CN1024632C - 处理含甲醛的气体或液体的设备 - Google Patents

Abstract

一种处理含甲醛的气体或液体的设备，其特征是所述设备与含甲醛的气体或液体相接触的表面的部分或全部用主要由铜和/或镍组成的合金制成。

Description

本发明涉及由特殊材料制成的、用以处理含甲醛的气体或液体的设备。

甲醛是一种非常有用的物质，并且已被广泛地用作合成各种树脂如酚醛树脂、三聚氰胺树脂和尿素树脂，粘合剂，涂料，各种化学制品和药物的起始原料，或作为消毒剂，防腐剂，等等。

甲醛通常是通过氧化甲醛的方法来生产的，并且以甲醛水溶液形式（福尔马林）提供。这种水溶液通常除含有未反应的甲醛以外，还含有由副反应生成的微量甲酸、甲醛缩二甲醇等。

在生产甲醛的过程中或在利用甲醛等生产上述物质的过程中，要根据生产目的对甲醛进行各种操作，如贮存、输送、浓缩、纯化、蒸发、冷凝以及反应。在这些步骤中，甲醛是以水溶液，在溶剂中的溶液，与水或一种溶剂的液体混合物，与空气、氮气、氦气或类似气体的气体混合物，或者上述溶液或混合物与主反应产物和副反应产物的混合物的形式进行处理的。

在处理上述含甲醛的气体或液体时，考虑到甲醛或副产物如甲酸的腐蚀作用，本领域通常采用奥氏体不锈钢如SUS304、SUS316或SUS317作为制造设备的材料。

尽管不锈钢在耐腐蚀方面明显优于普通钢材等，但在高温下其耐腐蚀性能还不是令人满意的。而且，不锈钢中所含的铁和铬或者由于腐蚀作用而溶解出来的这些组分的催化作用可能会促进由甲醛生成甲酸或类似物的副反应（如卡尼扎罗反应或氧化反应）。这就带来各种问题，包括不仅消耗甲醛、而且加速了由副反应生成的甲酸等的腐蚀作用，以及还需要除去杂质，例如由副反应生成的甲酸。

鉴于上述问题，本发明人已经就设备的构成材料进行了广泛深入的研究，结果发现主要由特种金属组成的合金对于由甲醛、甲酸等造成的腐蚀作用具有优良的抗性，并且生成甲酸等的倾向也较小，这些便导致本发明的完成。

因此，本发明涉及处理含甲醛的气体或液体的设备，其特征在于将要与含甲醛的气体或液体接触的所述设备的部分或全部表面由主要由铜和/或镍组成的合金制成。

下面将更详细地描述本发明。

在发明中，设备的构成材料是一种主要由铜和/或镍组成分的合金，更具体地说，这种合金中铜和镍的总量至少为50%重量。当这些组分的总含量少于50%重量时，在抵抗由甲醛、甲酸等的腐蚀作用和防止甲醛的副反应方面，不能收到充分的效果。

这些组分的总含量至少为70%重量较好，至少为80%重量更好，特别地，这些组分的总含量至少为90%的合金明显地显示出显著效果。

合金中铜与镍的比例没有特殊限制，铜与镍的重量比可以是0～100∶100～0。但是，从抗腐蚀和防止副反应的观点出发，既使这些元素中的一种元素含量很小，最好合金中也是同时含有这两种元素。例如，铜与镍的重量比较好是0.05～99.9∶99.95～0.1，为20～95∶80～5更好。所含铜与镍的重量比为55～95∶45～5的合金特别好，这是因为：要达到本发明的目的（例如抗腐蚀和防止副反应）这种合金是最适用的，它具有优良的可加工性能和机械性能，并且还具有比上述合金成本低的优点。

如上所述，本发明所用的合金主要由铜和/或镍组成。除了上面叙述的以外，对合金组分没有特殊限制，不仅可以利用金属元素，如铁、铬、铅、锌、铝、钼、锰、钨和钒，而且可以利用硅、碳、硫、磷等等。

本发明中可以使用的合金的具体实例包括镍基合金（如Ni200、Ni201、蒙乃尔合金400、铬镍铁合金600、铬镍铁合金625和哈斯特洛伊耐蚀镍基合金B）和铜基合金（如JISC7060，C7100，C7150，C4430，C6870，C6871，C6872，C6161，C6280，和C6301）。本发明中最好使用后一种合金。

现在叙述由上述材料制成的本发明的设备。

本发明中，由上述材料制成的设备是用来处理含甲醛的气体或液体的。该设备的具体实例包括甲醛生产设备，贮罐，输送管道，蒸发器，蒸馏柱，加热器，冷凝器，冷却器和反应器，但并不仅仅限于这些设备，本发明可适用于处理含甲醛的气体或液体的任何仪器和装置。

在上述设备中，根据设备的使用目的和功能，甲醛可以是各种形式的。例如，甲醛的形式可以是含甲醛的水溶液或在溶剂中的溶液，含有甲醛和水或一种溶剂的液体混合物，或含有甲醛和空气、氮气、氦气或类似物的气体混合物。

上述含甲醛的气体和液体可以含有上述以外的组分，例如甲醛的反应产物和副反应产物，如甲醇、甲醛缩二甲醇、甲酸，甲酸甲酯和四噁烷。

本发明的特征在于，用以处理上述含甲醛的气体和/或液体的设备是由上述材料（即主要由铜和/或镍组成的合金）制成的。未必总是要整个设备都用这种材料制成，根据使用目的只要使要和含甲醛的气体和/或液体接触的部分的或全部的设备表面用上述材料制成。

特别是随着甲醛浓度或含甲醛的气体或液体的浓度增加，不仅由甲醛和作为副产物由甲醛生成的甲酸对金属的腐蚀作用、而且生成甲酸等副产物的副反应都变得明显了。因此，最好是将暴露于上述环境中的那一部分用上述材料制成。

更具体地说，对于暴露于甲醛浓度为10%（重量）或更高的环境中的那部分设备来说，使用上述材料是有用的，并且当甲醛浓度为20%（重量）或更高时，使用上述材料是最有用的。

至于温度，当含甲醛的气体或液体的温度为90℃或更高、特别是100℃或更高时，对于暴露于这种环境下的那部分设备来说，使用上述材料是有用的。

例如，当采用蒸馏柱在高温、高压下浓缩甲醛时，甲醛在气相得到浓缩，在柱的顶部甲醛浓度变高。因此，在这种情况下，对于蒸馏柱顶部附近、和/或用以冷凝和冷却来自塔顶的蒸馏物的冷凝器或冷却器、或蒸馏物的接受器、管道等设备来说，其部分或全部可用上述材料制成。当然，整个装置（包括柱底部分）可以由上述材料制成。

如上所述，本发明涉及处理含甲醛的气体或液体的设备，其特征在于，将与含甲醛的气体或液体接触的上述设备表面的部分或全部用一种主要由铜和/或镍组成的合金制成。本发明适用于并且可以用在处理含甲醛的气体或液体的任何设备。更实际地说，就是要考虑费用（材料费）和效果（即抵抗腐蚀和减少由副反应所消耗的甲醛量），在二者之间进行权衡，才能确定一个地方是否适于采用本发明的方法。

由前面叙述的内容和实例，可以明显地看出，本发明的其中与含甲醛的气体或液体相接触的部分或全部表面是用主要由铜和/或镍组成的合金制成的，用以处理含甲醛的气体或液体的设备对由甲醇、甲酸等造成的腐蚀作用表现出明显的抗性，并且还有效地抑制了由甲醛生成甲酸等的副反应，这就使本发明的设备非常适合于用作处理含甲醛的气体或液体的设备。

现在参考下列实例对本发明进行详述，这些实例不应当被认为是对本发明范围的限制。

实例1～6和对照例1和2

在一玻璃高压釜中装入60%（重量）的甲醛水溶液，将处在本发明范围内的合金板（50毫米×100毫米;两块）浸入该溶液中。将溶液在100℃和120℃加热5天。然后测定由甲醛副反应生成的甲醇，并且观察合金板的表面变化。

为了对比，在使用不锈钢（SUS-316）板的情况下进行同样的评价。结果示于表1。

实例7和对照例3

在一个1升玻璃圆底烧瓶中装入500毫升50%（重量）的甲醛水溶液，将溶液在大气压下加热。生成的蒸汽在冷凝器中冷却，冷凝器的与蒸汽接触的表面用主要由铜和镍组成的合金（铜与镍的重量比为80∶20）制成。所得到的冷凝液完全回流到烧瓶中。当在此条件下操作30天后，烧瓶中甲酸浓度为0.58%（重量）。冷凝器的内表面保持在未被腐蚀的镜面状态。另一方面，当采用具有 由不锈钢（SUS316）制成的与蒸汽接触的表面的冷凝器时，30天后烧瓶中的甲酸浓度是2.14%（重量）。况且，在这种情况下，在内表面上观察到相当程度的闷光，这大概是腐蚀的结果。

表1

副产物浓度·（wt%）

合金种类    处理温度·（℃）    表面状态

甲醇    甲酸

实例1    ＊1    100    0.26    0.34    几乎没有变化

″2    ＊2    ″    0.28    0.37    ″

″3    ＊3    ″    0.33    0.46    ″

对照例1    SUS316    ″    0.82    1.20    轻微变色

实例4    ＊1    120    0.40    0.52    几乎没有变化

″5    ＊2    ″    0.42    0.58    ″

″6    ＊3    ″    0.53    0.71    ″

对照例2    SUS316    ″    0.21    1.84    轻微变色

注：成分

＊1铜68%，镍30%，其它元素2%

＊2铜87%，镍10%，其它元素3%

＊3铜30%，镍65%，其它元素5%

Claims (3)

1、处理和/或操作含甲醛水溶液的设备，该设备能在所述操作和/或处理过程中抑制甲酸的形成，它包括与含甲醛水溶液接触的表面区域，该表面区域由一种合金制成，该合金的基本组成为：甲酸抑制量的至少90wt.%铜和镍，其中铜与镍的重量比为55-95∶45-5；以及不小于2wt.%至少一种其它元素，选自铁、铬、铅、锌、铝、钼、锰、钨、钒、硅、炭、硫和磷，其中所述合金能在所述的与含甲醛液接触的区域内抑制甲酸的形成。

2、根据权利要求1的设备，其中设备选自甲醛水溶液浓缩装置的主体、和附属于所述主体的加热器、冷凝器、冷却器、贮罐和管道。

3、根据权利要求2的设备，其中所述的甲醛水溶液浓缩装置是一种加压蒸馏柱。