在腐蝕環境中防止鐵汙染的方法和裝置的製作方法

2023-05-11 10:26:56

專利名稱：在腐蝕環境中防止鐵汙染的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及產生含氨(NH3)和二氧化碳(CO2)的氣流的方法。本發明尤其涉及減少當從氣流中除去和回收氨時形成的不希望要的副產物的方法。
產生這種氣流的方法的一個例子是製備氰化氫的Andrussow法(參見US1,934,838)，在室溫或較高的溫度下將氨、含氧氣體如空氣、和烴氣如甲烷加入反應體系中。然後將反應物在含鉑催化劑存在下、在1000℃至1400℃溫度下反應製備氰化氫。將一部分烴/氨反應劑加料氣燃燒以提供保持高吸熱氰化物形成反應所要的能量。
與Andrussow法有關的一個問題是在出口氣中有高含量的殘餘氨。殘餘氨必須從HCN產品流中除去以避免HCN聚合。雖然在純化工藝中可用酸中和出口氣中的低含量的氨，但在Andrussow法中出口氣中氨濃度對於HCN產物流太高以致不能直接送到這種中和工藝中。因此，首先必須將含有殘餘氨的出口氣送到用於除去大部分氨的分離工藝中，然後將該產物流送到純化工藝中。
可通過將氣流與衍生於酸如硝酸、磷酸或硼酸的無機酸配合物接觸化學捕獲氨以從氣流中除去氨。然後熱分解含水氨/酸配合物以使氨游離，可將該氨回收用於下遊工藝(例如參見US2,797,148)。
在下遊工藝如Andurssow HCN工藝中的另一問題是這些工藝對在氨回收工藝的操作期間產生的汙染物敏感。特別相關的汙染物是氧化鐵，其為在設備上引起過早磨損且還可降低下流工藝催化劑效率的磨蝕物質。本發明是減少氨回收工藝的下遊工藝的氧化鐵汙染的一系列預防步驟。
本申請人發現通過在氨回收工藝中防止氨基甲酸銨沉積在管線和相關設備的內壁上和通過使用不易受氨基甲酸銨腐蝕的管線和設備材料，可以在氨回收工藝中顯著降低氧化鐵汙染。本發明的一方面是通過從工藝流中物理除去氧化鐵和氧化鐵前體化合物來減少下遊工藝的氧化鐵汙染物的方法。在本發明另一方面中，加熱載有自氨回收工藝中的回收的氨的管線和設備以防止氨基甲酸銨沉積在管線和設備的內壁上。本發明的再一方面中，載有自氨回收工藝中的回收氨的工藝管線和相關設備是由不易由氨基甲酸銨腐蝕的材料製成的。
通過閱讀下面的詳細說明和參考作為本發明一個實施方案的簡化流程圖的

圖1和作為用於從氣流中分離液體、膠體和顆粒物的裝置的一個實施方案的簡圖的圖2，本發明的其它目的和優點將變得更明顯。
儘管本發明易進行各種改變和具有另外的形式，但其具體的實施方案可通過圖中的例子來展示並在下面詳細描述。然而，本發明普通技術人員將懂得這些圖僅是示例性的，並且其省掉了與本發明不特別相關的工藝細節。還應懂得這裡對具體實施方案的描述不是試圖將本發明限制至所公開的特定形式，相反，試圖通過所附權利要求覆蓋所定義的落入本發明的精神和範圍內的所有改變、等價物和替換物。
下面描述本發明的示例性實施方案。為了清楚起見，不是所有的實際實施的特徵都說明書中描述。當然應懂得在開發任何這樣的實際實施方案時，必須進行許多特定實施決定以達到開發人的特定目的，如遵守相關體系和相關商業約束，其在各個實施方案中均可變化。另外，應懂得這種開發努力可能是複雜且耗時，然而，其對於受益於本發明公開的本領域普通技術人員是一項常規性工作。
在氨回收工藝下遊的工藝體系、甚至在加有預防措施如用不含鐵汙染物的原料供應氣體和在下遊工藝輸入處用過濾器來除去任何顆粒狀鐵物質的體系中，可觀察到氧化鐵汙染。這暗示汙染物如氧化鐵可存在於自氨回收工藝的再循環氨中，並暗示這些汙染物可以以不易用標準顆粒物過濾除去的形式存在。推導並在下面示出從氨回收工藝中導致氧化鐵汙染物的化學步驟。
氨與二氧化碳反應形成氨基甲酸銨(AC，方程1)。 (1)AC可溶於在工藝管線和設備的內壁上冷凝的液體中，在這裡其可與碳鋼中的鐵反應形成氧化鐵(方程2)。氧化鐵是一種磨料並特別損害旋轉設備如氨壓縮設備。它對許多催化劑如用於HCN工藝中的含鉑催化劑是一種毒物。在許多應用中，可安裝顆粒物過濾器以捕獲氧化鐵。然而，已發現如果氰化物也存在於氣流中，則氧化鐵將與氰化物反應形成作為相應銨鹽的膠體懸浮體存在的六氰合鐵配合物(IHC)(方程3)。這些膠體懸浮體不能通過顆粒物過濾去除，並被通入下遊工藝中，在這裡六氰合鐵配合物可通過在熱存在下與氧反應轉化為氧化鐵(方程4)。在本發明中通過從工藝流中除去IHC、通過防止在管線上形成冷凝物(該冷凝物會溶解氣流中的AC)、以及通過用由不易被AC腐蝕的材料製成的設備和管線，可使這些問題最小化。
(2)(3)IHC(4)
參考附圖，2表示含有氨、CO2、和可能的其它氣體如氰化氫、丙烯腈、氮氣、水蒸汽、甲烷或燃燒副產物如CO的原料氣體。將原料氣體在捕獲柱4中與捕獲氨溶液接觸。
將無氨的氣體自柱子4通過管線6排出。這裡使用的術語「無氨的氣體」是指氨濃度比供入氣體低75％的氣體。更優選將經管線6排出的氣體中氨濃度降低90％。最優選經管線6排出的氣體中氨濃度降低99％以上。
將在捕獲柱底部的捕獲溶液，其富含氨並還含吸附的CO2和可能的其它吸附氣體如氰化氫、丙烯腈、氮氣、水蒸汽、甲烷或燃燒副產物如CO，通過管線8送至汽提塔10，在這裡通過再沸器20加熱以除去雜質。將富含氨的溶液通過管線14從汽提塔10排出並送至氨汽提柱16，在這裡將溶液通過再沸器28加熱以從溶液中釋放氨。將現在貧氨的捕獲溶液通過管線18送回至捕獲柱4中。
經管線22排出氨汽提器16的氣體基本上由氨和水蒸汽組成，但也可含有CO2。該流體可作為氣體加入，或可在加料前冷凝入氨蒸餾柱24中，在柱24中通過加熱經再沸器32將氨與水分離。水經管線26排出並作為廢水處理。在另一個實施方案中，將氨汽提器16和氨蒸餾柱24合併為一個柱，消除了對再沸器32和管線22的需要。
純化後的氨氣流通過管線30從蒸餾柱24排出並流入分離器38。本文所用的術語「純化後的氨氣流」是指含有至少約75％氨的氣流。如圖1所示，分離器38冷凝一部分氣流，並通過管線50將冷凝物回流回蒸餾柱24中。當從氨蒸餾柱24中排出的氣體冷凝時，一部分任何存在的AC溶解在冷凝物中並通過管線50回到蒸餾柱中，可在這裡累積。在本發明的一個實施方案中，通過管線34將苛性材料加入到氨蒸餾柱24中，使AC轉化為不可溶的碳酸鹽。適宜的苛性材料包括NaOH、KOH、MgOH、CaOH等，以及其混合物。在另一個實施方案中，直接將苛性材料加入到管線50中(未示出)。
另外，如果冷凝發生在管線30的內壁上，溶解的AC可腐蝕性侵蝕管線材料。在本發明的一個實施方案中，將管線30的溫度保持足夠高以防止管線內側的冷凝。管線內的溫度可用蒸汽或電跟跡(tracing)加熱或通過夾套加熱來保持。還可存在保溫設置。在本發明一個實施方案中，將管線溫度維持在氣體的冷凝溫度以上並低於約350℃。更優選將管線溫度保持在約70℃至約200℃範圍內。
在本發明的另一實施方案中，管線30由不易被AC腐蝕的材料構成。在本發明的一個實施方案中，管線30由具有比碳鋼更低的鐵含量的金屬構成，優選的材料包括不鏽鋼、L系列不鏽鋼、Duplex2205、哈斯特洛伊蝕鎳基耐蝕耐熱合金(Hastelloys)、因科內爾合金(Inconels)和鋯。在本發明的一個實施方案中，管線30由316L型不鏽鋼構成。在本發明的另一個實施方案中，管線30的內壁用非金屬如Teflon或玻璃加內襯。還想到；在一些情形中，用不同的耐蝕材料構成管線30和分離器38是有利的，另外，設備如分離器本身可用多於一種的材料構成，如在分離器38包括冷凝器的情形下，冷凝器管板可用非金屬材料如玻璃或樹脂加襯/加包覆層，並且管可由未加襯的金屬構成。
氣體經管線40從分離器38排出，轉移至下遊工藝。在本發明的一個實施方案中，通過管線40從分離器38排出的氣體轉移至任選的壓縮機42中。在本發明的一個實施方案中，壓縮機42由耐AC腐蝕的材料構成。適宜的材料為如上所示。在特別優選的實施方案中，壓縮機在較高的溫度下操作，這樣在約80℃至350℃的溫度下排出氣體。在本發明的另一個實施方案中，不存在任選的壓縮機42，且管線40和44是相鄰的。
在本發明的一個方面，管線40和44由不易被AC腐蝕的材料構成。適宜的材料為如上所述。在本發明的一個實施方案中，管線40和44由316L不鏽鋼構成。在本發明的一個替代實施方案中，管線40和44內壁由非金屬材料，優選Teflon或玻璃加襯。
在本發明的另一個實施方案中，將管線40和44內的溫度保持足夠高以防止在這些管線或相關設備中發生冷凝。在本發明的一個實施方案中，將管線40和44及任何中間設備用蒸汽或電跟跡加熱以防止在管線內壁上冷凝。或者，將管線40和44以及任何中間設備用夾套加熱。還可存在保溫設置。在這些實施方案中，將管線和設備維持在氣體的冷凝溫度以上和低於約350℃，更優選在約70℃至200℃。
在本發明的另一實施方案中，將管線40和44中的氣體通過至少一個熱交換器以提高和保持氣體的溫度在其冷凝溫度以上和約350℃以下。更優選，將氣體保持在約70℃至約200℃。
冷凝可通過操作蒸餾柱24最小化，這樣通過管線30排出該柱的純化後的氣流中水的濃度最低。排出柱24的氣流中氨的濃度優選在大於75％，更優選大於90％、最優選大於95％。
在本發明的另一實施方案中，管線44中的氣體通過從氣流中除去雜質的區域46。該區域包括從該氣流中分離膠體顆粒和液滴的第一元件和從氣流中分離顆粒物質的第二元件。在本發明的一個實施方案中，將兩個元件合併在一個裝置中。參照圖2，在本發明的一個實施方案中，將管線44中的氣體引入一個室中，在這裡氣流的方向變換引起夾帶於氣體中的膠體物質和液滴衝擊內部結構，如擋板、衝擊板、和(如這裡所示的)彎管，以及室內側。然後將無膠體和液體的氣體通過顆粒物過濾介質，其不在排出該室之前的撞擊氣流的方向上。在本發明的另一實施方案中，將雜質從氣流中分離的區域可包括一個或多個旋風分離器或撞擊式分離器以從氣流中物理除去液滴和膠體物質，接著一個或多個過濾器以從氣流中除去顆粒物。
總之，本發明是通過下面一個或多個技術在從氨回收工藝中接收氨的體系中減少鐵汙染的方法1、從氣流中物理分離氧化鐵、含鐵膠體顆粒和液滴；2、通過消除冷凝防止AC沉積在管線上，從而防止管線腐蝕；或3、安裝不易被AC腐蝕的管線和設備，從而消除了鐵的汙染源。
應懂得在不脫離所附權利要求的範圍內，對本文所公開的方法可有多種替換的實施方案和變化。
權利要求
1.一種減少回收氨工藝下遊汙染的方法，所述氨回收工藝包括下列步驟a)提供含氨和CO2的氣流；b)從所述氣流中捕獲氨；c)純化捕獲的氨；和d)將純化後的氨的氣流通過具有內壁的氨除去管線送至下遊工藝；其中所述的減少下遊工藝中汙染的方法包括選自下列的一個或多個步驟從由蒸餾柱排出的純化後氨的氣流中分離液滴、膠體顆粒和顆粒狀固體物；加熱管線和任何中間設備到氣體的冷凝溫度以上；使純化後(再循環)氨流中的水含量最小；加熱所述氨除去管線和任何中間設備內的氣體的溫度到該氣體的冷凝溫度以上；和用不易被氨基甲酸銨腐蝕的材料製造至少所述氨除去管線和任何中間設備的內壁。
2．根椐權利要求1的方法，其中將所述管線和設備保持在約70℃以上和約350℃以下。
3．根椐權利要求1的方法，其中將所述管線和設備保持在約70℃以上和約200℃以下。
4．根椐權利要求1的方法，包括將所述氨除去管線和中間設備內的所述氣體的溫度保持在約100℃以上和約300℃以下。
5．根椐權利要求1的方法，其中將所述氨除去管線和中間設備內的所述氣體的溫度保持在約100℃以上和約175℃以下。
6．根椐權利要求1的方法，其中所述純化再循環氨濃度至少為75％。
7．根椐權利要求1的方法，其中所述純化再循環氨濃度至少為93％。
8．根椐權利要求1的方法，其中所述純化再循環氨濃度至少為95％。
9．根椐權利要求1的方法，還包括向純化步驟中加入苛性材料。
10．根椐權利要求1的方法，其中至少所述氨除去管線和任何中間設備的內壁由不易被氨基甲酸銨腐蝕的材料製成。
11．根椐權利要求10的方法，其中所述管線和中間設備由選自316不鏽鋼、316L不鏽鋼、304不鏽鋼、304L不鏽鋼、哈斯特洛伊鎳基耐蝕耐熱合金、因科內爾合金和鋯的材料製成。
12．根據權利要求10的方法，其中所述管線和中間設備的材料是不鏽鋼。
13．根椐權利要求12的方法，其中所述管線和中間設備的材料是L系列不鏽鋼。
14．根椐權利要求13的方法，其中所述管線和中間設備的材料是316L型不鏽鋼。
15．根椐權利要求10的方法，其中所述氨除去管線和中間設備包括由不易被氨基甲酸銨腐蝕的材料製成的內襯。
16．根椐權利要求15的方法，其中所述的內襯材料是氟聚合物。
17．根椐權利要求15的方法，其中所述的內襯材料是玻璃。
18．根椐權利要求1的方法，其中從由蒸餾柱排出的純化後氨的氣流中分離液滴、膠體顆粒和顆粒狀固體物。
19．根椐權利要求18的方法，其中通過將氣流通過物理除去液滴和膠體顆粒的第一元件和從氣流中除去顆粒固體物的第二元件，從由氨蒸餾柱排出的純化後氨的氣流中分離液滴、膠體顆粒和顆粒狀固體物。
20．根椐權利要求19的方法，其中所述第一元件和所述第二元件合併在單一設備中。
21．根椐權利要求20法，其中所述設備包括一個室，其中，當所述純化的氨氣流進入該室時，氣流中的方向變換引起夾帶於氣體中的膠體物質和液滴衝擊內部結構以及室壁，然後氣體通過顆粒物過濾介質，該過濾介質不在排出該室之前的撞擊氣流的方向上。
22．根椐權利要求19的方法，其中所述第一元件是一個或多個選自撞擊式分離器和旋風分離器的設備。
23．根椐權利要求19的方法，其中所述第二元件包括一個或多個過濾器。
全文摘要
公開一種通過下面一項或多項技術在從氨回收工藝中接收氨的體系中減少鐵汙染物的方法:a)從氣流中物理分離氧化鐵、含鐵膠體顆粒和液滴;b)通過消除冷凝防止AC沉積在管線上,從而防止管線腐蝕;或c)安裝不易被AC腐蝕的管線和設備,從而消除了鐵的汙染源。
文檔編號B01D45/08GK1325822SQ01119178
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月23日 優先權日2000年5月23日
發明者A·本德利, M·S·德庫西, R·E·米爾斯 申請人:羅姆和哈斯公司