CN1211282C - 一种减少氨回收工艺下游污染的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种通过下面一项或多项技术在从氨回收工艺中接收氨的体系中减少铁污染物的方法：a)从气流中物理分离氧化铁、含铁胶体颗粒和液滴；b)通过消除冷凝防止AC沉积在管线上，从而防止管线腐蚀；或c)安装不易被AC腐蚀的管线和设备，从而消除了铁的污染源。

Description

一种减少氨回收工艺下游污染的方法
本发明涉及产生含氨(NH3)和二氧化碳(CO2)的气流的方法。本发明尤其涉及减少当从气流中除去和回收氨时形成的不希望要的副产物的方法。
产生这种气流的方法的一个例子是制备氰化氢的Andrussow法(参见US1,934,838)，在室温或较高的温度下将氨、含氧气体如空气、和烃气如甲烷加入反应体系中。然后将反应物在含铂催化剂存在下、在1000℃至1400℃温度下反应制备氰化氢。将一部分烃/氨反应剂加料气燃烧以提供保持高吸热氰化物形成反应所要的能量。
与Andrussow法有关的一个问题是在出口气中有高含量的残余氨。残余氨必须从HCN产品流中除去以避免HCN聚合。虽然在纯化工艺中可用酸中和出口气中的低含量的氨，但在Andrussow法中出口气中氨浓度对于HCN产物流太高以致不能直接送到这种中和工艺中。因此，首先必须将含有残余氨的出口气送到用于除去大部分氨的分离工艺中，然后将该产物流送到纯化工艺中。
可通过将气流与衍生于酸如硝酸、磷酸或硼酸的无机酸配合物接触化学捕获氨以从气流中除去氨。然后热分解含水氨/酸配合物以使氨游离，可将该氨回收用于下游工艺(例如参见US2,797,148)。
在下游工艺如Andurssow HCN工艺中的另一问题是这些工艺对在氨回收工艺的操作期间产生的污染物敏感。特别相关的污染物是氧化铁，其为在设备上引起过早磨损且还可降低下流工艺催化剂效率的磨蚀物质。本发明是减少氨回收工艺的下游工艺的氧化铁污染的一系列预防步骤。
本申请人发现：通过在氨回收工艺中防止氨基甲酸铵沉积在管线和相关设备的内壁上和通过使用不易受氨基甲酸铵腐蚀的管线和设备材料，可以在氨回收工艺中显著降低氧化铁污染。本发明的一方面是通过从工艺流中物理除去氧化铁和氧化铁前体化合物来减少下游工艺的氧化铁污染物的方法。在本发明另一方面中，加热载有自氨回收工艺中的回收的氨的管线和设备以防止氨基甲酸铵沉积在管线和设备的内壁上。本发明的再一方面中，载有自氨回收工艺中的回收氨的工艺管线和相关设备是由不易由氨基甲酸铵腐蚀的材料制成的。
在本发明中，特别提供以下技术方案：
(1)一种减少氨回收工艺下游污染的方法，所述氨回收工艺包括下列步骤：
a)提供含氨和CO2的气流；
b)从所述气流中捕获氨；
c)纯化捕获的氨；和
d)将纯化后的氨的气流通过具有内壁的氨除去管线送至下游工艺；其中减少氨回收工艺下游污染的方法包括选自下列的一个或多个步骤：从由蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物；加热管线和任何中间设备到气体的冷凝温度以上；
使纯化后氨流中的水含量最小；
加热所述氨除去管线和任何中间设备内的气体的温度到该气体的冷凝温度以上；和
用不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制造至少所述氨除去管线和任何中间设备的内壁。
(2)根椐上述(1)的方法，其中将所述管线和中间设备保持在约70℃以上和约350℃以下。
(3)根椐上述(1)的方法，其中将所述管线和中间设备保持在约70℃以上和约200℃以下。
(4)根椐上述(1)的方法，包括将所述氨除去管线和中间设备内的所述气体的温度保持在约100℃以上和约300℃以下。
(5)根椐上述(1)的方法，其中将所述氨除去管线和中间设备内的所述气体的温度保持在约100℃以上和约175℃以下。
(6)根椐上述(1)的方法，其中所述纯化氨浓度至少为75％。
(7)根椐上述(1)的方法，其中所述纯化氨浓度至少为93％。
(8)根椐上述(1)的方法，其中所述纯化氨浓度至少为95％。
(9)根椐上述(1)的方法，还包括向纯化步骤中加入苛性材料。
(10)根椐上述(1)的方法，其中至少所述氨除去管线和任何中间设备的内壁由不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制成。
(11)根椐上述(10)的方法，其中所述管线和中间设备由选自316不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢、304L不锈钢、哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热合金、因科内尔合金和锆的材料制成。
(12)根椐上述(10)的方法，其中所述管线和中间设备的材料是不锈钢。
(13)根椐上述(12)的方法，其中所述管线和中间设备的材料是L系列不锈钢。
(14)根椐上述(13)的方法，其中所述管线和中间设备的材料是316L型不锈钢。
(15)根椐上述(10)的方法，其中所述氨除去管线和中间设备包括由不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制成的内衬。
(16)根椐上述(15)的方法，其中所述的内衬材料是氟聚合物。
(17)根椐上述(15)的方法，其中所述的内衬材料是玻璃。
(18)根椐上述(1)的方法，其中从由蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物。
(19)根椐上述(18)的方法，其中通过将气流通过物理除去液滴和胶体颗粒的第一元件和从气流中除去颗粒固体物的第二元件，从由氨蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物。
(20)根椐上述(19)的方法，其中所述第一元件和所述第二元件合并在单一设备中。
(21)根椐上述(20)的方法，其中所述设备包括一个室，其中，当所述纯化的氨气流进入该室时，气流中的方向变换引起夹带于气体中的胶体物质和液滴冲击内部结构以及室壁，然后气体通过颗粒物过滤介质，该过滤介质不在排出该室之前的撞击气流的方向上。
(22)根椐上述(19)的方法，其中所述第一元件是一个或多个选自撞击式分离器和旋风分离器的设备。
(23)根椐上述(19)的方法，其中所述第二元件包括一个或多个过滤器。
通过阅读下面的详细说明和参考作为本发明一个实施方案的简化流程图的图1和作为用于从气流中分离液体、胶体和颗粒物的装置的一个实施方案的简图的图2，本发明的其它目的和优点将变得更明显。
尽管本发明易进行各种改变和具有另外的形式，但其具体的实施方案可通过图中的例子来展示并在下面详细描述。然而，本发明普通技术人员将懂得这些图仅是示例性的，并且其省掉了与本发明不特别相关的工艺细节。还应懂得这里对具体实施方案的描述不是试图将本发明限制至所公开的特定形式，相反，试图通过所附权利要求覆盖所定义的落入本发明的精神和范围内的所有改变、等价物和替换物。
下面描述本发明的示例性实施方案。为了清楚起见，不是所有的实际实施的特征都说明书中描述。当然应懂得在开发任何这样的实际实施方案时，必须进行许多特定实施决定以达到开发人的特定目的，如遵守相关体系和相关商业约束，其在各个实施方案中均可变化。另外，应懂得这种开发努力可能是复杂且耗时，然而，其对于受益于本发明公开的本领域普通技术人员是一项常规性工作。
在氨回收工艺下游的工艺体系、甚至在加有预防措施如用不含铁污染物的原料供应气体和在下游工艺输入处用过滤器来除去任何颗粒状铁物质的体系中，可观察到氧化铁污染。这暗示：污染物如氧化铁可存在于自氨回收工艺的再循环氨中，并暗示：这些污染物可以以不易用标准颗粒物过滤除去的形式存在。推导并在下面示出从氨回收工艺中导致氧化铁污染物的化学步骤。
氨与二氧化碳反应形成氨基甲酸铵(AC，方程1)。
Figure C0111917800081
AC可溶于在工艺管线和设备的内壁上冷凝的液体中，在这里其可与碳钢中的铁反应形成氧化铁(方程2)。氧化铁是一种磨料并特别损害旋转设备如氨压缩设备。它对许多催化剂如用于HCN工艺中的含铂催化剂是一种毒物。在许多应用中，可安装颗粒物过滤器以捕获氧化铁。然而，已发现如果氰化物也存在于气流中，则氧化铁将与氰化物反应形成作为相应铵盐的胶体悬浮体存在的六氰合铁配合物(IHC)(方程3)。这些胶体悬浮体不能通过颗粒物过滤去除，并被通入下游工艺中，在这里六氰合铁配合物可通过在热存在下与氧反应转化为氧化铁(方程4)。在本发明中通过从工艺流中除去IHC、通过防止在管线上形成冷凝物(该冷凝物会溶解气流中的AC)、以及通过用由不易被AC腐蚀的材料制成的设备和管线，可使这些问题最小化。
(2)
(3)
                                 IHC
(4)
参考附图，2表示含有氨、CO2、和可能的其它气体如氰化氢、丙烯腈、氮气、水蒸汽、甲烷或燃烧副产物如CO的原料气体。将原料气体在捕获柱4中与捕获氨溶液接触。
将无氨的气体自柱子4通过管线6排出。这里使用的术语“无氨的气体”是指氨浓度比供入气体低75％的气体。更优选将经管线6排出的气体中氨浓度降低90％。最优选经管线6排出的气体中氨浓度降低99％以上。
将在捕获柱底部的捕获溶液，其富含氨并还含吸附的CO2和可能的其它吸附气体如氰化氢、丙烯腈、氮气、水蒸汽、甲烷或燃烧副产物如CO，通过管线8送至汽提塔10，在这里通过再沸器20加热以除去杂质。将富含氨的溶液通过管线14从汽提塔10排出并送至氨汽提柱16，在这里将溶液通过再沸器28加热以从溶液中释放氨。将现在贫氨的捕获溶液通过管线18送回至捕获柱4中。
经管线22排出氨汽提器16的气体基本上由氨和水蒸汽组成，但也可含有CO2。该流体可作为气体加入，或可在加料前冷凝入氨蒸馏柱24中，在柱24中通过加热经再沸器32将氨与水分离。水经管线26排出并作为废水处理。在另一个实施方案中，将氨汽提器16和氨蒸馏柱24合并为一个柱，消除了对再沸器32和管线22的需要。
纯化后的氨气流通过管线30从蒸馏柱24排出并流入分离器38。本文所用的术语“纯化后的氨气流”是指含有至少约75％氨的气流。如图1所示，分离器38冷凝一部分气流，并通过管线50将冷凝物回流回蒸馏柱24中。当从氨蒸馏柱24中排出的气体冷凝时，一部分任何存在的AC溶解在冷凝物中并通过管线50回到蒸馏柱中，可在这里累积。在本发明的一个实施方案中，通过管线34将苛性材料加入到氨蒸馏柱24中，使AC转化为不可溶的碳酸盐。适宜的苛性材料包括NaOH、KOH、MgOH、CaOH等，以及其混合物。在另一个实施方案中，直接将苛性材料加入到管线50中(未示出)。
另外，如果冷凝发生在管线30的内壁上，溶解的AC可腐蚀性侵蚀管线材料。在本发明的一个实施方案中，将管线30的温度保持足够高以防止管线内侧的冷凝。管线内的温度可用蒸汽或电跟迹(tracing)加热或通过夹套加热来保持。还可存在保温设置。在本发明一个实施方案中，将管线温度维持在气体的冷凝温度以上并低于约350℃。更优选将管线温度保持在约70℃至约200℃范围内。
在本发明的另一实施方案中，管线30由不易被AC腐蚀的材料构成。在本发明的一个实施方案中，管线30由具有比碳钢更低的铁含量的金属构成，优选的材料包括不锈钢、L系列不锈钢、Duplex 2205、哈斯特洛伊蚀镍基耐蚀耐热合金(Hastelloys)、因科内尔合金(Inconels)和锆。在本发明的一个实施方案中，管线30由316L型不锈钢构成。在本发明的另一个实施方案中，管线30的内壁用非金属如Teflon或玻璃加内衬。还想到；在一些情形中，用不同的耐蚀材料构成管线30和分离器38是有利的，另外，设备如分离器本身可用多于一种的材料构成，如在分离器38包括冷凝器的情形下，冷凝器管板可用非金属材料如玻璃或树脂加衬/加包覆层，并且管可由未加衬的金属构成。
气体经管线40从分离器38排出，转移至下游工艺。在本发明的一个实施方案中，通过管线40从分离器38排出的气体转移至任选的压缩机42中。在本发明的一个实施方案中，压缩机42由耐AC腐蚀的材料构成。适宜的材料为如上所示。在特别优选的实施方案中，压缩机在较高的温度下操作，这样在约80℃至350℃的温度下排出气体。在本发明的另一个实施方案中，不存在任选的压缩机42，且管线40和44是相邻的。
在本发明的一个方面，管线40和44由不易被AC腐蚀的材料构成。适宜的材料为如上所述。在本发明的一个实施方案中，管线40和44由316L不锈钢构成。在本发明的一个替代实施方案中，管线40和44内壁由非金属材料，优选Teflon或玻璃加衬。
在本发明的另一个实施方案中，将管线40和44内的温度保持足够高以防止在这些管线或相关设备中发生冷凝。在本发明的一个实施方案中，将管线40和44及任何中间设备用蒸汽或电跟迹加热以防止在管线内壁上冷凝。或者，将管线40和44以及任何中间设备用夹套加热。还可存在保温设置。在这些实施方案中，将管线和设备维持在气体的冷凝温度以上和低于约350℃，更优选在约70℃至200℃。
在本发明的另一实施方案中，将管线40和44中的气体通过至少一个热交换器以提高和保持气体的温度在其冷凝温度以上和约350℃以下。更优选，将气体保持在约70℃至约200℃。
冷凝可通过操作蒸馏柱24最小化，这样通过管线30排出该柱的纯化后的气流中水的浓度最低。排出柱24的气流中氨的浓度优选在大于75％，更优选大于90％、最优选大于95％。
在本发明的另一实施方案中，管线44中的气体通过从气流中除去杂质的区域46。该区域包括从该气流中分离胶体颗粒和液滴的第一元件和从气流中分离颗粒物质的第二元件。在本发明的一个实施方案中，将两个元件合并在一个装置中。参照图2，在本发明的一个实施方案中，将管线44中的气体引入一个室中，在这里气流的方向变换引起夹带于气体中的胶体物质和液滴冲击内部结构，如挡板、冲击板、和(如这里所示的)弯管，以及室内侧。然后将无胶体和液体的气体通过颗粒物过滤介质，其不在排出该室之前的撞击气流的方向上。在本发明的另一实施方案中，将杂质从气流中分离的区域可包括一个或多个旋风分离器或撞击式分离器以从气流中物理除去液滴和胶体物质，接着一个或多个过滤器以从气流中除去颗粒物。
总之，本发明是通过下面一个或多个技术在从氨回收工艺中接收氨的体系中减少铁污染的方法：
1、从气流中物理分离氧化铁、含铁胶体颗粒和液滴；
2、通过消除冷凝防止AC沉积在管线上，从而防止管线腐蚀；或
3、安装不易被AC腐蚀的管线和设备，从而消除了铁的污染源。
应懂得：在不脱离所附权利要求的范围内，对本文所公开的方法可有多种替换的实施方案和变化。

Claims (23)

1、一种减少氨回收工艺下游污染的方法，所述氨回收工艺包括下列步骤：
a)提供含氨和CO2的气流；
b)从所述气流中捕获氨；
c)纯化捕获的氨；和
d)将纯化后的氨的气流通过具有内壁的氨除去管线送至下游工艺；
其中减少氨回收工艺下游污染的方法包括选自下列的一个或多个步骤：
从由蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物；
加热管线和任何中间设备到气体的冷凝温度以上；
使纯化后氨流中的水含量最小；
加热所述氨除去管线和任何中间设备内的气体的温度到该气体的冷凝温度以上；和
用不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制造至少所述氨除去管线和任何中间设备的内壁。
2.根椐权利要求1的方法，其中将所述管线和中间设备保持在约70℃以上和约350℃以下。
3.根椐权利要求1的方法，其中将所述管线和中间设备保持在约70℃以上和约200℃以下。
4.根椐权利要求1的方法，包括将所述氨除去管线和中间设备内的所述气体的温度保持在约100℃以上和约300℃以下。
5.根椐权利要求1的方法，其中将所述氨除去管线和中间设备内的所述气体的温度保持在约100℃以上和约175℃以下。
6.根椐权利要求1的方法，其中所述纯化氨浓度至少为75％。
7.根椐权利要求1的方法，其中所述纯化氨浓度至少为93％。
8.根椐权利要求1的方法，其中所述纯化氨浓度至少为95％。
9.根椐权利要求1的方法，还包括向纯化步骤中加入苛性材料。
10.根椐权利要求1的方法，其中至少所述氨除去管线和任何中间设备的内壁由不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制成。
11.根椐权利要求10的方法，其中所述管线和中间设备由选自316不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢、304L不锈钢、哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热合金、因科内尔合金和锆的材料制成。
12.根椐权利要求10的方法，其中所述管线和中间设备的材料是不锈钢。
13.根椐权利要求12的方法，其中所述管线和中间设备的材料是L系列不锈钢。
14.根椐权利要求13的方法，其中所述管线和中间设备的材料是316L型不锈钢。
15.根椐权利要求10的方法，其中所述氨除去管线和中间设备包括由不易被氨基甲酸铵腐蚀的材料制成的内衬。
16.根椐权利要求15的方法，其中所述的内衬材料是氟聚合物。
17.根椐权利要求15的方法，其中所述的内衬材料是玻璃。
18.根椐权利要求1的方法，其中从由蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物。
19.根椐权利要求18的方法，其中通过将气流通过物理除去液滴和胶体颗粒的第一元件和从气流中除去颗粒固体物的第二元件，从由氨蒸馏柱排出的纯化后氨的气流中分离液滴、胶体颗粒和颗粒状固体物。
20.根椐权利要求19的方法，其中所述第一元件和所述第二元件合并在单一设备中。
21.根椐权利要求20的方法，其中所述设备包括一个室，其中，当所述纯化的氨气流进入该室时，气流中的方向变换引起夹带于气体中的胶体物质和液滴冲击内部结构以及室壁，然后气体通过颗粒物过滤介质，该过滤介质不在排出该室之前的撞击气流的方向上。
22.根椐权利要求19的方法，其中所述第一元件是一个或多个选自撞击式分离器和旋风分离器的设备。
23.根椐权利要求19的方法，其中所述第二元件包括一个或多个过滤器。
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