CN102317220A - 酸水性***中的垢抑制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在酸性浆料或溶液中抑制垢沉积物。本发明使用包括磷酸盐(酯)、膦酸酯(盐)、阴离子聚合物或它们的组合的含水的合成混合物在浆料和/或溶液中抑制矿加工期间的垢。在酸性环境中产生垢很困难，因为酸性溶液中和大多数已知抑制剂。要求保护的发明显著降低垢产生，允许降低用于去垢工艺的***的停机时间。

Description

酸水性***中的垢抑制
相关申请的交叉引用
本申请为2008年5月30日递交的美国专利申请第12/130,515号的继续部分，要求此申请的优先权并通过引用并入本公开。
版权声明
本专利文献的一部分公开包括或可包括受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人严格按照专利和商标局专利文件或记录的形式影印复制本专利文献或本专利公开，但版权所有人保留所有其他版权权利。
技术领域
本发明涉及通过加入包括有机膦酸酯、有机磷酸酯衍生物、无机磷酸盐、阴离子聚合物和共聚物或它们的组合的合成水性混合物来抑制酸性水溶液的沉积物(积垢)，所述沉积物包括诸如硫酸钙、硫酸钡、氟化钙、氟硅酸钙等垢。
背景技术
各种类型矿和包括生物的其它材料的加工有时必须在酸性环境中进行以产生终产物。在湿法磷酸生产中，已通过清洗、脱泥、浮选和随后研磨被升级或选矿的粗矿在酸性溶液中消化。在消化完成后，使所得浆料经历过滤步骤，并随后通过酸流的蒸发和随后澄清步骤来制备终产物，此终产物可被加入其它产物中。在另一应用中，将来自屠宰场的工业生产流研磨并用酸性溶液消化以产生用于动物饲料和其它应用的脂肪和蛋白质。在其它工艺中，由于硫酸产生，从碱金属熔炉中收集二氧化硫在酸性环境中产生作为副产物的硫酸钙。
与矿和其它材料的酸加工相关的最麻烦问题之一是形成垢沉积物。垢形成主要发生在消化器、蒸发器和与它们相关的装置中。在包括过滤***的工艺的其它表面上也发生一定量的垢形成。特别麻烦的是热交换器表面的成垢。克服此问题的大多数尝试针对装置设计，但即使是设计最好的装置也不能防止垢形成。当酸性条件存在时，垢形成是最麻烦的；通常酸性环境导致大部分公知的抑垢剂无效。
由于磷酸盐矿、包括骨等的动物废料加工产生的高浓度硫酸钙，或在碱金属熔炉的高浓度硫酸钙，这些是使用要求保护的发明的理想工艺。硫酸钙是由磷酸盐矿消化、动物残留物加工或在碱金属熔融引起的主要垢成分。造成垢沉积的硫酸钙有不同的结晶形式。这些形式：石膏(CaSO4·2H2O)、半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)和无水硫酸钙(CaSO4)依赖于加工的温度和停留时间。此相转化增加了它们抑制的复杂性。根据工业生产流的组成和具体工艺条件，这些垢的其它重要成分可为氟硅酸盐、硫酸钡、氟化钙和/或其它材料。防止这些混合的垢，使得可抑制并基本上防止发生在磷酸产生和其它工艺中的垢形成。
发明内容
本发明基于以下发现：某些水溶性有机和无机磷酸盐(酯)、膦酸酯(盐)、聚羧酸盐和它们的均聚物或共聚物以及它们的混合物能够抑制引起沉积物的矿物质从酸性溶液中形成和粘着。
本发明是使用亚化学计量的垢抑制化合物或它们的制剂来防止引起垢/沉积物的矿物质在与酸性溶液接触的表面上形成和粘着的方法。优选的应用点是在酸性流进入蒸发器前和在蒸发器中或在沉淀和沉积/垢形成通常发生的任何其它单元操作中直接加入到酸性流中。抑制剂通常以0.1-5000ppm、优选0.1-100ppm且最优选0.1-50ppm的剂量范围加入。
作为示例，磷酸的湿法生产一般涉及使用硫酸消化含磷酸盐的矿浆料。所得磷酸通过过滤从沉淀的硫酸钙和其它固体杂质中分离。将磷酸溶液随后通过蒸发来浓缩，并澄清以产生最终的磷酸(～50-70％P2O5)。虽然在过滤步骤期间除去大量硫酸钙和其它杂质，但在过滤后仍然有显著的量保持溶解在酸性工业生产流中。当磷酸通过蒸发器环路浓缩时，各种形式的硫酸钙继续从溶液中沉淀，由于硫酸钙溶解度和温度间的反比关系，导致在高温表面上的垢沉积。这些和其它沉积物不利地影响向工业生产流的热转移，并限制液体流。因此，垢必须通过周期的清除来去除。因此，成垢现象引起工艺效率显著丧失并导致成本增加。
磷酸盐和磷酸的制备进一步详述在Becker，″Phosphates and PhosphoricAcid，″1989年Marcel Dekker，Inc.出版和Slack，″Phosphoric Acid，Part I andPart II，″1968年Marcel Dekker，Inc.出版的著作中。
与等量未处理溶液相比，将抑垢剂向酸性溶液模拟的工艺溶液中加入导致沉积的垢降低至多为95-97％。
无机磷酸盐：
包括含通过磷酸酐键连接的磷酸根部分或磷酸根单元的化合物。
Figure BPA00001422683100031
其中n≥1。
有机磷酸酯：
包括无机磷酸盐的酯。
Figure BPA00001422683100032
其中R为烷基或芳基，且n≥1。
膦酸酯：
包括含此结构部分的化合物。
Figure BPA00001422683100033
其中R为H、烷基或芳基。
聚羧酸盐：
包括衍生自含羧酸官能团或其盐的单体的聚合物，所述羧酸官能团或其盐选自如由丙烯酸、甲基丙烯酸、α-卤代丙烯酸、马来酸或酸酐、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸、富马酸和β-羧基乙基丙烯酸酯组成的组中。聚羧酸盐共聚物可也与含羧基的单体、含磺酸基或其盐的单体合并，所述含磺酸基或其盐的单体选自如由2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸、磺基烷基丙烯酸酯、磺基烷基甲基丙烯酸酯、烯丙基磺酸、甲代烯丙基磺酸和3-甲基丙烯酰胺基-2-羟基丙磺酸组成的组中。
均聚物：
包括衍生自仅一种单体物质的聚合物。
共聚物：
包括衍生自两种或更多种单体物质的聚合物(杂聚合物)。
总结
本发明描述了以下关键方面：
1.本发明的优点是提供在酸条件下的垢积累的降低。
2.本发明的优点是在其使用的工艺的各种部分中抑制垢形成，因此允许更灵活的应用。
3.本发明的优点是在所需清除之间提供更多操作时间。
4.本发明的优点是提供用于不中断生产的方法。
5.本发明的优点是增加产量。
具体实施方式
要求保护的发明是用于抑制在酸条件下引起垢/沉积物的矿物质的形成和粘着的方法，其中矿和其它材料在消化工艺中与溶液结合以反应形成浆料，所述浆料经过纯化工艺以形成流，其中，抑垢组合物在生产工艺中从消化开始的任何点加入。此方法具有机动性，即，抑垢组合物可在消化前或消化期间另外加入，和/或另外加入至浆料，和/或在浆料加工前另外加入，并以亚化学剂量的量加入。其它材料可包括来自屠宰场的工业生产流、碱金属熔炼的副产物或工业酸废料。要求保护的发明应用于矿物质垢在酸性环境中形成且必须被抑制的任何工艺中。
要求保护的发明允许消化发生在消化器或(过)热交换器中，且纯化方法可为过滤和/或固体的沉淀。本发明可用在具有酸性环境且可抑制矿物质垢形成或消除矿物质垢与其它表面粘着的任何工艺中。
优选的抑垢组合物包括含磷组分，且以0.1至5000ppm，优选0.1至100ppm，最优选0.1至50ppm被加入浆料中。抑垢组合物可为有机磷酸酯(盐)、膦酸酯(盐)、无机磷酸盐、聚羧酸盐均聚物或共聚物的一种或它们的组合。
本发明还涉及用于抑制在酸生产中引起垢/沉积物的矿物质的形成和粘着的方法，其中矿与用于消化的溶液结合并形成浆料，其中，可在固体/液体分离工艺之前将抑垢组合物加入到浆料中。抑垢组合物可在消化前或消化期间另外地加入，或在生产工艺中从消化开始的任何点加入。矿可在与溶液结合前被选矿。溶液可为酸性的，如硫酸。抑垢组合物可为有机磷酸酯(盐)、膦酸酯(盐)、无机磷酸盐、聚羧酸盐均聚物或共聚物的一种或它们的组合。
应理解本文所述的优选实施方式的各种变化和修改对本领域技术人员是明显的。在不背离本发明精神和范围且不消除其意在优点下，可进行这种变化和修改。因此，希望此变化和修改被所附权利要求所覆盖。

Claims (15)

1.一种用于抑制在酸条件下引起垢/沉积物的矿物质的形成和粘着的方法，其中矿或其它材料在消化工艺中与溶液结合以反应形成浆料，所述浆料经过纯化工艺以形成流，其中，抑垢组合物在生产工艺中从消化开始的任何点加入。
2.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物在消化前或消化期间被另外加入。
3.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物被另外加入所述浆料中。
4.如权利要求1的方法，其中所述生产工艺包括蒸发工艺，其中所述抑垢组合物在所述蒸发工艺前和/或所述蒸发工艺期间被加入所述流中。
5.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物在从酸性溶液中引起垢的矿物质形成的工艺的任何阶段前或期间被加入。
6.如权利要求1的方法，其中所述溶液为酸。
7.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物为有机磷酸酯、膦酸酯、无机磷酸盐、聚羧酸盐均聚物或共聚物的一种或它们的组合。
8.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物以0.1至5000ppm加入。
9.如权利要求1的方法，其中所述抑垢组合物以0.1至100ppm加入。
10.如权利要求1的方法，其中所述其它材料为来自屠宰场的工业生产流、碱金属熔炼的副产物或工业酸废料。
11.一种用于抑制在酸条件下引起垢/沉积物的矿物质的形成和粘着的方法，其中矿在消化工艺中与溶液结合以反应形成浆料，所述浆料经过固体/液体分离工艺以形成流，其中，抑垢组合物在生产工艺中消化之前的任何点加入。
12.如权利要求11的方法，其中所述矿在与所述溶液结合前被选矿。
13.如权利要求11的方法，其中所述溶液为酸性。
14.如权利要求11的方法，其中所述抑垢组合物为有机磷酸酯、膦酸酯、无机磷酸盐、聚羧酸盐均聚物或共聚物的一种或它们的组合。
15.如权利要求11的方法，其中所述抑垢组合物在引起垢的矿物质从酸性溶液中形成的工艺的任何阶段前或期间被加入。
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