用于处理含碳浆料的设备制造技术

一种用于处理含碳浆料的设备，包括：至少一个闪蒸罐(10)，所述闪蒸罐具有至少一个入口导管(2)，该入口导管用于引入经由浆料供应管(1)提供的未处理和/或部分处理的浆料，用于向所述浆料中引入含氧气体的包含阀门(4)的气体供应管(3)，用于从蒸气/气体混合物中分离水的至少一个冷凝器(30)，用于从至少一个闪蒸罐(10)排出蒸气/气体混合物并将蒸气/气体混合物引向所述至少一个冷凝器(30)的气体出口管(20)，至少一个温度传感器(40)和一个压力传感器(41)，用于关闭所述阀门(4)的控制单元(5),其中温度传感器(40)和压力传感器(41)位于所述至少一个冷凝器(30)的下游。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理含碳浆料的设备
本技术涉及一种用于处理通常由上游氧化铝生产过程产生的含碳浆料(carbonaceousslurry)的方法和设备，特别包括如下步骤：在150℃至350℃的温度和高于相关沸点的压力下将含氧气体注入所述浆料从而导致主要包含水、氧气、氮气和氢气的蒸气/气体混合物，确定所述蒸气/气体混合物中水蒸气的体积分数，以及如果所述蒸气/气体混合物中的水蒸气的体积分数低于0.84则停止注入含氧气体，优选富氧气体或纯氧。
技术介绍
在用于处理含碳浆料的方法中，在升高的温度和压力下通过氧化剂无焰地燃烧(即氧化)含碳分子，所述氧化剂是例如以空气或纯氧形式包含的氧气，这通常称为湿氧化并且描述于US2,665,249中。认为当充当氧化剂时，氧不再处于气相。它首先溶解到液体中并且氧化。典型地，氧以亚化学计量和低于溶解度的方式供应。目的是避免废气中过量的O2成为氧化物质。与限制含碳物质含量的其他方法相比，湿氧化是产生基本上清洁的液相的非常能量有效和成本有效的方法。对湿氧化过程化学的现代理解是双自由基氧通过与水和/或含碳分子的反应而开始自由基反应。湿氧化的常见问题是经由氢原子和水分子的重组形成单质氢和OH-自由基，作为副产物的氢气产生增加。即使在所产生的少量氢气中，也可能与气相中可能存在的任何氧气形成爆炸性混合物，其中该混合物在湿氧化过程所需的高温和高压下容易点燃。为了解决这个问题，Arnswald("RemovaloforganiccarbonfromBayerliquorbywetoxidationintubedigesters",LightMetals1991,23-27页)已建议测量湿氧化过程中产生的气体中的氧气含量。由于在高于300℃的典型工艺温度下氧气含量在3到97体积％之间时，氢气和氧气的混合物是爆炸性的，因此Arnswald建议在氧气含量超过3体积％时关停该湿氧化过程。另一方面，含有物类水蒸气、氢气和氧气的气体混合物不是爆炸性的，只要水蒸气、氢气和氧气的混合物中的水蒸气含量超过0.84的体积分数即可。在湿氧化过程中存在的高温和压力下难以确定气流中的水含量，这就是为什么氧气含量被Arnswald用作参考的原因。使用氧气含量作为爆炸性混合物的参考，预计在要分析气体的提取和爆炸性氢气/氧气混合物的检测之间的停滞时间高达90秒，因为在通过该过程下游的分析仪分析氧气含量之前，对蒸气/气体混合物进行提取和精制。已经进行了若干努力以减少所述形成的检测时间，所有这些都使用氧气含量作为参考。其中一个主要优点是氧气检测器易于获得。本技术的目的是减少在湿氧化过程中检测爆炸性氧气/氢气混合物的停滞时间(deadtime)，以及降低投资成本和维护要求并改善所用工序的可靠性。
技术实现思路
具体而言，本技术提供了一种处理含碳浆料的方法，该含碳浆料例如通过上游氧化铝生产过程产生。通过在150℃至350℃(优选150至300℃)的温度和高于各自沸点的压力下将含氧气体(优选氧气含量>20体积％的富氧气体)注入所述浆料中，获得至少包含水和氢气的蒸气/气体混合物。这是由于含碳分子的分解导致通过副反应形成水和氢气。在所述的过程中，氧气可能是无处不在的，因为它被大量引入。然而现有技术利用氧气传感器来确定蒸气/气体混合物中的氧气含量，但本技术提出了确定所述蒸气/气体混合物中的水的体积分数。如果水的体积分数低于0.84(优选0.9)，则立即停止注入含氧气体，这可防止爆炸性氧气/氢气混合物的进一步形成。根据本技术，如下确定蒸气/气体混合物中水的摩尔分数：在该过程的任何过程点处测量的水蒸气和不可冷凝物(NC)如氢气和氧气的混合物的压力代表该混合物的绝对压力，其由水蒸气和不可冷凝物的分压之和组成。测量给定过程点处的绝对压力和温度允许确定以下内容：·使温度和压力(通过水和蒸气的IAPWS配方)相互联系以获得纯水和饱和蒸气相，在给定过程点处测量的温度是与该过程点处的蒸气/不可冷凝物混合物中的饱和蒸气的分压对应的温度。经由IAPWS配方，可以计算相应的饱和压力Ps。·知道了水蒸气/不可冷凝物混合物(NC)的绝对压力P和该混合物中蒸气分数的分压Ps，允许计算该混合物中的不可冷凝物的摩尔分数XNC(＝体积份额)：化合物的体积分数定义为给定体积中所述化合物的量除以相应混合物中所有成分的总量。图1显示了通过温度/压力测量分别检测爆炸性蒸气/气体混合物。因此，如果蒸气/气体混合物的水含量高到足以防止爆炸性混合物的形成，则上游工艺步骤中的水含量将高于蒸气/气体混合物中的水的体积分数的临界极限0.84，优选0.9。换而言之，蒸气/气体混合物中的水含量偏离其中发生湿氧化的上游工艺步骤中的水含量。因此，连续且立刻地确定蒸气/气体混合物中的水的体积分数允许减少爆炸性氧气/氢气混合物的形成和检测之间的停滞时间。然而，清除N气体(可能含有氧气)将仍需要与O2检测行程同样长的时间。为了避免停滞时间，有必要对O2和分压同时进行。使用蒸气/气体混合物的温度和压力来确定特定测量点处的水的体积分数。所述确定基于以下事实：在湿氧化过程的每个点，获得水饱和的气相。换而言之，观察到冷凝(液体)水和水蒸气之间的动态平衡。对于纯(100体积％水)相，该平衡由水蒸气压饱和曲线描述。然而，湿氧化过程中的水饱和气相还含有不可冷凝的气体，例如氢气和氧气。由于这些不可冷凝的气体的存在，冷凝水和气态水之间的平衡被“扭曲”，使得饱和水混合物的温度不再与绝对压力相关，而是与水的分压相关，然后该分压允许量化水的体积分数或摩尔分数。换而言之，不可冷凝气体的存在导致如果与纯水相的预期温度相比而言更低的实测温度。因此，根据本技术使用温度和压力传感器。由于需要这些传感器来控制湿氧化过程参数，因此不需要另外的传感器。此外，温度和压力传感器非常坚固并且几乎不需要维护，整体工艺成本降低。优选地，水的摩尔分数是0.84至1.0，优选0.9至1.0，氧气的摩尔分数是0至0.16，且氢气的摩尔分数是0至0.16，并且其中蒸气/气体混合物的所有成分的摩尔分数之和为1。通过上述程序确定水的摩尔分数。图2示出了在给定系统压力下测量的温度差异，水-蒸气混合物中的水蒸气分数为0.84。优选地，在分离大部分的水之后测量蒸气/气体混合物的温度和压力，例如，经由冷凝器蒸气/气体混合物中的冷凝。作为直接的安全机制，在所确定的水蒸气分数过低的情形中，可以停止水的冷凝，同样可停止含氧气体的引入。停止的冷凝增加了冷凝器下游的水含量，因此进一步防止在冷凝器下游形成爆炸性氢气/氧气混合物。在另一个优选的实施方案中，将化学惰性气体(例如氮气)添加到从至少一个闪蒸罐中移出的蒸气/气体混合物中。这可以在闪蒸罐之后直接进行。然而，特别优选在水分离的下游提供入口，因为水分离促进爆炸性混合物的形成。化学惰性气体的添加进一步提供了一种工序，其能够非常快速地(即在小于30秒内)将氢气/氧气混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理含碳浆料的设备，包括：/n至少一个闪蒸罐(10)，所述闪蒸罐具有至少一个入口导管(2)，该入口导管用于引入经由浆料供应管(1)提供的未处理和/或部分处理的浆料，/n用于向所述浆料中引入含氧气体的气体供应管(3)，该气体供应管包含阀门(4)，/n至少一个冷凝器(30)，用于从蒸气/气体混合物中分离水，/n用于从至少一个闪蒸罐(10)排出蒸气/气体混合物并将蒸气/气体混合物引向所述至少一个冷凝器(30)的气体出口管(20)，/n用于确定所述蒸气/气体混合物的温度的至少一个温度传感器(40),和用于确定所述蒸气/气体混合物的压力的一个压力传感器(41)，和/n用于关闭所述阀门(4)的控制单元(5),/n其中温度传感器(40)和压力传感器(41)位于所述至少一个冷凝器(30)的下游。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理含碳浆料的设备，包括：
至少一个闪蒸罐(10)，所述闪蒸罐具有至少一个入口导管(2)，该入口导管用于引入经由浆料供应管(1)提供的未处理和/或部分处理的浆料，
用于向所述浆料中引入含氧气体的气体供应管(3)，该气体供应管包含阀门(4)，
至少一个冷凝器(30)，用于从蒸气/气体混合物中分离水，
用于从至少一个闪蒸罐(10)排出蒸气/气体混合物并将蒸气/气体混合物引向所述至少一个冷凝器(30)的气体出口管...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯卡塞拉，R·布里吉，B·施特格曼，V·哈特曼司徒但特，
申请(专利权)人：奥图泰芬兰公司，
类型：新型
国别省市：芬兰;FI