СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИУРЕТА И ЦИАНУРОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2010 года по МПК C07C275/62 C07C273/18 C07D251/32 B01J10/00 

Настоящая заявка заявляет право на привилегии Корейской заявки №10-2006-0076212, поданной 11 августа 2006, в Корейское Ведомство по Интеллектуальной Собственности, содержание которой полностью включено сюда в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для получения биурета и циануровой кислоты, и в особенности, к способу получения биурета высокой чистоты, в котором продукты термического разложения мочевины, такие как биурет, триурет, циануровая кислота, охлаждаются с образованием кристаллического вещества, которое растворяется с помощью раствора щелочи и охлаждается с получением биурета высокой чистоты, к оборудованию для получения биурета, а также к способу и устройству для получения циануровой кислоты высокой чистоты, являющейся побочным продуктом реакции термического разложения мочевины.

Уровень техники

В общем случае, при термическом разложении мочевины при 130°С-200°С, образуется продукт конденсации, содержащий биурет. Реакция термического разложения мочевины осуществляется эффективно, если процесс происходит при пониженном давлении, или аммиак, являющийся продуктом термического разложения мочевины, удаляется продувкой воздуха или азота через реактор, так что биурет может быть получен в большом количестве за короткий промежуток времени. Кроме того, поскольку реакция термического разложения протекает при высокой температуре, биурет может образовываться быстро, но при этом может образоваться большее количество побочных продуктов, таких как циануровая кислота, триурет и меламин ("Biuret and Related Compounds", Chemical Reviews, 56, pp.95-197 (1956)).

Далее будет подробно описан процесс термического разложения мочевины с образованием биурета.

Мочевина нагревается до 130°С или выше в реакторе термического разложения, с образованием аммиака и изоциановой кислоты, как показано на схеме реакции 1:

Реакция проходит по схеме 1 по мере того, как мочевина поглощает тепло. При увеличении температуры мочевина разлагается быстрее, и изоциановая кислота также образуется быстрее. Чем больше удаляется аммиака, тем в большей степени проходит прямая реакция.

Изоциановая кислота реагирует с мочевиной, остающейся в реакторе, с образованием биурета по схеме реакции 2:

Реакция 2 является экзотермической. Поскольку температура повышена, изоциановая кислота, присутствующая в большом количестве в состоянии равновесия, реагирует с мочевиной с образованием биурета. При этом также образуются побочные продукты, такие как циануровая кислота и триурет.

Аналогичные процессы получения биурета были описаны ранее во многих ссылках, которые посвящены главным образом способам отделения биурета в больших количествах от побочных продуктов после его образования.

Патент US №3057918 описывает способ выделения биурета, в котором неочищенный биурет, содержащий циануровую кислоту и триурет, вываривается в водном растворе аммиака с концентрацией 10% или более при 80-110°С, и затем охлаждается с образованием кристаллического биурета, плохо растворимого в воде. Опубликованный американский патент также раскрывает способ выделения высокочистой циануровой кислоты из раствора, из которого был выделен биурет, путем удаления аммиака при пониженном давлении. Описанный выше способ, однако, требует отдельного сложного оборудования для поддержания концентрации аммиака в растворе на заданном уровне, в то время как процесс вываривания осуществляется под давлением. Вдобавок, процесс вываривания должен происходить в течение относительно длительного периода времени, от 30 минут до 2 часов. Кроме того, выделение циануровой кислоты должно проводиться при пониженном давлении. Таким образом, способ, описанный выше, является дорогостоящим.

Опубликованный патент GB №1324277 раскрывает способ получения биурета высокой чистоты, в котором мочевина растворяется в гликолевом эфире и вступает в реакцию при 110-210°С с получением биурета высокой чистоты. Этот способ, однако, включает процесс разложения мочевины и процесс уменьшения количества остаточной мочевины до уровня ниже требуемого путем понижения температуры, при этом процесс сокращения количества остаточной мочевины должен быть осуществлен в течение 2-6 часов. Таким образом, этот способ также является дорогим.

Таким образом, существует потребность в развитии недорогого способа, в котором мочевина термически разлагается с использованием относительно простого метода с получением биурета высокой чистоты.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение представляет способ получения биурета высокой чистоты с использованием реакции термического разложения.

Настоящее изобретение представляет также способ получения циануровой кислоты высокой чистоты из продуктов реакции термического разложения.

Настоящее изобретение представляет также устройство для получения биурета высокой чистоты с использованием реакции термического разложения.

Настоящее изобретение представляет также устройство для получения циануровой кислоты высокой чистоты из продуктов реакции термического разложения.

Результатом изобретения является повышение чистоты биурета и циануровой кислоты.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, представлен способ получения биурета, который включает: (a) плавление мочевины; (b) осуществление путем нагрева термического разложения расплавленной мочевины; (c) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрации неочищенного кристаллического биурета; (d) растворение неочищенного кристаллического биурета с использованием водного раствора щелочи; (e) охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; и (f) фильтрование охлажденного продукта для получения кристаллического биурета и маточного раствора и промывание кристаллического биурета.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, представлен способ получения циануровой кислоты, который включает: (a) плавление мочевины; (b) осуществление путем нагрева термического разложения расплавленной мочевины; (c) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрации неочищенного кристаллического биурета; (d) растворение неочищенного кристаллического биурета с использованием водного раствора щелочи; (e) охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; (f) фильтрование охлажденного продукта для получения кристаллического биурета и маточного раствора и промывание кристаллического биурета; (g) нейтрализацию фильтрованного маточного раствора, полученного на стадии (f), с использованием кислоты с целью получения суспензии, содержащей кристаллы циануровой кислоты; и (h) фильтрование и промывку суспензии, содержащей кристаллы циануровой кислоты с целью выделения кристаллов циануровой кислоты.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, представлено устройство для получения биурета, которое включает: (1) плавитель мочевины для того, чтобы плавить мочевину; (2) реактор термического разложения для термического разложения расплавленной мочевины путем нагрева; (3) первый кристаллизатор для получения суспензии, содержащей неочищенные кристаллы, путем добавления воды к продукту, полученному в тепловом реакторе разложения и охлаждения полученного раствора; (4) первая ступень фильтрования и промывки для того, чтобы получить неочищенные кристаллы биурета путем фильтрования и промывки суспензии, содержащей неочищенные кристаллы; (5) емкость для растворения, чтобы растворять неочищенные кристаллы биурета с использованием водного раствора щелочи; (6) второй кристаллизатор, чтобы получить суспензию, содержащую очищенные кристаллы биурета, путем охлаждения растворенного продукта; и (7) вторая ступень фильтрования и промывки суспензии, содержащей кристаллы биурета.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения, представлено оборудование для получения циануровой кислоты, которое включает: устройство, описанное выше, а именно: (1) плавитель мочевины для того, чтобы плавить мочевину; (2) реактор термического разложения для термического разложения расплавленной мочевины путем нагрева; (3) первый кристаллизатор для получения суспензии, содержащей неочищенные кристаллы, путем добавления воды к продукту, полученному в реакторе термического разложения, и охлаждения полученного раствора; (4) первую ступень фильтрования и промывки для того, чтобы получить неочищенные кристаллы биурета путем фильтрования и промывки суспензии, содержащей неочищенные кристаллы; (5) емкость для растворения, чтобы растворять неочищенные кристаллы биурета с использованием водного раствора щелочи; (6) второй кристаллизатор для получения суспензии, содержащей очищенные кристаллы биурета, путем охлаждения растворенного продукта; и (7) вторую ступень фильтрования и промывки для того, чтобы фильтровать суспензию, содержащую очищенные кристаллы биурета и маточный раствор, и промывать очищенные кристаллы биурета; (8) нейтрализующее устройство для нейтрализации маточного раствора, подаваемого из второго устройства для фильтрования и промывки, с помощью кислоты, чтобы осаждать кристаллы циануровой кислоты с целью получения суспензии, содержащей кристаллы циануровой кислоты; и (9) третью ступень фильтрования и промывки фильтрования, и промывки суспензии, содержащей кристаллы циануровой кислоты, чтобы выделить кристаллы циануровой кислоты.

В том случае если биурет получен с использованием способа и устройства для получения биурета в соответствии с настоящим изобретением, неочищенные кристаллы биурета, являющиеся продуктом термического разложения, растворяют в водном растворе щелочи в течение короткого промежутка времени, а полученный раствор охлаждается с селективным выделением биурета, имеющего низкую растворимость в воде при низкой температуре, и, таким образом, может быть получен биурет с высокой степенью чистоты. Кроме того, после того, как выделен биурет, маточный раствор, в котором находится циануровая кислота, может быть нейтрализован с помощью кислоты, чтобы получить кристаллы циануровой кислоты высокой чистоты.

Осуществление изобретения

Способ получения биурета согласно осуществлению настоящего изобретения включает: (а) плавление мочевины; (b) осуществление реакции термического разложения расплавленной мочевины путем нагревания; (с) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрования неочищенных кристаллов биурета; (d) растворение неочищенных кристаллов биурета с помощью водного раствора щелочи; (е) охлаждение растворенного продукта с целью осаждения кристаллов биурета; и (f) фильтрование охлажденного продукта, чтобы получить кристаллы биурета и маточный раствор, и промывание кристаллов биурета.

В (а), температура плавителя 12 мочевины, используемого для плавления мочевины, может быть в диапазоне от 130°С до 160°С более точно от 132°С до 140°С. Если температура плавителя 12 мочевины меньше 130°С, мочевина может быть не полностью расплавлена. С другой стороны, если температура плавителя 12 мочевины больше 160°С, происходит реакция самоконденсации и образуется больше побочных продуктов. После того как мочевина расплавляется в плавителе мочевины, мочевина вводится в реактор 13 термического разложения и нагревается.

В (b), температура нагрева может быть в диапазоне от 130°С до 200°С, более точно от 140°С до 150°С. В данном интервале температур мочевина может реагировать быстро и эффективно с изоциановой кислотой. Когда температура нагрева меньше 130°С, может присутствовать нерасплавленная мочевина, и эффективность реакции образования изоциановой кислоты может быть слишком низкой. С другой стороны, когда температура нагрева больше 200°С, слишком много побочных продуктов, таких как циануровая кислота, триурет, меламин, или амеллид, могут образовываться в дополнение к биурету.

Способ может далее включать возврат газообразного аммиака и газообразной изоциановой кислоты, образующихся на стадии (b), на стадию (а). На стадии (b) реакция термического разложения может быть осуществлена при подаче воздуха или инертного газа в нижнюю часть реактора. При введении воздуха или инертного газа в нижнюю часть реактора аммиак и непрореагировавшая изоциановая кислота могут присутствовать в воздухе или инертном газе, выходящем из реактора и, таким образом, аммиак и непрореагировавшая изоциановая кислота могут быть повторно введены в плавитель 12 мочевины. В плавителе 12 мочевины повторно введенная изоциановая кислота может реагировать с мочевиной с образованием биурета. Следовательно, степень превращения мочевины в результате реакции термического разложения может быть увеличена. Аммиак можно пропускать через скруббер для поглощения его водой, а затем подавать на установку получения жидкого аммиака или водного раствора аммиака заданной концентрации.

Реакция термического разложения может быть выполнена в одном реакторе периодического действия или в реакторе непрерывного типа, состоящем из множества реакторов, соединенных последовательно. Для увеличения эффективности и стабильности реакции термического разложения может использоваться реактор непрерывного действия, который более эффективен, чем периодический реактор. Когда число реакторов превышает 7, увеличения степени превращения больше не происходит, и таким образом, экономическая эффективность может уменьшаться.

Продукты, полученные в результате реакции термического разложения, могут включать биурет и побочные продукты, такие как циануровая кислота, триурет или подобные. В настоящем описании термин «неочищенный биурет» относится к продукту, содержащему биурет и другие побочные продукты. Неочищенный биурет из реактора 13 термического разложения вводится в первый кристаллизатор 14 и затем смешивается с водой, полученная смесь охлаждается для осаждения неочищенных кристаллов биурета, чтобы получить суспензию, содержащую неочищенные кристаллы биурета. Суспензия неочищенных кристаллов биурета фильтруется в первой ступени 15 фильтрования и промывки и затем подается в емкость 16 для растворения. В первом устройстве для фильтрования и промывки могут использоваться центрифуга или оборудование для вакуумного фильтрования.

На стадии (с) маточный раствор может содержать в основном мочевину; мочевина подается в устройство 23 для упаривания воды и нагревается при пониженном давлении для испарения воды. Полученная мочевина повторно вводится в плавитель 12 мочевины для производства биурета.

Кристаллы, отфильтрованные в первой ступени 15 фильтрования и промывки, т.е. неочищенные кристаллы биурета, могут быть растворены в водном растворе щелочи. Водный раствор щелочи может быть водным раствором гидроокиси щелочного металла или водным раствором гидроокиси щелочноземельного металла, а именно водным раствором NaOH, KOH или Ca(OH)₂. Концентрация щелочи в водном растворе может быть в диапазоне приблизительно от 10% до 50%. Водный раствор щелочи растворяет биурет, циануровую кислоту и триурет, образуя раствор, более точно, реагирует с циануровой кислотой с образованием соли, значительно увеличивая растворимость циануровой кислоты. Соответственно, водный раствор щелочи, который добавляется, чтобы реагировать с циануровой кислотой с образованием соли, должен использоваться в соответствующем эквивалентном отношении с циануровой кислотой. Согласно настоящему изобретению, количество щелочного раствора может быть в диапазоне от 0.5 до 5 молей на 1 моль циануровой кислоты в неочищенных кристаллах биурета. Когда количество используемого водного раствора щелочи слишком мало, образуется меньше соли циануровой кислоты и, соответственно, в процессе охлаждения не может получаться биурет высокой чистоты. С другой стороны, когда количество щелочного используемого водного раствора слишком велико, концентрация биурета слишком низка, и биурет не может осаждаться в последующем процессе охлаждения.

На стадии (d) водный раствор щелочи может быть добавлен при подходящей температуре, чтобы добиться эффективности и стабильности растворения. Согласно настоящему изобретению, температура растворения может быть в диапазоне от 50°С до 105°С, более точно в диапазоне от 60°С до 80°С. Когда температура растворения ниже 50°С, время растворения неочищенных кристаллов биурета в водном растворе щелочи может быть слишком велико, и таким образом, экономическая эффективность будет ниже. С другой стороны, когда температура растворения выше 105°С, биурет может разложиться, и таким образом, его количество уменьшится.

Раствор, полученный при использовании водного раствора щелочи на стадии (d), охлаждают. Процесс охлаждения может быть осуществлен посредством охлаждающего теплообменника спирального, пластинчатого или трубчатого типа. В настоящем осуществлении процесс охлаждения может быть осуществлен при температуре от 5°С до 40°С. Когда температура охлаждения меньше 5°С, раствор неочищенного биурета становится настолько вязким, что могут возникнуть технологические проблемы. С другой стороны, когда температура охлаждения выше 40°С, только небольшое количество биурета может быть получено в виде осадка из-за высокой растворимости биурета. В процессе охлаждения биурет, имеющий низкую растворимость в воде, может быть осажден в форме кристаллов, но циануровая кислота, которая существует в виде соли, может полностью раствориться.

Полученная суспензия кристаллов биурета фильтруется и промывается во второй ступени 18 фильтрования и промывки с целью выделения кристаллов биурета. Выделенные кристаллы биурета сушат, чтобы получить кристаллы биурета высокой чистоты, что является целью настоящего изобретения.

Способ получения циануровой кислоты, согласно настоящему изобретению, включает: (а) плавление мочевины; (b) осуществление термического разложения расплавленной мочевины путем нагрева; (с) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрации неочищенного кристаллического биурета; (d) растворение неочищенного кристаллического биурета с использованием водного раствора щелочи; (е) охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; (f) фильтрование охлажденного продукта для получения кристаллического биурета и маточного раствора и промывание кристаллического биурета; (g) нейтрализацию фильтрованного маточного раствора, полученного на стадии (f), с использованием кислоты с целью получения кристаллов циануровой кислоты, с образованием суспензии кристаллов циануровой кислоты; и (h) фильтрование и промывку суспензии кристаллов циануровой кислоты с целью выделения кристаллов циануровой кислоты.

Таким образом, способ получения циануровой кислоты, согласно настоящему варианту, включает такие же процессы, как в способе, соответствующем предыдущему варианту осуществления, а именно: осуществление термического разложения расплавленной мочевины при нагревании; добавление воды к полученному продукту термического разложения с целью осаждения неочищенных кристаллов биурета и фильтрование неочищенных кристаллов биурета; растворение кристаллов биурета с помощью водного раствора щелочи; охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; и фильтрование кристаллов биурета;

На стадии (g) соль циануровой кислоты нейтрализуется кислотой. В настоящем изобретении кислота может быть неорганической кислотой, такой как соляная кислота, серная кислота, азотная кислота или фосфорная кислота, или органической кислотой, такой как уксусная кислота, карбоновая кислота, муравьиная кислота, щавелевая кислота или бензойная кислота. Кроме того, кислота может быть любой кислотой, имеющей pH меньше 7.

Кристаллы, осажденные при нейтрализации кислотой маточного раствора на стадии (g), содержат большое количество циануровой кислоты. Суспензию кристаллов фильтруют и промывают водой в третьей ступени 20 фильтрования и промывки для получения циануровой кислоты высокой чистоты.

Устройство для получения биурета согласно описываемому варианту настоящего изобретения включает:

(1) плавитель мочевины для плавления мочевины;

(2) реактор термического разложения для термического разложения мочевины при нагревании;

(3) первый кристаллизатор для получения суспензии неочищенных кристаллов путем добавления воды к продукту, полученному в реакторе термического разложения, и охлаждения полученного продукта;

(4) первую ступень фильтрования и промывки для получения неочищенных кристаллов биурета путем фильтрования и промывки суспензии неочищенных кристаллов;

(5) емкость для растворения, чтобы растворять неочищенные кристаллы биурета в водном растворе щелочи;

(6) второй кристаллизатор для получения суспензии очищенных кристаллов биурета путем охлаждения растворенного продукта; и

(7) вторую ступень фильтрования и промывки для фильтрования суспензии очищенных кристаллов биурета, чтобы получить очищенные кристаллы биурета и маточный раствор, а также промыть кристаллы очищенного биурета.

Поглотитель 11 аммиака, плавитель 16 мочевины, реактор 13 термического разложения, первый и второй кристаллизаторы 14 и 17, первая и вторая ступени 15, 18 и 19 фильтрования и промывки, и емкость 16 для растворения щелочи уже описаны выше.

Устройство согласно настоящему варианту осуществления может далее включать устройство для поглощения газообразного аммиака и газообразной изоциановой кислоты, образующихся в реакторе 13 термического разложения, и возврата собранных газов в плавитель 12 мочевины. В результате использования такого возвращающего устройства могут быть минимизированы потери непрореагировавшей газообразной изоциановой кислоты, и, соответственно, может быть увеличена скорость превращения мочевины в биурет. В то же время аммиак, образовавшийся в результате реакции термического разложения, пропускается через поглотитель 11 так, чтобы весь аммиак был абсорбирован в поглотителе 11 и затем отправлен на установку получения жидкого аммиака или аммиачной воды определенной концентрации, и таким образом, мог использоваться в других процессах.

Реактор 13 термического разложения может быть либо периодическим реактором, либо реактором непрерывного действия, состоящим из множества реакторов, соединенных последовательно. Чтобы добиться эффективности и стабильности реакции термического разложения, может использоваться реактор непрерывного действия, который более эффективен, чем периодический реактор. Когда число реакторов больше чем 7, увеличения степени превращения более не происходит, и таким образом, экономическая эффективность может уменьшаться.

Устройство согласно описываемому варианту осуществления может дополнительно включать устройство, в котором испаряется вода из маточного раствора, полученного в первом устройстве для фильтрования и промывки (4), а полученный раствор подается в плавитель мочевины (1). Маточный раствор, полученный в первой ступени фильтрования и промывки (4) состоит преимущественно из мочевины. Маточный раствор вводится в устройство 23 для испарения воды и затем нагревается при пониженном давлении для испарения воды. Полученная мочевина поступает в плавитель 12 мочевины, чтобы снова вступить в реакцию термического разложения. Таким образом, мочевина может быть повторно использована и могут быть уменьшены производственные затраты.

Водный раствор щелочи, добавленный в емкости 16 для растворения (5) согласно варианту осуществления, может быть водным раствором гидроокиси щелочного металла или водным раствором гидроокиси щелочноземельного металла, более точно, водным раствором NaOH, KOH или Ca(OH)₂. Водный раствор щелочи может иметь концентрацию приблизительно от 10% до 50%. Устройство для загрузки водного раствора щелочи может быть любым. Например, водный раствор щелочи может быть введен через внешнюю линию подачи или водный раствор щелочи, может быть непосредственно введен в емкость для растворения водного раствора щелочи.

Температура емкости 16 для растворения (5) может быть в диапазоне от 50°С до 105°С, более точно от 60°С до 80°С. Если температура емкости 16 для растворения (5) ниже 50°С, время растворения неочищенных кристаллов биурета в растворе щелочи становится слишком большим, так что экономическая эффективность может снизиться. С другой стороны, если температура емкости 16 для растворения (5) выше 105°С, биурет может разлагаться.

Биурет, полученный с использованием оборудования для получения биурета согласно описываемому варианту, не содержит циануровой кислоты и имеет высокую чистоту. Кроме того, биурет может быть получен с использованием простого оборудования, так что могут быть уменьшены производственные затраты.

Устройство для получения циануровой кислоты согласно другому осуществлению существующего изобретения включает: (1) плавитель мочевины для того, чтобы плавить мочевину; (2) реактор термического разложения для термического разложения мочевины при нагревании; (3) первый кристаллизатор для получения суспензии неочищенных кристаллов путем добавления воды к продукту, полученному в реакторе термического разложения и охлаждения полученного продукта; (4) первую ступень фильтрования и промывки для того, чтобы получить неочищенные кристаллы биурета путем фильтрования и промывки суспензии неочищенных кристаллов; (5) емкость для растворения, чтобы растворять неочищенные кристаллы биурета в водном растворе щелочи; (6) второй кристаллизатор для получения суспензии очищенных кристаллов биурета путем охлаждения растворенного продукта; (7) вторую ступень для фильтрования суспензии очищенных кристаллов биурета, чтобы получить очищенные кристаллы биурета и маточный раствор, и промывания очищенных кристаллов биурета; (8) устройство нейтрализации для того, чтобы нейтрализовать маточный раствор, полученный из второго устройства для фильтрования и промывки, с использованием кислоты, чтобы осадить кристаллы циануровой кислоты и получить суспензию кристаллов циануровой кислоты; и (9) третью ступень для фильтрования и промывки суспензии кристаллов циануровой кислоты, чтобы выделить кристаллы циануровой кислоты.

В (8) кислота, используемая для нейтрализации маточного раствора, может быть неорганической кислотой, такой как соляная кислота, серная кислота, азотная кислота или фосфорная кислота; или органической кислотой, такой как уксусная кислота, карбоновая кислота, муравьиная кислота, щавелевая кислота или бензойная кислота. Кроме того, кислота может быть любой кислотой, имеющей pH меньше 7.

Ступень 20 нейтрализации и третья ступень 21 и 22 фильтрования и промывки кристаллов циануровой кислоты уже описаны выше.

До этого момента были описаны способ и устройство для получения биурета и способ и устройство для получения циануровой кислоты.

В описываемых в настоящем изобретении способах и устройствах неочищенные кристаллы биурета растворяют в водном растворе щелочи и затем охлаждают, чтобы получить кристаллы биурета. Поэтому биурет высокой чистоты и циануровая кислота высокой чистоты могут быть получены легче и за более короткий промежуток времени, чем при использовании технологии вываривания с аммиаком.

Настоящее изобретение будет описано далее в деталях со ссылкой на примеры. Эти примеры даются только в иллюстративных целях и не ограничивают объем настоящего изобретения.

Примеры

Пример 1

Мочевину (производство SigmaAldrich Co.) растворяли в плавителе мочевины при 140°С и затем вводили в реактор термического разложения определенной скоростью загрузки. Температуру в реакторе термического разложения поддерживали равной 160°С. Реактор термического разложения был реактором непрерывного действия, состоящим из трех реакторов, соединенных последовательно. Воздух поступал в реактор термического разложения через нижнюю часть реактора в количестве 1 моль воздуха на 1 моль мочевины. Когда воздух выходил из термического реактора разложения, он содержал аммиак и непрореагировавшую изоциановую кислоту. Выходящий воздух подавали в плавитель мочевины для того, чтобы непрореагировавшая изоциановая кислота реагировала с мочевиной. Продукт, полученный в реакторе термического разложения, непрерывно подавали в охлаждающий резервуар, чтобы осадить неочищенные кристаллы биурета. При этом среднее время нахождения продукта в охлаждающем резервуаре регулировали так, чтобы оно составляло приблизительно 150 минут. Продукт, полученный в реакторе термического разложения, был выделен, чтобы измерить степень конверсии мочевины. В результате степень конверсии мочевины составляла приблизительно 35%. Продукт реакции термического разложения был идентифицирован методом жидкостной хроматографии. В расчете на 100 массовых частей введенной в реактор мочевины, количество биурета составляло 29.8 массовых частей, мочевины 50.9 массовых частей, циануровой кислоты 3.0 массовых частей и триурета 1.3 массовых частей. Таким образом, общая масса биурета, мочевины, циануровой кислоты и триурета составляла 85 массовых частей. Итак, за вычетом общей массы полученных продуктов из 100 массовых частей введенной мочевины получаем потерю 15 массовых частей, что вызвано тем, что непрореагировавшая изоциановая кислота и аммиак удалялись из реактора термического разложения. В дальнейшем количество каждого компонента измерялось в массовых частях в расчете на 100 массовых частей введенной мочевины.

Воду в количестве 85 массовых частей добавляли к 85 массовым частям продукта термического разложения и охлаждали до 15°С при перемешивании, затем продукт реакции обезвоживали центрифугированием. Обезвоженный кек, содержащий кристаллы, был промыт 15 массовыми частями воды для удаления оставшейся мочевины. В результате количество полученного осадка составляло 28 массовых частей. Обезвоженный осадок был проанализирован методом жидкостной хроматографии. В результате обнаружено, что количество биурета было 85.7 мас.%, количество мочевины 1.8 мас.%, количество циануровой кислоты 8.9 мас.% и количество триурета 3.6 мас.%. Кроме того, маточный раствор, полученный после удаления воды, был также исследован методом жидкостной хроматографии. Установлено, что количество биурета 4.1 мас.%, мочевины 35.5 мас.%, циануровой кислоты 0.3 мас.%, триурета 0.2 мас.% и воды 59.9 вес.%. Маточный раствор, полученный после удаления воды, был нагрет при температуре 110-130°С под давлением 200 мм рт.ст. и затем повторно введен в плавитель мочевины. Состав полученного раствора был установлен до его повторного введения в плавитель мочевины. Количество биурета было 12.2 мас.%, мочевины 86.5 мас.%, циануровой кислоты 0.9 мас.% и триурета 0.4 вес.%. Затем мочевина была дополнительно введена в плавитель мочевины. В результате процесса в составе продуктов термического разложения конверсия биурета была увеличена до равновесной. В состоянии равновесия состав термического продукта разложения был следующим: 37.3 мас.% биурета, 57 мас.% мочевины, 4.2 мас.% циануровой кислоты и 1.5 мас.% триурета.

Далее к обезвоженному осадку неочищенного биурета были добавлены 72 массовые части воды, и затем туда же были добавлены 2.5 моль водного раствора NaOH на 1 моль циануровой кислоты и нагреты до 70°С в течение 20 минут, чтобы продукт термического разложения полностью прореагировал. При этом циануровая кислота реагировала с водным раствором NaOH с образованием соли циануровой кислоты, очень хорошо растворимой в воде. Раствор, полученный путем взаимодействия с водным раствором NaOH, вводили в охлаждающий резервуар и охлаждали до 10°С. При этом происходила кристаллизация и биурет выпадал в осадок. Полученную смесь дегидратировали с помощью центрифуги и промывали водой, для получения очищенного биурета. В результате был получен биурет с чистотой, по меньшей мере 99.5 мас.%.

Затем обезвоженный маточный раствор вводили в резервуар нейтрализации и к нему добавляли HCl до достижения величины pH в резервуаре нейтрализации, равной 4. При этом осаждалась циануровая кислота. Полученную смесь дегидратировали при 50°С и промывали водой, чтобы получить очищенную циануровую кислоту. Полученная таким способом циануровая кислота имела чистоту 99 мас.%.

Сравнительный Пример 1

122 массовые части воды и 28.6 массовых частей аммиака (19%-ая аммиачная вода) были добавлены к 85 массовым частям неочищенного осадка биурета, полученного в результате процессов термического разложения, охлаждения и фильтрования согласно Примеру 1, и перемешаны. Полученный раствор нагревали до температуры от 90°С до 100°С и оставляли на 30 минут, затем охлаждали до 50°С, при этом давление в реакторе постепенно уменьшалось до атмосферного, чтобы осадить кристаллы биурета. При этом циануровая кислота образовывала соединение с аммиаком и становилась растворимой в воде. Вследствие этого циануровая кислота не выпадала в осадок. Полученную суспензию отфильтровывали, осадок промывали водой от маточного раствора и высушивали. Высушенный продукт идентифицирован методом жидкостной хроматографии. В результате количество биурета составляло 98%, мочевины 0.5%, циануровой кислоты 0.3% и триурета 1.2%.

В способах и устройствах согласно настоящему изобретению неочищенные кристаллы биурета, полученные при термическом разложении мочевины, растворяются в водном растворе щелочи. Соответственно, по сравнению с обычным способом, способы получения высокочистого биурета и высокочистой циануровой кислоты в соответствии с настоящим изобретением являются простыми и недорогими. Непрореагировавшая изоциановая кислота, полученная в процессе термического разложения, возвращается в плавитель мочевины. Мочевина, полученная после обезвоживания от маточного раствора продукта термического разложения, возвращается в плавитель мочевины. Таким образом, потери мочевины могут быть уменьшены, а конверсия мочевины может быть увеличена, что эффективно с экономической точки зрения. Кроме того, аммиак, образующийся в процессе, поглощается в скруббере и может быть снова использован в других процессах.

Несмотря на то что настоящее изобретение рассмотрено и описано в деталях на примерах, могут быть внесены различные изменения и дополнения, являющиеся понятными и очевидными по форме и в деталях, не отступая от духа и объема настоящего изобретения так, как определено в следующей формуле.

Изобретение относится к способам получения биурета и циануровой кислоты термическим разложением мочевины, заключающимся в том, что продукт термического разложения мочевины охлаждается для осаждения кристаллов, которые затем растворяются в водном растворе щелочи и охлаждаются для получения биурета высокой чистоты, а после нейтрализации кислотой фильтрованного маточного раствора осаждаются кристаллы циануровой кислоты с получением суспензии кристаллов циануровой кислоты, фильтруют и промывают суспензию кристаллов циануровой кислоты, выделяя кристаллы циануровой кислоты, а также к устройствам для их осуществления. Технический результат заключается в развитии недорогого и простого способа получения биурета и циануровой кислоты высокой чистоты. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения биурета, включающий:
(a) плавление мочевины;
(b) осуществление термического разложения расплавленной мочевины при нагревании;
(c) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрования неочищенных кристаллов биурета;
(d) растворение неочищенных кристаллов биурета в водном растворе щелочи;
(e) охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; и
(f) фильтрование охлажденного продукта, чтобы получить кристаллы биурета и маточный раствор, и промывание кристаллов биурета.

2. Способ по п.1, в котором на стадии (a) мочевину нагревают в плавителе до температуры от 130 до 160°С.

3. Способ по п.1, в котором на стадии (b) температура нагрева находится в диапазоне от 130 до 200°С.

4. Способ по п.1, в котором газообразный аммиак и газообразную изоциановую кислоту, полученные на стадии (b) направляют на стадию (a).

5. Способ по п.1, в котором стадию (b) осуществляют при подаче воздуха или инертного газа в нижнюю часть реактора.

6. Способ по п.1, в котором стадию (b) осуществляют в реакторе периодического действия, или реакторе непрерывного действия, состоящем из множества реакторов, связанных последовательно.

7. Способ по п.1, в котором маточный раствор, полученный на стадии (b), обезвоживают и затем направляют на стадию (а).

8. Способ по п.1, в котором на стадии (d) водный раствор щелочи представляет собой водный раствор гидроокиси щелочного металла или водный раствор гидроокиси щелочноземельного металла.

9. Способ по п.1, в котором на стадии (d) количество используемого водного раствора щелочи составляет от 0,5 до 5 моль на 1 моль циануровой кислоты, содержащейся в неочищенных кристаллах биурета.

10. Способ по п.1, в котором на стадии (d) водный раствор щелочи используют при температуре от 50 до 105°С.

11. Способ по п.1, в котором на стадии (е) растворенный продукт охлаждают до температуры от 5 до 40°С.

12. Способ получения циануровой кислоты, включающий:
(a) плавление мочевины;
(b) осуществление термического разложения расплавленной мочевины при нагревании;
(c) добавление воды к полученному продукту термического разложения для осаждения и фильтрования неочищенных кристаллов биурета;
(d) растворение неочищенных кристаллов биурета в водном растворе щелочи;
(e) охлаждение растворенного продукта для осаждения кристаллов биурета; и
(f) фильтрование охлажденного продукта, чтобы получить кристаллы биурета и маточный раствор, и промывание кристаллов биурета.
(g) нейтрализация с применением кислоты фильтрованного маточного раствора для осаждения кристаллов циануровой кислоты с получением суспензии кристаллов циануровой кислоты; и
(h) фильтрование и промывку суспензии кристаллов циануровой кислоты для выделения кристаллов циануровой кислоты.

13. Способ по п.12, в котором кислотой является органическая кислота или неорганическая кислота.

14. Устройство для получения биурета, включающее:
(1) плавитель мочевины для того, чтобы плавить мочевину;
(2) реактор термического разложения для того, чтобы разлагать расплавленную мочевину при нагревании;
(3) первый кристаллизатор для получения суспензии неочищенных кристаллов, путем добавления воды к продукту, полученному в реакторе термического разложения, и охлаждения полученного раствора;
(4) первую ступень фильтрования и промывки полученных неочищенных кристаллов биурета путем фильтрования и промывки суспензии кристаллов неочищенного биурета;
(5) емкость для растворения неочищенных кристаллов биурета в водном растворе щелочи;
(6) второй кристаллизатор для получения суспензии очищенных кристаллов биурета посредством охлаждения растворенного продукта; и
(7) вторую ступень фильтрования и промывки, чтобы фильтровать полученную суспензию очищенных кристаллов биурета и получить кристаллы очищенного биурета и маточный раствор, и промывать очищенные кристаллы биурета.

15. Устройство по п.14, дополнительно включающее устройство для улавливания газообразного аммиака и газообразной изоциановой кислоты, которые образуются в реакторе термического разложения, чтобы возвратить газообразный аммиак и газообразную изоциановую кислоту в плавитель мочевины.

16. Устройство по п.14, в котором реактор термического разложения является реактором периодического действия или реактором непрерывного действия, состоящим из множества реакторов, связанных последовательно.

17. Устройство по п.14, дополнительно включающее оборудование для обезвоживания маточного раствора, полученного в первом устройстве для фильтрования и промывки, чтобы повторно загрузить обезвоженный маточный раствор в плавитель мочевины.

18. Устройство по п.14, в котором водный раствор щелочи представляет собой водный раствор гидроокиси щелочного металла или водный раствор гидроокиси щелочноземельного металла.

19. Устройство для получения циануровой кислоты, включающее:
(1) плавитель мочевины для того, чтобы плавить мочевину;
(2) реактор термического разложения для того, чтобы разлагать расплавленную мочевину при нагревании;
(3) первый кристаллизатор для получения суспензии неочищенных кристаллов путем добавления воды к продукту, полученному в реакторе термического разложения, и охлаждения полученного раствора;
(4) первую ступень фильтрования и промывки полученных неочищенных кристаллов биурета путем фильтрования и промывки суспензии кристаллов неочищенного биурета;
(5) емкость для растворения неочищенных кристаллов биурета в водном растворе щелочи;
(6) второй кристаллизатор для получения суспензии очищенных кристаллов биурета посредством охлаждения растворенного продукта; и
(7) вторую ступень фильтрования и промывки, чтобы фильтровать полученную суспензию очищенных кристаллов биурета и получить кристаллы очищенного биурета и маточный раствор, и промывать очищенные кристаллы биурета;
(8) устройство для нейтрализации, чтобы нейтрализовать маточный раствор, полученный после второго фильтрующего и промывающего устройства, использующее кислоту для осаждения кристаллов циануровой кислоты, чтобы получить суспензию кристаллов циануровой кислоты; и
(9) третью ступень фильтрования и промывки суспензии кристаллов циануровой кислоты, чтобы выделить кристаллы циануровой кислоты.