使用铝盐溶液除去含氟污垢制造技术

通过使金属表面与包括水合物内的无机酸盐水溶液接触，可以从如钛、钛合金、镍合金和不锈钢的金属表面除去含氟污垢。盐的阳离子部分可以是铝、铁或其混合物。盐的阳离子部分可以是氯、硝酸根、硫酸根或其混合物。接触是在不加入如盐酸、硝酸、或硫酸的情况下进行的。溶有含氟污垢的盐水溶液的存在不会加速或提高没有盐水溶液或酸性清洗剂存在时的金属的正常腐蚀速度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从金属表面除去污垢，特别是从金属表面除去含氟污垢。现有技术描述当煤或含灰有机物在高压、高温部分氧化急冷气化系统中气化时，灰份通常分为粗炉渣、细炉渣颗粒以及水溶性灰组分。在系统中，水用于浆化进料煤、急冷热的合成气、急冷热的炉渣副产物。水还用于从合成气中洗涤颗粒物质、协助将炉渣副产物从气化器中排出。在蒸发器管上形成的氟化钙和氟化镁污垢通常使用如硫酸、盐酸和硝酸等无机酸化学法除去。当使用硫酸除去污垢时，有时会产生CaSO4沉淀。用酸清洗含氟污垢时，会在清洗溶液中形成腐蚀性氢氟酸，某些金属和合金，如钛、镍、不锈钢等会被氢氟酸严重腐蚀。存在于溶液中的氟离子(F-)破坏了在金属上形成的氧化物保护膜，使钛、铁和镍离子溶解在酸性溶液中。因此，在工艺设备中仅仅使用酸化学清洗含氟污垢是不实用的。另外，还应指出，可以使用二乙胺四乙酸除去含氟污垢。可以用机械方法除去污垢，如锤或水力清理来破碎或冲击。然而，化学清洗是优选的，也是更彻底的，因为能溶解和除去水力清理喷嘴不能达到的地方的污垢。因此，希望从由钛或不锈钢构成的设备上化学溶解含氟污垢。钛和不钢通常用在废水处理工业上，特别是用于制成废水蒸发器。现有技术文献中也提出了不锈钢、镍合金和钛合金制成的工艺设备中的氢氟酸腐蚀问题。Koch G.H.在除氯化物之外的卤化物的局部腐蚀(“Localied Corrosion in Halides Other Than Chlorides”)环境影响(Environment Effects)，(1993年6月)中公开了铁和铝离子能抑制腐蚀。人们还对水溶液在烟道气脱硫洗涤塔内的影响和它们的腐蚀性进行了研究。这些溶液含有氯化物、氟化物和硫酸盐，其pH值较低，如氟含量为4800mg/kg，pH值为1。加入含有有意义量硅、铁、和铝的飞灰材料可以抑制钛在腐蚀性氟化物的溶液中的腐蚀。还发现，如果向含有10,000mg/kg氯化物和1,000mg/kg氟化物的溶液中加入10,000mg铝/kg(以硫酸盐的形式加入)，则溶液对钛不再具有腐蚀性。专利技术概述通过使金属表面与包括水合物内的无机酸盐水溶液接触，可以从如钛、钛合金、镍合金、不锈钢的金属表面除去含氟污垢。盐的阳离子部分可以是铝、铁或其混合物。盐的阴离子部分可以是氯、硝酸根、硫酸根或其混合物。接触是在不加入如盐酸、硝酸、或硫酸的情况下进行的。溶有含氟污垢的盐水溶液的存在不会加速或提高没有盐水溶液或酸性清洗剂存在时的金属的正常腐蚀速度。实施方案的详细描述为了节约水，气化系统的操作单元要求循环过程中的水，通常是经过净化处理后，如在沉降器中除去细的颗粒炉渣或称为“细渣”。因为气化反应要消耗水以产生合成气中的氢气，所以，通常不需从系统中除去水以防止积累。然而，必须从系统中以排放废物流的形式排出一部分废水，或叫含水废液、灰水，或排出污水，以防止积累过量的腐蚀性盐，特别是氯盐。如下面的表1所示，从气化系统中排放的废水的组成相当复杂，其中的数据来自美国东部的高氯煤的气化过程。由于原料中具有相对高含量的氯，所以废水中的主要成分是氯化铵。表1东部高氯煤的灰含量 灰份中的某些物质是部分水溶性的，也就是说，一部分残留在固体炉渣或灰渣中，一部分溶解在水中。例如，钠和钾化合物以其离子形态溶解水中，并以如钠的矿物形式保留在固体中。硼化合物以硼酸和硼酸盐的形式溶解在水中，并以氧化硼矿物的形式保留在固体中。铝、硅、钙和镁化合物基本上不溶于水，氟化合物也基本上不溶于水。因为从气化系统排出的废水含有盐和潜在对环境有害的成分，必须在排放前进行处理。处理废水以除去各种污染物从某种意义上是复杂而昂贵的，所以需要有一种更经济的方法来处理废水。在一定条件下蒸馏废水或盐水以从废水中回收相对纯的水是一种有效而经济的方法。合适的蒸馏气化废水的方法包括降膜蒸发和强制循环蒸发。本专利技术提供了一种从蒸发器金属表面和任何其它设备表面除去含氟污垢的方法。在降膜蒸发过程中，主系统换热器是立式的。要蒸发的盐水从换热器管的顶部引入，从底部排出。盐水从换热器管下方的盐水池中泵送到管的顶部。盐水在管的内壁以薄膜形式通过管下降并接受热量，因此，含有的水被蒸发并形成蒸汽，而盐水下降。盐水和蒸汽混合物从换热器管的底部排出并进入盐水池中，水蒸汽和浓缩的液体在这里分离。蒸汽从盐水池的顶部排出。残留的液体盐水在盐水池中收集，并经泵循环到换热器管的顶部。蒸汽可以被冷凝形成蒸馏水，可以循环到气化系统中。进料水，如气化系统的排出废水可以连续地加入到盐水池中。浓缩的盐水可以连续地排出，进行结晶和回收其中含有的浓缩盐。在强制循环蒸发中，主系统的热器是卧式的，液体盐水泵入管中，而蒸汽在换热器的壳侧引入以加热盐水。盐水在通过管时并不沸腾，因为管中有足够的压力以防止沸腾。热盐水从换热器管中排出向上传送到换热器上方的盐水池中。当盐水向上走时，压力下降，热盐水形成浓缩盐水和蒸汽的两相混合物。当两相混合物进入盐水池时，水蒸汽与盐水分离，并从盐水池排入冷凝器中，在冷凝器中水蒸汽冷凝形成蒸馏水。盐水经循环泵循环到蒸发器，一部分以排放盐水的形式排出，进行进一步的结晶和回收。与降膜蒸发器一样，进料水被添加到盐水池中或盐水循环管线中。尽管降膜蒸发和强制循环蒸发器能经济地用于蒸馏应用中，但其有效性取决于结垢和其在换热蒸发器表面积累的速度。从换热蒸发器表面除去污垢是非常重要的，因为在设备表面结垢起绝缘的作用，必须定期除去以保证蒸发器有效地操作。污垢的组成列于下面的表2中，它是在气化灰水的蒸发过程中形成的，其中串联使用降膜和强制循环蒸发器。主要的污垢是氧化硅(SiO2)、氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)。表2排出污水蒸发中形成的管垢和池垢的组成 按照本专利技术，通过使金属表面与包括水合物在内的无机酸盐的水溶液接触，可以从如钛、钛合金、镍合金、不锈钢的金属表面除去含氟污垢。盐的阳离子部分可以是铝、铁或其混合物。盐的阴离子部分可以是氯化物、硝酸根、硫酸根或其混合物。接触是在不加入如盐酸、硝酸、或硫酸的酸的情况下进行的。溶有含氟污垢的盐水溶液的存在不会加速或提高没有盐水溶液或酸性清洗剂存在时的金属的正常腐蚀速度。优选的盐是由氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、它们的水合物以及其混合物组成的铝盐溶液。当要处理的设备是部分氧化气化系统的一部分时，硝酸铝是优选的铝盐，因为用过的溶液可以返回到气化系统，对气化器的进料的冲击最小。硝酸铝盐中的硝酸根变成了合成气如N2、NH3或CO的一部分。与此相反，氯化铝以氯化铵的形式向进料中加入了氯化物，硫酸铝在蒸发器中加了硫和硫酸钙沉淀。尽管无机酸的铁盐也能用于溶解含氟污垢，以摩尔量为基础进行比较，但对于溶解含氟污垢和抑制钛在酸性溶液中被氟化物腐蚀方面不如铝盐有效。无机酸水溶液的浓度应为约1％-约40％，优选为约15％-约20％，温度为约32°F-约212°F。当盐溶液被加热到约100°F-约212°F，优选约175°F-约212°F时，从速度和溶解量来看，盐溶液更加有效。在比较实验中，在100°F下污垢在90分钟内溶解，在175°F下可以在1分钟内溶解。无机盐水溶液与污垢表面接触足够长的时间以溶解或除去含氟污垢，通常是约30分钟至约24小时，优选1小时至3小时。可以使用无机盐溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从金属表面除去含氟污垢的方法，包括使金属表面与足够量的包括水合物在内的无机酸盐水溶液接触，以溶解含氟污垢，其中盐的阳离子部分选自铝、铁和其混合物，盐的阴离子部分选自氯、硝酸根、硫酸根和其混合物，所述接触是在不加入酸的情况下进行的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GH韦伯斯特，B冯克洛克，
申请(专利权)人：德士古发展公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]