抑制腐蚀的方法以及氧化进料的方法技术

公开内容涉及抑制腐蚀的方法以及氧化进料的方法。这种方法的实施方式包括提供包含含磷材料、碱金属化合物、水和腐蚀抑制剂的进料流。该实施方式另外包括将进料流和氧化剂引入反应室并在大于约374℃的氧化温度和超过约25巴的氧化压力下氧化含磷材料，其中反应室具有包含当与反应器内的磷化合物接触时腐蚀的材料的内表面。该实施方式另外包括在反应器内使腐蚀抑制剂与磷选择性地反应，由此在反应室中沉淀含磷固体无机化合物。该实施方式还包括在反应室中形成碱性盐熔体并从反应室带走包含固体含磷无机化合物和碱性盐熔体的混合物。

【技术实现步骤摘要】
抑制腐蚀的方法以及氧化进料的方法
所公开的技术总体涉及水热处理中的腐蚀抑制，并且更具体地涉及配置用于腐蚀性材料(诸如含杂原子的有机废物)的水热氧化的反应室内的腐蚀抑制。
技术介绍
日益增加的公共卫生问题继续推动旨在提供更清洁和更安全的环境的新立法和法规标准。特别是，对环境有害的有机废物的处理是一个不断增长的环境挑战，部分原因是日益增加的环境法规标准。例如，许多EPA(环境保护署)的目标要求将有机废物破坏到99.9999％的程度。然而，能够满足日益增加的法规标准的处理工艺往往难以实施和/或成本高昂。用于处理有机和有毒废物的传统技术包括吸附、焚烧和基于陆地的处置技术等。每种传统技术都有其优点和缺点。例如，传统的基于陆地的处置技术尽管可能产生较少的温室气体并且相对便宜，但却可能导致周围土壤和地下水的污染。因此，有越来越多的公众关注和监管反应不断限制或禁止基于陆地的处置技术。另外，尽管一些常规处置技术可能是环境可接受的，但它们在经济上可能不可行。例如，使用传统热能的许多技术(如焚烧)实施起来很昂贵，因为它们涉及将有机废物加热至非常高的温度(如超过900℃的温度，并且通常具有100％至200％的过量空气)。它们还涉及使用复杂的污染减排系统来管理不完全燃烧的产物以及产生的其它污染物。特别是对于含水废物，使废物的水组分达到焚烧温度所需的能量可能是巨大的。虽然对于具有较高有机物含量(如>25％)的含水废物，用于产生高温的热量可以由废物自身产生，但对于具有较低有机物含量的废物，满足能量平衡的补充燃料会使该工艺的成本过高。作为焚烧的替代，已提出使用湿式空气氧化(WAO)来处理含有机物的废物。含有机物的废物的WAO通常在150℃至350℃的温度范围和2MPa至20MPa的压力范围内进行。然而，许多化合物，如间二甲苯和乙酸在这些条件下耐氧化。此外，WAO通常无法达到根据政府法规要求的99.9％的破坏效率。为了解决这些问题，WAO工艺已经扩展到更高的温度和压力。例如，美国专利No.2,944,396公开了在湿式氧化反应器之后加入第二氧化阶段，其中积聚在第一阶段湿式氧化反应器的气相中的未氧化的挥发性可燃物在第二氧化阶段中被氧化，该第二氧化阶段在高于约374℃的水临界温度的温度下操作。高于其热力学临界点(即气-液平衡的极限)的温度和压力的物质被称为超临界流体。在此临界点以上，可能不会发生相变，并且该物质既不是液体也不是气体，而是均匀的超临界流体。美国专利No.4,292,953公开了一种改进的湿式氧化工艺，用于由煤和其它燃料发电，其中当燃烧释放热量时，反应混合物超过水的临界温度，工作压力为约69巴(1000psi)至约690巴(10,000psi)，跨越了亚临界和超临界水压范围。美国专利No.4,338,199公开了一种湿式氧化工艺，其已被称为超临界水氧化(SCWO)，因为氧化基本上完全发生在水的超临界温度(>374℃)和压力(>约3200psi或220bar)的条件下。已显示在500℃-650℃和250巴的SCWO能够使有机化合物快速和将近完全氧化。称为超临界温度水氧化(STWO)的相关工艺可以在更低的压力下为某些原料提供类似的氧化效力。这种工艺已经在美国专利No.5,106,513中描述，其利用600℃范围内的温度和25和220巴之间的压力。如果在约374℃至约800℃范围内的温度和高于约25巴的压力下进行，则以高含水量为特征的这些各种氧化工艺将在下文中统称为“水热氧化”(“HTO”)。下面将针对SCWO的具体情况描述HTO工艺的特性，尽管其它HTO环境将有许多共同之处。在SCWO工艺中发生的氧化相当于焚烧，因为有机废物中的碳和氢发生反应形成常规的燃烧产物，主要是CO2和H2O。然而，通过SCWO工艺处理含氯、硫和/或磷的有机废物会导致形成腐蚀剂。卤代烃可以反应形成强酸，例如氯代烃(CHC)可以反应形成HCl。与形成SO2的正常燃烧相反，SCWO中硫氧化的最终产物包括硫酸根部分SO4-2。类似地，磷氧化的SCWO产物包括正磷酸根(PO4-3)或偏磷酸根(PO3-)部分。已经认识到这些部分可导致强酸的形成，导致加工设备的酸腐蚀问题。Marrone和Hong研究了治理SCWO中腐蚀作用的各种方法(“CorrosionControlMethodsinSupercriticalWaterOxidationandGasificationProcesses”,P.A.MarroneandG.T.Hong,J.SupercriticalFluids,51(2)83-103,2009)。已经公开了通过形成盐来中和引起腐蚀的酸的途径，诸如添加碱性材料以中和酸并由此减少酸腐蚀。例如，在含氯、硫和磷的有机废物的SCWO加工过程中添加氢氧化钠导致形成钠盐，如NaCl、Na2SO4、NaPO3等，其通常比否则形成的酸腐蚀性低得多。然而，在减少腐蚀的同时，反应器中盐的形成造成严重的处理问题。盐在SCWO反应器条件下通常不可溶解，这会导致形成积聚在反应器和相关管道中的沉淀盐，其又会导致堵塞。该问题已被充分认识到，并且Marrone等人已经对处理SCWO中盐沉淀的各种方法进行了研究(“SaltPrecipitationandScaleControlinSupercriticalWaterOxidation-PartB:Commercial/Full-scaleApplications,”P.A.Marrone,M.Hodes,K.A.SmithandJ.W.Tester,J.SupercriticalFluids,29,289–312,2004)。除了反应器堵塞的问题之外，碱的添加并不能完全消除腐蚀问题，因为所产生的盐仍具有一定的腐蚀性。因此，即使当添加碱时，SCWO反应器的内表面通常由耐腐蚀材料诸如镍基合金、钛、陶瓷或甚至贵金属(参见如美国专利Nos.5,527,471和5,545,337)制成。钛已被证明是用于制造SCWO反应器衬里和内部件的特别有用的材料。它比贵金属便宜得多，陶瓷脆性小，仅产生无害的腐蚀产物二氧化钛，并且比许多材料更耐卤化物和硫酸盐的腐蚀。然而，钛容易受到酸和盐两种形式的磷的侵袭，并且在这种应用中经常被用作牺牲部分。日本专利JP2002001088(A)公开了多价阳离子诸如铁、铝、钙、镁和/或钡在防止磷腐蚀方面优于钠。尽管通过使用这些阳离子代替钠可以减少或消除磷腐蚀，但它们会形成引起反应器堵塞的固体。因此，仍然非常需要在处理进料材料(诸如有机废物)期间在水热系统中减少腐蚀同时避免盐堵塞的方法。
技术实现思路
现已发现，在水热处理材料(如有机废物)期间，水热系统中的腐蚀可通过添加选择性腐蚀抑制剂并结合在反应器内形成盐熔体得到缓解，同时能避免盐堵塞。通过适当选择腐蚀抑制剂和熔体形成组分的类型和量，可以减少或消除腐蚀和堵塞。在一个方面，一种在水热处理进料材料期间抑制水热系统中的腐蚀的方法包括提供水热反应器，该水热反应器具有在水热操作条件下易受腐蚀的内表面，如室壁，该水热操作条件包括大于约374℃的温度和大于约25巴的压力。该方法还包括向水热反应器引入包含进料材料的进料流，该进料材料包含在水热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在水热处理进料材料期间抑制水热系统中的腐蚀的方法，包括：提供水热反应器，所述水热反应器具有在水热操作条件下易受腐蚀的内表面，所述水热操作条件包括大于约374℃的温度和大于约25巴的压力；向所述水热反应器引入包含进料材料的进料流，所述进料材料包含在所述水热操作条件下对所述水热反应器的内表面具有腐蚀性的腐蚀剂；向所述水热反应器中引入腐蚀抑制剂，所述腐蚀抑制剂在所述水热操作条件下与所述腐蚀剂反应以形成不溶性无机化合物；向所述水热反应器中引入在所述水热操作条件下可有效形成盐熔体的量的熔体形成组分，所述盐熔体包含不溶性无机化合物；在所述水热操作条件下操作所述水热反应器一段有效处理所述进料材料的时间；以及从所述水热反应器中去除至少一部分所述盐熔体。

【技术特征摘要】
2017.06.05 US 15/613,6161.一种在水热处理进料材料期间抑制水热系统中的腐蚀的方法，包括：提供水热反应器，所述水热反应器具有在水热操作条件下易受腐蚀的内表面，所述水热操作条件包括大于约374℃的温度和大于约25巴的压力；向所述水热反应器引入包含进料材料的进料流，所述进料材料包含在所述水热操作条件下对所述水热反应器的内表面具有腐蚀性的腐蚀剂；向所述水热反应器中引入腐蚀抑制剂，所述腐蚀抑制剂在所述水热操作条件下与所述腐蚀剂反应以形成不溶性无机化合物；向所述水热反应器中引入在所述水热操作条件下可有效形成盐熔体的量的熔体形成组分，所述盐熔体包含不溶性无机化合物；在所述水热操作条件下操作所述水热反应器一段有效处理所述进料材料的时间；以及从所述水热反应器中去除至少一部分所述盐熔体。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述水热操作条件下操作所述水热反应器期间，与所述进料流接触的所述内表面的区域在所述操作期间以小于1密耳每小时的速率腐蚀。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腐蚀剂包含磷。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述腐蚀抑制剂包含镁(Mg)或钙(Ca)。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盐熔体包含钠盐的混合物。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述钠盐包含两个或更多个选自由Cl、S、F和P组成的组中的阴离子元素。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水热反应室的内表面包含钛(Ti)。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述进料材料是含有有机磷化合物的有机废物。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述腐蚀剂包含在所述水热操作条件下由所述有机磷化合物反应形成的含磷酸或盐。10.一种氧化进料材料的方法，包括：提供包含水、腐蚀抑制剂、磷化合物和熔体形成剂的进料流，所述熔体形成剂在大于约374℃的温度和超过约25巴的压力下形成碱金属盐熔体；将所述进料流和氧化剂引入反应室并在所述温度和压力下氧化所述进料流，其中，所述反应室具有内表面，所述内表面包含当与由所述反应室中所述磷化合物形成的含磷腐蚀剂接触时容易受腐蚀的材料；使所述腐蚀抑制剂与所述含磷腐蚀剂选择性地反应，从而在所述反应室中沉淀出固体含磷无机化...

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦·托马斯·洪，凯文·威廉·唐尼，
申请(专利权)人：通用原子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US