安德盧梭法中改善的火炬的裝置和方法
【專利摘要】描述了一種用于經(jīng)由安德盧梭法制備氰化氫的系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)可以包括反應(yīng)器區(qū)，其中允許氧、氨和甲烷在包含鉑的催化劑的存在下反應(yīng)以至少提供氰化氫(HCN)、氫和廢物。HCN回收區(qū)可以從氫和廢物基本上移除氰化氫?；鹁鎱^(qū)可以至少以氫模式燃燒可燃?xì)怏w混合物以至少產(chǎn)生二氧化碳和水，所述可燃?xì)怏w混合物包含所述氫的至少一部分和所述廢物的至少一部分。
【專利說明】安德盧梭法中改善的火炬的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)權(quán)利要求2012年12月18日提交的題為“安德盧梭法中改善的火炬的裝置和方法(APPARATUS AND METHOD OF AN IMPROVED FLARE IN AN ANDRUSSOff PROCESS)” 的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)系列號(hào)61/738，817的優(yōu)先權(quán)，其公開通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及用于由甲烷、氨和氧制備氰化氫(HCN)的安德盧梭法的反應(yīng)器方案?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]安德盧梭法可以用于氰化氫(HCN)由甲烷、氨和氧在鉬催化劑上的氣相制備。將過濾過的氨、天然氣和空氣進(jìn)料至反應(yīng)器中并在至少包含鉬的催化劑的存在下加熱至約800°C至約2，500°C。甲烷可以由天然汽提供，其可以進(jìn)一步提純。具有至少兩個(gè)碳的烴可以存在于天然氣中?？梢允褂每諝庾鳛檠踉?。含有HCN和未反應(yīng)的氨的反應(yīng)器出口氣可以在廢熱鍋爐中急冷至大約100°C至400°C。可以將含有HCN的急冷反應(yīng)器出口氣輸送通過氨吸收過程以移除未反應(yīng)的氨，如通過使反應(yīng)器出口氣與磷酸銨溶液、磷酸或硫酸接觸以移除氨。可以將產(chǎn)物出口氣從氨吸收器送至通過HCN吸收器，在此可以加入冷水以帶走HCN。HCN吸收器可以產(chǎn)生基本上含有氫和副產(chǎn)物的氣態(tài)廢棄流。歸因于氣態(tài)廢棄流的組成，處置(disposal)可以是有環(huán)境問題的，可以不能燒盡，或它們的組合。
[0004]在以下文章中描述了 HCN制備的各個(gè)方面:Eric.L.Crump,美國環(huán)境保護(hù)署(U.S.Environmental Protection Agency),空氣質(zhì)量計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)辦公室(Office ofAir Quality Planning and Standards),對(duì)于所提出的氰化物制備的經(jīng)濟(jì)影響分析NESHAP(Econom ic Impact Analysis For the Proposed Cyanide Manufacturing NESHAP)(2000 年 5 月)，在 http:1l nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi?Dockey = P100AHG1.PDF 在線可得，涉及HCN的制備、最終使用和經(jīng)濟(jì)影響；N.V.Trusov,硫化合物和甲燒的高級(jí)同系物對(duì)由安德盧梭法的氰化氫制備的影響(Effect of Sulfur Compounds and HigherHomologues of Methane onHydrogen Cyanide Production by the Andrussow Method),Rus.J.0f Applied Chemistry,第 74 卷,第 10 期,第 1693-97 頁(2001)涉及天然氣的不可避免組分，如硫和甲烷的高級(jí)同系物對(duì)通過安德盧梭法的HCN制備的影響；清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)執(zhí)行理事會(huì)(Clean Development Mechanism(CDM) Executive Board),聯(lián)合國氣候變化框架公約(United Nations Framework Convention on Climate Change) (UNFCCC),清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件表格(Clean Development Mechanism Project Design DocumentForm) (CDM PDD)，第 3 版，(7 月 28 日，2006)，在 http:1l cdm.unfccc.1nt/Reference/PDDs Forms/PDDs/PDD form04 v03 2.pdf在線可得,涉及HCN通過安德盧梭法的制備；以及GaryR.Maxwell等,在氰化氫制備技術(shù)的轉(zhuǎn)移中確保工藝安全性(Assurmg process safetyin the transfer of hydrogen cyanide manufacturing technology), J.0f HazardousMaterials，第142卷，第677-84頁(2007)涉及HCN的安全制備。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開涉及一種來自安德盧梭法中的HCN吸收器的氣態(tài)廢棄流的處置的解決方案。該解決方案可以包括一種用于經(jīng)由安德盧梭法制備氰化氫的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可以包括反應(yīng)器區(qū)，其中允許氧、氨和甲烷在包含鉬的催化劑的存在下反應(yīng)，以至少提供氰化氫(HCN)、氫和廢物。HCN回收區(qū)可以從氫和廢物基本上移除氰化氫?；鹁鎱^(qū)可以將可燃?xì)怏w混合物以氫模式燃燒，以至少產(chǎn)生二氧化碳和水，所述可燃?xì)怏w混合物包含氫的至少一部分和氣態(tài)廢物的至少一部分。可燃?xì)怏w混合物可以包含天然氣。
[0006]烴混合物可以提供系統(tǒng)中的甲烷。烴混合物可以包括天然氣、生物氣、基本上純的甲烷，或其混合物。該系統(tǒng)可以包括氫回收系統(tǒng)，其可以在氫回收系統(tǒng)回收的下游或上游循環(huán)、儲(chǔ)存或利用氫。該系統(tǒng)可以包括氨提取區(qū)，其中將氨從HCN、氫和廢物基本上移除。
[0007]氰化氫回收區(qū)可以提供可以包含至少約98.5%氰化氫的純度的氰化氫產(chǎn)物流，或提供氣態(tài)廢物流以使得存在小于約1.5% HCN。進(jìn)料至火炬的可燃?xì)鈶B(tài)廢物混合物可以包含至少約8體積％氫?；鹁娉隹谒俣瓤梢允切∮诩s37.2米/秒，如小于約Vmax，其中Vmax定義為:
[0008]Vfflax= (Xh2-K1M2，其中
[0009]Vmax =最大允許火炬出口速度,米/秒
[0010]K1 =常數(shù)，6.0體積％氫
[0011]K2 =常數(shù)，3.9米/秒/體積％氫
[0012]Xffi =體積％氫，按濕基計(jì)，如通過使用美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(the American Societyfor Testing an d Materials) (ASTM)方法 D1946-77 計(jì)算。
[0013]火炬區(qū)可以配置為在大于約1350°C的溫度操作?；鹁婵梢允仟?dú)力的或穩(wěn)定的?；鹁鎱^(qū)可以包含至少3.0英寸直徑火炬尖。
[0014]火炬區(qū)還可以配置為火炬燃燒以非氫模式燃燒的非氫可燃?xì)怏w混合物，如至少約200BTU/scf的熱含量的非氫可燃?xì)怏w混合物。該系統(tǒng)可以包括至少一個(gè)火炬上游的液體分離器，以移除可燃?xì)怏w混合物或非氫可燃?xì)怏w混合物中存在的液體的至少一部分。
[0015]根據(jù)本公開，一種用于燃燒由安德盧梭法產(chǎn)生的廢物的方法可以包括:允許氧、氨和甲烷在包含鉬的催化劑的存在下反應(yīng)，以給出至少包含氰化氫、氫和廢物的產(chǎn)物流。可以將氰化氫從產(chǎn)物流提取以制備HCN產(chǎn)物流和包含氫和廢物的至少一部分的氣態(tài)廢棄流，并且可以將氣態(tài)廢棄流進(jìn)料至氫模式火炬。
[0016]該方法可以包括:從產(chǎn)物流提取氨，如在提取氰化氫之前?？梢詫⒁后w的至少一部分在將氣態(tài)廢棄流進(jìn)料至氫模式火炬之前從氣態(tài)廢棄流分離。可以將氫從氣態(tài)廢棄流回收。這種具有減少的氫含量的氣態(tài)廢棄流可以仍使用本文描述的方法和裝置有效地火炬燃燒。該方法可以包括用氫或烴如甲烷補(bǔ)充火炬燃燒的組分。
[0017]該方法可以包括將提取流以小于約37.2米/秒如Vmax的火炬出口速度火炬燃燒?；鹁鎱^(qū)可以在大于約1650°C的溫度操作。該方法可以包括輔助或穩(wěn)定火炬。
[0018]本發(fā)明的系統(tǒng) 和方法的這些和其他實(shí)例和特征將在以下的【具體實(shí)施方式】中部分給出。
【發(fā)明內(nèi)容】
意在提供本發(fā)明的主題的概述，并且不意于提供排他的或詳盡的說明。包括下面的【具體實(shí)施方式】以提供關(guān)于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的進(jìn)一步信息。【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是根據(jù)本公開的經(jīng)由安德盧梭法的HCN制備的示意性方框流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]氰化氫通過安德盧梭法的合成(參見，例如，Ullmann ' s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,第 8 卷，VCH Ver lagsgese 11 schaft, Weinheim, 1987,第 161-162頁)可以在氣相中在包含鉬或鉬合金，或其他金屬的催化劑上進(jìn)行。在作為美國專利號(hào)1，934，838公開的原始安德盧梭專利等中發(fā)現(xiàn)并描述了適合用于進(jìn)行安德盧梭法的催化劑。在安德盧梭的原始工作中，他公開了催化劑可以選自在約1000°C的工作溫度不熔(固體)的氧化催化劑；他將鉬、銥、銠、鈀、鋨、金或銀包括作為或者純形式或者合金形式的催化活性金屬。他還注意到也可以使用某些基本金屬(base metals)如稀土金屬、釷、鈾等，如不熔氧化物或磷酸鹽的形式，并且可以將催化劑或者形成為網(wǎng)(篩)，或沉積在耐熱性固體載體如二氧化硅或氧化鋁上。
[0021]在的隨后開發(fā)工作中，選擇了含鉬的催化劑，這歸因于它們的功效和金屬即使是絲網(wǎng)或網(wǎng)形式的耐熱性。例如，可以使用鉬-銠合金作為催化劑，其可以是金屬絲網(wǎng)或篩如紡織或編織絲網(wǎng)片的形式，也可以沉積在載體結(jié)構(gòu)體上。在一個(gè)實(shí)例中，紡織或編織絲網(wǎng)片可以形成篩形結(jié)構(gòu)，其具有20-80目的尺寸，例如，具有約0.18mm至約0.85mm的尺寸的開口。催化劑可以包含約85重量％至約95重量％ Pt和約5重量％至約15重量％ Rh，如85/5Pt/Rh，90/10，或95/5Pt/Rh。鉬-銠催化劑還可以包含小量的金屬雜質(zhì)，如鐵(Fe)、鈀(Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)和其他金屬。雜質(zhì)金屬可以以痕量，如約IOppm以下存在。
[0022]安德盧梭法的寬范圍的可能實(shí)施方案描述在德國專利549,055中。在一個(gè)實(shí)例中，在約800至2，500°C，1，000至1，500°C，或約980至1050°C的溫度使用包含串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)具有10%銠的Pt的細(xì)目絲網(wǎng)的催化劑。例如，催化劑可以是可商購的催化劑，如可得自英國倫敦的Johnson Matt·hey Plc的Pt-Rh催化劑絲網(wǎng)，或可得自德國哈瑙的HeraeusPrecious Metals GmbH&C0.的 Pt-Rh 催化劑絲網(wǎng)。
[0023]來自安德盧梭法的氣態(tài)廢棄流的組成可以使得該流的處置困難。例如，氣態(tài)廢棄流可以使得火炬燃燒不充分，對(duì)環(huán)境有害，在地方或聯(lián)邦法規(guī)的參數(shù)范圍之外，或它們的組合。本公開涉及一種用于經(jīng)由安德盧梭法合成HCN的裝置和方法，其中改善的火炬可以在考慮到環(huán)境顧慮、效率顧慮或政府法規(guī)的情況下處置氣態(tài)廢棄流。
[0024]圖1是用于經(jīng)由安德盧梭法制備氰化氫(HCN)的實(shí)例方法10的示意性方框流程圖。在實(shí)例方法10中，對(duì)HCN反應(yīng)區(qū)12提供氨(NH3)流2、甲烷(CH4)流4和空氣流6 (其包含氧氣(O2))?？諝饪梢园諝夂推渌鯕怏w混合物，包括具有高于約21體積％的氧濃度的富集氧的空氣。當(dāng)安德盧梭法適合于采用含有比空氣稍高的水平的氧的氣態(tài)氧進(jìn)料流6時(shí)，本文的實(shí)例可以是特別有用的。例如，這種氣態(tài)氧進(jìn)料流6可以含有至少約25體積％氧，至少約30體積％氧，至少約40體積％氧，至少約50體積％氧，至少約60體積％氧，至少約70體積％氧，至少約80體積％氧，至少約90體積％氧，至少約95體積％氧，至少約98體積％氧。方法10可以包括空氣安德盧梭法，例如，包含約21體積％氧的空氣流6 ;空氣-富集安德盧梭方法，例如，包含大于約21體積％氧但小于約100體積％氧的空氣流6 ;或氧安德盧梭法，例如，包含約100%氧的空氣流6。
[0025]將三種進(jìn)料流2、4、6混合并在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)，以在催化劑的存在下根據(jù)反應(yīng)式I轉(zhuǎn)化為氰化氫和水:
[0026]2NH3+2CH4+302 — 2HCN+6H20 [I]
[0027]一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器可以包含HCN催化劑，如鉬(Pt)或鉬合金，如含有至少約85重量％鉬的鉬與銠(Rd)或鈀(Pd)的合金。在安德盧梭法中使用的合金可以包含，但是不限于，10重量％ Rh-90重量％ Pt，8重量％ Rh-92重量％ Pt，5重量％ Pd_5重量％ Rh-90重量％ Pt，或5重量％ Rh-95重量％Pt。可以使用含有高達(dá)約5重量％銥(Ir)的合金。在一個(gè)實(shí)例中，可以將HCN催化劑設(shè)計(jì)為減少副產(chǎn)物，如一氧化二氮副產(chǎn)物，并且因此可以具有增加的銠(Rh)含量，或其他物質(zhì)，如鈷(Co)。HCN催化劑可以容納在填充床中，如在填充床反應(yīng)器中，或作為絲網(wǎng)形成，如通過將金屬絲紡織或編織為絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如此形成的催化劑在本領(lǐng)域中是廣泛認(rèn)可的，并且可以含有本文描述的催化材料。
[0028]HCN催化劑可以是可商購的催化劑,如可得自英國倫敦Johnson Matthey Plc的Pt-Rh催化劑絲網(wǎng)，或可得自德國哈瑙Heraeus Precious Metals GmbH&C0.的Pt-Rh催化劑絲網(wǎng)。
[0029]可以將來自HCN反應(yīng)區(qū)12的所得到的產(chǎn)物流14進(jìn)料至配置為回收未反應(yīng)的NH3的氨回收系統(tǒng)16。氨可以通過經(jīng)由對(duì)產(chǎn)物流14提供一種或多種可以以從產(chǎn)物流14吸收NH3的磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)或磷酸銨溶液的NH3吸收而回收。在圖1中所示的實(shí)例中，氨回收系統(tǒng)16內(nèi)的磷酸流18可以吸收NH3?？梢詫睆某?04/冊(cè)13溶液使用一個(gè)或多個(gè)汽提器移除以從H3PO4分離順3?？梢詫H3經(jīng)由NH3再循環(huán)流20再循環(huán)回至HCN反應(yīng)區(qū)12?？梢詫3PO4和其他廢物作為廢水流22排放，同時(shí)可以將NH3汽提過的HCN流24進(jìn)料至HCN回收系統(tǒng)26。
[0030]HCN回收系統(tǒng)26可以包括配置為從HCN流24分離和提純HCN的一個(gè)或多個(gè)單元操作。作為HCN回收系統(tǒng)26的 結(jié)果，制備提純的HCN產(chǎn)物流28。HCN回收系統(tǒng)26還可以產(chǎn)生廢氣30或廢水流32?？梢詫U水流22、32進(jìn)料至廢水處理36用于進(jìn)一步加工，如氨或氰化氫的回收。可以將來自廢水處理36的最終的廢水流40進(jìn)一步加工、儲(chǔ)存或處置。
[0031]如圖1中所示，HCN回收系統(tǒng)26可以包括氣態(tài)廢棄流30。氣態(tài)廢棄流30可以包含氫、一氧化碳、氮、二氧化碳、氰化氫，或其混合物。在一個(gè)實(shí)例中，氣態(tài)廢棄流30可以包含未示例的另外的廢棄流。例如，可以將來自反應(yīng)器12或其他操作的廢棄流與流30組合。氣體廢棄流30的組成可以根據(jù)多種因素變化，包括進(jìn)料流2、4、6的組成，HCN反應(yīng)區(qū)12的效率，氨回收系統(tǒng)16的效率，HCN回收系統(tǒng)26的效率，操作條件，或它們的組合。
[0032]在一個(gè)實(shí)例中，可以將氣態(tài)廢棄流30進(jìn)料至氫回收系統(tǒng)42。通常，氣態(tài)廢棄流30可以含有殘量的HCN，以及顯著的氫氣或包括未反應(yīng)的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、氮以及多種有機(jī)腈的多種氣體。HCN的移除可以是基本上完全的，不僅使得有價(jià)值的HCN不損失至廢棄流，而且出于健康和環(huán)境顧慮，并且因?yàn)轱@著量的HCN可以使廢棄流的處理復(fù)雜化。例如，可以用于氫回收的一些變壓裝置吸收劑可以具有小于約2.0% HCN，或小于約
1.5% HCN的操作限制。因此，氣態(tài)廢棄流可以具有小于約2.0% HCN，或小于約1.5% HCN,或小于約1% HCN，或小于約0.5% HCN，或小于約0.2% HCN，或小于約0.1% HCN。在一些情況下，氣態(tài)廢棄流30的HCN含量可以變化，例如，在約0.5%至約1.0 %之間變化。例如，氣態(tài)廢棄流30可以包含40-75體積％ H2U5-35體積％ CO,5-15體積％ N2、l_2體積％ CO2,1-2體積％ CH4或0-1體積％ HCN。
[0033]可以將回收的氫流50儲(chǔ)存用于未來的處理或出售，送至另外的氫處理單元，再循環(huán)至上游或下游點(diǎn)，用于補(bǔ)充火炬48(如下面進(jìn)一步討論的)，或它們的組合。氫回收系統(tǒng)42可以調(diào)節(jié)由組合氣態(tài)廢棄流20回收的氫的水平。例如，如果組合氣態(tài)流30是富氫的，如大于約40體積％，氫回收系統(tǒng)42可以回收更大百分?jǐn)?shù)的氫。雖然所回收的氫流50不需要是100%純的，但是至少大部分的二氧化碳、一氧化碳或腈從氫的移除可以是希望的，以當(dāng)使用所回收的氫，例如，用于氫化反應(yīng)時(shí)，避免副產(chǎn)物和污染物。例如，所回收的氫氣可以是至少約90 %純的，或至少約91 %純的，或至少約92 %純的，或至少約93 %純的，或至少約94%純的，或至少約95%純的，或至少約96%純的，或至少約97%純的，或至少約98%純的，或至少約99%純的氫。此外，如果將下游的處理單元如火炬48設(shè)計(jì)為在一定范圍的氫濃度操作，可以優(yōu)化氫回收系統(tǒng)42以將處理過的氣態(tài)廢棄流52提供給下游的處理單元。在一個(gè)實(shí)例中，氫回收系統(tǒng)42可以產(chǎn)生包含至少約8體積％氫的處理過的氣態(tài)廢棄流。氣態(tài)廢棄流52可以包含小于約1.5% HCN。閥門可以位于氫回收系統(tǒng)42下游，但在處理過的氣態(tài)廢棄流52上游，以使得氣態(tài)廢棄流30直接進(jìn)料并且僅進(jìn)料至氫回收系統(tǒng)42。
[0034]在一個(gè)實(shí)例中，系統(tǒng)10可以包括火炬48，以燃燒掉氣態(tài)廢棄流30。火炬48可以設(shè)計(jì)為徹底破壞氣態(tài)廢物。如果氣態(tài)廢物是稀的，可以使流30富集有烴燃料56如天然氣，以增加所得到的混合物的熱值，以便確保將廢物徹底破壞。氫具有比很多烴燃料低的凈熱值。例如，甲烷的凈熱值為約913BTU/scf。另一方面，氫的凈熱值僅為約275BTU/scf。考慮到這種不均衡，人們不能預(yù)期含有相對(duì)低濃度的氫的氣態(tài)混合物將足以徹底破壞將與其混合的稀氣態(tài)廢物。然而，出乎意料地，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所火炬燃燒的氣態(tài)混合物中最小量為約至少5體積％，約 至少7體積％，約至少8體積％，約至少10體積％的氫足以確保氣態(tài)廢物的破壞。
[0035]在一個(gè)實(shí)例中，檢測器可以量化可燃?xì)怏w混合物中的組分。閥門可以操作性連接至檢測器，其中將閥門配置為當(dāng)在可燃?xì)怏w混合物中檢測到對(duì)應(yīng)于熱含量的下限閾值的非可燃組分的設(shè)定值時(shí)，允許用含有氫的富集燃料如氫或甲烷補(bǔ)充可燃?xì)怏w混合物30。通過燃燒徹底破壞稀氣態(tài)廢物材料所需的含氫富集燃料的量還依賴于，部分地，火炬燃燒的稀氣態(tài)廢物材料的熱值。富集流可以含有足夠量的氫或烴，以使得當(dāng)與氣態(tài)廢棄流30混合時(shí)，所得到的混合物思考以具有足夠的熱值以通過火炬48中的燃燒徹底破壞稀氣態(tài)廢物材料。
[0036]在一個(gè)實(shí)例中，閥門可以操作性連接至檢測器，其中閥門配置為當(dāng)在可燃?xì)怏w混合物30中檢測到低于閾值的氫濃度時(shí)，允許補(bǔ)充被允許反應(yīng)的氧。氧6的量的增加可以導(dǎo)致可燃?xì)怏w混合物30中氫濃度的增加。在一個(gè)實(shí)例中，可以通過HCN反應(yīng)器12上游或與其連接的空氣流6或氧補(bǔ)充流提供氧。出乎意料地，提供更大的氧濃度至HCN反應(yīng)器12，并且因此更低的惰性氣體濃度(例如，N2),可以提供在火炬48中可以采用的更可燃?xì)怏w廢物30的益處。典型地，采用惰性氣體以在反應(yīng)過程中提供熱傳遞益處。例如，反應(yīng)器中氮的存在可以有助于減少溫度尖峰。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)明了一種HCN方法，所述方法能夠通過使用火炬如火炬48，以增加系統(tǒng)的溫度控制，從而處理進(jìn)料流中更大的氧濃度。此外，進(jìn)料流中更大的氧濃度可以提供減少燃料量的益處，如用于HCN反應(yīng)器12所需的甲烷4。[0037]在一個(gè)實(shí)例中，可以將火炬48設(shè)計(jì)為滿足火炬的地方環(huán)境或聯(lián)邦環(huán)境速度要求。例如，火炬出口速度可以為小于約37.2米/秒?；鹁娉隹谒俣仁窃诨鹁嫫骷?8的尖端處的火炬的速度。在另一個(gè)實(shí)例中，可以將火炬速度設(shè)計(jì)為小于Vmax，其中Vmax定義為
[0038]Vfflax= (Xh2-K1)^K2，其中
[0039]Vmax =最大允許火炬出口速度,米/秒
[0040]K1 =常數(shù)，6.0體積％氫
[0041 ] K2 =常數(shù)，3.9米/秒/體積0Z0氫
[0042]Xffi =體積％氫，按濕基計(jì)，如通過使用美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(the American Societyfor Testing and Materials) (ASTM)方法 D1946-77 計(jì)算。
[0043]增加HCN反應(yīng)器12中允許反應(yīng)的氧的量可以提供增加廢棄流30中氫的濃度的益處，因此增加如上所述的火炬速度。
[0044]在一個(gè)實(shí)例中，火炬48可以設(shè)計(jì)為在大于約1000°C，大于約1200°C，大于約1350°C，大于約1500°C，大于約1600°C，或大于約1800°C的溫度燃燒可燃?xì)鈶B(tài)混合物。火炬燃燒溫度可以包括大于可燃?xì)鈶B(tài)混合物的一種或多種組分的燃燒溫度的溫度。在一個(gè)實(shí)例中，可燃?xì)鈶B(tài)混合物可以包括補(bǔ)充的烴，如天然氣，或氫，以增加可燃?xì)鈶B(tài)混合物的可燃性。
[0045]火炬48可以包括適合于破壞可燃?xì)鈶B(tài)混合物的任何火炬。例如，火炬48可以包括獨(dú)力火炬或輔助的火炬，或穩(wěn)定或非穩(wěn)定的火炬。輔助的火炬包括另外的流如水蒸汽輔助或空氣輔助的，以提供增加的火炬出口速度，增加的可燃組合物，更一致的可燃組合物，或它們的組合。穩(wěn)定的火炬可以包含另外的流如烴穩(wěn)定的或空氣穩(wěn)定的，以增加火炬一致性，如離開速度或溫度?；鹁?8的火炬噴嘴可以適應(yīng)于任何設(shè)計(jì)的規(guī)定，如火炬尖或噴嘴尺寸。在一個(gè)實(shí)例中，火炬區(qū)可以包括至少3.0英寸直徑火炬尖。
[0046]在一個(gè)實(shí)例中，火炬區(qū)還可以配置為用以非氫模式燃燒的非氫可燃?xì)怏w混合物操作。非氫可燃?xì)怏w混合物可以包含至少約200BTU/scf的熱值?；鹁?8可以在氫模式，如燃燒最小百分?jǐn)?shù)的氫，或非氫模式，如零體積％氫，或它們的組合之間切換?；鹁?8可以提供增加的操作靈活性的益處。
[0047]在一個(gè)實(shí)例中，系統(tǒng)10可以包括氫回收系統(tǒng)42下游或上游的洗滌器以移除氣態(tài)廢棄流30中存在的至少一部分的液體，如水。移除提供給火炬48的液體可以提供穩(wěn)定的火炬，提供給火炬48的進(jìn)料的更可預(yù)測的熱容量。可以將可燃?xì)鈶B(tài)廢物30進(jìn)料至系統(tǒng)10的另外工藝54，如可以在下游采用以回收熱能的鍋爐。
[0048]根據(jù)本公開，用于制備氰化氫的方法可以包括允許氧、氨和甲烷在包含鉬的催化劑的存在下反應(yīng)，以給出至少包含氰化氫、氫和廢物的產(chǎn)物流。該方法可以還包括:從產(chǎn)物流提取氰化氫，以產(chǎn)生HCN產(chǎn)物流(圖1，要素28)和包含氫和廢物中的至少一部分的氣態(tài)廢棄流(圖1，要素30)，以及將氣態(tài)廢棄流進(jìn)料至氫模式火炬(圖1，要素48)。氣態(tài)廢棄流可以包含與氣態(tài)廢棄流組合的多于一種氣態(tài)廢棄流，以使得將來自系統(tǒng)的廢物的至少一部分，例如在火炬48中火炬燃燒。
[0049]在一個(gè)實(shí)例中，該方法可以包括分離氣態(tài)廢棄流中液體的至少一部分，如通過氣-液分離器、閃蒸鼓、分離鼓、分離罐、壓縮機(jī)吸鼓、壓縮機(jī)入口鼓、除霧器，或它們的組
口 ο
[0050]在一個(gè)實(shí)例中，該方法包括從產(chǎn)物流提取氨，如通過氨洗滌器。該方法還可以包括:從氣態(tài)廢棄流或合并的氣態(tài)廢棄流回收氫。例如，氣態(tài)廢棄流的氫組成可以超過氫模式燃燒水平。在這種情況下，可以回收過量的氫并在工廠的其他地方使用，儲(chǔ)存用于未來的使用或銷售，或它們的組合。
[0051]該方法可以包括調(diào)節(jié)火炬，以使得火炬出口速度小于約37.2米/秒。調(diào)節(jié)火炬出口速度可以提供穩(wěn)定火炬的益處，從而增加所燃燒的元素或化合物的破壞。此外，方法可以包括將氣態(tài)廢棄流在大于約1650°C的溫度火炬燃燒。
[0052]實(shí)施例
[0053]實(shí)施例1:比較空氣、空氣富集和氧安德盧梭法廢氣組合物
[0054]該實(shí)施例示例使用氧的富集源的安德盧梭法比采用空氣作為氧源的安德盧梭方法通常產(chǎn)生具有更高的氫含量的廢棄流。
[0055]該方法可以包括調(diào)節(jié)火炬，以使得火炬出口速度小于約37.2米/秒。調(diào)節(jié)火炬出口速度可以提供穩(wěn)定的火炬的益處，從而增加所燃燒的元素或化合物組分的破壞。此外，該方法可以包括將氣態(tài)廢棄流在大于約1650°C的溫度燃燒。
[0056]使用內(nèi)部具有陶瓷絕緣襯里的4英寸內(nèi)徑不銹鋼反應(yīng)器用于中試。裝載四十片的得自Johnson Matthey(美國)的90重量％ Pt/ΙΟ重量％ Rh40目絲網(wǎng)作為催化劑床。使用穿孔的氧化鋁片用于催化劑片載體。將總流速設(shè)定在2532SCFH(標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))。氰化氫經(jīng)由多種安德盧梭法制備。一種工藝，空氣安德盧梭法，采用包含21體積％氧的含氧氣體(空氣)。第二種工藝，空氣-富集安德盧梭法，采用具有大于約21體積％氧并且小于約100體積％氧的含氧氣體。第三種工藝，氧安德盧梭法，采用約100體積％氧的含氧氣體。
[0057]將氨分別從產(chǎn)物流的每一個(gè)在包括至磷酸銨流中的吸收的方法中移除。之后將氰化氫從氨耗盡的產(chǎn)物流在包括酸化水的方法中移除，從而分別地每一個(gè)工藝產(chǎn)生氰化氫產(chǎn)物和氣態(tài)廢棄流。
[0058]來自空氣、空氣富集以及氧方法的廢氣流的組成如下在表1中示出。
[0059]表1
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種用于經(jīng)由安德盧梭法制備氰化氫的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 反應(yīng)器區(qū)，其中允許氧、氨和甲烷在包含鉬的催化劑的存在下反應(yīng)，以提供至少包含氰化氫(HCN)、氫和廢物的產(chǎn)物流； HCN回收區(qū)，其中將所述氰化氫從所述產(chǎn)物流基本上移除，以產(chǎn)生氰化氫產(chǎn)物和包含所述氫和所述廢物的可燃?xì)怏w混合物；以及 火炬區(qū)，其中至少將所述可燃?xì)怏w混合物以氫模式燃燒，以至少產(chǎn)生二氧化碳和水。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中烴混合物包含所述甲烷。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述烴混合物包含天然氣、生物氣、基本上純的甲烷，或其混合物。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括連接至所述反應(yīng)器區(qū)的氫回收系統(tǒng)，所述氫回收系統(tǒng)從所述產(chǎn)物流和所述可燃?xì)怏w混合物的至少一個(gè)回收至少一些氫。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括氨回收系統(tǒng)，所述氨回收系統(tǒng)從所述產(chǎn)物流基本上移除氨。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述氰化氫產(chǎn)物是至少約98.5體積％純的氰化氫。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述可燃?xì)怏w混合物包含至少約8體積％氫。
8.權(quán)利要求1-7中 任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬具有小于約37.2米/秒的火炬出口速度。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬具有小于約Vmax的火炬出口速度，其中Vmax定義為:
Vmax = (Xh2-K1RK2，其中 Vmax =最大允許火炬出口速度，米/秒 K1 =常數(shù),6.0體積％氫 K2 =常數(shù)，3.9米/秒/體積％氫 Xh2 =體積％氫，按濕基計(jì)，如通過使用美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)方法D1946-77計(jì)算。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬區(qū)包括大于約1350°C的溫度。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬區(qū)包括獨(dú)力火炬。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬區(qū)包括至少3.0英寸直徑火炬尖。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含火炬穩(wěn)定器。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬區(qū)還包含天然氣。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括:將氫加入至所述可燃?xì)怏w混合物的氫源。
16.權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括量化所述可燃?xì)怏w混合物中的組分的檢測器。
17.權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括操作性連接至所述檢測器的閥門，其中所述閥門配置為當(dāng)在所述可燃?xì)怏w混合物中檢測到對(duì)應(yīng)于熱含量的下限閾值的非可燃組分的設(shè)定值時(shí)，允許用氫或甲烷補(bǔ)充所述可燃?xì)怏w混合物。
18.權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括操作性連接至所述檢測器的閥門，其中所述閥門配置為當(dāng)在所述可燃?xì)怏w混合物中檢測到低于閾值的氫濃度時(shí)，允許補(bǔ)充被允許反應(yīng)的氧。
19.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述閾值基于所述可燃?xì)怏w混合物的熱含量值。
20.權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，其中所述閥門操作性連接至空氣進(jìn)料流。
21.權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，其中所述閥門操作性連接至氧進(jìn)料流。
22.權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，其中所述閥門操作性連接至富集氧的空氣進(jìn)料流。
23.權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述火炬區(qū)還包括以非氫模式燃燒的非氫可燃?xì)怏w混合物。
24.權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述非氫可燃?xì)怏w混合物包含至少約200BTU/scf的熱值。
25.權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述廢物包含小于約1.5體積％ HCN。
26.權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括所述火炬上游的至少一個(gè)液體分離器，以移除所述可燃?xì)怏w混合物或非氫可燃?xì)怏w混合物中存在的液體的至少一部分。
27.一種用于燃燒由安德盧梭法產(chǎn)生的廢物的方法，所述方法包括: 允許氧、氨和甲烷在包含鉬的催化劑的存在下反應(yīng)，以給出至少包含氰化氫、氫和廢物的產(chǎn)物流； 從所述產(chǎn)物流提取所述氰化氫，以產(chǎn)生氰化氫流和包含所述氫和所述廢物的至少一部分的氣態(tài)廢棄流；以及` 將所述氣態(tài)廢棄流進(jìn)料至氫模式火炬。
28.權(quán)利要求27所述的方法，所述方法還包括:從所述產(chǎn)物流提取氨。
29.權(quán)利要求27或28所述的方法，所述方法還包括:在將所述提取流進(jìn)料至所述氫模式火炬之前，將液體的至少一部分從所述氣態(tài)廢棄流分離。
30.權(quán)利要求27-29中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:從所述氣態(tài)廢棄流回收氫。
31.權(quán)利要求27-30中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:在提取所述氰化氫之前提取氨。
32.權(quán)利要求27-31中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:以小于約37.2米/秒的火炬出口速度火炬燃燒所述氣態(tài)廢棄流。
33.權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以小于約Vmax的火炬出口速度火炬燃燒所述氣態(tài)廢棄流，其中Vmax定義為:
Vmax = (Xh2-K1RK2，其中 Vmax =最大允許火炬出口速度，米/秒 K1 =常數(shù),6.0體積％氫 K2 =常數(shù)，3.9米/秒/體積％氫 Xh2 =體積％氫，按濕基計(jì)，如通過使用美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)方法D1946-77計(jì)算。
34.權(quán)利要求27-33中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:將所述氣態(tài)廢棄流在大于約1650°C的溫度火炬燃燒。
35.權(quán)利要求27-34中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:用火炬穩(wěn)定器穩(wěn)定所述氫模式火炬。
36.權(quán)利要求27-35中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:增加所述氣態(tài)廢棄流的氫濃度以增加所述氣態(tài)廢棄流的熱值。
37.權(quán)利要求27-36中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括:用氫補(bǔ)充流補(bǔ)充所述氣態(tài)廢棄流。
38.權(quán)利要求36所述的方法，所述方法還包括:增加所述允許反應(yīng)的氧的量。
39.權(quán)利要求27-37中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括: 檢測所述氣態(tài)廢棄流的氫濃度；以及 當(dāng)檢測到所述氫濃度低于閾值時(shí)，增加允許反應(yīng)的氧的量。
40.權(quán)利要求39所`述的方法，所述方法還包括:增加空氣進(jìn)料流的氧濃度。
【文檔編號(hào)】F23G7/06GK103864112SQ201310681867
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】斯圖爾特·福賽思, 劉愛國, 馬丁·J·倫納, 布倫特·J·斯塔爾曼 申請(qǐng)人:因溫斯特技術(shù)公司