简述三聚氰胺的生产工艺及高压尿素法尾气处理

王 斐

(河南省中原大化集团有限责任公司，河南濮阳，457000)

三聚氰胺是一种应用广泛的化工原料，化学式为C3H6N6。三聚氰胺经过加工反应后可以作为塑料、纸张抗水剂和涂料等的化工原料，但不能作为食品添加剂使用。

1 三聚氰胺的物化性质

三聚氰胺是纯白色晶体[1]，没有毒性和味道，相对分子质量为126；它不能燃烧，在常温的情况下反应不活泼，不易分解，而在高温下，容易分解溢出氢化物，其水溶液呈弱碱性。

有报道指出：在人体的消化系统中，三聚氰胺可以和胃酸发生化学反应，从而部分生成三聚氰酸，三聚氰酸和没有参加反应的三聚氰胺共同生成结晶，形成肾结石，所以它不能食用。

2 三聚氰胺的生产工艺

20世纪60年代初，我国三聚氰胺生产主要使用双氰胺法，但由于双氰胺法经济成本比较大，效益相对比较低，所以逐渐被淘汰[2]。现在普遍应用高压法、低压法和尿素装置联产。

2.1 双氰胺法

由电石制备得氰胺化钙，氰胺化钙经水解，然后二聚得到双氰胺，双氰胺在甲醇溶剂中，在200℃的温度下和氨发生反应而得三聚氰胺。

2.2 尿素法

以尿素为原料，在特定温度和特定的压力下生成三聚氰胺、氨气和二氧化碳。具体反应式如下：

6 CO(NH2)2→ C3H6N6+ 6 NH3+ 3 CO2

根据反应条件的不同，可将反应分为高压法，中压法和低压法。

2.2.1 高压法

高压法是在压力为8MPa，温度为380-400℃下，在液相中进行，无需催化剂。三废主要有废水排放及少量废活性炭。技术成熟可靠。

2.2.2 中压法

中压法是在压力为0.7MPa-1MPa，温度为390℃下，在气相中进行，催化剂为氧化铝。三废主要有废水排放及废活性炭。技术成熟可靠。

2.2.3 低压法

低压法是在压力0.1MPa-0.2MPa，温度为380℃下，在气相中进行，催化剂为氧化铝。三废主要有少量废渣、催化剂。技术基本成熟。

高压法与中、低压法相比，有以下优点：①无需催化剂，既节省了经济成本，又防止由于催化剂中毒而引发产品质量不达标的问题[3]。②产品质量优等率达100%，纯度能达到99.99%，而中压法和低压法只能达到99%-99.5%。③操作稳定性相对较高，在40%的负荷下依然可稳定运行，不易产生中、低压法管道堵塞严重的问题。

2.3 高压尿素法

2.3.1 高压尿素法生产工艺

以高压法为例，粗略浅析高压法生产工艺主流程。将70%的尿液放入尿液缓冲槽中，用于储存和输送，此时温度为95℃。将尿液缓冲槽中的尿液通过尿液给料泵输送到尿素浓缩换热器中，将95℃的尿液加热到145℃，然后将尿液继续输送到浓缩系统，目的是将尿液进行浓缩，此时尿液浓度为99.8%。将浓缩后的尿液(145℃)和过热的氨(380℃)输送到三聚氰胺反应器中进行反应，此时压力为8MPa，温度为380℃, 生成物有液态三聚氰胺、气体氨气、气体二氧化碳。

将生成物输送到急冷塔中，在2.5MPa和162℃的条件下膨胀，目的是快速冷却和溶解。将处理后的生成物输送到汽提塔中，目的是将气体二氧化碳、氨气与液态三聚氰胺分离。分离后的气体可以合成尿素，继续循环使用生成三聚氰胺。液态三聚氰胺被储存到三聚氰胺溶液槽中，此时温度为158℃，压力为0.5MPa。

液态三聚氰胺被输送到净化系统。由于尿素生成三聚氰胺的反应伴随着副反应的生成,副产品为三聚氰胺二酰胺与三聚氰胺一酰胺，统称为OAT，此时的液态三聚氰胺由于含有副产品OAT，故而属于粗三聚氰胺溶液。粗三聚氰胺溶液被送到净化系统后就得到相对纯净的三聚氰胺料浆。毋庸置疑，三聚氰胺净化系统的目的就是净化。净化系统由四部分构成，分别为水解塔、过滤器、炭床反应器和炭过滤器。粗三聚氰胺溶液流经水解塔，副产品OAT被溶解成液体，一些不溶物和腐蚀性产物在过滤器中被过滤掉，三聚氰胺溶液流经炭床反应器后被除去有色物质，由于炭床反应器里含有大量活性炭，故可能有小部分随溶液流出，而炭过滤器可以将溶液中的小部分活性炭颗粒过滤，此时产生的三聚氰胺物料就是相对纯净的了。

物料通过结晶器结晶，通过离心机分离后得到的晶体就是三聚氰胺，三聚氰胺晶体被送入干燥器，经过干燥后，蒸发出水分，使其水含量小于0.2%，从而得到符合规定要求的三聚氰胺产品。

2.3.2 尾气及副产品OAT处理

尿素溶液在三聚氰胺反应器中反应，生成物有液态三聚氰胺、气体氨气和气体二氧化碳，生成物流经急冷塔后尾气二氧化碳和氨气被送入尿素浓缩尾气冷凝器中，被部分冷凝，在冷凝过程中释放的热量为尿素浓缩提供条件，尾气与碳铵溶液混合并继续被冷凝，此时被完全冷凝并用于合成尿素，而尿素被循环使用来生产三聚氰胺。此时急冷塔中的尾气并没有完全被排出，还有部分在生成物中，被继续输送到汽提塔中，目的是将剩余尾气二氧化碳和氨气与液态三聚氰胺分离。分离后的气体被吸收塔吸收成碳铵溶液重新回流到急冷塔，同样用于合成尿素而被循环利用。

通过离心机分离后得到的晶体就是三聚氰胺，而被分离出的母液含有副产品OAT和大约14%氨含量。母液通过氨汽提塔，将氨气提出用于再次循环合成尿素工艺，OAT溶液则要经过滤来得到相对纯净的OAT。OAT过滤需要通过超滤系统，过滤除去的是不含OAT的可溶物三聚氰胺溶液和溶剂水，而相对纯净的OAT料浆则通过结晶干燥等工艺成为其他化工产品的原料。

从高压尿素法的生产流程可以看出，此方法的工艺流程达到了相对绿色环保的状态，产生的副产物能被充分地再次利用。产生的尾气二氧化碳和氨气能再次被合成尿素，又成了合成三聚氰胺的原料，而副产品OAT通过结晶干燥等工艺变成了其他化工产品的原料。

3 三聚氰胺的用途

三聚氰胺在中性或微碱性条件下和甲醛反应后缩聚得低分子量初聚体[4]，即三聚氰胺甲醛树脂。它无色、无味、耐热防潮湿，可用于饰面人造板。将其改性后，可用作纸张抗水剂，不仅可以提高抗热水性，还可以增大纸张耐破性。除此之外，还可以做涂料、魔力擦。魔力擦又称三聚氰胺海绵，由于吸附效果好，可以不用任何洗洁精就可以清理玻璃、器具和桌子等家用品的污渍。

4 结语

(1)高压尿素法生产的三聚氰胺，工艺流程达到了相对节能的状态，产生的尾气和副产物能被充分地再次利用。高压法与中、低压法相比，无需催化剂，节省经济成本；产品质量和纯度较高，产品质量优等率达100%；操作稳定性高，不易产生中、低压法管道堵塞严重的现象。

(2)三聚氰胺可广泛应用于三聚氰胺树脂、纸张抗水剂或防水剂、装饰贴面板、涂料、模塑粉和魔力擦等。