从尿素和硝酸铵制造硝酸胍的工艺

美国专利
专利号：5041662
专利日期：1991年8月20日摘要：
现在的发明是考虑在高温下，用尿素和过量的硝铵在二氧化硅这个催化剂的作用下，制造硝酸胍。

包含分散催化剂的熔融状态的反应混和物在一个循环反应体系中流动，一部分反应混合物通过过滤持续的被分离出来。

通过这种方法，催化剂仍保留在循环中，被消耗的尿素和硝铵随着产物的移出而持续的被补充进去。

11个专利权利，1个草图。

从尿素和硝铵制造硝酸胍的工艺
这个是一个连续的申请，系列号是：284258，于1988年12月14号存档，现在放弃了。

现在的发明是考虑在高温下，在催化剂二氧化硅的作用下，用尿素和过量的硝铵制造硝酸胍。

这个过程是从德意志联邦共和国的专利说明号：3111619中得知的。

因为在反应过程中产生了有机副产品（三嗪衍生物），从而使得催化剂不活跃了，在一小段时间之后催化剂必须重新再制造。

为了这个目的，在一定的压力和温度条件下，催化剂必须从反应熔融物中过滤出来，脱氢活化。

根据德意志联邦共和国专利说明书：3236221的过程，这种既昂贵又费劲的工作得到了改进。

在反应发生之后，在135度到200度条件下，将硝铵和尿素的反应熔融物反复调制成浆料，通过过滤将催化剂从反应熔融物中过滤分离出来。

这种方法也相对较贵，尤其是催化剂的提纯，因此形成一个连续处理的工业规模是不可能。

而且，在这种处理过程中，催化剂的寿命会相对较短。

现在的目标是提供一种在高温下，利用尿素和过量的硝铵在催化剂二氧化硅的作用下制造硝酸胍的生产工艺。

这种工艺流程要规避上面那种工艺的缺点；同时使催化剂和反应物尽可能的反应充分，也要提供形成一个连续处理的工业规模的可能性。

根据现在的发明，提供了一种在高温下，利用尿素和过量的硝铵在催化剂二氧化硅的作用下制造硝酸胍的生产工艺。

包含分散催化剂的熔融状态的反应混和物在一个循环反应体系中流动，一部分反应混合物通过过滤持续的被分离出来。

通过这种方法，催化剂仍留在循环中。

随着产品的分离，被消耗的尿素和硝铵随着产物的移出而持续的被补充进去。

我们惊奇地发现：根据德意志联邦共和国专利说明书：3236221，需要大量劳动力来过滤和清洗熔融状态的热反应和硝铵尿素。

然而，这个发明使得这个过程可以省略掉。

同时，催化剂的使用寿命可以延长很长一段时间。

根据现在的生产工艺，包含尿素，硝铵和催化剂二氧化硅的反应混合物通常在175至225摄氏度之间反应，尤其是在180至200摄氏度之间。

尿素和硝铵的重量比例在1:1到1:6之间，最佳比例是1：2到1:3。

催化剂二氧化硅的用量占尿素和硝铵总重量的10%到20%。

这个制造硝酸胍的反应可在常规的反应器中进行，只要这个反应器能够从外部提供反应所需的热量。

在实际操作中，循环的反应器和管束反应器被证明尤其有用。

现在这个发明的重要特点是反应熔融物的循环，这个可用通常的装置就能实现，例如泵或和泵相似的东西。

通过这种方法，准备已经完成了。

尤其是热量的供应，高的湍流以及反应成分和催化剂的精密混合。

这有利于快速反应和高产出。

在反应发生之后，一部分包含硝酸胍，过量和未反应的硝铵和一些尿素的反应混合物，能够连续的从催化剂中过滤和分开。

催化剂因此继续保留在反应的那个部分，然后参加到反应混合物的循环中。

熔融反应物，从催化剂中分离出来。

除了反应混和物，少量的杂质也从反应循环中被分离出来。

这种反应杂质可能会包裹催化剂从而使得催化剂在短时间之内就失效。

通过这种持续的分离这些杂质的方法，保证了有害物质在反应部分的浓度总是保持在非常低的数值，从而使得在实际中基本没有未激活的催化剂的产生，即使在很长的一段时间之后。

机械磨损是造成催化剂损失的唯一原因。

非常细碎的被分散的催化剂不能被保留在常规过滤器中，和产品一起离开了反应循环。

这种损失在很长的一段时间之后才能被注意到。

如果这种由于机械磨损而造成的催化剂的损失能够逐渐的被补充，在现在的工艺处理中，催化剂的使用寿命是无限的。

从技术层面上来说，常规的过滤装置就能把产品从催化剂中分离出来。

这可以用滤板和合适的耐热过滤材料。

例如：玻璃纤维，金属陶瓷或纺织品。

因为他们的过滤区域很小，只有少量的产出才有可能用到这些过滤装置。

对于大量的生产，建议使用过滤棒。

为了使催化剂和产品管流分离完全，其中90%以上的催化剂的微粒小于20微米，过滤器的间隙需要小于5微米，最好是在2到3微米之间。

只要技术可能或合适，催化剂和产品管流的分离可以发生在反应循环中的任何一个地方。

现在发明的最佳方案是把过滤装置内置于反应器中，例如以底板的形式。

产品管流从反应器的底下排出，反应混和物继续保留在循环体系中。

另一种方案是在反应循环中，把过滤装置放置在反应器的外部。

这种设计尤其适用于非常大的产量的时候。

此时，过滤装置要相对的非常大，例如以过滤棒的形式。

过滤装置必须保持在一个高于反应物熔点的温度之上，140摄氏度左右，这可能防止因产品结晶而堵塞过滤器。

解决堵塞的另外一种途径是在过滤器旁边加一个搅拌装置。

不含催化剂，含有硝酸胍，尿素和硝铵的反应物可根据现有的方法（例如德意志联邦共和国专利号3111619）来运作。

熔融物溶解在水中，硝酸胍结晶过滤出来，如果必要，占优势的含母液的硝铵可蒸发掉，残留物再次导入反应器中进行循环。

然而，含三嗪衍生物有机杂质必须在以前的操作中就被过滤掉，才能阻止他们在反应器中的浓缩，最终阻止催化剂的失效。

只有去除了三嗪衍生物，产物循环到反应器中的操作才是有益的。

有机杂质的分离可从德意志联邦共和国的专利说明书：3111619中得知。

为了使反应持续进行，尿素和硝铵必须以一定的重量比例放到反应器中，总量必须和拿掉的反应熔融物的重量相等。

这样，就能使在反应循环中的总重量保持固定不变。

因为尿素和硝铵也会反应生成氨基甲酸按，它会以气体的形式从反应熔融物中分离出来，这部分损失的尿素和硝铵化学计量的比例也必须考虑进去。

起始成分可以分批的或持续的补充。

现在工艺最优方案以附图的形式解释的更详细。

起始成分尿素和硝铵通过管道（1）进入加热的管束反应器A，在其中已经加入了经过合适重量配比的催化剂，反应混和物通过泵（2）从管道（3）进入过滤装置（B），然后通过管道（4）重新回到反应器A中。

通过过滤器（5），一部分液体产品管流从催化剂中分离出来，然后通过管道（6）进行后续的操作。

反应中产生的氨基甲酸铵通过管道（7）从反应器的顶部取出来。

由于小规模生产硝酸胍比较昂贵，催化剂的使用寿命比较长，而这个发明工艺过程又生产出了质量比较好的硝酸胍，所以明显地可以用于工业生产。

以下的例子是用来解释现在的发明工艺的：
根据附图中的数据，在管束反应器中放入84Kg的硝铵，40Kg的尿素和18Kg的硅胶催化剂，然后加热到180到200摄氏度。

根据数据显示，反应混和物通过泵在循环中传送，并且要配置一套过滤装置。

在过滤装置中要内置一个过滤器底板，底板由一个粗糙的辅助纤维和一个精细过滤器组成（图中所用的是由格拉德尔公司所生产的94810型双层玻璃纤维层）。

2小时之后，在产品管流中，硝铵以每小时25g，尿素每小时1.5kg，硝酸胍以每小时15.5kg的速率从过滤器底板中持续的取出来，然后进行后续的加工。

同时，在反应器中要持续的补充尿素和硝铵，速率分别是每小时16.5Kg 和每小时36Kg。

在反应器的顶端，每小时要放出10.5Kg 的氨基甲酸铵。

催化剂可以保留在反应器中超过1000小时。

我们主张的专利权利：
1.由尿素和硝铵反应生产硝酸胍的工艺是在175到225摄氏度，尿素和硝铵的重量比例在1：
1到1：6的条件下进行的。

包含分散的催化剂的熔融混合物通过反应器皿持续的循环，一部分反应混合物通过过滤持续的被分离出来。

通过这种方法，催化剂仍然保留在循环中，被消耗的尿素和硝铵根据反应产物被移出来的速度持续的被补充进去。

2.根据1中所说的过程，反应温度是在180到200摄氏度之间。

3.根据1中所说的过程，尿素和硝铵的重量比率介于1：2到1：3之间。

4.根据1中所说的过程，催化剂二氧化硅的重量占尿素和硝铵混合物总重量的10%到20%。

5.根据1中所说的过程，过滤是在过滤板的帮助下进行的。

6.根据1中所说的过程，过滤棒也是为过滤服务的。

7.根据1中所说的过程，过滤器的间隙必须小于5微米。

8.根据7中所说的过程，过滤器的间隙在2到3微米之间。

9.根据1中所说的过程，过滤装置内置于反应器内。

10.根据1中所说的过程，在反应混和物的循环中，过滤装置被安装在反应其的外部。

11.根据1中所说的过程，产品管流在过滤后工作，得到的未反应的硝铵和尿素回到反应循环
中。