本发明专利技术提供了用于抑制拜耳工艺设备的料液回路中的DSP垢积累的方法和组合物。所述方法包括向料液流体回路中添加一种或更多种基于GPS‑表面活性剂的小分子。这些垢抑制剂减少了DSP垢形成，由此增加了流体通过量，增加了拜耳工艺设备可以运行的时间的量并减少了对拜耳工艺设备昂贵且危险的酸洗涤的需求。因此，本发明专利技术使运行拜耳工艺的总成本显著降低。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于改进多种工业工艺流中垢的处理和抑制的组合物、方法和装置，特别是某些基于表面活性剂的小分子，已发现所述小分子在处理拜耳工艺流中的硅铝酸盐垢方面特别有效。如在美国专利6,814,873(其内容通过引用整体并入)等中所描述的，拜耳工艺被用于从铝土矿矿石制造氧化铝。该工艺使用苛性碱溶液从铝土矿中提取可溶性氧化铝值。在从铝土矿中溶解氧化铝值并从工艺流中移除不溶性废料之后，使可溶性氧化铝析出为固体三水合氧化铝。然后将称为“料液”和/或“废液”的残留苛性碱溶液再循环回到该工艺的较早阶段中并用于处理新鲜铝土矿。由此形成了流体回路。出于本申请的目的，本说明书定义了术语“料液”。然而，料液在流体回路中的再循环具有其自身的复杂性。铝土矿通常包含多种形式和量的二氧化硅。一些二氧化硅是非反应性的，因此其不溶解并在拜耳回路内保持为固体物质。另一些形式的二氧化硅(例如粘土)是反应性的，并且在添加到拜耳工艺料液中时溶解在苛性碱中，从而增加了料液中的二氧化硅浓度。随着料液反复流经拜耳工艺的回路，料液中的二氧化硅浓度进一步增加，最终到达二氧化硅与铝和苏打反应形成不溶性硅铝酸盐颗粒的点。观察到至少两种形式的硅铝酸盐固体：方钠石和钙霞石。这些和其他形式的硅铝酸盐通常称为并且出于本申请的目的定义为术语“脱硅产物”或“DSP”。DSP可以具有3(Na2O·Al2O3·2SiO2·0-2H2O)·2NaX的式，其中X表示OH-、Cl-、CO32-、SO42-。由于DSP具有逆溶解度(在较高温度下析出增加)并且其可以析出为硬质不溶性结晶固体的细垢，所以其在拜耳工艺设备中的积累是成问题的。随着DSP在拜耳工艺管道、容器、换热设备和其他工艺设备中的积累，其形成流动瓶颈和障碍并且可不利地影响料液通过量。此外，由于其导热特性，换热器表面上的DSP垢降低了换热器的效率。这些不利影响通常通过除垢方案来解决，所述除垢方案包括使工艺设
备离线以及通过物理或化学方式处理并移除垢。该类型方案的后果是关键设备不可忽略且经常的停工时间周期。另外，作为除垢过程的一部分，常常采用危险的浓酸(如硫酸)，这构成了不期望的安全危害。拜耳工艺操作者管理料液中二氧化硅浓度累积的另一种方式是有意地使DSP析出为游离晶体而不是垢。通常，拜耳工艺中的“脱硅”步骤用于通过使二氧化硅析出为作为游离析出物的DSP来降低溶液中的二氧化硅浓度。虽然这样的脱硅降低了料液中的总二氧化硅浓度，但是将所有二氧化硅从溶液中全部消除是不切实际的，而且改变回路多个部分中(例如，换热器中)的工艺条件可引起DSP的溶解度变化，导致随后析出为垢。先前对控制和/或减少拜耳工艺中的DSP垢的尝试包括添加聚合物材料，所述聚合物材料包含与一个硅原子键合的三个烷氧基，如美国专利6,814,873B2，美国公开申请2004/0162406A1、2004/0011744A1、2005/0010008A2，国际公开申请WO 2008/045677A1，以及由DonaldSpitzer等人发表的文章Max HTTM Sodalite Scale Inhibitor:Plant Experience and Impact on the Process,第57至62页,Light Metals 2008,(2008)中所描述的，其内容都通过引用整体并入。然而，这些三烷氧基硅烷接枝的聚合物的制备和使用可涉及不期望程度的黏度，使得聚合物在拜耳工艺料液中的处理和分散成问题。解决污垢累积的另一些先前的尝试在美国专利5,650,072和5,314,626中进行了描述，其二者通过引用整体并入。因此，虽然拜耳工艺操作者可使用一系列方法来解决和控制DSP垢形成，但是对于防止或减少拜耳工艺设备上的DSP垢形成的改进方法存在明确的需求和用途。除非明确指出，否则在这部分所述的技术不旨在承认本文所提及的任何专利、公开或其他信息相对于本专利技术为“现有技术”。此外，这部分不应被解释为意味着已经做出检索或者没有如37CFR§1.56(a)中限定的其他相关信息存在。
技术实现思路
为了满足上述长期意识到但仍未解决的需求，本专利技术的至少一个实施方案涉及用于减少拜耳工艺中的硅质垢的方法，包括以下步骤：向拜耳料液中添加硅铝酸盐垢减少量的由以下物质反应产生的非聚合反应产物：a)表面活性剂和b)GPS。非聚合反应产物可为由还包含如下一种物质的物质反应产生的产物，所述一种物质选自由以下中至少之一组成的组：疏水物、胺型粘合剂、环氧型粘合剂，及其任意组合。GPS可为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。表面活性剂可为选自以下中的一种：乙氧基化脂肪醇、乙氧基化脂肪胺、脂肪胺、G12A7、G12A4、G17A3、G9A6、G9A8、18M20、18M2、16M2、DPD、OPD、OLA，及其任意组合。环氧型粘合剂可为根据式(I)、(II)的分子，及其任意组合：疏水物可为C8-C10脂族缩水甘油醚。反应产物的分子量可小于500道尔顿。反应产物可为根据图1、图2中示出的式，和/或可为产物P、产物U和/或产物HS。反应产物可至少部分地根据选自以下的方法之一形成：方法I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII和XIII，及其任意组合。胺型粘合剂可为选自以下中的一种：四亚乙基五胺和乙二胺。本文中描述了另外的特征和优点，所述另外的特征和优点通过以下的详细描述将变得明显。附图说明下文中具体参照附图对本专利技术的详细描述进行了描述，在附图中：图1是反应产物X的式的图示。图2是反应产物BB的式的图示。图3是本专利技术中使用的式的类型的第一个表。图4是本专利技术中使用的式的类型的第二个表。图5是本专利技术中使用的式的类型的第三个表。图6是本专利技术中使用的式的类型的第四个表。图7是证明本专利技术效果的SEM(扫描电子显微镜)分析的图示。出于本公开内容的目的，除非另有说明，否则附图中相同的附图标记应当指相同的特征。附图仅为本专利技术的原理的例示，而不旨在将本专利技术限制于所示的特定实施方案。具体实施方式提供以下定义以确定应如何解释本申请中所使用的，并且特别是权利要求中所使用的术语。提供所述定义仅是为了方便起见并且不旨在将任何定义限制于任何特定类别。“聚合物”意指包含基本重复的结构单元的化合物，每个所述结构单元含有两个或更多个原子。虽然许多聚合物具有大于500的大分子量，但是一些聚合物(如聚乙烯)的分子量也可以小于500。聚合物包括共聚物和均聚物。“小分子”意指包含基本上不重复的结构单元的化合物。因为低聚物(具有超过10个重复单元)和高聚物基本上由重复结构单元组成，所以它们不是小分子。小分子的分子量可以高于和低于500。术语“小分子”与“聚合物”是互斥的。“污垢”意指在制造和/或化学工艺运行期间积累在设备上的沉淀物质，其可能是不期望的并且可能损害工艺的成本和/或效率。DSP是污垢的一种类型。“胺”意指包含一个或更多个氮原子且具有至少一个仲胺或伯胺基团的分子。根据该定义，单胺如十二烷基胺、二胺如己二胺、以及三胺如二亚乙基三胺都是胺。“GPS”是缩水甘油醚氧基烷基三甲氧基硅烷，包括3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，GPS的一种可能的式可以由以下结构表示：“乙氧基化醇本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于减少拜耳工艺中包含硅铝酸盐的垢的方法，包括：向拜耳料液中添加硅铝酸盐垢减少量的由以下物质反应产生的非聚合反应产物：表面活性剂，和GPS。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.09 US 14/151,3681.一种用于减少拜耳工艺中包含硅铝酸盐的垢的方法，包括：向拜耳料液中添加硅铝酸盐垢减少量的由以下物质反应产生的非聚合反应产物：表面活性剂，和GPS。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述非聚合反应产物由还包含如下一种物质的物质反应所产生，所述一种物质选自由以下中至少之一组成的组：疏水物、胺型粘合剂、环氧型粘合剂，及其任意组合。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述GPS是3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂是选自以下中的一种：乙氧基化脂肪醇、乙氧基化脂肪胺、脂肪胺、G12A7、G12A4、G17A3、G9A6、G9A8、18M20、18M2、16M2、DPD、OPD、OLA，及其任意组合。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述环氧型粘合剂是根据式(I)、式(II)的分子，及其任意组合：6.根据权利要求2所述的方法，其中所述疏水...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·尼古拉斯·乌尔巴尼，蒂莫西·拉，约翰·大卫·基尔德，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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