TWI757376B - 頂壓回收渦輪沉積控制 - Google Patents
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Abstract
揭示適用於與高爐製程相關之應用的方法。本發明之所述方法提供對頂壓回收渦輪中之顆粒物質之增強的沉積抑制。本發明之所述方法包括添加含氮化合物至頂壓回收渦輪中，抑制由高爐氣形成的固體在頂壓回收渦輪組件上沉積。
Description
本發明係關於用於減少渦輪系統中之固體之沉積之方法。
高爐，即用於冶煉工業金屬之系統，釋放可經利用作為熱源或電源之高壓及高溫氣體。典型地，自高爐之頂部產生的爐頂氣經清潔以移除大顆粒物質且作為加熱燃料用於金屬製備設備或經饋入頂壓回收渦輪中以產生電。頂壓回收渦輪(Top-pressure recovery turbines；TRT)係用於藉由將氣體壓力及熱能轉化為機械能來自高爐氣提取能量之旋轉機械裝置。頂壓回收渦輪利用氣體體積之膨脹產生功率且減小其壓力。高溫高壓氣體進入頂壓回收渦輪，在其中氣體膨脹直至排氣壓力，產生轉軸功輸出。渦輪轉軸功可用於為耦接至所述轉軸之諸如發電機的裝置供電。一般而言，頂壓回收渦輪提高高爐製程之效率。
高爐氣(blast furnace gas；BFG)之組合物可視高爐之特定設計、其大小及冶煉類型而不同。高爐氣典型地包括在高溫(例如大於70℃)及高壓(例如大於1巴)下之氨、鹽酸、硫酸、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氫氣、硫化氫、氰化氫及水蒸氣。在某些條件下，酸性及鹼性高爐氣組合且沉澱以在渦輪表面上形成沉積物。舉例而言，氨及鹽酸組合形成氯化銨，一種易於黏著於渦輪表面(包含葉片及內柱之表面) 的鹽。
顆粒物質在渦輪表面上之沉積可導致效能損失及設備受損。舉例而言，鹽在渦輪葉片上之沉積可引起葉片工作阻力，其導致渦輪產生之能量減小。此外，沉積的鹽可電離成其對應酸及鹼，在渦輪表面上形成強酸冷凝物或強鹼冷凝物。強酸及強鹼係可毀壞或損害金屬表面之腐蝕性物質，其可導致設備受損及系統故障。
因此，在頂壓回收渦輪系統中防止沉積物之形成及沉澱物之積累很重要。相應地，需要限制由高爐氣形成之沉澱物在頂壓回收渦輪部件之表面上之沉積的改良方法。
在一具體實例中，本發明提供一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法。方法包括將包括氨之組合物添加至頂壓回收渦輪中。
在另一具體實例中，本發明提供一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法。方法包括將包括至少一種胺之組合物添加至頂壓回收渦輪中。
圖1係用於高爐製程之濕式及乾式頂壓回收渦輪系統之實例。
圖2係說明各種含氮化合物之沉積抑制效能之條形圖。
圖3係說明各種含氮組合物之沉積抑制及腐蝕抑制效能之條形圖。
「烷醇」係指連接有一或多個-OH基之直鏈或分支鏈烴。
「烯基」係指具有一或多個碳-碳雙鍵之直鏈或分支鏈烴。烯基包含但不限於：乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基(烯丙基)、異丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基及2-丁烯基。烯基可不經取代或經一或多個適合取代基取代。
「烷基」係指直鏈或分支鏈烷基取代基。此類取代基之實例包含：甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、異丁基、第三丁基、戊基、異戊基、己基及類似者。烷基可不經取代或經一或多個適合取代基取代。
「炔基」係指直鏈或分支鏈烴，且其具有一或多個碳-碳參鍵。炔基包含但不限於：乙炔基、丙炔基及丁炔基。炔基可不經取代或經一或多個適合取代基取代。
「胺」係指包括一或多個碳取代基，諸如烷基或芳基，之含氮化合物。胺可為一級、二級或三級胺。在某些具體實例中，胺係一級或二級胺。
「芳基」係指式Ar-部分，其中Ar係芳族單元。芳基可不經取代或經一或多個適合取代基取代。
「高爐氣」或「爐頂氣」係指由高爐產生之氣體。高爐氣之成分之非限制性實例包含氨、鹽酸、硫酸、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氫氣、硫化氫、氰化氫及水蒸氣。
「高爐氣固體」係指由高爐氣之一或多個成分形成之固體。 舉例而言，高爐氣固體可經由鹼性高爐氣與酸性高爐氣之反應而形成。高爐氣固體之非限制性實例包含銨鹽，諸如氯化銨及硫酸銨。
「乾式頂壓回收渦輪」係指採用乾式集塵器來淨化高爐氣(例如移除灰塵)之頂壓回收渦輪。
「鹵素」或「鹵基」係指選自氟、氯、溴及碘之部分。
「注射管」係指用於將一或多種化學品注射至管線或管路之中心之裝置。
「金屬製造製程」係指任何利用高爐製備金屬之製程。此類製程之非限制性實例包含：鐵製造製程、鋼製造製程、銅製造製程、鉛製造製程、鎳製造製程、鋁製造製程及鋅製造製程。
「頂壓回收渦輪」或「TRT」係指能夠自高爐氣提取能量之渦輪裝置。等效術語包含「爐頂氣壓力回收渦輪」、「爐頂氣回收渦輪」、「壓力回收渦輪」、「高爐氣壓力回收渦輪」、「高爐氣頂壓回收渦輪」、「爐頂壓回收渦輪」及類似者。
「濕式頂壓回收渦輪」係指採用諸如文式(Venturi)洗滌器之洗滌器來淨化高爐氣(例如移除灰塵)之頂壓回收渦輪。
不論何時指示結構中原子之數目之範圍時(例如C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基等)，其特定地涵蓋：取代基可由子範圍中之碳原子之任一者或由屬於所指示範圍內之碳原子之任何個別數目描述。藉助於實例，使用1-8個碳原子(例如C1-C8)、1-7個碳原子(例如C1-C7)、1-6個碳原子(例如C1-C6)、1-5個碳原子(例如C1-C5)、1-4個碳原子(例如C1-C4)或1-3個碳原子(例如C1-C3)之範圍敍述的基團諸如烷基之描述包涵且尤 其描述具有，視情況而定，1、2、3、4、5、6、7或8個碳原子之任一者，以及其任何子範圍(例如，視情況而定，1-2個碳原子、1-3個碳原子、1-4個碳原子、1-5個碳原子、1-6個碳原子、1-7個碳原子、1-8個碳原子、2-3個碳原子、2-4個碳原子、2-5個碳原子、2-6個碳原子、2-7個碳原子、2-8個碳原子、3-4個碳原子、3-5個碳原子、3-6個碳原子、3-7個碳原子及/或3-8個碳原子)的烷基。
本發明提供用於在頂壓回收渦輪系統中抑制或減少固體之沉積之方法。與僅在頂壓回收渦輪系統中減少腐蝕之現有方法相反，本發明之方法可在頂壓回收渦輪系統中抑制高爐氣固體之沉積。申請者已發現，向頂壓回收渦輪中添加中和酸的含氮化合物可抑制或減少由高爐氣形成之固體之沉積。意外地且出乎意料地發現，向頂壓回收渦輪中添加額外的氨減少高爐氣固體之形成及沉積。
氨係沸點低於頂壓回收渦輪系統之典型溫度之中和性含氮化合物，且氯化銨之熔點大於頂壓回收渦輪系統之典型溫度。儘管不希望受任何特定理論束縛，咸信沸點處於或低於頂壓回收渦輪系統之典型溫度範圍之含氮化合物係良好的沉積抑制劑，因為其在中和酸性氣體及阻礙高爐氣固體(例如氯化銨)之成核方面更有效。儘管不希望受任何特定理論束縛，亦咸信具有熔點高於頂壓回收渦輪系統之典型溫度範圍之共軛酸式鹽的含氮化合物係有效的沉積抑制劑，因為在頂壓回收渦輪中，形成的共軛鹽在高爐氣之高流量之存在下可更容易地沉澱。在某些具體實例中，本發明之方法及組合物減少頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之形成。在某些具體實例中，本發明之方法及組合物減少已存在於頂壓回收渦輪中之高爐氣 固體之量。
本發明之方法抑制或減少在頂壓回收渦輪中沉積之高爐氣固體之量。在某些具體實例中，當與未經根據本發明方法處理的頂壓回收渦輪相比較時，根據本發明方法處理的頂壓回收渦輪中存在減少量之高爐氣固體。在某些具體實例中，方法減少存在於頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之量。在某些具體實例中，方法減少沉積在頂壓回收渦輪之表面上之高爐氣固體之量。在某些具體實例中，方法減少沉積在頂壓回收渦輪之葉片上之高爐氣固體之量。高爐氣固體之非限制性實例包含銨鹽，諸如氯化銨鹽、硫酸銨鹽、亞硫酸銨鹽及碳酸銨鹽。在某些具體實例中，本發明方法之組合物減少頂壓回收渦輪中之氯化銨之量。
在某些具體實例中，頂壓回收渦輪系統包括集塵設備、頂壓氣體渦輪及發電機或基本上由集塵設備、頂壓氣體渦輪及發電機組成。當高爐氣引入至頂壓氣體渦輪中時，發電機可產生電。頂壓氣體渦輪通常位於集塵設備之下游。頂壓回收渦輪系統可包括乾式集塵器或濕式集塵器。在某些具體實例中，頂壓回收渦輪係包括乾式集塵器之乾式系統。在某些具體實例中，組合物添加至集塵器(例如乾式集塵器)之下游。在某些具體實例中，組合物添加至集塵器之下游且爐頂氣體壓力渦輪之上游。在某些具體實例中，組合物直接添加至爐頂氣體壓力渦輪中。
在一具體實例中，本發明提供一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法。方法包括將包括氨之組合物添加至頂壓回收渦輪中。
在某些具體實例中，氨係額外的且不來源於高爐或高爐氣。
在某些具體實例中，組合物包括呈液體或氣體形式之氨。在某些具體實例中，組合物係氨水溶液。
可使用任何適合方法將組合物引入至頂壓回收渦輪系統中。在某些具體實例中，組合物以液體或氣體形式引入至頂壓回收渦輪系統中。在某些具體實例中，組合物以水性液體或溶液形式引入至頂壓回收渦輪系統中。
在某些具體實例中，組合物注入至頂壓回收渦輪系統中之高爐氣中。在某些具體實例中，使用諸如注射管或一或多個注射噴嘴之噴霧裝置，將組合物以液體形式注入頂壓回收渦輪系統中。在某些具體實例中，使用注射管或一或多個注射噴嘴，將組合物以氣體形式注入頂壓回收渦輪系統中。在某些具體實例中，可使用諸如氮氣及氬氣之惰性氣體作為載氣，用於將液體組合物注入至頂壓回收渦輪系統中。
在某些具體實例中，藉由將組合物以水性液體形式注入至頂壓回收渦輪中之高爐氣中來將組合物添加至頂壓回收渦輪中。在某些具體實例中，頂壓回收渦輪包括注入口或入口。在某些具體實例中，注入口在約35℃至約60℃之溫度下。在某些具體實例中，注入口在約50℃至約60℃之溫度下。
氨可以任何量添加至頂壓回收渦輪中。在某些具體實例中，氨之莫耳量大於存在於高爐氣中之酸之莫耳量。
在某些具體實例中，氨經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.001ppm至約100,000ppm之濃度存在。因此，在某些具體實例中，氨經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.001ppm至 約100,000ppm、0.01ppm至約100,000ppm、約0.1ppm至約100,000ppm、約1ppm至約100,000ppm、約10ppm至約100,000ppm、約100ppm至約100,000ppm、約1,000ppm至約100,000ppm、0.001ppm至約50,000ppm、0.01ppm至約50,000ppm、0.1ppm至約50,000ppm、1ppm至約50,000ppm、10ppm至約50,000ppm、約0.001ppm至約25,000ppm、0.01ppm至約25,000ppm、0.1ppm至約25,000ppm、1ppm至約25,000ppm、10ppm至約25,000ppm、約0.001ppm至約10,000ppm、約0.01ppm至約10,000ppm、約0.1ppm至約10,000ppm、約1ppm至約10,000ppm、約0.001ppm至約5,000ppm、約0.01ppm至約5,000ppm、約0.1ppm至約5,000ppm、約1ppm至約5,000ppm、約0.001ppm至約1,000ppm、約0.01ppm至約1,000ppm、約0.1ppm至約1,000ppm、約1ppm至約1,000ppm、約0.001ppm至約100ppm、約0.01ppm至約100ppm、約0.1ppm至約100ppm或約1ppm至約100ppm之濃度存在。在某些具體實例中，氨經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.01ppm至約10,000ppm之濃度存在。
亦發現，包括氨及胺之組合物係有效的沉積抑制劑。因此，在某些具體實例中，組合物另外包含至少一種胺。在某些具體實例中，胺係一級胺或二級胺。在某些具體實例中，胺係二級環胺或二級非環胺。在某一具體實例中，胺係三級胺。
在某些具體實例中，組合物包括氨及式(I)之化合物
其中X係選自O、S或CH2且R1係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基，或X係NR2且各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基；且其中各m及n相同或不同且係選自0、1或2。
在某些具體實例中，R1係氫。
在某些具體實例中，m及n係1。
在某些具體實例中，X係氧。
在某些具體實例中，式(I)之化合物係嗎啉、吡咯啶、氮雜環丁烷、吡唑啶、咪唑啶、
唑啶、噻唑啶、異噻唑啶、硫代嗎啉、哌啶、哌
、高哌
、氮雜環庚烷、硫代嗎啉、氮雜環辛烷、氮雜環壬烷、氮丙啶或其組合。
在某些具體實例中，式(I)之化合物係嗎啉(CAS編號110-91-8)。
在某些具體實例中，組合物包括氨及式(II)之化合物
其中X係O、NR2、S或CH2；各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基；且各m及n相同或不同且係選自0、1或2。
在某些具體實例中，R1及R2係氫。
在某些具體實例中，m及n係1。
在某些具體實例中，X係CH2。
在某些具體實例中，X係氧。
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
，其中Me係甲基。
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係環己胺(CAS編號108-91-8)。
在某些具體實例中，組合物包括氨及式(III)之化合物
其中各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C1-C8烷醇、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基。
在某些具體實例中，式(III)之化合物之分子量為約25g/mol至約250g/mol。在某些具體實例中，式(III)之化合物之分子量為約50g/mol至約150g/mol。
在某些具體實例中，R1及R2係C1-C6烷基。
在某些具體實例中，R1係C1-C6烷醇。
在某些具體實例中，式(III)之化合物係一級胺。
在某些具體實例中，式(III)之化合物係二級胺。
在某些具體實例中，式(III)之化合物係二乙胺(CAS編號109-89-7)。
氨比胺之比率不受限制。在某些具體實例中，組合物包括呈大於胺之量之量的氨。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約20：1之氨與胺。因此，在某一具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約20：1、約1：1至約15：1、約1：1至10：1、約1：1至約9：1、約1：1至約8：1、約1：1至約7：1、約1：1至約6：1、約1：1至約5：1、約1：1至約4：1、約1：1至約3：1或約1：1至約2：1之氨與胺。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為1：1至約10：1之氨與胺。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為2：1至約5：1之氨與胺。
在某些具體實例中，胺在大氣壓下(亦即約1atm)之沸點為約-40℃至約175℃。因此，在某些具體實例中，胺在大氣壓下之沸點為約-40℃至約175℃、約-40℃至約160℃、約-40℃至約150℃、約-40℃至約 140℃、約-40℃至約130℃、約-40℃至約125℃、約-40℃至約120℃、約-40℃至約110℃、約-40℃至約100℃、約-40℃至約90℃、約-40℃至約80℃、約-40℃至約75℃、約-30℃至約175℃、約-20℃至約175℃、約-10℃至約175℃、約0℃至約175℃、約10℃至約175℃、約25℃至約175℃、約40℃至約175℃、約50℃至約175℃、約25℃至約150℃、約25℃至約125℃或約50℃至約125℃。在某些具體實例中，胺在大氣壓下之沸點為約-40℃至約110℃。在某些具體實例中，胺大氣壓下之沸點為約50℃至約125℃。
胺可具有任何適合分子量。在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約400g/mol。因此，在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約400g/mol、約28g/mol至約350g/mol、約28g/mol至約300g/mol、約28g/mol至約250g/mol、約28g/mol至約200g/mol、約28g/mol至約150g/mol、約28g/mol至約125g/mol、約28g/mol至約100g/mol、約30g/mol至約250g/mol、約40g/mol至約250g/mol、約50g/mol至約250g/mol或約75g/mol至約200g/mol。在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約250g/mol。在某些具體實例中，胺之分子量為約40g/mol至約200g/mol。
在某些具體實例中，組合物包括氨、式(I)之化合物及式(II)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括氨、式(I)之化合物及式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括氨、式(II)之化合物及式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括氨、環己胺及嗎啉。
在某些具體實例中，組合物包括按重量計呈大於環己胺及嗎啉之量之量的氨。在某些具體實例中，組合物包括按組合物之重量計10-25重量%氨、5-10重量%環己胺、5-10重量%嗎啉及45-80重量%水。
胺(例如，式(I)、(II)或(III)之化合物)可以任何量添加至頂壓回收渦輪中。
在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.01ppm至約100,000ppm之濃度存在。因此，在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.001ppm至約100,000ppm、0.01ppm至約100,000ppm、約0.1ppm至約100,000ppm、約1ppm至約100,000ppm、約10ppm至約100,000ppm、約100ppm至約100,000ppm、約1,000ppm至約100,000ppm、0.001ppm至約50,000ppm、0.01ppm至約50,000ppm、0.1ppm至約50,000ppm、1ppm至約50,000ppm、10ppm至約50,000ppm、約0.001ppm至約25,000ppm、0.01ppm至約25,000ppm、0.1ppm至約25,000ppm、1ppm至約25,000ppm、10ppm至約25,000ppm、約0.001ppm至約10,000ppm、約0.01ppm至約10,000ppm、約0.1ppm至約10,000ppm、約1ppm至約10,000ppm、約0.001ppm至約5,000ppm、約0.01ppm至約5,000ppm、約0.1ppm至約5,000ppm、約1ppm至約5,000ppm、約0.001ppm至約1,000ppm、約0.01ppm至約1,000ppm、約0.1ppm至約1,000ppm、約1ppm至約1,000ppm、約0.001ppm至約100ppm、約0.01ppm至約100ppm、約0.1ppm至約100ppm或約1ppm至約100ppm之濃度存在。在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.01ppm至約10,000ppm之濃度存在。
氨與胺可分別地添加或組合添加至頂壓回收渦輪系統中。在某些具體實例中，氨與胺組合添加至頂壓回收渦輪系統中。
組合物可以任何形式添加，包含以溶液形式或在無溶劑存在 下。在某些具體實例中，組合物係水溶液。在某些具體實例中，組合物係包括呈至少約50%之量之水的水溶液。因此，在某些具體實例中，組合物係包括呈至少約50%、至少約55%、至少約60%、至少約65%、至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%或至少約95%之量之水的水溶液。在某些具體實例中，組合物係包括呈約50%至約95%之量之水的水溶液。
在某些具體實例中，組合物以可與水混溶的共溶劑中之溶液之形式添加至頂壓回收渦輪，所述共溶劑包含但不限於丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、乙二醇及其組合。
在某些具體實例中，組合物抑制高爐氣固體之沉積達至少約70%。因此，在某些具體實例中，組合物抑制高爐氣固體之沉積達至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、至少約95%、至少約96%、至少約97%、至少約98%、至少約99%或至少約99.9%。在某些具體實例中，組合物抑制高爐氣固體之沉積達至少約80%。在某些具體實例中，組合物抑制高爐氣固體之沉積達約80%至約99.9%。
由於許多高爐氣鹽係腐蝕性的，在頂壓回收渦輪中抑制或減少此等化合物之沉積降低金屬之腐蝕率。在某些具體實例中，組合物抑制金屬之腐蝕達至少約70%。因此，在某些具體實例中，組合物抑制金屬之腐蝕達至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、至少約95%、至少約96%、至少約97%、至少約98%、至少約99%或至少約99.9%。在某些具體實例中，組合物抑制金屬之腐蝕達至少約80%。在某些具體實例中，組合物抑制金屬之腐蝕達約80%至約99.9%。
本發明之方法可用於利用高爐之任何金屬製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於過渡金屬製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於貴重金屬製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於鉛製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於銅製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於鋅製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於鐵製造製程。在某些具體實例中，本發明之方法用於鋼製造製程。
在另一具體實例中，本發明提供一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法。方法包括將包括至少一種胺之組合物添加至頂壓回收渦輪中。
在某些具體實例中，胺係一級胺或二級胺。在某些具體實例中，胺係二級環胺或一級非環胺。在某些具體實例中，胺係三級胺。
在某些具體實例中，胺係式(I)之化合物
其中X係選自O、S或CH2且R1係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基，或X係NR2且各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基；且其中各m及n相同或不同且係選自0、1或2。
在某些具體實例中，R1係氫。
在某些具體實例中，m及n係1。
在某些具體實例中，X係氧。
在某些具體實例中，式(I)之化合物係
在某些具體實例中，式(I)之化合物係
在某些具體實例中，式(I)之化合物係
，其中Me係甲基。
在某些具體實例中，式(I)之化合物係嗎啉、吡咯啶、氮雜環丁烷、吡唑啶、咪唑啶、
唑啶、噻唑啶、異噻唑啶、硫代嗎啉、哌啶、哌
、高哌
、氮雜環庚烷、硫代嗎啉、氮雜環辛烷、氮雜環壬烷、氮丙啶或其組合。
在某些具體實例中，式(I)之化合物係嗎啉(CA8編號110-91-8)。
在某些具體實例中，胺係式(II)之化合物
其中X係O、NR2、S或CH2；各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基；且各m及n相同或不同且係選自0、1或2。
在某些具體實例中，R1及R2係氫。
在某些具體實例中，m及n係1。
在某些具體實例中，X係CH2。
在某些具體實例中，X係氧。
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
，其中Me係甲基。
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係
在某些具體實例中，式(II)之化合物係環己胺(CAS編號108-91-8)。
在某些具體實例中，胺係式(III)之化合物。
其中各R1及R2相同或不同且係選自氫、鹵素、C1-C8烷基、C1-C8烷醇、C2-C8烯基、C2-C8炔基或芳基。
在某些具體實例中，式(III)之化合物之分子量為約20g/mol至約250g/mol。在某些具體實例中，式(III)之化合物之分子量為約50g/mol至約150g/mol。
在某些具體實例中，式(III)之化合物係單乙醇胺(CAS編號141-43-5)。
在某些具體實例中，式(III)之化合物係二乙胺(CAS編號109-89-7)。
胺可具有任何適合分子量。在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約400g/mol。因此，在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約400g/mol、約28g/mol至約350g/mol、約28g/mol至約300g/mol、約28g/mol至約250g/mol、約28g/mol至約200g/mol、約28g/mol至約150g/mol、約28g/mol至約125g/mol、約28g/mol至約100g/mol、約30g/mol至約250g/mol、約40g/mol至約250g/mol、約50g/mol至約250g/mol或約75g/mol至約200g/mol。在某些具體實例中，胺之分子量為約28g/mol至約250g/mol。在某些具體實例中，胺之分子量為約40g/mol至約200g/mol。
在某些具體實例中，胺在大氣壓下(亦即約1atm)之沸點為約-40℃至約175℃。因此，在某些具體實例中，胺在大氣壓下之沸點為 約-40℃至約175℃、約-40℃至約160℃、約-40℃至約150℃、約-40℃至約140℃、約-40℃至約130℃、約-40℃至約125℃、約-40℃至約120℃、約-40℃至約110℃、約-40℃至約100℃、約-40℃至約90℃、約-40℃至約80℃、約-40℃至約75℃、約-30℃至約175℃、約-20℃至約175℃、約-10℃至約175℃、約0℃至約175℃、約10℃至約175℃、約25℃至約175℃、約40℃至約175℃、約50℃至約175℃、約25℃至約150℃、約25℃至約125℃或約50℃至約125℃。在某些具體實例中，胺在大氣壓下之沸點為約-40℃至約110℃。在某些具體實例中，胺在大氣壓下之沸點為約50℃至約125℃。
在某些具體實例中，組合物包括兩種或更多種胺。在某些具體實例中，組合物包括兩種或更多種式(I)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括兩種或更多種式(II)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括兩種或更多種式(III)之化合物。
在某些具體實例中，組合物包括式(I)之化合物及式(II)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括式(I)之化合物及式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括式(II)之化合物及式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括式(I)之化合物、式(II)之化合物及式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括環己胺及嗎啉。
在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約20：1之式(I)之化合物與式(II)之化合物。因此，在某一具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約20：1、約1：1至約15：1、約1：1至10：1、約1：1至約9：1、約1：1至約8：1、約1：1至約7：1、約1：1至約6：1、約1：1至約5：1、約1：1至約4：1、約1：1至約3：1或約1：1至約2：1之式(I)之化合物與式(II) 之化合物。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為1：1至約10：1之式(I)之化合物與式(II)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為1：1至約5：1之式(I)之化合物與式(II)之化合物。
在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約1：20之式(I)之化合物或式(II)之化合物與式(III)之化合物。因此，在某一具體實例中，組合物包括莫耳比為約1：1至約1：20、約1：1至約1：15、約1：1至1：10、約1：1至約1：9、約1：1至約1：8、約1：1至約1：7、約1：1至約1：6、約1：1至約1：5、約1：1至約1：4、約1：1至約1：3或約1：1至約1：2之式(I)之化合物或式(II)之化合物與式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為1：1至約1：10之式(I)之化合物或式(II)之化合物與式(III)之化合物。在某些具體實例中，組合物包括莫耳比為1：1至約1：5之式(I)之化合物或式(II)之化合物與式(III)之化合物。
胺(例如，式(I)、(II)或(III)之化合物)可以任何量添加至頂壓回收渦輪中。在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.01ppm至約100,000ppm之濃度存在。因此，在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.001ppm至約100,000ppm、0.01ppm至約100,000ppm、約0.1ppm至約100,000ppm、約1ppm至約100,000ppm、約10ppm至約100,000ppm、約100ppm至約100,000ppm、約1,000ppm至約100,000ppm、0.001ppm至約50,000ppm、0.01ppm至約50,000ppm、0.1ppm至約50,000ppm、1ppm至約50,000ppm、10ppm至約50,000ppm、約0.001ppm至約25,000ppm、0.01ppm至約25,000ppm、0.1ppm至約25,000ppm、1ppm至約25,000ppm、10ppm至約25,000 ppm、約0.001ppm至約10,000ppm、約0.01ppm至約10,000ppm、約0.1ppm至約10,000ppm、約1ppm至約10,000ppm、約0.001ppm至約5,000ppm、約0.01ppm至約5,000ppm、約0.1ppm至約5,000ppm、約1ppm至約5,000ppm、約0.001ppm至約1,000ppm、約0.01ppm至約1,000ppm、約0.1ppm至約1,000ppm、約1ppm至約1,000ppm、約0.001ppm至約100ppm、約0.01ppm至約100ppm、約0.1ppm至約100ppm或約1ppm至約100ppm之濃度存在。在某些具體實例中，胺經添加至頂壓回收渦輪中且在頂壓回收渦輪中以約0.01ppm至約10,000ppm之濃度存在。
在某些具體實例中，高爐氣自高爐移動至氣體清潔設備且穿過頂壓回收渦輪。因此，頂壓回收渦輪位於高爐之下游。在某些具體實例中，組合物添加至集塵器之下游。在某些具體實例中，組合物直接添加至頂壓回收渦輪中。在某些具體實例中，組合物直接添加至頂壓回收渦輪中之高爐氣中。
任何適合頂壓回收渦輪均可用於本發明方法中。在某些具體實例中，頂壓回收渦輪係單流渦輪、雙流多級渦輪或兩用多級渦輪。
本發明方法可用於處理具有任何溫度或壓力的高爐氣。在某些具體實例中，頂壓回收渦輪包括溫度為約50℃至約200℃之高爐氣。因此，在某些具體實例中，頂壓回收渦輪包括之溫度為約50℃至約200℃、約60℃至約200℃、約70℃至約200℃、約80℃至約200℃、約90℃至約200℃、約100℃至約200℃、約70℃至約190℃、約70℃至約180℃、約70℃至約170℃、約70℃至約160℃、約70℃至約150℃、約70℃至約140℃、約70℃至約130℃及約70℃至約120℃之高爐氣。在某些具體實例中，高爐 氣之壓力為至少約1巴、至少約2巴或至少約3巴。
在某些具體實例中，本發明提供頂壓回收渦輪中包括氨的組合物之用途。
在某些具體實例中，本發明提供頂壓回收渦輪中包括式(I)、(II)或(III)之化合物的組合物之用途。
在某些具體實例中，組合物持續添加至頂壓回收渦輪中。
此實施例評估根據本發明之具體實例的某些含氮化合物之沉積抑制效能。
進行乾式TRT實驗室模擬實驗以評估含氮化合物對沉積抑制之作用。在兩個劑量(亦即劑量1及劑量2)下比較各種胺之沉積抑制效能。劑量2係大於劑量1 2.7倍之量。鹽酸、氨及濕氣由氯化銨之分解產生。將氯化銨置於500mL錐形燒瓶中且使用油浴在200-215℃下加熱。將矩形SUS630鋼試件(3×0.5×0.063)垂直懸掛在錐形燒瓶之開口附近。試件附近之溫度為70℃-100℃。使用注射泵且針頭末端之位置處於試件之底部末端來持續投配水性含氮化合物。將試件曝露於模擬高爐條件中4小時。
藉由對試件洗滌水之紅外光譜法及氨-N分析(經由分光光度法)來分析試件。「增重」係實驗之後與實驗之前重量之間的差值。沉積抑制根據以下等式計算：
在圖2中展示說明各種含氮化合物之沉積抑制的條形圖，劑量1位於左側且劑量2位於右側。如圖2中所示，氨、環己胺(CHA)、嗎 啉(MOR)、二乙胺(DEA)及單乙醇胺(MEA)對抑制氯化銨之沉積有效。如所預期，較高劑量比較低劑量更有效。如圖2所說明，二甲胺(DMA)、甲氧基丙胺(MOPA)及二甲基乙醇胺(DMEA)對抑制氯化銨之沉積有效但觀測到嚴重腐蝕。三丁胺(TBA)、正丁胺(NBA)及三乙胺(TEA)對抑制氯化銨之沉積效果較小。
此實施例表明含氮化合物可抑制氯化銨之沉積。特定言之，氨、環己胺、嗎啉、二乙胺及單乙醇胺對抑制氯化銨之沉積最有效。
此實施例評估根據本發明之具體實例之含氮化合物的沉積抑制效能。
如實施例1中所描述進行乾式TRT實驗室模擬實驗以評估含氮調配物對沉積抑制之作用。此外，在相同條件下評估相同調配物之腐蝕抑制。針對沉積抑制研究，將試件在經氮氣沖洗且具有100μL去離子水之氣密性玻璃瓶中存放7天。使用ASTM G1-03方法計算腐蝕率(《製備、清潔及評估腐蝕測試試樣之標準實踐(Standard Practice for Preparing,Cleaning,and Evaluating Corrosion Test Specimens)》)。根據以下等式計算腐蝕抑制：
分析氨、環己胺(CHA)、單乙醇胺(MEA)及嗎啉(MOR)之沉積抑制及腐蝕抑制且與兩個可商購之產品(市售產品1及市售產品2)相比較。
圖3中展示說明各種含氮調配物之沉積抑制及腐蝕抑制之 條形圖。如圖3中所示，20%氨、20%氨/10%嗎啉、20%氨/10%環己胺及20%氨/5%環己胺/5%嗎啉係有效沉積抑制劑。前述調配物係比可商購獲得的產品更有效的沉積抑制劑。20%氨/10%單乙醇胺調配物之沉積及腐蝕抑制較低，因為相應鹽酸鹽熔融在試件表面上。
此實施例表明含氮調配物可抑制氯化銨之沉積且抑制腐蝕。特定言之，氨及氨與環己胺及嗎啉之混合物係對於抑制氯化銨之沉積及金屬腐蝕最有效的調配物。
除非本文中另外指示或明顯與上下文矛盾，否則在描述本發明的上下文中(尤其在以下申請專利範圍的上下文中)，應將術語「一(a/an)」以及「所述(the)」以及「至少一(at least one)」及類似指示物的使用理解為涵蓋單數個與複數個兩者。除非本文另外指示或與上下文明顯矛盾，否則使用術語「至少一」後接一或多個項目之列表(例如「A及B中之至少一者」)應解釋為意謂選自所列舉項目之一個項目(A或B)或所列舉項目之兩個或更多個的任何組合(A及B)。除非另外說明，否則術語「包括」、「具有」、「包含」及「含有」應解釋為開放式術語(亦即，意謂「包含但不限於」)。除非本文中另外指示，否則本文中數值範圍之敍述僅意欲充當個別提及屬於所述範圍之各獨立值之速記方法，且各獨立值併入本說明書中，如同在本文中個別敍述一般。除非本文另外指示或另外與上下文明顯矛盾，否則本文所述之所有方法可以任何適合順序進行。除非另外主張，否則使用本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」)僅意欲較好地闡明本發明而不對本發明之範疇造成限制。本說明書中之語言均不應解釋為將任何未主張之要素指示為對實踐本發明而言必不可少。
本文描述本發明之具體實例，包括本發明人已知的用於進行本發明之最佳模式。在閱讀先前描述之後，此等具體實例之變化對於本領域中一般熟習此項技術者而言可變得顯而易見。本發明人期望熟習此項技術者適當時採用此等變化，且本發明人意欲以不同於本文中具體所述之方式實踐本發明。因此，若適用法律允許，則本發明包括在隨附於本文之申請專利範圍中所陳述之主題之所有修改及等效物。而且，除非本文另外指示或另外與上下文明顯矛盾，否則本發明涵蓋上述要素在其所有可能變化中之任何組合。
Claims (22)
- 一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法，所述方法包括：將包括氨之組合物添加至頂壓回收渦輪中，其中所述組合物係以氣體形式，以在無溶劑存在下之液體形式，或以包括至少約50%之水的水溶液形式添加。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述組合物進一步包括胺。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中所述胺係式(I)之化合物
- 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中所述式(I)之化合物係嗎啉。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中所述胺係式(II)之化合物
- 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述式(II)之化合物係環己胺。
- 如申請專利範圍第2項至第6項中任一項所述的方法，其中所述氨與所述胺之莫耳比為約1：1至約20：1。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述組合物包括10%至25%氨、5%至10%環己胺、5%至10%嗎啉及50%至80%水。
- 如申請專利範圍第2項至第6項中任一項所述的方法，其中所述胺之沸點為約-40℃至約175℃。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的方法，其中所述包括氨之組合物以水溶液形式注入至所述頂壓回收渦輪中之高爐氣中。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的方法，其中所述頂壓回收渦輪係乾式頂壓回收渦輪。
- 一種包括氨之組合物之用途，用於頂壓回收渦輪中，其中所述組合物係以氣體形式，以在無溶劑存在下之液體形式，或以包括至少約50%之水的水溶液形式添加。
- 一種減少金屬製造製程中之頂壓回收渦輪中之高爐氣固體之沉積的方法，所述方法包括：將包括胺之組合物添加至頂壓回收渦輪中，其中所述組合物係以氣體形式，以在無溶劑存在下之液體形式，或以包括至少約50%之水的水溶液形式添加。
- 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中所述胺之分子量為約15g/mol至約250g/mol。
- 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中所述胺係式(I)之化合物
- 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中所述式(I)之化合物係嗎啉。
- 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中所述胺係式(II)之化合物
- 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述式(II)之化合物係環己胺、二乙胺、單乙醇胺或其組合。
- 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中所述胺係式(III)之化合物
- 如申請專利範圍第13項至第19項中任一項所述的方法，其中所述胺之沸點為約-40℃至約175℃。
- 如申請專利範圍第13項至第19項中任一項所述的方法，其中所述包括胺之組合物以水溶液形式注入至所述頂壓回收渦輪中之高爐氣中。
- 一種包括式(I)、式(II)或式(III)之化合物之組合物的用途，用於頂壓回收渦輪中，其中所述組合物係以氣體形式，以在無溶劑存在下之液體形式，或以包括至少約50%之水的水溶液形式添加。
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