Способ получения карбамидоформальдегидного концентрата

 

Описывается способ получения карбамидоформальдегидного концентрата для обработки карбамида, конденсацией карбамида с формальдегидом в водной среде при их мольном соотношении 1:(3,0-6,5), при нагревании и рН среды 6,5-8,5 с последующим концентрированием реакционной смеси. Конденсацию водного раствора формальдегида и карбамида при рН 6,5-8,5 осуществляют в течение 10-60 мин, затем смесь подкисляют до рН среды 3,0-6,0 и продолжают конденсацию в течение 10-60 мин, реакционную смесь нейтрализуют и концентрируют при нагревании под вакуумом до остаточного содержания воды не более 20 мас.%. Технический результат - предотвращение слеживания целевого продукта. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к химической промышленности, в частности к получению олигомерных продуктов поликонденсации карбамида с формальдегидом, предназначенных для обработки удобрений, в частности карбамида.

Известны карбамидоформальдегидные концентраты (КФК), представляющие собой водные растворы низкомолекулярных продуктов конденсации карбамида с формальдегидом (в основном ди- и триметилолкарбамид) и избыточного формальдегида, используемые для обработки гранулированного карбамида с целью снижения его гигроскопичности и слеживаемости, повышения прочности гранул и увеличения времени усвоения растениями из почвы Горловский Д.М. Технология карбамида, Ленинград, Химия, 1981, с. 35-38.

Известен способ получения КФК, включающий взаимодействие между водным раствором карбамида и газами, содержащими формальдегид, при мольном соотношении между карбамидом и формальдегидом от 1 к 4 до 1 к 10 и при pH от 7,0 до 9,0 с получением КФК, содержащего до 30% воды. Осуществление этого способа возможно лишь в том случае, когда имеется производство формальдегида, получаемого окислением метанола - FR 1214996 A1, 1960 (2).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ получения КФК для обработки карбамида, включающий взаимодействие карбамида с газообразным формальдегидом в водной среде при нагревании, при исходном мольном соотношении карбамида к формальдегиду, соответственно от 1 к 5,5 до 1 к 6 и при pH реакционной среды от 6,5 до 7,5 с последующим концентрированием реакционной смеси до содержания воды (11-33)% SU 1214655 A1, 1986 (3). По этому способу формальдегид вводят в зону взаимодействия либо в виде содержащих его реакционных газов окисления метанола, либо в виде концентрированного (около 50%) раствора, который может быть получен только в условиях производства формальдегида и является не устойчивым при хранении и транспортировке. По этой причине способ (3), так же как и способ (2), может быть осуществлен лишь на предприятиях, производящих формалин (формальдегид) окислением метанола.

Для обеспечения возможности получения карбамидоформальдегидного концентрата вне зависимости от наличия каких-либо смежных производств предложен способ получения карбамидоформальдегидного концентрата для обработки карбамида, включающий конденсацию карбамида с формальдегидом в водной среде при нагревании, при использовании более 3,0 моль формальдегида на 1 моль карбамида и при pH от 6,5 до 8,5 с последующим концентрированием реакционной смеси, отличающийся тем, что водный раствор формальдегида подвергают взаимодействию с карбамидом при pH от 6,5 до 8,5 в течение 10-60 минут, после подкисляют до pH от 3,0 до 6,0 и продолжают конденсацию в течение 10-60 минут, а затем смесь нейтрализуют и концентрируют при нагревании под вакуумом до остаточного содержания воды не более 20%.

Техническим результатом предложенного способа является получение карбамидоформальдегидного концентрата, имеющего те же полезные свойства, что и получаемый по известным способам, с использованием сырья, пригодного для транспортировки и хранения товарного (водного раствора формальдегида концентрацией 36-38 мас.%) или концентрированного (40-55%) формалина и карбамида.

Процесс по предложенному способу предпочтительно проводят в широко применяемых в химической промышленности вакуум-варочных реакторах, куда помещают формалин и твердый карбамид (либо его расплав или водный раствор) при мольном соотношении карбамида к формальдегиду, соответственно от 1 к 3,0 до 1 к 6,5 и при pH от 6,5 до 8,5, который устанавливают с помощью раствора едкого натра или других компонентов щелочного характера. Реагенты при перемешивании нагревают до (60-100)^oC и выдерживают при этой температуре в течение (10-60) минут, после чего с помощью кислотного катализатора (минеральные или органические кислоты, аммонийные соли минеральных кислот и др.) pH среды устанавливают в пределах от 3,0 до 6,0 и продолжают выдержку еще в течение (10-60) минут, после чего pH доводят до величины от 6,0 до 7,5 и обезвоживают смесь под вакуумом до содержания воды не более 20%.

Необходимые свойства получаемого КФК, обеспечивающие его успешное применение для обработки гранулированного карбамида, достигаются именно благодаря проведению процесса взаимодействия карбамида с формальдегидом в две стадии (с промежуточным подкислением и последующей нейтрализацией) при соблюдении указанных выше интервалов pH и времени выдержки на каждой из стадий. Выход за пределы указанных выше интервалов приводит к снижению эффективности обработки карбамида.

В рамках предложенного способа может быть использован дополнительный прием, заключающийся в том, что в реакционную среду вводят пентаэритрит в количестве от 0,01 до 0,05 моля на моль карбамида. Введение пентаэритрита позволяет увеличить прочность гранул карбамида, обработанных полученным КФК. Петаэритрит может быть введен до начала конденсации, в ходе конденсации или после проведения стадии обезвоживания смеси на стадии охлаждения готового продукта.

Сущность предложенного изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами.

Примеры 1-8 описывают получение КФК, пример 9 - его использование для обработки гранулированного карбамида.

Пример 1. В вакуум-варочный реактор емкостью 6300 дм³ загружают 5190 кг 37%-ного формалина (64 кмоль формальдегида) и при перемешивании с помощью раствора едкого натра доводят pH реакционной среды до 7,5, после чего загружают 600 кг (10 кмоль) карбамида, реакционную смесь нагревают при перемешивании до (88-96)^oC и выдерживают при этой температуре в течение 60 минут. Затем смесь подкисляют с помощью 5%-ной серной кислоты до pH 4,0 и выдерживают смесь при указанной выше температуре еще в течение 30 минут, после чего ее нейтрализуют раствором едкого натра, в реакторе создают вакуум и обезвоживают смесь до содержания воды 18%.

Продукт охлаждают и анализируют. Показатели по этому и последующим примерам приведены в таблице 1.

Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1, с теми отличиями, что формалин загружают в количестве 4540 кг (56 кмоль формальдегида), выдержку проводят при температуре (90-96)^oC в течение 20 минут на первой и 60 минут на второй стадиях, pH перед загрузкой карбамида устанавливают на уровне 6,5, а после первой стадии 5,5.

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 2, с тем отличием, что вместо твердого карбамида в реактор загружают 870 кг 69%-ного водного раствора карбамида.

Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 1, с тем отличием, что в реактор загружают 5270 кг формалина (65 кмоль формальдегида).

Пример 5. Процесс проводят аналогично примеру 1, с тем отличием, что в реактор загружают 3600 кг 50%-ного формалина (60 кмоль формальдегида).

Пример 6. Процесс проводят аналогично примеру 1, с тем отличием, что перед началом нагревания реакционной смеси в реактор дополнительно загружают 13,6 кг пентаэритрита (0,1 кмоль или 0,01 моль на моль карбамида).

Пример 7. Процесс проводят аналогично примеру 1, с тем отличием, что перед подкислением реакционной смеси (до начала второй стадии нагревания) в реактор вводят 27,2 кг пентаэритрита (0,2 кмоль, или 0,02 моль на 1 моль карбамида).

Пример 8. В вакуум-варочный реактор емкостью 630 дм³ загружают 4865 кг 37%-ного формалина (60 кмоль формальдегида) и при перемешивании с помощью раствора едкого натра доводят pH реакционной среды до 8,5, после чего загружают 1200 кг (20 кмоль) карбамида, реакционную смесь нагревают при перемешивании до (90-98)^oC и проводят выдержку при этой температуре в течение 10 мин. Затем смесь подкисляют с помощью 5%-ного раствора серной кислоты до pH 3,0 и выдерживают смесь при вышеуказанной температуре в течение 20-25 мин, после чего ее нейтрализуют раствором едкого натра, в реакторе создают вакуум и обезвоживают смесь до содержания остаточной воды приблизительно 20%. Продукт охлаждают и анализируют.

Пример 9. Карбамидоформальдегидный концентрат, полученный согласно примерам 1-8, наносят на гранулы карбамида в количестве 0,5-0,9% от массы карбамида. Результаты испытаний свойств обработанного карбамида в сравнении с карбамидом, который был обработан КФК, полученным по способу (3), приведены в таблице 2.

Источники информации, упомянутые в описании 1. Д.М. Горловский и др. Технология карбамида, Л., Химия, 1981, с. 204.

2. Патент Франции N 1214996, кл. C 08 G, опубл. 1960.

3. Авторское свидетельство СССР N 1214655, кл. C 07 g 127/01, опубл. 1986.

Формула изобретения

1. Способ получения карбамидоформальдегидного концентрата для обработки карбамида конденсацией карбамида с формальдегидом в водной среде при их мольном соотношении 1 : (3,0 - 6,5), при нагревании и рН среды 6,5 - 8,5 с последующим концентрированием реакционной смеси, отличающийся тем, что конденсацию водного раствора формальдегида и карбамида рН 6,5 - 8,5 осуществляют в течение 10 - 60 мин, затем смесь подкисляют до рН среды 3,0 - 6,0 и продолжают конденсацию в течение 10 - 60 мин, реакционную смесь нейтрализуют и концентрируют при нагревании под вакуумом до остаточного содержания воды не более 20 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакционную смесь вводят пентаэритрит в количестве от 0,01 до 0,05 моля на 1 моль карбамида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2