CN103864109A - 用于安德卢梭法中的再循环的系统和方法 - Google Patents

用于安德卢梭法中的再循环的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本文描述了用于利用在氰化氢的制备过程中产生的废物的方法和系统。

Description

用于安德卢梭法中的再循环的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请权利要求2012年12月18日提交的题为“用于安德卢梭法中的再循环的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR RECYCLING IN ANANDRUSSOW PROCESS)”的美国临时专利申请系列号61/738,895的优先权，其公开通过引用以其全部内容结合在此。
技术领域
本公开涉及用于氰化氢(HCN)由甲烷、氨和氧的制备用安德卢梭法的再循环方案。
背景技术
安德卢梭法用于氰化氢(HCN)由甲烷、氨和氧在含铂催化剂上的气相制备。将氨、甲烷和氧进料至反应器中并在包含铂催化剂的存在下加热至反应温度。甲烷可以从天然气提供，可以将其进一步纯化。在天然气中可以存在具有两个碳、三个碳或更多的烃。虽然可以使用空气作为氧的源，该反应还可以用富集氧的空气或未稀释的氧(例如，氧安德卢梭法)进行。可以将含有HCN的反应器出口气输送通过氨吸收方法以移除未反应的氨。这可以通过与磷酸铵溶液、磷酸或硫酸接触以移除氨完成。从氨吸收器，可以将产物废气输送通过HCN吸收器，在此可以加入冷水以带走HCN。可以将HCN-水混合物送至氰化物汽提器，其中可以将HCN与水和其他物质分离。
在以下文章中描述了安德卢梭法的各个方面：N.V.Trusov，硫化合物和甲烷的高级同系物对由安德卢梭法的氰化氢制备的影响(Effect ofSulfur Compounds and Higher Homologues of Methane on Hydrogen CyanideProduction by the Andrussow Methody，Rus.J.of Applied Chemistry，第74卷，第10期，第1693-97页(2001)；清洁发展机制(CDM)执行理事会(CleanDevelopment Mechanism(CDM)Executive Board)，联合国气候变化框架公约(United Nations Framework Convention on Climate Change)(UNFCCC)，清洁发展机制项目设计文件表格(Clean Development Mechanism ProjectDesign Document Form)(CDM PDD)，第3版，(7月28日，2006)，在http.//cdm.unfccc.int/Reference/PDDs_Forms/PDDs/PDD_form04_v03_2.pdf在线可得；Gary R.Maxwell等，在氰化氢制备技术的转移中确保工艺安全性(Assurmg process safety in the transfer of hydrogen cyanidemanufacturing technology)，J.of Hazardous Materials，第142卷，第677-84页(2007)；Eric.L.Crump，美国环境保护署(U.S.Environmental ProtectionAgency)，空气质量计划和标准办公室(Office of Air Quality Planning andStandards)，对于所提出的氰化物制备的经济影响分析NESHAP(EconomicImpact Analysis For the Proposed Cyanide Manufacturing NESHAP)(2000年5月)，在http.//nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi？Dockey＝P100AHGl.PDF在线可得，这些的公开通过引用如将其复制在这里一样结合在此。
发明内容
安德卢梭法中废热和废物的问题通过从由制备HCN的反应产生的热回收能量并从燃烧气态废弃流回收能量而解决和改善。本公开涉及一种用于利用在安德卢梭法过程中(例如，在富集氧的或氧安德卢梭法的过程中)产生的废物的方法。本公开还提供了一种可以在氰化氢的制备过程中操作并减少在安德卢梭法过程中浪费的能量或材料的量的系统。
使用富集氧的或基本上纯的氧进料流的一些问题容易理解。例如，富集氧的和基本上纯的氧进料流比空气更贵。富集氧的和基本上纯的氧进料流可以包含浓缩氧源并产生含有高水平的氢的废弃流。因此，使用增加的小心措施以避免与纯氧作为气态氧进料流的使用相关的问题。例如，可能需要在空气安德卢梭法中一般不使用或需要的安全性顾虑、设备设计、设备维护以及操作条件用于解决由于将氢回收与富集氧的或氧安德卢梭法组合出现的安全性问题。
存在或已经建造非常少的富集氧的或氧安德卢梭制备设备。除了如上面描述的那些的与富集氧的或氧安德卢梭制备设备相关的更容易地显现的顾虑之外，存在不容易或广泛知道的多个另外的问题。
例如，富集氧的或氧安德卢梭法对反应物的浓度上的变化比在采用空气的安德卢梭法中更敏感。富集氧的或氧安德卢梭法中反应物的浓度或流速上的变化可以在工艺效率上导致比在空气安德卢梭法中观察到的更大的改变。富集氧的或氧安德卢梭法对在进料气体的加热值(英国热单位(BTU))上的改变更敏感；进料流的组成上小的变化可以导致反应器中比对于空气安德卢梭法中相似的进料流组合物将观察到的更大的温度波动。行进通过催化剂的反应物的浓度上的局部变化可以导致催化剂床上的温度变化，如热点，这与空气安德卢梭法比较可以减少催化剂的寿命。空气中约78体积％氮的存在下发挥稀释空气安德卢梭法中气体混合物的作用并且可以减少副产物的产生和对于反应的高度控制的需要。空气安德卢梭法的气态废弃流(例如，HCN回收之后的流)具有低加热值以使得将需要对该流提供燃料气体(例如，天然气)以完全燃烧。因此，空气安德卢梭法气态废弃流不具有作为燃料气体的意义。
从富集氧的或氧安德卢梭法的流出物的热传递造成比对于空气安德卢梭法观察到的更多的问题。来自富集氧的或氧安德卢梭法的流出物比对于空气安德卢梭法的更浓缩。虽然冷却这种浓缩的流出物最好快速进行以停止反应物形成副产物，不应将流出物冷却至HCN冷凝的点，因为HCN当冷凝时具有更大的聚合倾向。
富集氧的或氧安德卢梭法倾向于以比空气安德卢梭法更浓缩的方式进行。如此，富集氧的或氧安德卢梭法倾向于产生更高浓度的所有产物，包括副产物。因此，用于富集氧的或氧安德卢梭法的反应器和相关的设备对系统中杂质的积累更敏感，其在空气安德卢梭法中可以更容易地被冲扫出所采用的设备。更大速率的副产物积累可以导致增加的腐蚀速率以及工艺的多个部分更频繁的关闭和维护。可以显著地由副产物积累、腐蚀和相关问题影响的设备包括，例如，一个或多个热回收系统、一个或多个反应器、一个或多个氨回收系统以及一个或多个HCN回收系统。
虽然用于等量的HCN制备需要的设备对于富集氧的或氧安德卢梭法比对于空气安德卢梭法可以是更密集的(即，更小)，很多制造商将选择操作空气安德卢梭法以避免与富集氧的或氧安德卢梭法相关的问题。与将富集氧的或氧安德卢梭法与利用在富集氧的或氧安德卢梭法过程中产生的废物组合相关的问题未被很好地理解并且困难足够大，以使得大部分制造商将不会尝试这种组合。
然而，益处可以是出乎意料地大。本公开的不同实例可以由在HCN由富集氧的或氧安德卢梭法制备的过程中产生的废物如废热和废物产生能量。例如，在反应器之后并且在HCN回收之后可以采用热电联产单元以产生电和热。不同实例可以通过将所产生的热和电再循环回该方法，从而最小化外部提供能量的量并最小化废弃材料的量，以减少在富集氧的或氧安德卢梭法过程中制备HCN的成本。关于富集氧的或氧安德卢梭法描述的益处在空气安德卢梭法中是没有的。
氨和甲烷至HCN的转化是吸热反应，但在安德卢梭法中，通过使用氨、甲烷、氧和合适的催化剂，如含有Pt的催化剂将该反应转变为放热催化反应。经由安德卢梭法制备HCN可以在大于800℃的反应温度进行，例如，约800至2,500℃或1,000至约1，500℃。提供能量以将反应物进料流加热至反应温度可以是昂贵的。另外，如果不将由该反应产生的热再捕获并转化为能量，所产生热可以被认为是废热。另外，回收所产生的热可以降低产物流的温度并防止产物流的组分形成副产物。在不同的实例中，本公开可以回收一部分热并产生电和热两者，其可以被再循环回该方法中。例如，可以采用热电联产单元以产生水蒸汽和电。将电和热再循环回该方法可以减少外部提供能量的量，最小化废热的量，并且提高方法的总效率。
在不同的实例中，废弃材料(例如，废弃化学品)可以在HCN的制备过程中产生。例如，在氧安德卢梭法中，对于1,000磅(lbs)的HCN可以产生约40,000标准立方英尺(scf)的废气并且可以损失235BTU/scf。如本文所讨论的，随着进料气体中的氧百分数(例如，在氧安德卢梭法中)增加，氢和其他可燃组分(如一氧化碳)增加以使得可以将气态废弃流用作燃料。在不同的实例中，本公开可以将废弃化学品转化为能量。例如，可以将热电联产单元用于来自氧或富集氧的安德卢梭法的气态废弃流中，并产生热和电。通过从废弃材料回收能量，本公开的不同实例可以减少HCN的制备过程中的废弃材料的量并且可以比其他方法(例如，空气安德卢梭法)更有效地制备HCN。例如，不同实例可以通过减少外部提供能量的量减少制备氰化氢的总成本并最小化废物的量。
在不同的实例中，本公开提供利用在氰化氢的制备过程中产生的废物的方法。该方法可以包括燃烧气态废弃流用于一次能量产生，其中气态废弃流来自配置为制备氰化氢的反应器，并且气态废弃流基本上没有氰化氢。该方法可以包括：使热回收单元与热接触用于二次能量产生，其中所述热在氰化氢的制备过程中由反应器产生。在不同的实例中，该方法可以包括燃烧气态废弃流用于一次能量产生和使热回收单元与热接触用于二次能量产生两者。一次或二次能量产生可以包括热传递、水蒸汽产生、发电或它们的组合。
在不同的实例中，本公开提供一种用于经由安德卢梭法制备氰化氢的系统。该系统包括配置用于由包含甲烷、氨和氧的反应混合物在包含铂的催化剂的存在下制备氰化氢的反应器，其中反应器还配置为对反应混合物提供充分的氧，从而在氨的移除和氰化氢的回收之后产生具有至少59体积％氢的气态废弃流。该系统可以包括配置为燃烧气态废弃流作为燃料用于一次能量产生的第一热电联产单元，其中气态废弃流基本上没有氰化氢。该系统可以包括配置为从反应器吸收热用于二次能量产生的第二热电联产单元。在不同的实例中，该系统可以包括第一热电联产单元和第二热电联产单元两者。
在不同的实例中，本公开提供一种方法。该方法可以包括调节包含甲烷、氨和氧的反应混合物以对反应混合物提供充分的氧，从而产生在氨的移除和氰化氢的回收之后的气态废弃流中具有至少59体积％氢的气态废弃流。该方法还可以包括将气态废弃流燃烧用于能量产生。
本发明的方法和装置的这些和其他实例和特征将在以下的具体实施方式中部分给出。发明内容意在提供本发明的主题的概述，并且不意于提供排他的或详尽的说明。包括下面的具体实施方式以提供关于本发明的系统和方法的进一步信息。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，遍及数张图相同的数字描述基本上相同的组件。附图一般地示例，通过实例的方式，但不通过限定的方式，在本专利文件中讨论的不同实施例。
图1是根据不同的实施例，用于氰化氢(HCN)经由安德卢梭法的制备的方法的流程图。
图2是根据不同的实施例，来自图1的过程11的一部分的更详细的流程图。
图3是根据不同的实施例，图1的用于HCN的制备的方法的一部分的更详细的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考所公开主题的特定权利要求。虽然所公开的主题将连同所列举的权利要求描述，应明白的是它们不意图将所公开的主题限定于那些权利要求。相反，公开主题意图覆盖在如由权利要求定义的目前公开的主题的范围之内可以包括的所有变更、修改和等价替换。以下具体实施方式包括参考形成具体实施方式的一部分的附图。附图通过示例的方式显示其中可以实施本发明的具体实例。
说明书中提及的“一个实例”、“实例”等是指所描述的实例可以包括特定的特征、结构或特性，但每个实例可以不必须包括特定的特征、结构或特性。此外，这种表达不必须是指相同的实例。此外，当与一个实例相关地描述特定的特征、结构或特性时，所提出的是关于其他实例实现这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，无论是否明确地描述。
术语″约″可以允许值或范围上一定程度的可变性，例如，在所表述的值或所表述的范围限制的10％以内，在5％以内，或在1％以内。当给出范围或连续值的列举时，除非另作说明，也公开了在范围内的任意值或给定的连续值之间的任意值。
如本文所使用的术语“空气”是指具有与一般在地面水平取自大气的气体的天然组成大约相同的组成的气体的混合物。在一些实例中，空气取自周围环境。空气具有包含大约78％氮、21％氧、1％氩以及0.04％二氧化碳，以及小量的其他气体的组成。
如本文所使用的，空气安德卢梭法使用具有大约20.95摩尔％氧的空气作为含氧进料流。
富集氧的安德卢梭法使用具有约21摩尔％氧至约26％、27％、28％、29％或至约30摩尔％氧，如约22摩尔％氧、23％、24％，或约25摩尔％氧的含氧进料流。
如本文所使用的，氧安德卢梭法使用具有约26摩尔％氧、27％、28％、29％，或约30摩尔％氧至约100摩尔％氧的含氧进料流。氧安德卢梭法还可以使用具有约35摩尔％氧，40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％，或约100摩尔％氧的含氧进料流。
如本文所使用的术语“基本上没有”是指小于约1重量％，小于约0.5重量％，以及小于约0.10重量％。
本公开描述一种用于利用在氰化氢(HCN)由安德卢梭法的制备过程中产生的废物的方法和系统。本公开的方法和系统可以通过使用本文描述的方法和系统安全地解决来自富集氧的或氧安德卢梭法的热和材料的浪费性损失的问题。该方法和系统可以包括：燃烧气态废弃流用于能量的产生。本公开的方法和系统还可以包括由从用于制备HCN的反应中给出的热产生能量。在不同的实例中，可以使用由废物产生的能量并再循环回用于制备HCN的方法中。因此，本公开的方法和系统可以减少安德卢梭法中作为废物的能量或材料的量。
在安德卢梭法过程中，包括气态氨进料流、气态甲烷进料流和气态氧进料流的反应物气体进料流反应以形成含有氰化氢和水的产物流。如本文所讨论的，氰化氢通过安德卢梭法的合成(参见，例如，Ullmann′sEncyclopedia of Industrial Chemistry，第8卷，VCH Verlagsgesellschaft，Weinheim，1987，第161-162页)可以在气相中在包含铂或铂合金，或其他金属的催化剂上进行。在作为美国专利号1,934,838公开的原始安德卢梭专利等中发现并描述了适合用于进行安德卢梭法的催化剂。在安德卢梭的原始工作中，他公开了催化剂可以选自在约1000℃的工作温度不熔(固体)的氧化催化剂；他将铂、铱、铑、钯、锇、金或银包括作为或者纯形式或者合金形式的催化活性金属。他还注意到也可以使用某些基本金属(base metals)如稀土金属、钍、铀等，如不熔氧化物或磷酸盐的形式，并且可以将催化剂或者形成为网(筛)，或沉积在耐热性固体载体如二氧化硅或氧化铝上。
在的随后开发工作中，选择了含铂的催化剂，这归因于它们的功效和金属即使是丝网或网形式的耐热性。例如，可以使用铂-铑合金作为催化剂，其可以是金属丝网或筛如纺织或编织丝网片的形式，也可以沉积在载体结构体上。在一个实例中，纺织或编织丝网片可以形成筛形结构，其具有20-80目的尺寸，例如，具有约0.18mm至约0.85mm的尺寸的开口。催化剂可以包含约85重量％至约90重量％铂(Pt)和约10重量％至约15重量％铑(Rh)。铂-铑催化剂还可以包含小量的金属杂质，如铁(Fe)、钯(Pd)、铱(Ir)、钌(Ru)和其他金属。杂质金属可以以痕量，如约10ppm以下存在。
安德卢梭法的宽范围的可能实施方案描述在德国专利549,055中。在一个实例中，在约800至2,500℃，1,000至1,500℃，或约980至1050℃的温度使用包含串联设置的多个具有10％铑的Pt的细目丝网的催化剂。例如，催化剂可以是可商购的催化剂，如可得自英国伦敦的JohnsonMatthey Plc的Pt-Rh催化剂丝网，或可得自德国哈瑙的Heraeus PreciousMetals GmbH & Co.的Pt-Rh催化剂丝网。
安德卢梭法可以使用用于气态氧进料流的多种源进行。例如，气态氧进料流可以是纯氧，氧与惰性气体的混合物，以及空气和氧的混合物。通常，气态氧进料流中越大百分数的氧将给出气态废弃流中越大百分数的氢。例如，采用作为基本上纯的氧的气态氧进料流的安德卢梭法可以产生具有多至70-80体积％氢的气态废弃流。然而，采用空气作为其气态氧进料流的安德卢梭法在其气态废弃流中具有基本上较少的氢，例如，少至15-18体积％。如本文所讨论的，未补充有燃料气体的空气安德卢梭法的气态废弃流一般不用作燃料气体。因此，在氧进料流中具有大于55体积％的氧的富集氧的或基本上纯的氧安德卢梭法中燃烧气态废弃流以产生能量可以是比燃烧空气安德卢梭法中的气态废弃流更有经济吸引力的。例如，来自空气安德卢梭法的气态废弃流将需要补充燃料气体，以便包括足够的燃料以用于能量产生(例如，经由热电联产单元)。
如本文所使用的，使用空气作为含氧进料流的空气安德卢梭法具有大约20.95体积％氧。富集氧的安德卢梭法使用具有约21体积％氧至约26％、27％、28％、29％，或至约30体积％氧，如约22体积％氧，23％、24％或约25体积％氧的含氧进料流。
氧安德卢梭法使用具有约26体积％氧，27％、28％、29％或约30体积％氧至约100体积％氧的含氧进料流。氧安德卢梭法还可以使用具有约35体积％氧，40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或约100体积％氧的含氧进料流。
在不同的实例中，富集氧的安德卢梭法中，或采用具有小于100体积％氧的含氧进料流的氧安德卢梭法中的含氧进料流可以通过将空气与氧混合，通过将氧与任意合适的气体或气体的组合混合，或通过从含氧气体组合物如空气移除一种或多种气体产生。
图1是根据不同实例，用于经由安德卢梭法制备氰化氢(HCN)的方法11的流程图。在实例方法11中，HCN合成系统8包括一个或多个配置为制备HCN的单元操作。在不同的实例中，对HCN合成系统8提供氨(NH3)流2、甲烷(CH4)流4以及氧流6(其包含氧气(O2))。将三种进料流2、4、6混合并在多个反应器中反应以在合适的催化剂的存在下根据反应式1转化为氰化氢和水：
2NH3+2CH4+3O2→2HCN+6H2O  [1]
可以将所得到的来自HCN合成系统8的产物流10进料至废热利用系统12(在图2中进一步详细讨论)。用于使用安德卢梭法制备HCN的反应式1的反应是放热的并且产生热。如果不将热再捕获，所产生的热可以被认为是废热。另外，通过从产物流10移除热，方法11可以最小化所副产物形成的量。废热利用系统12可以包括一个或多个配置为利用废热和产生能量的单元操作。在不同的实例中，由废热利用系统12产生的能量可以包括热传递、水蒸汽产生、发电或它们的组合。在一个实例中，废热利用系统12产生水蒸汽。可以使用所产生的水蒸汽以利用余热将一个或多个反应物进料流如流2、4和6预热，这可以减少将进料流2、4和6的温度升高至反应温度的外部提供的热的量。在一个实例中，废热利用系统12产生电。可以使用所产生的电以补充用于制备HCN的方法11的电需求。
在将热从产物流10移除之后，可以将所得到的温度降低的产物流14进料至氨回收系统16中。流14和流10的组成是基本上相同的，但流14比流10具有更低的温度。氨回收系统16可以包括一个或多个配置为回收未反应的NH3的单元操作。可以将氨通过经由与可以从产物流10吸收NH3的磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)和磷酸铵溶液中的一种或多种接触的NH3吸收而回收。在图1中所示的实例中，将磷酸流18加入至氨回收系统16以吸收NH3。在H3PO4溶液的情况下，可以将氨从所得到的磷酸铵溶液使用一个或多个汽提器移除以从H3PO4分离NH3。可以将NH3经由NH3再循环流20再循环回NH3进料流2。可以将H3PO4和其他废物作为废水流22排放，同时可以将汽提NH3后的HCN流24进料至HCN回收系统30。
HCN回收系统30可以包括一个或多个配置为从汽提NH3后的HCN流24分离和纯化HCN的单元操作。作为HCN回收系统30的结果，产生纯化的HCN产物流32。HCN回收系统30还可以产生气态废弃流34和废水流28。可以将来自HCN回收系统30的废水流28进料至废水处理系统26中。废水处理系统26可以进一步处理废水流22、28，例如，通过进一步处理、储存或处置。在进料至废水处理系统26之前，可以处理废水流22和28的任一个或两者以回收另外的氨，可以将另外的氨再循环回至氨回收系统16。
在不同的实例中，方法11可以包括从废物产生能量的废弃材料利用系统36。气态废弃流34可以包括：包括氢、未反应的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、氮、多种有机腈和痕量的HCN的多种气体。火炬燃烧气态废弃流34是浪费的并且产生废弃材料。
在不同的实例中，可以将气态废弃流34进料至材料废物利用系统36、H2回收系统38、火炬42，或它们的组合。在不同的实例中，可以将气态废弃流34，全部或部分地，分流离开材料废物利用系统38并进入H2回收系统38和/或火炬42。在不同的实例中，气态废弃流34可以在材料废物利用系统36、H2回收系统38和火炬42之间分配。
在不同的实例中，材料废物利用系统38可以配置为燃烧气态废弃流34并产生能量。能量产生可以包括发电、水蒸汽产生、热传递以及它们的组合。在其中发电的一个或多个实施方案中，可以使用所发的电以补充用于HCN的制备的外部供电。在不同的实例中，废弃材料利用系统38可以捕获从燃烧气态废弃流34产生的热的一部分并再循环以预热进料流反应物。
H2回收系统38可以配置为从气态废弃流34回收氢。可以将所回收的H240储存或进一步处理。例如，可以采用回收H240用于氢化。如本文所讨论的，可以将气态废弃流34的一部分送至火炬42。可以使用火炬42以破坏所产生的任何过量的气体。然而，多个实例最小化火炬燃烧并且从而如本文所讨论的，最小化在HCN的制备过程中产生的废弃材料。
图2是根据不同实例，来自图1的方法11的部分46的更详细流程图。如图2中所述，为了简单仅示例一个反应器66。然而，可以将多个反应器66串联连接并用于制备HCN。反应器66可以包括催化剂床。催化剂床可以包括能够催化反应1的催化剂材料，如包含铂(Pt)的催化剂。在一个实施方案中，催化剂床包含铂和铑(Rh)催化剂，如包含约85重量％至约95重量％Pt和约5重量％至约15重量％Rh，如85/15 Pt/Rh，90/10，或95/5 Pt/Rh的催化剂。催化剂床的催化剂还可以包含小量的金属杂质，如铁(Fe)、钯(Pd)、铱(1r)、钌(Ru)和其他金属。杂质金属可以以痕量，如约10百万分率(ppm)以下存在。
催化剂床可以用催化剂如上面描述载体结构上的Pt-Rh催化剂，如纺织或编织丝网片、皱褶催化剂结构，或负载催化剂结构形成。在一个实例中，纺织或编织丝网片可以形成具有20-80目的尺寸的目状结构，例如，具有尺寸为约0.18mm至约0.85mm的开口。在催化剂床中存在的催化剂的量可以依赖于进料至反应器66的反应混合物64的进料速率。在一个实施方案中，催化剂床中的催化剂的质量为约0.4克(g)至约0.6g/以磅/小时计的进料速率的进料至反应器66的反应混合物。催化剂床的催化剂可以是可商购的催化剂，如可得自英国伦敦的Johnson Matthey Plc的Pt-Rh催化剂丝网，或可得自德国哈瑙的Heraeus Precious Metals GmbH &Co.的Pt-Rh催化剂丝网。
HCN合成系统8(图1中所示)可以包括用于准备每种进料流如NH3流2，CH4流4，并且氧流6以使其处于所需的条件的操作，目的在于实行根据反应式1的反应并制备HCN。例如，可以作为液体进料的NH3进料流2可以通过可以将液体NH3流2蒸发为NH3蒸气流58的氨蒸发器56蒸发。可以将NH3蒸气流58在NH3过热器54进一步加热以形成过热NH3蒸气60。
在不同实例中，CH4流4可以作为包含天然气、沼气、基本上纯的甲烷或其混合物的烃进料提供。在一个实施方案中，CH4流4是天然气进料的形式。天然气进料的组成可以是具有小百分数的其他烃的大部分CH4。在一个实施方案中，天然气进料4可以是约90重量％至约97重量％CH4，约3重量％至约10重量％乙烷(C2H6)，约0重量％至约5重量％丙烷(C3H8)，约0重量％至约1重量％丁烷(C4H10，或异丁烯、正丁烷或其组合的形式)，以及痕量的高级烃和其他气体。还可以将天然气进料纯化以包含更纯的甲烷源。在一个实施方案中，纯化的天然气进料可以包含约99.9％CH4和小于约0.1重量％其他烃(其主要是乙烷)。天然气进料可以通过气体加热器52加热。
可以将氧流6加压，如用压缩机50(例如，空气压缩机)加压。氧流6可以作为富氧或基本上纯的氧进料流提供。例如，这种氧流6可以含有至少约25体积％氧，至少约30体积％氧，至少约40体积％氧，至少约50体积％氧，至少约60体积％氧，至少约70体积％氧，至少约80体积％氧，至少约90体积％氧，至少约95％氧，至少约98％氧。还可以采用基本上纯的氧作为氧流6。
可以将三种进料流2、4、6在预热器62中组合，在此预热器62可以有助于将反应混合物加热至反应温度。在不同的实例中，预热器62可以包括气体混合器，所述气体混合器配置为形成包含气态氨、甲烷和氧气的反应混合物进料流64。在不同的实例中，预热器62可以在形成反应混合物进料流64之前，将三种进料流2、4和6中的一种或多种使用来自反应器66的废热由热电联产单元74产生的热(例如，水蒸汽72)接触。如方法11中所示，在进入反应器66之前，将进料流2、4、6组合。在一些实例中，混合可以在进入反应器66的反应器区之前在反应器66的混合区内出现。在一些实例中，可以将离开反应器66的产物流10的一部分在储存槽68中回收并由流69送回预热器62。
如本文所讨论的，可以回收并再循环由离开反应器66的产物流10拥有的热的一部分。在不同的实例中，废热利用系统12可以包括热电联产单元74，其包括配置为产生电和热两者的锅炉70和发电机78(例如，热激活发电机)。产物流10可以进入锅炉70并且可以使用产物流10中含有的热能以产生水蒸汽。例如，可以使产物流10的所产生的热与水接触以产生水蒸汽。
如本文所讨论的，预热器62可以接收由锅炉70产生的水蒸汽72的一部分以加热进料流2、4、6。如图2中所示，将三种进料流2、4、6混合并在预热器62内加热。如与不包括预热器62的方法比较，预热器62可以减少用来将进料流加热至反应温度的外部提供的能量的量。
废热利用系统12的热电联产单元74可以包括配置为由锅炉70产生的热发电的发电机78(例如，热激活发电机)。可以将水蒸汽76的一部分进料至发电机78以发电。电可以在用于制备HCN的方法11中使用，这减少外部提供的能量的量。
在不同的实例中，来自反应器66的产物流10可以具有第一温度。在产物流10通过热电联产单元74之后，温度降低的产物流14可以具有第二温度，其中第二温度低于第一温度。在不同的实例中，第一温度可以是约1000℃至约1300℃并且温度降低的产物流14的第二温度可以是约450℃至约240℃。如本文所讨论的，热电联产单元74可以迅速地吸收热并减少产物流10的热以最小化副产物。
如图2中所示，使用单独的锅炉70和发电机78以产生水蒸汽和电。在一些实例中，可以使用另一个锅炉(未示出)以在进入氨回收系统16之前从温度降低的产物流14移除另外的热。例如，温度降低的产物流14可以进入另外的锅炉，其可以产生可以再循环回到该方法中的另外的水蒸汽。在不同的实例中，热产生可以是比电更有益的。在那个实例中，可以在不采用发电机78的情况下采用锅炉70以产生水蒸汽。
在空气安德卢梭法、富集氧的安德卢梭法和氧安德卢梭法中可以采用废热利用系统12。然而，归因于增加浓度的可燃组分，在富集氧的或氧安德卢梭法中采用废热利用系统12可以是更有益的。因此，点燃产物流12或产物流中产生副产物的风险减少。
图3是根据不同实例，用于HCN的制备的图1方法的部分48的更详细流程图。如本文所讨论的，在HCN回收系统30(图1中所述)中的氨的移除之后，汽提NH3后的HCN流24进入HCN回收系统30。HCN回收系统30可以使流24与水接触以带走HCN。可以将HCN-水混合物送至其中将过量废物从液体移除的氰化物汽提器。此外，还可以将HCN-水混合物输送通过分馏器以浓缩HCN。可以将HCN产物流32储存在槽中或直接用于其他化合物的合成使用。
在氨和氰化氢从安德卢梭产物流10的移除(如图1中所示)之后，气态废弃流34保持，其含有多种气体，包括氢、未反应的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、氮、多种有机腈，以及痕量的HCN。气态废弃流34不应具有任何可检测到的氨存在。气态废弃流34中这些气体的量可以依赖于安德卢梭反应条件变化。可以影响气态废弃流34的组成的变量包括安德卢梭反应中氧的量、甲烷与氨的比例、反应器的温度、催化剂效力、进入和通过安德卢梭反应器的流量等。例如，当在安德卢梭法中使用纯氧作为反应物并且将反应条件一般地优化时，在气态废弃流中可以存在高达约75体积％氢，但当采用空气作为用于安德卢梭反应的氧的源时，在废物流中可以存在仅约1.5体积％氢。
气态废弃流34可以有益地含有比空气中存在的更低量的氮。例如，气态废弃流34可以含有小于约60％氮，小于约50％氮，小于约40％氮，小于约30％氮，小于约20％，或小于约10％。
如本文所讨论的，具有含大于55体积％氧的氧流6的安德卢梭法(如图1中所示)可以产生气态废弃流34，其具有可以使得气态废弃流34在可以产生水蒸汽的温度在不对气态废弃流34补充燃料气体的情况下燃烧的热值。因此，当气态废弃流34包含具有大于182BTU/scf的热值的富能量组分，如氢和一氧化碳时，本文公开的方法和系统可以是特别有益的。例如，本公开的方法和系统可以通过采用气态废弃流34的富能量组分产生能量(例如，热和电)。在一个实例中，当使用纯氧作为氧流6时，气态废弃流34可以包含约78体积％氢和11体积％一氧化碳。通常，气态废弃流34将仅含有残余量的HCN。HCN的移除典型地基本上完成，不仅使得有价值的HCN不损失至废水，也出于健康和环境顾虑，并且因为显著量的HCN可以使得废水的处理变得复杂。
废弃材料利用系统36可以包括热电联产单元90。在一个实例中，热电联产单元90可以包括：配置为燃烧废流出物并产生能量(例如，热和电)的锅炉80和发电机82(例如，电的发电机)。也可以采用其他热电联产单元。在一些实例中，废弃材料利用系统36还可以包括配置为在气态废弃流34在热电联产单元90中作为燃料燃烧之前从气态废弃流34移除液体水的水提取单元(未示出)。
热电联产单元90可以接收并燃烧作为燃料的气态废弃流34以产生热能。例如，锅炉80可以接收并燃烧气态废弃流34。由气态废弃流34的燃烧产生的热可以与水接触以产生热(例如，水蒸汽)。可以将水蒸汽88的一部分再循环回该方法。可以将水蒸汽92的一部分进料至发电机82以从热能发电。发电机82可以将热能转变为可以发电的转动能。该电可以在用于制备HCN的方法11中使用。
废弃材料利用系统36可以包括一个或多个配置为量化气态废弃流34中氰化氢、甲烷、氢、一氧化碳或它们的组合的水平中的检测器84。废弃材料利用系统36还可以包括分流器86，以将气态废弃流34在废弃材料利用系统36、氢回收系统38和火炬燃烧系统42之间引导。检测器84可以监控富能量组分如氢和一氧化碳。在不同的实例中，当氢浓度低于阈值时，分流器86可以将气态废弃流34分流离开热电联产单元90。例如，当氢的浓度等于或小于气态废弃流34的约55体积％时，分流器86可以将气态废弃流分流离开热电联产单元90。在一个其中氢浓度等于或小于55体积％的实例中，气态废弃流34在不加入补充燃料气体的情况下不具有可以产生水蒸汽的热值。因此，分流器86可以将气态废弃流34引导至氢回收系统38和/或火炬42。在一些实例中，分流器86可以分开气态废弃流34以使得一部分进入热电联产单元90、氢回收38和火炬42，同时可以最小化送至火炬的量。
在其中采用废弃材料利用系统70的一个实例中，氧流6可以包含大于55体积％氧。在其中采用废弃材料利用系统70的其他实例中，氧流6包含至少65体积％氧至约100％体积氧。如本文所讨论的，包含大于55体积％氧的氧流6可以产生具有足够大热值以当在不对气态废弃流34补充燃料气体的情况下燃烧时产生水蒸汽的气态废弃流34。
多种因素可以确定是否将气态废弃流34的全部或一部分送至热电联产单元90、氢回收38，和或火炬42。例如，需氢量可以确定是否将一部分的气态废弃流34送至氢回收38。例如，至少送至氢回收34的气态废弃流34的部分应当足以满足需氢量。在其他实例中，可以将更多气态废弃流34送至氢回收38并且可以储存所回收的氢。其他因素可以包括氢、水蒸汽和电的成本。例如，可以比较氢回收38相对热电联产90的成本分析。
在采用火炬42的实例中，需要至火炬42的最小流动。本公开的方法和系统可以最小化超过所需要的最小流动的任何量。例如，优先将大部分的气态废弃流34送至氢回收38、热电联产单元，或它们的组合。因此，本发明的方法和系统可以通过或者将废弃材料转化为能量(例如，热和/或电)或者回收部分材料减少废弃材料。在其他实例中，气态废弃流34可以用作引燃气(pilot gas)(未示出)。引燃气不需要非常高的热值，因为它仅用于维持火焰。
在一个实例中，可以将部分或全部气态废弃流34引导至氢回收系统38。可以储存所回收的氢流98用于未来处理或销售，送至另外的氢处理单元，再循环至上游或下游点，用于补充火炬42、氢化反应，或它们的组合，如下面进一步描述的。然而，如果气态废弃流34具有小于约40体积％氢，氢回收系统42可能是不经济的。
实施例
本公开可以通过参考以下通过示例的方式提供的实施例更好地理解。本公开不限定于本文给出的实施例。
比较例1：对比文件空气和氧安德卢梭法废气组合物
该实施例示例使用氧的高度富集源的安德卢梭法一般产生比采用空气作为氧源的方法具有更高的氢含量的废弃流。
使用内部具有陶瓷绝缘衬里的4英寸内径不锈钢反应器用于中试。装载四十片的得自Johnson Matthey(美国)的90重量％Pt/10重量％Rh40目丝网作为催化剂床。使用穿孔的氧化铝片用于催化剂片载体。将总流速设定在2532SCFH(标准立方英尺/小时)。氰化氢经由两种独立的安德卢梭法制备。一种方法是采用包含35体积％甲烷，38体积％氨和27体积％基本上纯的氧的气态反应混合物的氧安德卢梭法。第二种方法是采用约17体积％甲烷，19体积％氨和64体积％空气的空气安德卢梭法。使用含铂催化剂用于两种方法。
将氨分别从每种产物流在包括至磷酸铵流中的吸收的方法中移除。之后将氰化氢从氨耗尽的产物流在包括酸化水的方法中移除，从而分别从每种方法产生氰化氢产物和气态废弃流。
来自氧和空气方法的气态废弃流在氨和HCN移除之后的组成如下在表1中所示。
表1：气态废弃流组合物
模拟结果 02 空气
组分 ％(v/v) ％(v/v)
H2 78.78 16.74
N2 5.43 76.33
CO 11.18 4.43
Ar 0.17 0.48
O2 0.09 0.00
CH4 1.03 0.83
CO2 0.99 0.29
NH3 0.00 0.00
HCN 0.13 0.05
丙烯腈 0.00 0.00
乙腈 0.05 0.01
丙腈 0.00 0.00
H2O 2.14 0.91
H2SO4 0.00 0.00
H2PO4 0.00 0.00
总计 100 100
如所示，采用高度富集氧作为含氧进料流的源的安德卢梭法比采用空气作为含氧进料流的源的安德卢梭法产生显著更多的氢。
比较例2：在氧安德卢梭法过程中产生的废物
该实施例可以示例在氰化氢的制备过程中产生的废物的量。
氰化氢经由安德卢梭法由包含35体积％甲烷，38体积％氨和27体积％基本上纯的氧的气态反应混合物，在铂催化剂的存在下制备。将甲烷进料流、氨进料流和氧进料流进料至含有铂催化剂的反应器中。使用内部具有陶瓷绝缘衬里的4英寸内径不锈钢反应器用于中试。装载四十片的得自Johnson Matthey(美国)的90重量％Pt/10重量％Rh40目丝网作为催化剂床。使用穿孔的氧化铝片用于催化剂片载体。将总流速设定在2532SCFH(标准立方英尺/小时)。
随着反应进行，不断产生含有氰化氢、未反应的氨、废气和其他产物的气态废弃流。在氰化氢和未反应的氨的移除之后，没有氰化氢的气态废弃流可以含有气体如氢、未反应的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、氮、多种有机腈和痕量的HCN的混合物，并且因此包含富能量气体如氢、甲烷和一氧化碳。在一个实例中，可以将气态废弃流送至火炬以彻底处置气态废弃流的组分。在该实例中，对于1，000lbs HCN产生大约40,000scf的废气。另外，在HCN回收之后损失258BTU/scf。
实施例1：气态废弃流中的氢含量
该实施例示例使用具有不同的量的氧的反应物含氧进料流的安德卢梭法中的气态废弃流的氢含量如何变化。
氰化氢经由一系列如对于比较例1所述进行地独立的安德卢梭法制备。然而，每种方法使用不同的反应物含氧进料流进行，其中进料流中氧的含量在约20.9体积％至约100体积％氧之间变化，如表2中所示。
将氨分别从每种产物流在包括至磷酸铵流中的吸收的方法中移除。之后将氰化氢从氨耗尽的产物流在包括酸化水的方法中移除，从而分别从每种方法产生氰化氢产物和气态废弃流。
来自用具有不同的氧含量的含氧进料流运行的安德卢梭法的气态废弃流的组成如下在表3中所示。
表2：
废气流BTU值随着氧百分数增加
Figure BDA0000436082550000191
在表2中，废气流是指在将氨和HCN移除之后的废弃流中氢的体积％。另外，“有价值的”是指废气流是否能够用作燃料气体(例如，燃烧)以在不加入天然气的情况下产生水蒸汽。
实施例2：采用能量再捕获系统的氧安德卢梭法
该实施例示例包括在氰化氢经由氧安德卢梭法的制备过程中操作的废热利用系统和材料废物利用系统的能量再捕获系统的构造。
使用内部具有陶瓷绝缘衬里的4英寸内径不锈钢反应器用于中试。装载四十片的得自Johnson Matthey(美国)的90重量％Pt/10重量％Rh40目丝网作为催化剂床。使用穿开的氧化铝片用于催化剂片载体。将总流速设定在2532SCFH(标准立方英尺/小时)。氰化氢经由安德卢梭法从包含35体积％甲烷，38体积％氨和27体积％基本上纯的氧的气态反应混合物，在含铂催化剂的存在下制备。使产物流与热电联产单元接触并产生电和水蒸汽。可以将水蒸汽的一部分再循环回去以预热反应混合物的进料流，从而最小化外部提供热的量。另外，可以将电流通回该方法中并最小化外部提供的电的量。
随着反应进行，连续地产生含有氰化氢、未反应的氨、废气和其他产物的气态废弃流。在氨和氰化氢的移除之后，产生气态废弃流。在该实施例中，将送至火炬的量最小化。另外，气态废弃流具有大于258BTU/scf的热值并被送至材料废物利用系统的热电联产单元。在该实施例中，在HCN回收之后在气态废弃流中回收大约258BTU/scf。在最优的操作条件过程中，这种能量捕获单元如废热利用系统和材料废物利用系统可以产生大于用于氰化氢通过所描述的方法的制造所需的能量的100％。
上面的具体实施方式意图是示意性的，并且非限制性的。例如，上述实例(或其一个或多个要素)可以彼此组合使用。在阅读以上说明书后，可以使用其他实例，如由本领域技术人员使用。同样，不同特征或要素可以集合在一起，以使本公开简化并更有效率。这不应被解释为意图是未要求保护的公开特征对任意权利要求是重要的。而是，所发明的主题可以在于小于具体公开的实施方案的全部特征中。因此，因此将以下权利要求结合至具体实施方式中，其中每个权利要求以其自身作为可分离的实施方案。本发明的范围应当参考所附权利要求，以及与这些权利要求要求权利的等价替换的完整范围一起确定。
在本文与如此通过引用结合的任意文献之间有不一致用法的情况下，以在本文中的用法为准。
在本文中，使用术语“一个”或“一种”，如在专利文献中共同的，包括一个或多于一个，而与“至少一个”或“一种或多种”的任意其他实例或使用无关。在本文中，除非另外指出，使用术语“或”指代非排除性的或，以使得“A或B”包括“A但不是B，”“B但不是A”，以及“A和B”。在本文中，使用术语“包括”和“在其中”作为相应的术语“包含”和“其中”的通俗语等价。同样，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，换言之，包含除在权利要求中在这些术语之后列出的那些之外的要素的系统、器件、物品、组合物、配方或方法任被认为是落入该权利要求的范围之内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，并且不意图对它们的对象赋予数值要求。
本文描述的方法实例可以是机械或计算机实现的，至少部分地。一些实例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机械可读介质，所述指令可操作以配置电子器件以进行如以上实例中描述的方法或方法步骤。这种方法或方法步骤的实现可以包括代码，如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于进行不同方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个实例中，代码可以有形地储存在一种或多种易失性、非临时性或非易失性有形计算机可读介质上，如在执行过程中或在其他时间。这些有形计算机刻度介质的实例可以包括，但是不限于，硬盘、可换磁盘、可换光盘(例如，压缩磁盘(CD)和数字视频磁盘(DVD))、磁带盒、存储卡或棒、随机存储存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
提供摘要以满足37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者很快地确定技术公开的性质。应当明白它将不用于解释或限定权利要求的范围或含义的情况下提交。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到可以在形式和细节上进行改变而不脱离本发明的精神和范围。
下面提供的特定列举的陈述[1]至[31]仅用于示例的目的，并且不以任何方式限定如由权利要求定义的所公开主题的范围。这些所列举的陈述包括本文描述的所有组合、子组合以及多重引用(例如，多重从属)组合。
陈述
[1.]一种利用在氰化氢经由安德卢梭法的制备过程中产生的废物的方法，所述方法包括：
(a)将气态废弃流燃烧用于一次能量产生，其中所述气态废弃流来自配置为制备氰化氢的反应器，并且所述气态废弃流基本上没有氰化氢；
(b)使热回收单元与热接触用于二次能量产生，其中所述热在所述氰化氢的制备过程中由反应器产生；或
(c)它们的组合。
[2.]陈述[1]所述的方法，其中所述一次或二次能量产生包括热传递、水蒸汽产生、发电或它们的组合。
[3.]陈述[1]或[2]所述的方法，其中所述一次或二次能量产生是水蒸汽产生和发电。
[4.]陈述[1]-[3]中任一项所述的方法，所述方法还包括在燃烧所述气态废弃流之前，调节包含甲烷、氨和氧的反应混合物以提供具有充分的氧的反应混合物，以在氨的移除和氰化氢的回收之后在所述气态废弃流中产生至少约59体积％氢。
[5.]陈述[4]所述的方法，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
[6.]陈述[1]-[5]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约60体积％氧至约78体积％氧和约10体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳。
[7.]陈述[1]-[6]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％氮。
[8.]陈述[1]-[7]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含大于182英国热单位/标准立方英尺(square cubic feet)(BTU/scf)的热值。
[9.]陈述[1]-[8]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
[10.]陈述[1]-[9]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。
[11.]陈述[1]-[10]中任一项所述的方法，其中燃烧所述气态废弃流包括使所述气态废弃流与第一热电联产单元接触。
[12.]陈述[11]所述的方法，其中所述第一热电联产单元包括第一锅炉和发电机，所述第一锅炉配置为产生水蒸汽并且所述发电机配置为产生电。
[13.]陈述[1]-[12]中任一项所述的方法，其中所述热回收单元是第二热电联产单元。
[14.]陈述[13]所述的方法，其中所述第二热电联产单元包括第二锅炉和热激活发电机，所述第二锅炉配置为产生水蒸汽并且所述热激活发电机配置为产生电。
[15.]陈述[13]所述的方法，其中使所述热回收单元与热接触还包括：使来自所述反应器的产物流与所述第二热电联产单元接触，其中所述产物流在接触所述第二热电联产单元之前具有第一温度并且所述产物流在接触所述第二热电联产单元之后具有第二温度，所述第一温度高于所述第二温度。
[16.]陈述[1]-[15]中任一项所述的方法，其中所述氰化氢在甲烷、氨和氧的反应混合物中在包含铂的催化剂的存在下制备，其中所述反应混合物具有大于约55体积％的氧。
[17.]陈述[16]所述的方法，其中所述甲烷在含有甲烷的烃进料中提供。
[18.]陈述[16]或[17]所述的方法，其中所述甲烷作为包含天然气、生物气、基本上纯的甲烷或其混合物的烃进料提供。
[19.]陈述[16]-[18]中任一项所述的方法，其中所述甲烷作为天然气提供。
[20.]陈述[16]-[19]中任一项所述的方法，其中所述甲烷作为基本上纯的甲烷提供。
[21.]陈述[16]-[20]中任一项所述的方法，其中所述氧作为富集氧的进料、基本上纯的氧进料，或它们的任意组合提供。
[22.]陈述[1]-[21]中任一项所述的方法，其中已经将氨从所述气态废弃流基本上移除。
[23.]陈述[1]-[22]中任一项所述的方法，其中已经将水从所述气态废弃流基本上移除。
[24.]陈述[1]-[23]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含氢、甲烷或其混合物。
[25.]一种经由安德卢梭法制备氰化氢的系统，所述系统包括：
(a)反应器，所述反应器配置用于从包含甲烷、氨和氧的反应混合物在包含铂的催化剂的存在下制备氰化氢，其中所述反应器还配置为对所述反应混合物提供充分的氧以在氨的移除和氰化氢的回收之后产生具有至少59体积％氢的气态废弃流；
(b)第一热电联产单元，所述第一热电联产单元配置为将所述气态废弃流作为燃料燃烧用于一次能量产生，其中所述气态废弃流基本上没有氰化氢；和/或
(c)第二热电联产单元，所述第二热电联产单元配置为从所述反应器吸收热用于二次能量产生。
[26.]陈述[25]所述的系统，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
[27.]陈述[25]或[26]中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含约60体积％氧至约78体积％氧和约10体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳。
[28.]陈述[25]-[27]中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％氮。
[29.]陈述[25]-[28]中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含大于182BTU/scf的热值。
[30.]陈述[25]-[29]中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
[31.]陈述[25]-[30]中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。
[32.]陈述[25]-[31]中任一项所述的系统，所述系统还包括：
(d)第一热传递系统，所述第一热传递系统配置为从所述第一热电联产单元吸收热并再循环所述热；和/或
(e)第二热传递系统，所述第二热传递系统配置为从所述第二热电联产单元吸收热并将所述热再循环以升温进料至所述反应器中的甲烷、氨和氧的至少一种。
[33.]陈述[25]-[32]中任一项所述的系统，所述系统还包括检测器，所述检测器用于量化所述气态废弃流中的氰化氢、甲烷、氢、一氧化碳或它们的组合的水平。
[34.]陈述[33]所述的系统，所述系统还包括阀门，所述阀门操作性连接至所述检测器，其中所述阀门配置为当在所述气态废弃流中检测到低于阈值的氢浓度时，将所述气态废弃流分流离开所述第一热电联产单元。
[35.]陈述[33]所述的系统，所述系统还包括阀门，所述阀门操作性连接至所述检测器，其中所述阀门配置为当可燃组分的设定值低于阈值时，将所述气态废弃流分流离开所述第一热电联产单元。
[36.]陈述[35]所述的系统，其中所述阈值基于所述气态废弃流的热含量值。
[37.]陈述[33]所述的系统，其中所述甲烷是包含天然气、合成气、生物气、基本上纯的甲烷或其混合物的烃进料。
[38].陈述[33]所述的系统，其中所述甲烷是天然气。
[39].陈述[33]所述的系统，其中所述甲烷是基本上纯的甲烷。
[40].陈述[33]所述的系统，其中所述氧作为富集氧的进料、基本上纯的氧进料，或它们的任意组合提供。
[41].陈述[25]-[40]中任一项所述的系统，其中已经将氨从所述气态废弃流基本上移除。
[42].陈述[25]-[41]中任一项所述的系统，其中已经将水从所述气态废弃流基本上移除。
[43].陈述[25]-[42]中任一项所述的系统，其中所述废物流出物包含氢、甲烷或其混合物。
[44.]一种方法，所述方法包括：
(a)调节包含甲烷、氨和氧的反应混合物以对所述反应混合物提供充分的氧，从而产生在氨的移除和氰化氢的回收之后在所述气态废弃流中具有至少59体积％氢的气态废弃流；以及
(b)将所述气态废弃流燃烧用于能量产生。
[45.]陈述[44]所述的方法，其中所述能量产生包括水蒸汽产生、发电，或它们的组合。
[46.]陈述[44]所述的方法，其中所述能量产生包括经由热电联产单元的水蒸汽产生和发电。
[47.]陈述[44]-[46]中任一项所述的方法，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
[48.]陈述[44]-[47]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约59体积％氢至约78体积％氢，约12体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳，约0.7体积％二氧化碳至约1.5体积％二氧化碳，约3体积％氮至约5体积％氮，约1体积％甲烷至约2.0体积％甲烷，约0.01体积％有机腈至约0.1体积％有机腈，约0.01体积％HCN至约0.05体积％HCN，约3体积％水至约5体积％水，以及它们的组合。
[49.]陈述[44]-[48]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％氮。
[50.]陈述[44]-[49]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含大于182BTU/scf的热值。
[51.]陈述[44]-[50]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
[52.]陈述[44]-[51]中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。

Claims (52)

1.一种利用在氰化氢经由安德卢梭法的制备过程中产生的废物的方法，所述方法包括：
(a)将气态废弃流燃烧用于一次能量产生，其中所述气态废弃流来自配置为制备氰化氢的反应器，并且所述气态废弃流基本上没有氰化氢；
(b)使热回收单元与热接触用于二次能量产生，其中所述热在所述氰化氢的制备过程中由反应器产生；或
(c)它们的组合。
2.权利要求1所述的方法，其中所述一次或二次能量产生包括热传递、水蒸汽产生、发电或它们的组合。
3.权利要求1或2所述的方法，其中所述一次或二次能量产生是水蒸汽产生和发电。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在燃烧所述气态废弃流之前，调节包含甲烷、氨和氧的反应混合物以提供具有充分的氧的反应混合物，以在氨的移除和氰化氢的回收之后在所述气态废弃流中产生至少约59体积％氢。
5.权利要求4所述的方法，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约60体积％氧至约78体积％氧以及约10体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％的氮。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含大于182英国热单位/标准立方英尺(BTU/scf)的热值。
9.权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。
11.权利要求1-10中任一项所述的方法，其中燃烧所述气态废弃流包括使所述气态废弃流与第一热电联产单元接触。
12.权利要求11所述的方法，其中所述第一热电联产单元包括第一锅炉和发电机，所述第一锅炉配置为产生水蒸汽并且所述发电机配置为产生电。
13.权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述热回收单元是第二热电联产单元。
14.权利要求13所述的方法，其中所述第二热电联产单元包括第二锅炉和热激活发电机，所述第二锅炉配置为产生水蒸汽并且所述热激活发电机配置为产生电。
15.权利要求13所述的方法，其中使所述热回收单元与热接触还包括：
使来自所述反应器的产物流与所述第二热电联产单元接触，其中所述产物流在接触所述第二热电联产单元之前具有第一温度，并且所述产物流在接触所述第二热电联产单元之后具有第二温度，所述第一温度高于所述第二温度。
16.权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述氰化氢在甲烷、氨和氧的反应混合物中在包含铂的催化剂的存在下制备，其中所述反应混合物具有大于约55体积的％氧。
17.权利要求16所述的方法，其中所述甲烷在含有甲烷的烃进料中提供。
18.权利要求16或17所述的方法，其中所述甲烷作为包含天然气、生物气、基本上纯的甲烷或其混合物的烃进料提供。
19.权利要求16-18中任一项所述的方法，其中所述甲烷作为天然气提供。
20.权利要求16-19中任一项所述的方法，其中所述甲烷作为基本上纯的甲烷提供。
21.权利要求16-20中任一项所述的方法，其中所述氧作为富集氧的进料、基本上纯的氧进料，或它们的任意组合提供。
22.权利要求1-21中任一项所述的方法，其中已经将氨从所述气态废弃流基本上移除。
23.权利要求1-22中任一项所述的方法，其中已经将水从所述气态废弃流基本上移除。
24.权利要求1-23中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含氢、甲烷或其混合物。
25.一种经由安德卢梭法制备氰化氢的系统，所述系统包括：
(a)反应器，所述反应器配置用于从包含甲烷、氨和氧的反应混合物在包含铂的催化剂的存在下制备氰化氢，其中所述反应器还配置为对所述反应混合物提供充分的氧，以在氨的移除和氰化氢的回收之后产生具有至少59体积％氢的气态废弃流；
(b)第一热电联产单元，所述第一热电联产单元配置为将所述气态废弃流作为燃料燃烧用于一次能量产生，其中所述气态废弃流基本上没有氰化氢；和/或
(c)第二热电联产单元，所述第二热电联产单元配置为从所述反应器吸收热用于二次能量产生。
26.权利要求25所述的系统，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
27.权利要求25或26中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含约60体积％氧至约78体积％氧和约10体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳。
28.权利要求25-27中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％的氮。
29.权利要求25-28中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含大于182BTU/scf的热值。
30.权利要求25-29中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
31.权利要求25-30中任一项所述的系统，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。
32.权利要求25-31中任一项所述的系统，所述系统还包括：
(d)第一热传递系统，所述第一热传递系统配置为从所述第一热电联产单元吸收热并再循环所述热；和/或
(e)第二热传递系统，所述第二热传递系统配置为从所述第二热电联产单元吸收热并将所述热再循环，以升温进料至所述反应器中的甲烷、氨和氧的至少一种。
33.权利要求25-32中任一项所述的系统，所述系统还包括检测器，所述检测器用于量化所述气态废弃流中的氰化氢、甲烷、氢、一氧化碳或它们的组合的水平。
34.权利要求33所述的系统，所述系统还包括阀门，所述阀门操作性连接至所述检测器，其中所述阀门配置为当在所述气态废弃流中检测到低于阈值的氢浓度时，将所述气态废弃流分流离开所述第一热电联产单元。
35.权利要求33所述的系统，所述系统还包括阀门，所述阀门操作性连接至所述检测器，其中所述阀门配置为当可燃组分的设定值低于阈值时，将所述气态废弃流分流离开所述第一热电联产单元。
36.权利要求35所述的系统，其中所述阈值基于所述气态废弃流的热含量值。
37.权利要求33所述的系统，其中所述甲烷是包含天然气、合成气、生物气、基本上纯的甲烷或其混合物的烃进料。
38.权利要求33所述的系统，其中所述甲烷是天然气。
39.权利要求33所述的系统，其中所述甲烷是基本上纯的甲烷。
40.权利要求33所述的系统，其中所述氧作为富集氧的进料、基本上纯的氧进料，或它们的任意组合提供。
41.权利要求25-40中任一项所述的系统，其中已经将氨从所述气态废弃流基本上移除。
42.权利要求25-41中任一项所述的系统，其中已经将水从所述气态废弃流基本上移除。
43.权利要求25-42中任一项所述的系统，其中所述废物流出物包含氢、甲烷或其混合物。
44.一种方法，所述方法包括：
(a)调节包含甲烷、氨和氧的反应混合物以对所述反应混合物提供充分的氧，从而产生在氨的移除和氰化氢的回收之后在所述气态废弃流中具有至少59体积％氢的气态废弃流；以及
(b)将所述气态废弃流燃烧用于能量产生。
45.权利要求44所述的方法，其中所述能量产生包括水蒸汽产生、发电，或它们的组合。
46.权利要求44所述的方法，其中所述能量产生包括经由热电联产单元的水蒸汽产生和发电。
47.权利要求44-46中任一项所述的方法，其中所述充分的氧作为包含大于55体积％氧的含氧进料流提供。
48.权利要求44-47中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约59体积％氢至约78体积％氢，约12体积％一氧化碳至约15体积％一氧化碳，约0.7体积％二氧化碳至约1.5体积％二氧化碳，约3体积％氮至约5体积％氮，约1体积％甲烷至约2.0体积％甲烷，约0.01体积％有机腈至约0.1体积％有机腈，约0.01体积％HCN至约0.05体积％HCN，约3体积％水至约5体积％水，以及它们的组合。
49.权利要求44-48中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含小于约50体积％氮。
50.权利要求44-49中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含大于182BTU/scf的热值。
51.权利要求44-50中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流包含约205BTU/scf至约260BTU/scf的热值。
52.权利要求44-51中任一项所述的方法，其中所述气态废弃流未补充有燃料气体。
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