【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工，具体涉及一种尿素制三聚氰酸的系统及其方法。
技术介绍
1、三聚氰酸(cyanuric acid)又名氰尿酸(tricyanic acid)，化学式为c3h3n3o3，存在两种异构体，即酮式和烯醇式结构，通常以两种异构体的混合物存在。白色结晶；味微苦，基本无毒，能溶于热水，微溶于冷水，水溶液呈酸性，不溶于冷的醇、醚、苯等有机溶剂。
2、三聚氰酸是一种非常重要的化工合成原料，主要用于制造二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸、三(β-羟乙基)异氰尿酸酯、三烯丙基酯、氰尿酸-甲醛树酯、环氧树脂、抗氧剂、涂料、粘合剂以及医学上卤三羟嗪类药物。目前，国内外使用三聚氰酸开发的系列产品已多达500多种，其中工业商品化的有200多种，这些产品都是附加值高、用途广泛、竞争力强、市场急需的精细化工产品。
3、现有关于合成三聚氰酸的方法主要包括尿素热解法、光气与氨反应合成法、氰酸三聚法、氢氰酸氧化法、氰尿酰氯水解法等。目前较为主流的工艺是尿素热解法，该方法存在多种平行副反应，目的产物的选择性降低，产物杂质多，其中主要杂质为缩二脲、三聚氰酸一酰胺等。据可靠资料显示，目前常用的隧道窑尿素热解法，由于升温缓慢的原因，副产物较多，三聚氰酸的含量只有70％左右。还需要进一步提纯处理。
4、因此，亟需开发出一种尿素制三聚氰酸的系统及其方法，解决常规尿素热解使用的隧道窑占地面积大、投资高和尿素粘壁的问题，并且减少反应副产物的生成，提高反应产物的纯度，并且回收挥发出来的尿素，重新返回进行反应。
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的常规尿素热解使用的隧道窑占地面积大、投资高、尿素粘壁、反应产物纯度低和尿素利用率低的问题，提供一种尿素制三聚氰酸的系统及其方法，该技术方案通过使用拌料式反应器，解决了直接加热尿素产生的尿素粘壁问题，同时还可以提高反应器内物料的换热速率，加快了反应速度，提高了反应效率，使反应副产物减少，提高了反应产物的纯度，并且通过过滤装置，过滤掉挥发出来的尿素，并重新返回到反应器中进行反应。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种尿素制三聚氰酸的系统，该系统包括反应装置、过滤装置和产物储仓，其中，所述反应装置包括同轴设置的内筒和外筒，所述内筒与所述外筒之间构成反应腔室，所述内筒内设置有螺旋提升结构，所述外筒的一侧设置有尿素进口，并且与所述尿素进口相对的另一侧设置有溢流出料口，尿素原料通过所述尿素进口加入并在所述反应腔室内发生热解反应以获得三聚氰酸和氨气，所述反应腔室内的三聚氰酸从底部进入所述内筒的内腔，通过所述螺旋提升结构提升至顶部并从顶部返回所述反应腔室，所述反应腔室内的混合物料通过所述溢流出料口排出，并在重力的作用下分离为气相和固相；所述气相进入所述过滤装置中进行过滤处理；所述固相进入所述产物储仓中进行收集。
3、优选地，在所述反应装置中，所述内筒和所述螺旋提升结构各自连接有用于使其发生转动的传动装置。
4、优选地，所述内筒和所述螺旋提升结构的转动方向相反。
5、优选地，所述螺旋提升结构包括转动轴和围绕所述转动轴外周设置的螺旋叶片。
6、优选地，所述外筒的内侧设置有刮壁螺旋飘带。
7、优选地，所述溢流出料口向下倾斜45-60°。
8、优选地，所述尿素进口的下沿高度与所述溢流出料口的下沿高度之比为(1.01-1.2)：1。
9、优选地，所述过滤装置包括腔体，所述腔体内填充有过滤填料，所述腔体的顶部设置有填料入口，底部设置有填料出口，所述腔体的上部设置有气体入口，所述腔体的下部设置有气体出口，从所述混合物料中分离出的气相通过所述气体入口进入所述腔体内并在所述过滤填料的存在下进行过滤。
10、优选地，所述过滤填料为氧化锆球和/或陶瓷球。
11、优选地，所述系统还包括筛分装置，所述过滤装置进行过滤处理一段时间后，将腔体内的过滤填料通过所述填料出口输送到所述筛分装置中进行筛分，经过筛分后的过滤填料通过所述填料入口返回所述过滤装置的腔体内。
12、优选地，所述筛分装置为滚筒筛分机。
13、优选地，所述筛分装置与所述尿素进口之间配置有物料回用管线，用于将所述筛分装置中筛分出的尿素和三聚氰酸粉末返回所述反应装置中重复利用。
14、优选地，所述系统还包括喷淋装置，所述喷淋装置用于对从所述过滤装置的气体出口排出的氨气进行淋洗以获得氨水。
15、本专利技术第二方面提供了一种尿素制三聚氰酸的方法，该方法在上述的系统中进行，该方法包括：
16、在所述反应装置的反应腔室内填充三聚氰酸，在所述内筒和所述螺旋提升结构同时转动下，将尿素原料通过所述尿素进口加入所述反应腔室内进行热解反应；所述反应腔室内的混合物料通过所述溢流出料口排出，并在重力的作用下分离为气相和固相；所述气相进入所述过滤装置中进行过滤处理，将过滤后得到的氨气进行淋洗以获得氨水，将过滤处理过程中截留的尿素和三聚氰酸粉末分离出来并通过所述尿素进口返回所述反应腔室内重复利用。
17、优选地，所述内筒的转速与所述螺旋提升结构的转速之比为1：(5-15)。
18、优选地，所述螺旋提升结构的转速为80-120r/min，所述内筒(12)的转速为10-15r/min。
19、优选地，所述热解反应的条件包括：温度为270-300℃，时间为10-15h。
20、优选地，在所述热解反应的过程中，所述反应装置(1)内的三聚氰酸与尿素的质量之比维持在(10-12)：1的范围内。
21、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
22、(1)本专利技术所述的反应装置采用溢流的方式出料，保证了反应腔室内有足够的三聚氰酸作为填料，无需再监测料位高度，与现在常规隧道窑生产工艺相比，大大降低了投资成本，缩小了设备体积，减少了设备占地；
23、(2)与常规隧道窑工艺相比，通过本专利技术所述的系统，将产物三聚氰酸的纯度从70％左右提升到了89％以上，而且本专利技术所述的系统的自动化程度较高，操作简便，减少了人工成本，降低了产品中的副产物，提高了尿素的利用率，减少了下一步除杂所需酸液的量；
24、(3)在本专利技术所述的系统中，尿素进口位于料位处，尿素进入反应器后快速被上方落下的三聚氰酸覆盖，产生的氨气携带着挥发的尿素在上升过程中，挥发的尿素被三聚氰酸粉末拦截，减少了后续所需处理的挥发尿素的量；
25、(4)通过过滤装置对产生的烟气进行过滤，可以有效的去除尿素热缩合时产生的气态尿素，并将这些尿素收集起来继续参与反应，提高了尿素利用率；
26、(5)本专利技术所述的系统不仅可以用于三聚氰酸的生产，还可以用于其他加热后粘壁的物质的生产。
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1.一种尿素制三聚氰酸的系统，其特征在于，该系统包括反应装置(1)、过滤装置(2)和产物储仓(3)，
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述反应装置(1)中，所述内筒(12)和所述螺旋提升结构(11)各自连接有用于使其发生转动的传动装置(17)；
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述外筒(13)的内侧设置有刮壁螺旋飘带(16)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述溢流出料口(15)向下倾斜45-60°。
5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述尿素进口(14)的下沿高度与所述溢流出料口(15)的下沿高度之比为(1.01-1.2)：1。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于，所述过滤装置(2)包括腔体，所述腔体内填充有过滤填料，所述腔体的顶部设置有填料入口(21)，底部设置有填料出口(22)，所述腔体的上部设置有气体入口(23)，所述腔体的下部设置有气体出口(24)，从所述混合物料中分离出的气相通过所述气体入口(23)进入所述腔体内并在所述过滤填
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括筛分装置，所述过滤装置(2)进行过滤处理一段时间后，将腔体内的过滤填料通过所述填料出口(22)输送到所述筛分装置中进行筛分，经过筛分后的过滤填料通过所述填料入口(21)返回所述过滤装置(2)的腔体内；
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述筛分装置与所述尿素进口(14)之间配置有物料回用管线，用于将所述筛分装置中筛分出的尿素和三聚氰酸粉末返回所述反应装置(1)中重复利用。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括喷淋装置(4)，所述喷淋装置(4)用于对从所述过滤装置(2)的气体出口(24)排出的氨气进行淋洗以获得氨水。
10.一种尿素制三聚氰酸的方法，其特征在于，该方法在权利要求1-9中任意一项所述的系统中进行，该方法包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述内筒(12)的转速与所述螺旋提升结构(11)的转速之比为1：(5-15)；
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述热解反应的条件包括：温度为270-300℃，时间为10-15h。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述热解反应的过程中，所述反应装置(1)内的三聚氰酸与尿素的质量之比维持在(10-12)：1的范围内。
...【技术特征摘要】
1.一种尿素制三聚氰酸的系统，其特征在于，该系统包括反应装置(1)、过滤装置(2)和产物储仓(3)，
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述反应装置(1)中，所述内筒(12)和所述螺旋提升结构(11)各自连接有用于使其发生转动的传动装置(17)；
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述外筒(13)的内侧设置有刮壁螺旋飘带(16)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其特征在于，所述溢流出料口(15)向下倾斜45-60°。
5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述尿素进口(14)的下沿高度与所述溢流出料口(15)的下沿高度之比为(1.01-1.2)：1。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于，所述过滤装置(2)包括腔体，所述腔体内填充有过滤填料，所述腔体的顶部设置有填料入口(21)，底部设置有填料出口(22)，所述腔体的上部设置有气体入口(23)，所述腔体的下部设置有气体出口(24)，从所述混合物料中分离出的气相通过所述气体入口(23)进入所述腔体内并在所述过滤填料的存在下进行过滤；
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括筛分装置，所述过滤装置(2)进行过滤处...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春振，刘泽阳，李敏，高俨，丛玮，陈阳，
申请(专利权)人：国能山东能源环境有限公司，
类型：发明
国别省市：
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