利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统和方法

摘要

本发明公开了利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统和方法，方法为：将粉碎的石灰氮、水、低沸点有机溶剂及二氧化碳气体通入反应器中并分散均匀，控制反应器内的温度在60℃以下，利用低沸点有机溶剂汽化直接吸收生成氰胺反应放出的热量，当反应液的pH＝9-10时结束反应，有机溶剂吸热形成的有机溶剂蒸汽通过冷凝器冷凝后返回有机溶剂储罐循环使用，反应产物过滤除去滤渣，滤液分相处理后，得到单氰胺水溶液和低沸点有机溶剂，本发明的方法利用低沸点有机溶剂沸腾直接吸收反应放出的热量，消除反应器内的温度梯度，控制反应温度在60℃以下，减少了双氰胺的生成；不需要冷却水，避免了间接冷却的设备结垢问题，节省了能耗和水资源。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统和方法。

背景技术

单氰胺作为工业原料被广泛地应用于农药和医药原料行业，被用作环氧树脂固化剂、染 料固色剂、絮凝剂等。晶体单氰胺主要用于医药、保健产品、饲料添加剂的合成和农药中间 体的合成，单氰胺水溶液可以作水果果树的落叶剂、无毒除虫剂。单氰胺也是合成双氰胺工 艺中的中间产物。双氰胺，又名二聚氰胺，缩写DICY或DCD，化学式C2H4N4。白色结 晶粉末，是氰胺的二聚体，也是胍的氰基衍生物，在水中溶解度为4.13g/100g(298.15K)。双 氰胺通常用作三聚氰胺的生产原料及医药和染料中间体，是一种非常重要的精细化工原料。 医药工业中，用于制取硝酸胍和磺胺类药物等。也可用于制取胍、硫脲、硝酸纤维素稳定剂、 钢铁表面硬化剂、橡胶硫化促进剂、印染固色剂、人造革填料和粘合剂等。现有生产单氰胺 及双氰胺技术是通过氰氨化钙(又名石灰氮)水解所得的氰氨氢钙悬浮液，经减压过滤除去 氢氧化钙滤渣，再向滤液通入二氧化碳将钙以碳酸钙的形式沉淀出来，得到单氰胺水溶液。 使其在碱性条件下聚合，再经过滤、冷却结晶、分离、干燥，得双氰胺。其方程式如下：

2CaCN₂+2H₂O→Ca(HCN₂)₂+Ca(OH)₂

Ca(HCN₂)₂+CO₂+H₂O→2NH₂CN+CaCO₃

2NH₂CN→(NH₂CN)₂

石灰氮水解脱钙会放出大量热量，由于单氰胺不稳定，温度过高会聚合，容易形成双氰 胺，所以，温度控制不好时得到的是单氰胺与双氰胺混合物，由于此时混合液中含有废渣， 故这一步产生的双氰胺只能随废渣排除。因此，目前通过外加冷却水控制温度，获得高纯度 的单氰胺。现有工艺中，采用间壁式换热器冷却，造成反应器内存在很大的温度梯度，不能 避免反应器热点温度超过60℃而生成双氰胺，同时会造成换热设备结垢，导致换热效果降 低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的高能耗低效率的不足，提供一种流程简单的利用低 沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统。

本发明的第二个目的是提供一种操作费用低、节能的利用低沸点有机溶剂直接换热生产 单氰胺的方法

本发明的技术方案概述如下：

利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统，包括反应器1，反应器通过管道依次 与过滤器2，分相器3，单氰胺溶液储罐4连接，所述分相器3通过管道依次与有机溶剂储罐 5、反应器1连接；所述反应器通过管道依次与冷凝器6、有机溶剂储罐5连接；反应器1上 设置有二氧化碳气体加入口、石灰氮加入口和水加入口；所述过滤器2设置有废渣排出口； 所述有机溶剂储罐5设置有有机溶剂加入口。

利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的方法，包括如下步骤：将粉碎的石灰氮、水、 低沸点有机溶剂及二氧化碳气体通入反应器中并分散均匀，控制反应器内的温度在60℃以下， 利用低沸点有机溶剂汽化直接吸收生成氰胺反应放出的热量，当反应液的pH＝9-10时结束反 应，有机溶剂吸热形成的有机溶剂蒸汽通过冷凝器冷凝后返回有机溶剂储罐循环使用，反应 产物过滤除去滤渣，滤液分相处理后，得到质量分数在10％-30％范围内的单氰胺水溶液和低 沸点有机溶剂，所述单氰胺水溶液通入单氰胺溶液储罐，所述低沸点有机溶剂通入有机溶剂 储罐后循环使用，所述低沸点有机溶剂为常压下沸点在57.3℃及以下的溶剂。

常压下沸点在57.3℃及以下的溶剂优选：正戊烷、异戊烷、新戊烷、石油醚、乙醚、二 氯甲烷、丙酮或1，1-二氯乙烷。

一种利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的方法，包括如下步骤：将粉碎的石灰氮、 水、低沸点有机溶剂及二氧化碳气体连续输入反应器中，控制反应器内的温度在60℃以下， 利用低沸点有机溶剂汽化直接吸收生成氰胺反应放出的热量，控制二氧化碳流量,使反应液的 pH＝9-10，有机溶剂吸热形成的有机溶剂蒸汽通过冷凝器冷凝后返回有机溶剂储罐循环使用， 反应产物过滤除去滤渣，滤液分相处理后，得到质量分数在10％-30％范围内的单氰胺水溶液 和低沸点有机溶剂，所述单氰胺水溶液通入单氰胺溶液储罐，所述低沸点有机溶剂通入有机 溶剂储罐后循环使用，所述低沸点有机溶剂为常压下沸点在57.3℃及以下的溶剂。

常压下沸点在57.3℃及以下的溶剂优选：正戊烷、异戊烷、新戊烷、石油醚、乙醚、二 氯甲烷、丙酮或1，1-二氯乙烷。

本发明的系统简单，本发明的方法利用低沸点有机溶剂沸腾直接吸收反应放出的热量， 消除反应器内的温度梯度，能够较好的控制反应温度，均匀控制反应温度在60℃以下，减少 了双氰胺的生成；不需要冷却水，避免了间接冷却的设备结垢问题，节省了能耗和水资源。

附图说明

图1为利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了使 本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。

利用低沸点有机溶剂直接换热生产单氰胺的系统，包括反应器1，反应器通过管道依次 与过滤器2，分相器3，单氰胺溶液储罐4连接，所述分相器3通过管道依次与有机溶剂储罐 5、反应器1连接；所述反应器通过管道依次与冷凝器6、有机溶剂储罐5连接；反应器1上 设置有二氧化碳气体加入口、石灰氮加入口和水加入口；所述过滤器2设置有废渣排出口； 所述有机溶剂储罐5设置有有机溶剂加入口。

实施例1

一种利用低沸点有机溶剂直接换热间歇生产单氰胺的方法，包括如下步骤：

将1.5kg含氮量20wt％的粉碎的石灰氮、3L水、2L正戊烷及二氧化碳气体通入反应器1 中并分散均匀，控制反应器内的温度在60℃以下，控制二氧化碳气体的流量为6L/min，利用 利用低沸点有机溶剂正戊烷汽化直接吸收生成氰胺反应放出的热量，当反应液的pH＝9时结 束反应，正戊烷吸热形成的的正戊烷蒸汽通过冷凝器6冷凝后返回有机溶剂储罐5循环使用， 反应产物在过滤器2内过滤除去滤渣2.1kg，滤液在分相器3内分相处理后，得到质量分数为 24.5％的单氰胺水溶液和正戊烷，单氰胺水溶液通入单氰胺溶液储罐4，正戊烷通入有机溶剂 储罐循环5使用。

实验证明，当pH＝10时指示结束反应，其它同本实施例，可以得到质量分数为22.5％的 单氰胺水溶液。

二氧化碳气体的流量可以控制在5-10L/min范围内，流量大反应快，流量小反应慢。

实验证明，用异戊烷、新戊烷、石油醚、乙醚、二氯甲烷、丙酮或1，1-二氯乙烷替代本 实施例的正戊烷，其它同本实施例，可以获得质量分数在10％-30％范围内的单氰胺水溶液。 实施例2

一种利用低沸点有机溶剂直接换热连续生产单氰胺的方法，包括如下步骤：

按15kg/h将含氮量20wt％粉碎的石灰氮、30L/h水、20L/h正戊烷及二氧化碳气体连续输 入反应器1中，控制反应器内的温度在60℃以下，利用低沸点有机溶剂正戊烷汽化直接吸收 生成氰胺反应放出的热量，控制二氧化碳气体的量在5-10L/min范围内，使反应体系在 pH＝9-10；正戊烷吸热形成的的蒸汽通过冷凝器6冷凝后返回有机溶剂储罐5循环使用，从反 应器排出的反应产物通过过滤器2过滤除去碳酸钙废渣，滤液在分相器3内进行分相处理后， 得到质量分数为21.17％的单氰胺水溶液和正戊烷，单氰胺水溶液通入单氰胺溶液储罐4，正 戊烷通入有机溶剂储罐5循环使用。

实验证明，用异戊烷、新戊烷、石油醚、乙醚、二氯甲烷或丙酮替代本实施例的正戊烷， 其它同本实施例，可以获得质量分数在10％-30％范围内的单氰胺水溶液。