利用空气喷射控制氨提取中的腐蚀的制作方法
【专利说明】利用空气喷射控制氨提取中的腐蚀
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年7月19日提交的美国临时申请No. 61/673, 495的优先权益。 本申请以引用的方式整体并入本申请中。
[0003] 发明背景
[0004] 例如酸等腐蚀性物质的大规模使用可能是许多工业程序的一个基本部分。腐蚀可 能导致许多技术区域中设备的使用寿命显著缩短。在一些实例中，寿命的缩短可能严重到 使得设备检修或替换可能构成长期操作成本的主要部分。用于大规模程序的腐蚀性物质的 一个实例是使用酸的水溶液提取氨。
[0005] 安德卢梭工艺（Andrussow process)从甲烧和氨在氧和钼催化剂存在下产生氢氰 酸（HCN)。操作安德卢梭HCN是经济的，其中使用酸的水溶液吸附回路从反应器流出物流吸 收氨来回收和再循环未反应的氨。酸可以是无机酸，例如磷酸，其可以通过将氨气以例如磷 酸铵等铵盐形式捕捉在吸收器中来提取氨气。氨可以通过在汽提器中加热而从水溶液中释 出。与酸接触的设备，包括吸收器、汽提器和相关输送管道在内，都可能遭遇高速腐蚀。在 设备的某些区域中，例如汽提器和相关再沸器中存在的高温可以加重腐蚀作用。
[0006] 使用耐腐蚀材料可以降低设备的腐蚀速率。耐腐蚀材料的实例可以包括超级合 金，例如含有少量铁和痕量其它元素的镍铜合金，例如Monel? 400 ;脱溶加强的镍铁络合 金，例如hieoloy?牌合金，例如I'neoloy? 800系列；或奥氏体镍铬基InconeM)牌合金；或 镍铬钼合金，例如Hastelloy?牌合金，例如Hastelloy? G-30?;或锆，例如Zr 702,或超 级双相不锈钢，例如2507或2205。然而，由耐腐蚀材料制造的设备的成本可能显著超过使 用例如奥氏体不锈钢（例如316L)等更可承受和常规的材料制造的设备的成本。 发明概要
[0007] 本发明提供一种在氨提取期间减少腐蚀的方法。所述方法包括执行使用氨提取设 备提取氨的工艺。氨提取设备包括氨吸收器、氨解吸器和水溶液。水溶液包含酸或其铵盐。 所述方法还包括喷射含氧气体到所述氨吸收器、所述氨解吸器和介于两者之间的部分中的 溶液。
[0008] 本发明可以提供某些优于减少腐蚀的其它方法的优点。在本发明的实施方案中发 生的腐蚀减少是意外的优点。通常了解到氧经由氧化化学机制来促进金属腐蚀。举例来说， 一般认为水性液体中的溶解氧引起金属腐蚀，特别是在加热的水中。遭遇水性液体相关的 腐蚀的一些行业使用显著的资源和能量去除氧企图减少腐蚀。举例来说，在大型或昂贵的 易于腐蚀的设备部件（例如蒸汽厂中的锅炉装置）中在加热水前经由使用热、真空压力、蒸 汽喷射、除氧剂或经由使用其它除气法减少水性液体中的氧是常见的行业做法。因此，添加 氧到水溶液将减少腐蚀是违反直觉的。类似地，添加氧到含有酸或其盐的水溶液的已腐蚀 环境将减少腐蚀是违反直觉的。考虑到当加热液体时在水性液体中氧腐蚀被认为是更大的 危险，添加氧到加热的水溶液将导致腐蚀减少是更违反直觉的。本发明的实施方案提供一 种氨提取工艺，其可以使用奥氏体不锈钢，例如304或316作为安全、可靠和经久的构造材 料。本发明的实施方案的气体喷射比使用昂贵和进口的耐腐蚀材料的成本低且效率高。另 外，本发明的实施方案可以提供一种氨提取工艺，其可以使用遭遇的腐蚀比不包括本文中 描述的气体喷射的类似氨提取工艺少的耐腐蚀材料。意外地，在一些实施方案中，尽管缺乏 氨基甲酸盐或离子，但本发明的气体喷射可以更好地减少腐蚀。意外地，本发明的气体喷射 在氨吸收器的酸性环境中可以更好地减少腐蚀。喷射可以提供一种有利的传递气体到氨回 收系统的方法。
[0009] 本发明提供一种在不太苛刻的条件下用于提取氨，因此减少腐蚀的系统。所述氨 提取设备包括氨吸收器、氨解吸器和水溶液。所述水溶液包含酸或其铵盐。所述系统还包 括含氨气体流。在所述氨吸收器中，气体流中氨的至少一部分转变为铵盐。在所述氨解吸 器中，铵盐的至少一部分转变为氨。水溶液在吸收器与解吸器之间循环。系统还包括气体 喷射器。气体喷射器将含氧气体馈入所述氨吸收器、所述氨解吸器和包括管道的相关设备 中至少一个中的所述水溶液。
[0010] 本发明提供一种在氨提取期间减少腐蚀的方法。所述方法包括执行从来自化学工 艺的气体反应器流出流回收未反应的氨的工艺。回收氨的化学工艺是产生氢氰酸的安德卢 梭工艺。所述氨回收工艺使用氨回收设备执行。所述氨回收设备包括氨吸收器。所述氨回 收设备还包括氨解吸器。所述氨解吸器包括氨汽提塔和氨汽提塔再沸器。所述氨回收设备 还包括水溶液，所述水溶液包含酸或其铵盐。所述水溶液在吸收器与解吸器之间循环。在 所述氨吸收器中，气体流中氨的至少一部分转变为铵盐。在所述氨解吸器中，铵盐的至少一 部分转变为氨。所述方法还包括喷射含氧气体到所述氨解吸器或所述解吸器的再沸器中的 所述水溶液。喷射足以减少所述解吸器或所述再沸器的腐蚀。至所述水溶液的所述气体喷 射以足够维持氧喷射到所述溶液的速率在对于每约5001b到约50001b从所述解吸器流到 所述吸收器的所述水溶液来说约Iscf下的速率发生。
[0011] 图示简单说明
[0012] 不一定按比例描绘的附图中，若干视图中，相似的数字描述基本上类似的组件。具 有不同的字母后缀的相似数字表示基本上类似的组件的不同情况。附图总体上示出例如但 不限于本文中论述的各种实施方案。
[0013] 图1示出根据各种实施方案的氨回收系统。
[0014] 图2示出根据各种实施方案的氨回收系统。
[0015] 图3示出根据各种实施方案，随着时间推移的铬浓度。
[0016] 图4不出根据各种实施方案，随着时间推移的络浓度。
[0017] 发明详述
[0018] 现详细参考本公开主题的某些权利要求，其实施例示于附图中。虽然公开主题将 结合所列举的权利要求描述，但应了解其不意图将公开主题限制于那些权利要求。相反地， 公开主题意图涵盖可以包括在如权利要求书所界定的本公开主题的范围内的所有替代物、 修改和同等物。
[0019] 在本说明书中提及"一个实施方案"、"一实施方案"、"一示例实施方案"等等指示 所描述的实施方案可以包括具体的特征、结构或特性，但每个实施方案可能不一定包括具 体的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指相同的实施方案。此外，当具体的特征、 结构或特性结合一实施方案描述时，认为本领域技术人员能够结合其它实施方案影响此类 特征、结构或特性，无论明确地描述与否。
[0020] 以范围格式表示的值应该以灵活的方式解释，其不仅包括作为范围的界限明确地 叙述的数值，并且还包括所有涵盖在所述范围内的个别数值或子范围，如同每个数值和子 范围明确地叙述一般。举例来说，"约0. 1 %到约5%"的浓度范围应该解释为不仅包括约 0. lwt%到约5wt%的明确叙述的浓度，并且还包括所指示范围内的个别浓度（例如1%、 2%、3%和 4% )和子范围（例如 0· 1%到 0· 5%、1· 1%到 2. 2%、3· 3%到 4. 4% )。
[0021] 在本文中，除非上下文另外清楚地规定，术语"一（a/an)"或"所述"用以包括一 个或超过一个。除非另外指明，否则术语"或"用以指非独占性"或"。另外，应了解本文中 采用而非另外定义的短语或术语仅仅是为了描述而非限制。章节标题的任何使用都是意图 帮助阅读本文且不应理解为限制；与章节标题有关的信息可以出现在具体章节内或外。此 外，本文中提及的所有公布、专利和专利文献都以引用的方式整体并入本文中，如同以引用 的方式个别地并入一般。如果本文与以引用的方式并入的那些文献之间用法有矛盾，那么 并入的参考文献中的用法应视为补充本文；对于不能调和的矛盾，本文中的使用为主。
[0022] 在本文中描述的制造方法中，在不脱离本发明的原则下步骤可以按任何次序进 行，除非明确地叙述时间或操作顺序。
[0023] 此外，除非明确的要求措辞叙述所说明的步骤分开进行，否则所述步骤可以同时 进行。举例来说，进行X的要求步骤与进行Y的要求步骤可以同时在单一操作内进行，且所 得工艺将在要求工艺的确切范围内。
[0024] 定义
[0025] 术语"约"可以允许值或范围的可变度，例如在陈述值或陈述的范围界限的10% 内、5%内或1%内。当给出范围或一列顺序值时，除非另作说明，否则也公开所述范围内的 任何值或既定顺序值之间的任何值。
[0026] 如本文所用，"基本上"是指大多数或大部分，如至少约50%、60%、70%、80%、 90%、95%、96%、97%、98%、99%、99· 5%、99· 9%、99· 99%或至少约 99. 999%。
[0027] 如本文所用，术语" scf "是指标准立方英尺。"Scfh"是指标准立方英尺/小时。
[0028] 如本文所用，术语"空气"是指组成与总体上在地平面取自大气的气体的天然组成 大致一致的气体混合物。在一些实例中，空气取自周围的周围环境。空气具有包括大致78 % 氮、21 %氧、1 %氩和0. 04%二氧化碳以及少量的其它气体的组成。
[0029] 如本文所用，术语"室温"是指周围温度，其可以是例如在约15°C与约28°C之间。
[0030] 如本文所用，术语"气体"包括蒸气。
[0031 ] 如本文所用，术语"喷射"是指气体注射到液体中，使得气体接触液体。
[0032] 如本文所用，术语"吸收（absorb/absorption) "是指气体溶解在液体中或气体在 液体中转变成可溶性或不溶性盐。
[0033] 如本文所用，术语"解吸（desorb/desorption) "是指溶于液体中的气体转变成 不再溶于液体中的气体，或待解吸的化合物的可溶性或不溶性盐在液体中转变成解吸化合 物。在一个实例中，可溶性或不溶性盐是铵盐，且待解吸的化合物是氨。
[0034] 如本文所用，术语"吸收器"是指从气体、蒸气或液体吸收或提取一种或多种化合 物到液体中的一个或多个设备部件。吸收或提取的化合物可以溶于吸收液体中，或可以呈 另一化合物于吸收液体中的形式，例如吸收的化合物的可溶性或不溶性盐。在一个实例中， 可溶性或不溶性盐是铵盐，且待吸收的化合物是氨。
[0035] 如本文所用，术语"解吸器"是指从液体解吸一种或多种化合物，例如从液体解吸 一种或多种气体的一个或多个设备部件。一种或多种化合物可以溶于液体中，或可以呈待 解吸的化合物的可溶性或不溶性盐的形式吸收于液体中。在一个实例中，可溶性或不溶性 盐是铵盐，且待解吸的化合物是氨。热可以用于从液体解吸一种或多种化合物。压差或所 添加的化合物可以用于从液体解吸一种或多种化合物。任何适合的方法或方法的组合都可 以用于从液体解吸一种或多种化合物。
[0036] 如本文所用，术语"再沸器"是指用于加热液体的传热装置。再沸器可以存在于 塔的底部附近，并供应热到塔的内含物，使得塔可以用于达成分离目的，例如汽提（例如解 吸）或蒸馏。
[0037] 如本文所用，术语"输送管道"是指在水性液体或蒸气从一个设备部件输送到另一 部件，例如在再沸器与汽提塔之间、在汽提塔与吸收塔之间或在汽提塔与冷凝器之间时，接 触水性液体或蒸气的材料和设备，例如管、泵和其它设备。
[0038] 如本文所用，术语"腐蚀"是指材料因与其周围环境发生化学反应而分解。
[0039] 如本文所用，术语"钝化层"是指例如抵御腐蚀或其它耐腐蚀材料的防护外层，其 可以产生防止被更深地、更具破坏性地腐蚀的外壳。举例来说，钝化层可以是防止下层材料 被破坏性腐蚀的金属氧化物或氮化物层。在另一实例中，钝化层可以是包括一个或多个金 属原子与适合数目的平衡离子或共价键结的部分组合的化合物层。钝化层可以由任何适合 的材料制造。
[0040] 如本文所用，术语"密耳"是指英寸的千分之一，使得1密耳=0. 001英寸。
[0041] 本发明提供一种在氨提取期间减少腐蚀的方法。本发明还提供一种可以执行所述 方法的系统。本发明通过喷射含氧气体到用于提取氨的水溶液解决了在氨提取期间过度腐 蚀的技术问题。
[0042] 氨提取设各
[0043] 氨提取设备可以包括任何适合的氨提取设备。氨提取设备包括氨吸收器、氨解吸 器和水溶液。举例来说，氨提取设备可以包括以下中的至少一个：氨吸收塔、氨吸收塔顶、 氨吸收塔底、氨汽提塔、氨汽提塔顶、氨汽提塔底、汽提塔再沸器、氨冷凝器、蒸馏塔、氨浓缩 器、热交换器和所存在的各设备部件的输送管道。输送管道可以包括例如管或设备。输送 管道可以包括在水溶液在各设备部件之间流动时接触其的任何材料。氨提取设备可以是工 业尺寸。
[0044] 氨提取设备从馈料流提取氨。馈料流可以呈任何适合的形式，例如气体、蒸气、液 体或其组合。馈料流可以包括水，或馈料流可以基本上不含水。具有具体组成的氨馈料流 可以呈不同的形式，取决于馈料流的温度和压力。举例来说，高压或冷却的馈料流可以包括 呈液态的材料，而在较低压力或较高温度下的具有基本上一致组成的馈料流可以包括呈气 态的材料。提取设备可以从馈料流提取任何适合数目的组分。氨馈料流可以具有任何适合 的组成，且可以含有任何适合量的氨和其它气体。举例来说，氨馈料流可以为约lwt%、2、5、 10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、98或约99?丨％氨。氨馈料流可以包括氨和氢氰酸。举 例来说，氨馈料流可以为约 lwt%、2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、98 或约 99wt% 氢氰酸。
[0045] 通过氨提取设备提取的氨馈料流可以来源于任何适合的来源。举例来说，氨馈料 流可以来源于氢氰酸生产工艺、肥料生产工艺