温度要求和三聚氰胺的结晶完全度要求而定，温度为200℃， 或者为240℃，也可以为200-240℃之间的任一温度。
29.本发明的特点为：1. 用固定床反应器14代替了原来的管壳式热气冷却器2除去副产物，彻底解决热气冷却单元长周期运行和规模大型化的瓶颈问题。
30.2. 用循环流化床三聚氰胺结晶器15代替原来的气相淬冷结晶器4，由于优化的结构设计，能副产高品位中压蒸汽，使副产的蒸汽能满足各种尿素工艺要求，吨三胺副产1.65t左右的中压蒸汽用于尿素装置，降低了三聚氰胺尾气联产尿素的蒸汽消耗；并且使结晶器所需冷气量减少80%，大大降低了液尿洗涤塔7、气液分离器8、液尿循环泵10的负荷，降低了电耗，当系统反应器压力达2.2mpa后，吨三聚氰胺的电耗由现有的600~700kw.h降到200~220kw.h；并且不存在换热管束及其他各部位的结壁，彻底解决三聚氰胺装置长周期运行和规模大型化的问题。
31.3. 提高整个三胺装置的压力，使三胺尾气可直接进入尿素装置中压段冷凝，无需压缩或低压吸收中压解析等处理环节，这种尾气的nh3和co2摩尔比在2.3，或者是2.6，也可以是2.3-2.6之间的任一数值，冷凝温度高冷凝热可用于尿液蒸发，根据尿素工艺的不同，相当于吨三胺给尿素联产装置提供980kg低压蒸汽，或者1356kg低压蒸汽，也可以是980-1356kg之间任一质量的低压蒸汽；尾气量小，三聚氰胺的尾气量低于2.3t，尾气处理设备投资少。
32.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种三聚氰胺的生产方法，包括以下步骤：（1）尿素在流化床反应器中反应，反应温度为390℃左右，压力为0.25~2.2mpa；（2）从反应器出来的390℃左右的三聚氰胺物料气直接进入热气过滤器除去催化剂细粉；（3）从热气过滤器出来洁净气体进行固定床催化反应，使没有反应完全的异氰酸和三聚氰胺的中间产物-三聚氰酸、密勒胺、酰胺类物质进一步反应生成三聚氰胺；（4）固定床催化反应出来的390℃左右的气体进行循环流化床三聚氰胺结晶，循环流化床三聚氰胺结晶的方法为：在柱状空间内，柱状空间横截面中部为上升的流化气，上升的流化气经降温首先与固定床催化反应出来的390℃左右的气体混合上升使三聚氰胺结晶析出，结晶析出的三聚氰胺沿柱状空间周边下沉之后与上升的流化气混合并降温，再与固定床催化反应出来的390℃左右的气体混合上升使三聚氰胺结晶，结晶的三聚氰胺沿柱状空间周边下沉之后再与上升的流化气混合并降温，同时结晶后的部分三聚氰胺在保温的状态下继续随气流上升并沉降，沉降的三聚氰胺结晶沿柱状空间周边下沉之后也与上升的流化气混合并降温，依此循环，沉降后的工艺气由柱状空间顶部排出，在三聚氰胺结晶区域下部周边排出三聚氰胺产品；步骤（4）柱状空间顶部排出的工艺气分两路：一路经载气压缩机压缩，压缩后的气体分两支，一支作流化床反应器的流化气，第二支作为该反应器液尿进料喷嘴的雾化气，另一路进入液尿洗涤塔洗涤降温；从液尿洗涤塔出来的气体经气液分离后又分两路：一路经冷气风机升压作为循环流化床三聚氰胺结晶器的流化气，另一路作为三聚氰胺反应的尾气排出进入尾气利用装置，尤其是当系统压力高到1.8mpa左右时，尾气可直接送入尿素装置的中压冷凝器冷凝，其冷凝热用于尿素溶液的蒸发。2.根据权利要求1所述的一种三聚氰胺的生产方法，所述步骤（4）中三聚氰胺结晶析出，进入循环的三聚氰胺固体颗粒中，向上流动的气固混合物经上部的气固沉降分离段，大部分固体颗粒与气体分离，分离的固体颗粒沿筒体内壁向下流入下部导流筒的外侧，进入换热器的下部，与底部的流化气混合一同向上流动，形成固体颗粒的循环；从上部分离段出来的气体进入夹套内串联的两级旋风分离器进一步分离三聚氰胺固体颗粒，分离下来的固体颗粒回到沉降分离段筒体内，沿筒体内壁向下流入下部导流筒的外侧，进入换热器的下部，通过结晶器下筒体侧面的出料口排出三聚氰胺产品并维持料位的稳定，工艺气的出口温度可通过调节固定床催化反应出来的蒸汽压力或调节底部流化气气量来控制。3.根据权利要求2所述的一种三聚氰胺的生产方法，所述步骤（4）中所述循环流化床三聚氰胺结晶器底部有流化气气体分布器，进入的流化气使床内的三聚氰胺固体颗粒呈流化状态，分布器上方设有换热管束构成冷却床，换热管束上方设有多支物料气进口管构成结晶床，冷却床和结晶床段设有同心导流筒构成固体颗粒循环回路，结晶段的外筒体上设有排料口，上部设有气固沉降分离段和旋风分离器。4.根据权利要求1所述的固定床催化反应设备，所述固定床催化反应设备为固定床催化反应器，固定床催化反应器包括柱状罐体，柱状罐体由两层隔板分为三部分，上部分为催化前混合气体舱，下部分为催化后混合气体舱，中部分为催化剂舱，上隔板向下设置进气筛管伸入催化剂舱，（筛管为：管一端封闭，管体上都是通孔），下隔板上向设置出气筛管深入催化剂舱，催化前混合气体舱设置混合气体进口，催化后混合气体舱设置混合气体出口，上
隔板设置催化剂进料管，催化剂舱设置催化剂出料管。5.根据权利要求1所述的循环流化床三聚氰胺结晶设备，循环流化床三聚氰胺结晶器包括柱状罐体，柱状罐体底部的横截面中部设置流化气流喷口，流化气流喷口周边设置同心导流筒，导流筒内下部为降温换热器，降温换热器的上部罐体侧壁设置有穿过内筒和外筒的三聚氰胺热气体进口管，固定床催化反应器出来的390℃左右的气体从热气体进口管进入导流筒内，热气体进口管上部为三聚氰胺混合气体的结晶析出区，结晶析出区上部为沉降区，沉降区位于导流筒上方，在沉降区的罐外部，设置有热风夹套保温层，夹套保温层设置保温介质的进口和出口；所述罐体的底部，流化气喷口处，罐体的直径缩小，使罐体的侧壁形成导流面。6.根据权利要求5所述的循环流化床三聚氰胺结晶设备，所述夹套保温层内设置旋风分离器，旋风分离器的进口与罐体顶部的出口连通，旋风分离器的出风口与出口总管连接，旋风分离器的下料腿位于夹套保温层内，下料腿通过翼阀与罐体联通，在罐体的下部筒体侧面设置三聚氰胺产品出口；所述夹套保温层内设置的旋风分离器为两个串联为一组，根据装置规模大小采用多组并联。7.根据权利要求1的步骤（3）和（4）所述的一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法，其特征在于，所述方法还可用于其他的尿素在气体流化床反应器（如纯氨作循环载气的流化床）中反应来生产三聚氰胺的工艺装置。8.根据权利要求1的所述的一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法，其特征在于，所述进入载气压缩机的气体直接来自循环流化床三聚氰胺结晶器的出口。9.根据权利要求9的所述的一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法，其特征在于，所述载气压缩机出来的气体可通过熔盐、熔盐炉烟气或其他加热方式预热后进入反应器。10.根据权利要求1的所述的一种三聚氰胺三聚氰胺的生产方法步骤（3）的固定床反应器，其特征在于，包括反应器壳体（141），反应器壳体（141）内设上管板（142），上管板（142）固定进气分布管（143），反应器壳体（141）内设下管板（146），下管板（146）固定出气收集管（144），进气分布管（143）和出气收集管（144）为筛管，进气分布管与出气收集管正三角或方形网格排列，错行布置，下管板（146）固定催化剂卸出口（147）向下伸出反应器壳体（141），上管板（142）固定催化剂加入口（149）向上伸出反应器壳体（141），反应器壳体（141）顶部设反应器气体进口（1410），反应器壳体（141）底部设反应器出口（148）。

技术总结
一种三聚氰胺的生产方法，包括以下步骤：尿素在流化床反应器中反应，反应温度为390℃左右，压力为0.25~2.2MPa；从反应器出来的390℃左右的三聚氰胺物料气直接进入热气过滤器除去催化剂细粉；从热气过滤器出来洁净气体进行固定床催化反应；固定床催化反应出来的390℃左右的气体进行循环流化床三聚氰胺结晶。还包括生产三聚氰胺的设备催化反应器和循环流化床三聚氰胺结晶器。相对于现有技术，本发明优化的循环流化床结晶器避免了伴床内的旋风分离器结壁，可以长周期运行，解决了现有装置气体循环量大能耗高、进一步大型受限制的问题，并且提供高压力的尾气，使尾气联产尿素的能耗低、流程简、设备投资省。设备投资省。设备投资省。


技术研发人员：丁泽华
受保护的技术使用者：丁泽华
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2023/7/31