簡(jiǎn)述三聚氰胺的生產(chǎn)工藝及高壓尿素法尾氣處理

王 斐

(河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南濮陽，457000)

三聚氰胺是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，化學(xué)式為C3H6N6。三聚氰胺經(jīng)過加工反應(yīng)后可以作為塑料、紙張抗水劑和涂料等的化工原料，但不能作為食品添加劑使用。

1 三聚氰胺的物化性質(zhì)

三聚氰胺是純白色晶體[1]，沒有毒性和味道，相對(duì)分子質(zhì)量為126；它不能燃燒，在常溫的情況下反應(yīng)不活潑，不易分解，而在高溫下，容易分解溢出氫化物，其水溶液呈弱堿性。

有報(bào)道指出：在人體的消化系統(tǒng)中，三聚氰胺可以和胃酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而部分生成三聚氰酸，三聚氰酸和沒有參加反應(yīng)的三聚氰胺共同生成結(jié)晶，形成腎結(jié)石，所以它不能食用。

2 三聚氰胺的生產(chǎn)工藝

20世紀(jì)60年代初，我國三聚氰胺生產(chǎn)主要使用雙氰胺法，但由于雙氰胺法經(jīng)濟(jì)成本比較大，效益相對(duì)比較低，所以逐漸被淘汰[2]?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用高壓法、低壓法和尿素裝置聯(lián)產(chǎn)。

2.1 雙氰胺法

由電石制備得氰胺化鈣，氰胺化鈣經(jīng)水解，然后二聚得到雙氰胺，雙氰胺在甲醇溶劑中，在200℃的溫度下和氨發(fā)生反應(yīng)而得三聚氰胺。

2.2 尿素法

以尿素為原料，在特定溫度和特定的壓力下生成三聚氰胺、氨氣和二氧化碳。具體反應(yīng)式如下：

6 CO(NH2)2→ C3H6N6+ 6 NH3+ 3 CO2

根據(jù)反應(yīng)條件的不同，可將反應(yīng)分為高壓法，中壓法和低壓法。

2.2.1 高壓法

高壓法是在壓力為8MPa，溫度為380-400℃下，在液相中進(jìn)行，無需催化劑。三廢主要有廢水排放及少量廢活性炭。技術(shù)成熟可靠。

2.2.2 中壓法

中壓法是在壓力為0.7MPa-1MPa，溫度為390℃下，在氣相中進(jìn)行，催化劑為氧化鋁。三廢主要有廢水排放及廢活性炭。技術(shù)成熟可靠。

2.2.3 低壓法

低壓法是在壓力0.1MPa-0.2MPa，溫度為380℃下，在氣相中進(jìn)行，催化劑為氧化鋁。三廢主要有少量廢渣、催化劑。技術(shù)基本成熟。

高壓法與中、低壓法相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：①無需催化劑，既節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，又防止由于催化劑中毒而引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題[3]。②產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)等率達(dá)100%，純度能達(dá)到99.99%，而中壓法和低壓法只能達(dá)到99%-99.5%。③操作穩(wěn)定性相對(duì)較高，在40%的負(fù)荷下依然可穩(wěn)定運(yùn)行，不易產(chǎn)生中、低壓法管道堵塞嚴(yán)重的問題。

2.3 高壓尿素法

2.3.1 高壓尿素法生產(chǎn)工藝

以高壓法為例，粗略淺析高壓法生產(chǎn)工藝主流程。將70%的尿液放入尿液緩沖槽中，用于儲(chǔ)存和輸送，此時(shí)溫度為95℃。將尿液緩沖槽中的尿液通過尿液給料泵輸送到尿素濃縮換熱器中，將95℃的尿液加熱到145℃，然后將尿液繼續(xù)輸送到濃縮系統(tǒng)，目的是將尿液進(jìn)行濃縮，此時(shí)尿液濃度為99.8%。將濃縮后的尿液(145℃)和過熱的氨(380℃)輸送到三聚氰胺反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，此時(shí)壓力為8MPa，溫度為380℃, 生成物有液態(tài)三聚氰胺、氣體氨氣、氣體二氧化碳。

將生成物輸送到急冷塔中，在2.5MPa和162℃的條件下膨脹，目的是快速冷卻和溶解。將處理后的生成物輸送到汽提塔中，目的是將氣體二氧化碳、氨氣與液態(tài)三聚氰胺分離。分離后的氣體可以合成尿素，繼續(xù)循環(huán)使用生成三聚氰胺。液態(tài)三聚氰胺被儲(chǔ)存到三聚氰胺溶液槽中，此時(shí)溫度為158℃，壓力為0.5MPa。

液態(tài)三聚氰胺被輸送到凈化系統(tǒng)。由于尿素生成三聚氰胺的反應(yīng)伴隨著副反應(yīng)的生成,副產(chǎn)品為三聚氰胺二酰胺與三聚氰胺一酰胺，統(tǒng)稱為OAT，此時(shí)的液態(tài)三聚氰胺由于含有副產(chǎn)品OAT，故而屬于粗三聚氰胺溶液。粗三聚氰胺溶液被送到凈化系統(tǒng)后就得到相對(duì)純凈的三聚氰胺料漿。毋庸置疑，三聚氰胺凈化系統(tǒng)的目的就是凈化。凈化系統(tǒng)由四部分構(gòu)成，分別為水解塔、過濾器、炭床反應(yīng)器和炭過濾器。粗三聚氰胺溶液流經(jīng)水解塔，副產(chǎn)品OAT被溶解成液體，一些不溶物和腐蝕性產(chǎn)物在過濾器中被過濾掉，三聚氰胺溶液流經(jīng)炭床反應(yīng)器后被除去有色物質(zhì)，由于炭床反應(yīng)器里含有大量活性炭，故可能有小部分隨溶液流出，而炭過濾器可以將溶液中的小部分活性炭顆粒過濾，此時(shí)產(chǎn)生的三聚氰胺物料就是相對(duì)純凈的了。

物料通過結(jié)晶器結(jié)晶，通過離心機(jī)分離后得到的晶體就是三聚氰胺，三聚氰胺晶體被送入干燥器，經(jīng)過干燥后，蒸發(fā)出水分，使其水含量小于0.2%，從而得到符合規(guī)定要求的三聚氰胺產(chǎn)品。

2.3.2 尾氣及副產(chǎn)品OAT處理

尿素溶液在三聚氰胺反應(yīng)器中反應(yīng)，生成物有液態(tài)三聚氰胺、氣體氨氣和氣體二氧化碳，生成物流經(jīng)急冷塔后尾氣二氧化碳和氨氣被送入尿素濃縮尾氣冷凝器中，被部分冷凝，在冷凝過程中釋放的熱量為尿素濃縮提供條件，尾氣與碳銨溶液混合并繼續(xù)被冷凝，此時(shí)被完全冷凝并用于合成尿素，而尿素被循環(huán)使用來生產(chǎn)三聚氰胺。此時(shí)急冷塔中的尾氣并沒有完全被排出，還有部分在生成物中，被繼續(xù)輸送到汽提塔中，目的是將剩余尾氣二氧化碳和氨氣與液態(tài)三聚氰胺分離。分離后的氣體被吸收塔吸收成碳銨溶液重新回流到急冷塔，同樣用于合成尿素而被循環(huán)利用。

通過離心機(jī)分離后得到的晶體就是三聚氰胺，而被分離出的母液含有副產(chǎn)品OAT和大約14%氨含量。母液通過氨汽提塔，將氨氣提出用于再次循環(huán)合成尿素工藝，OAT溶液則要經(jīng)過濾來得到相對(duì)純凈的OAT。OAT過濾需要通過超濾系統(tǒng)，過濾除去的是不含OAT的可溶物三聚氰胺溶液和溶劑水，而相對(duì)純凈的OAT料漿則通過結(jié)晶干燥等工藝成為其他化工產(chǎn)品的原料。

從高壓尿素法的生產(chǎn)流程可以看出，此方法的工藝流程達(dá)到了相對(duì)綠色環(huán)保的狀態(tài)，產(chǎn)生的副產(chǎn)物能被充分地再次利用。產(chǎn)生的尾氣二氧化碳和氨氣能再次被合成尿素，又成了合成三聚氰胺的原料，而副產(chǎn)品OAT通過結(jié)晶干燥等工藝變成了其他化工產(chǎn)品的原料。

3 三聚氰胺的用途

三聚氰胺在中性或微堿性條件下和甲醛反應(yīng)后縮聚得低分子量初聚體[4]，即三聚氰胺甲醛樹脂。它無色、無味、耐熱防潮濕，可用于飾面人造板。將其改性后，可用作紙張抗水劑，不僅可以提高抗熱水性，還可以增大紙張耐破性。除此之外，還可以做涂料、魔力擦。魔力擦又稱三聚氰胺海綿，由于吸附效果好，可以不用任何洗潔精就可以清理玻璃、器具和桌子等家用品的污漬。

4 結(jié)語

(1)高壓尿素法生產(chǎn)的三聚氰胺，工藝流程達(dá)到了相對(duì)節(jié)能的狀態(tài)，產(chǎn)生的尾氣和副產(chǎn)物能被充分地再次利用。高壓法與中、低壓法相比，無需催化劑，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本；產(chǎn)品質(zhì)量和純度較高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)等率達(dá)100%；操作穩(wěn)定性高，不易產(chǎn)生中、低壓法管道堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)象。

(2)三聚氰胺可廣泛應(yīng)用于三聚氰胺樹脂、紙張抗水劑或防水劑、裝飾貼面板、涂料、模塑粉和魔力擦等。