用于在安德盧梭法過程中減少濕度的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明為用于在安德盧梭法過程中減少濕度的裝置和方法，本文描述的所述的系統(tǒng)和方法解決錯誤流動控制、最優(yōu)反應(yīng)物氣體進(jìn)料比的損失，以及相關(guān)的在通過安德盧梭法的氰化氫制備過程中由反應(yīng)物進(jìn)料流氣體中的變化濕度帶來的低效率的問題。
【專利說明】用于在安德盧梭法過程中減少濕度的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請權(quán)利要求2012年12月18日提交的題為“用于在安德盧梭法過程中減少濕度的裝置和方法(APPARATUS AND METHOD FOR DECREASING HUMIDITY DURING AN ANDRUSSOffPROCESS)”的美國臨時(shí)專利申請系列號61 / 738,708的優(yōu)先權(quán)，其公開通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開針對用于由甲烷、氨和氧制備氰化氫(HCN)的安德盧梭法的濕度控制。
【背景技術(shù)】
[0004]安德盧梭法典型地將氨和甲烷氣體在氧和含鉬催化劑的存在下轉(zhuǎn)化為氰化氫(HCN)。反應(yīng)如下:
[0005]2NH3+2CH4+302 — 2HCN+6H20
[0006]除氰化氫之外，反應(yīng)器出口氣還含有多種副產(chǎn)物和未反應(yīng)的輸入氣體。
[0007]因?yàn)樗诜磻?yīng)過程中產(chǎn)生，并且因此存在于反應(yīng)器內(nèi)，人們可以預(yù)期小量的水至反應(yīng)物的加入將具有小的影響。然而，在安德盧梭法過程中，保持最優(yōu)的NH3 / O2和CH4 /O2比以確保該反應(yīng)有效地進(jìn)行。這種有效的反應(yīng)不僅有助于避免高水平副產(chǎn)物的產(chǎn)生，而且還避免可能導(dǎo)致爆炸的氣體混合物中的不平衡。當(dāng)輸入氣體的水含量變化時(shí)，這種控制被折衷。甲烷或氧源的水含量上出乎意料的改變可以出乎意料地改變這些氣體的流量，導(dǎo)致改變的NH3 / O2和CH4 / O2比，以及相關(guān)的低效率和潛在有問題的氣體比?？赡軐?dǎo)致降低的效率、降低的容量和/或降低的收率。例如，當(dāng)進(jìn)料至安德盧梭反應(yīng)器中的空氣的水含量變化時(shí)，氧的體積稍微變化，雖然變化小百分比。一些評估顯示:氣體混合物中濕度的減小或至少恒定的濕度水平可以將HCN輸出提高高達(dá)5%。
[0008]在以下文章中描述了 HCN制備的多個方面:Eric.L.Crump,美國環(huán)境保護(hù)署(U.S.Environmental Protection Agency),空氣質(zhì)量計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)辦公室(Office ofAir Quality Planning and Standards),對于所提出的氰化物制備的經(jīng)濟(jì)影響分析NESHAP(Economic Impact Analysis For the Proposed Cyanide Manufacturing NESHAP)(2000 年 5 月)，在 http://nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi ? Dockey=PlOOAHGl.PDF 在線可得，涉及HCN的制備、最終使用和經(jīng)濟(jì)影響；N.V.Trusov，硫化合物和甲烷的高級同系物對通過安德盧梭法的氰化氫制備的影響(Effect of Sulfur Compounds and HigherHomologues of Methane on Hydrogen Cyanide Production by the Andrussow Method),Rus.J.0f Applied Chemistry,第 74 卷,第 10 期,第 1693-97 頁(2001)涉及天然氣的不可避免組分，如硫和甲烷的高級同系物對通過安德盧梭法的HCN制備的影響；清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)執(zhí)行理事會(Clean Development Mechanism(CDM)Executive Board),聯(lián)合國氣候變化框架公約(United Nations Framework Convention on Climate Change) (UNFCCC),清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件表格(Clean Development Mechanism Project Design DocumentForm) (CDM PDD)，第 3 版，(7 月 28 日，2006),在 http: / / cdm.unfccc.1nt / Reference /PDDs Forms / PDDs/PDD form04v032.pdf在線可得，涉及HCN通過安德盧梭法的制備；以及Gary R.Maxwell等,在氰化氫制備技術(shù)的轉(zhuǎn)移中確保工藝安全性Assuring processsafety in the transfer of hydrogen cyanide manufacturing technology), J.0fHazardous Materials,第 142 卷,第 677-84 頁(2007)涉及 HCN 的安全制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]與在安德盧梭法過程中具有過多的和/或可變的水含量的反應(yīng)物氣體相伴隨的問題可以通過在進(jìn)入至安德盧梭反應(yīng)器中之前調(diào)節(jié)一種或多種反應(yīng)物氣態(tài)進(jìn)料流中的至少一種的濕度解決。問題的至少一些涉及如上所述的反應(yīng)物氣體比例上的不可預(yù)知的改變，并且涉及將氣體混合物加熱至反應(yīng)溫度所需要的能量上的變化。甚至水含量上的小的改變具有令人驚訝地大的效果。水具有比空氣、甲烷和氨更大的熱容。因此需要比加熱相等體積的空氣、甲烷或氨所需要的更多的能量加熱水。當(dāng)一些輸入氣體具有高濕度時(shí)，需要更多能量以將整個氣體混合物加熱至適合用于安德盧梭法的溫度。雖然可以使能量需要適合于適應(yīng)反應(yīng)物氣體濕度上的預(yù)期改變，但是未預(yù)期到的改變可以導(dǎo)致反應(yīng)器溫度上未預(yù)期到的改變。反應(yīng)器溫度上的這種波動降低轉(zhuǎn)化的效率，導(dǎo)致減少的HCN制備和副產(chǎn)物形成的傾向。此外，溫度波動可以是局部的，導(dǎo)致熱點(diǎn)和冷點(diǎn)。當(dāng)在催化劑材料中出現(xiàn)熱點(diǎn)時(shí)，催化劑可以被削弱并在那個點(diǎn)具有降低的催化劑功效。隨著時(shí)間過去，這種不恒定可以降低催化劑的壽命，導(dǎo)致更頻繁的用于清潔和部件替換的反應(yīng)器關(guān)閉。因此，反應(yīng)物氣體中小但是不可預(yù)知的量的水可以對與安德盧梭法相關(guān)的效率、產(chǎn)物收率和成本具有令人驚訝地大的影響(例如，當(dāng)空氣中的水含量改變導(dǎo)致NH3 / O2和CH4/02比改變小至0.003體積％時(shí)，HCN的收率可以改變1-2% )。
[0010]本文描述一種方法，所述方法用于產(chǎn)生氰化氫，所述方法包括:
[0011]a)調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量以產(chǎn)生一種或多種選自由以下各項(xiàng)組成的組的進(jìn)料流:水含量恒定的甲燒進(jìn)料流(methane consistent water contentfeedstream)、7_K含量恒定·的氨進(jìn)料流(ammonia consistent water content feedstream)和水含量恒定的含氧進(jìn)料流(oxygen-containing consistent water contentfeedstream);以及
[0012]b)使甲烷進(jìn)料流、氨進(jìn)料流和氧進(jìn)料流反應(yīng)從而產(chǎn)生氰化氫，
[0013]其中甲烷進(jìn)料流、氨進(jìn)料流或氧進(jìn)料流中的至少一種是水含量恒定的進(jìn)料流。
[0014]本文還描述了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0015]a)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器配置用于甲烷、氨和氧在含鉬催化劑的存在下的反應(yīng)；以及
[0016]b)至少一個濕度調(diào)節(jié)器，所述濕度調(diào)節(jié)器操作性連接至反應(yīng)器并配置為調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量以產(chǎn)生選自由以下各項(xiàng)組成的組的一種或多種進(jìn)料流:水含量恒定的甲烷進(jìn)料流、水含量恒定的氨進(jìn)料流和水含量恒定的含氧進(jìn)料流；
[0017]其中甲烷進(jìn)料流、氨進(jìn)料流或氧進(jìn)料流中的至少一種是水含量恒定的進(jìn)料流。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1示例一種用于安德盧梭法的系統(tǒng)的實(shí)例，所述系統(tǒng)包括一個或多個操作性連接至安德盧梭反應(yīng)器的濕度調(diào)節(jié)單元。濕度調(diào)節(jié)單元可以調(diào)節(jié)反應(yīng)物進(jìn)料氣體(A、B或C)中的水含量，之后使其進(jìn)入至安德盧梭反應(yīng)器中。
[0019]圖2A-2D示例用于安德盧梭法的示例性系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個或多個操作性連接至安德盧梭反應(yīng)器的濕度調(diào)節(jié)單元。濕度調(diào)節(jié)單元可以調(diào)節(jié)反應(yīng)物進(jìn)料氣體A、B或C中的水分含量。反應(yīng)物進(jìn)料氣體可以在進(jìn)入至濕度調(diào)節(jié)單元中之前通過檢測器。
[0020]圖3示例一種用于安德盧梭法的系統(tǒng)的實(shí)例，所述系統(tǒng)包括一個或多個操作性連接至安德盧梭反應(yīng)器的濕度調(diào)節(jié)單元。濕度調(diào)節(jié)單元可以調(diào)節(jié)反應(yīng)物進(jìn)料氣體(例如，含氧進(jìn)料)中或進(jìn)料氣體B和C的組合(例如，含氨和含甲烷的進(jìn)料的組合)中的水分含量。
[0021]圖4圖形示例氨至HCN的百分比轉(zhuǎn)化率(NH3轉(zhuǎn)化率，下線)和甲烷至HCN的百分比轉(zhuǎn)化率(CH4收率，上線)如何與含氧進(jìn)料流(例如空氣)的相對濕度相關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如本文描述的，與用于安德盧梭的反應(yīng)物氣體進(jìn)料中可變化的濕度(或水含量)水平伴隨的問題通過將一個或多個濕度調(diào)節(jié)單元結(jié)合至安德盧梭方法或制備系統(tǒng)中解決。濕度調(diào)節(jié)單元可以調(diào)節(jié)反應(yīng)物進(jìn)料氣體中的水分含量以產(chǎn)生具有用于在安德盧梭反應(yīng)器中使用可接受的恒定水含量的氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料流。
[0023]反應(yīng)物氣體進(jìn)料和進(jìn)料流
[0024]如上面指出的，安德盧梭反應(yīng)如下進(jìn)行: [0025]2NH3+2CH4+302 — 2HCN+6H20
[0026]反應(yīng)物氣體進(jìn)料流因此是氣態(tài)氨進(jìn)料流、氣態(tài)甲烷進(jìn)料流和氣態(tài)氧進(jìn)料流。
[0027]如本文所使用的，氣態(tài)“進(jìn)料流”是具有對于進(jìn)料至安德盧梭反應(yīng)器中可接受的恒定水含量的反應(yīng)物氣體。術(shù)語“進(jìn)料”是可以含有雜質(zhì)如水的氣態(tài)進(jìn)料流的氣態(tài)源。當(dāng)進(jìn)料成為進(jìn)料流時(shí)，不需要進(jìn)一步純化或水含量的調(diào)節(jié)。雖然購買時(shí)的進(jìn)料可以足夠純以成為進(jìn)料流，但是可能需要測試以確定進(jìn)料作為進(jìn)料流的可接受性。
[0028]如本文所使用的，水含量恒定的甲烷進(jìn)料流是指具有基本上恒定水含量的甲烷進(jìn)料流。
[0029]如本文所使用的，水含量恒定的氨進(jìn)料流是指具有基本上恒定水含量的氨進(jìn)料流。
[0030]如本文所使用的，水含量恒定的含氧進(jìn)料流是指具有基本上恒定水含量的含氧進(jìn)料流。
[0031]如本文描述的，通過濕度調(diào)節(jié)器調(diào)整至少一種進(jìn)料的水含量。在一些情況下，通過濕度調(diào)節(jié)器調(diào)整至少兩種進(jìn)料的水含量。在其他情況下，通過濕度調(diào)節(jié)器調(diào)整所有三種進(jìn)料的水含量。如下面的指出的，可以將進(jìn)料流組合，但如果將進(jìn)料分別地儲存和/或處理，可以有利于進(jìn)料組成的控制。
[0032]可以將這些反應(yīng)物氣體進(jìn)料中的一種或多種過濾以移除顆粒物質(zhì)，之后進(jìn)入至濕度調(diào)節(jié)器中或在反應(yīng)器中作為進(jìn)料流使用。例如，一種或多種氣體進(jìn)料可以在濕度水平的調(diào)節(jié)之前過濾。過濾器可以移除直徑至少約0.1微米，或直徑至少約0.3微米，或直徑至少約0.5微米，或直徑至少約I微米，或直徑至少約2微米，或直徑至少約5微米，或直徑至少約10微米的粒子。
[0033]這種進(jìn)料過濾器可以由多種材料制成。例如，過濾器材料可以是紡織的、無紡的、顆粒的，可以具有多種孔徑，并且過濾器材料的每單位面積或單位體積的孔的數(shù)目可以變化，例如，隨著要通過過濾器的空氣的體積而變化。
[0034]反應(yīng)物氣體進(jìn)料流不需要是100%純的，因?yàn)榘驳卤R梭反應(yīng)可以在一些其他氣體存在下進(jìn)行。
[0035]例如，氧進(jìn)料流可以是空氣、富集氧的空氣，或氧與非反應(yīng)性氣體如氮或氬的混合物。如本文所使用的，空氣安德盧梭法使用空氣作為氧進(jìn)料，并且這種空氣(氧)進(jìn)料具有大約20.95摩爾％氧。
[0036]富集氧的安德盧梭法使用具有約21摩爾％氧至約26%、27%、28%、29%或至約30摩爾％氧，如約22摩爾％氧，23%、24%或約25摩爾％氧的含氧進(jìn)料?？諝饪梢孕纬筛患醯倪M(jìn)料的余量。
[0037]氧安德盧梭法與空氣或富集氧的安德盧梭法不同之處在于，氧安德盧梭法使用具有約26摩爾％氧，27 %、28 %、29 %或約30摩爾％氧至約100摩爾％氧的含氧進(jìn)料。氧安德盧梭法可以使用具有約 35 摩爾％氧，40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或約100摩爾％氧的含氧進(jìn)料。
[0038]具有小于100摩爾％氧的含氧進(jìn)料可以通過下列方法產(chǎn)生:將空氣與氧混合，通過將氧與任意合適的氣體或氣體的組合混合，或?qū)⒁环N或多種氣體從含氧氣體組合物如空氣中移除。
[0039]使用富集氧的或氧安德盧梭法代替空氣安德盧梭法存在多個益處。有益地，通過使用富集氧的或氧安德盧梭法，在流出物流中可以產(chǎn)生比空氣安德盧梭法中更大比例的氫。同樣，在富集氧的或氧安德盧梭法中，在含氧進(jìn)料流中存在較少的非反應(yīng)性或雜質(zhì)材料，其減少所需的試劑在加入至反應(yīng)器之前的加熱成本，從而產(chǎn)生較少的廢棄能量。用于等量的HCN的制備，用于富集氧的或氧安德盧梭法的設(shè)備還可以比用于空氣安德盧梭法的設(shè)備更緊湊(更小)。
[0040]然而，富集氧的安德盧梭法或氧安德盧梭法可以具有在空氣安德盧梭法中未經(jīng)歷的多個問題。此外，隨著進(jìn)料氣體的氧濃度增加，問題放大。例如，富集氧的或氧安德盧梭法中的試劑由其他氣體如惰性氣體更少地稀釋。因此，富集氧的或氧安德盧梭法傾向于比空氣安德盧梭法以更濃縮的方式進(jìn)行。如此，富集氧的或氧安德盧梭法傾向于產(chǎn)生更高濃度的全部產(chǎn)物，包括副產(chǎn)物。因此，用于富集氧的或氧安德盧梭法的反應(yīng)器和相關(guān)設(shè)備使得雜質(zhì)更容易在系統(tǒng)中積累，所述雜質(zhì)在空氣安德盧梭法中采用的設(shè)備中可以更容易地吹出。更大的副產(chǎn)物積累速率可能導(dǎo)致腐蝕速率增加以及工藝的多個部分的更頻繁關(guān)閉和維護(hù)。可能由副產(chǎn)物積累、腐蝕和相關(guān)問題顯著地影響的設(shè)備包括，例如，一個或多個反應(yīng)器、一個或多個氨回收系統(tǒng)以及一個或多個HCN回收系統(tǒng)。因?yàn)楦患醯幕蜓醢驳卤R梭法中的試劑更濃縮，因此反應(yīng) 可能比空氣安德盧梭法對試劑的濃度上的變化更敏感。在試劑行進(jìn)通過催化劑時(shí)的試劑濃度上的局部變化可能導(dǎo)致催化劑床中的溫度變化，如熱點(diǎn)，這與空氣安德盧梭法比較可能降低催化劑的壽命，并且還需要另外的安全性控制以避免點(diǎn)燃或爆炸的問題。同樣，從富集氧的或氧安德盧梭法的流出物的熱傳遞可能比在空氣安德盧梭法中更困難，部分因?yàn)榱鞒鑫锉葘τ诳諝獍驳卤R梭法觀察到的更濃縮并且將這種濃縮的流出物冷卻至冷凝點(diǎn)可以增加如果流出物更稀不會觀察到的副產(chǎn)物形成的可能性。此外，富集氧的或氧安德盧梭法中試劑的濃度或流速上的變化可以導(dǎo)致與空氣安德盧梭法比較，方法的總效率上的更大差別。在富集氧的或氧安德盧梭法中，通常使用在空氣安德盧梭法中可能不需要的增加的安全性控制特征以避免氣體混合物的燃燒或爆炸。富集氧的或氧安德盧梭法對進(jìn)料氣體的熱(例如，BTU)值上的改變更敏感；因此，進(jìn)料流的組成中小的變化可能導(dǎo)致比對于空氣安德盧梭法中相似的進(jìn)料流組成將觀察到的在反應(yīng)器中更大的溫度波動。本發(fā)明可以提供這些問題的解決方案。
[0041]氧進(jìn)料可以具有一些有機(jī)物質(zhì)，但僅是小量的。例如，氧進(jìn)料可以具有小于1.0%有機(jī)物質(zhì)，或小于0.5%有機(jī)物質(zhì)，或小于0.3%有機(jī)物質(zhì)，或小于0.1 %有機(jī)物質(zhì)。這種有機(jī)物質(zhì)可以包括二氧化碳、一氧化碳、甲烷、含有1-4個碳的烷烴等。
[0042]甲烷進(jìn)料流可以包含一些雜質(zhì)，例如，低百分比的二氧化碳、氮、氧、具有1-4個碳原子的烷烴，以及它們的組合。然而，具有顯著百分比的雜質(zhì)的甲烷進(jìn)料流的使用可以導(dǎo)致含鉬催化劑的碳積累。再低百分比的高級烴，例如，在甲烷進(jìn)料流具有小于約96%甲烷并且存在高達(dá)約4%高級烴的情況下，可以導(dǎo)致一些碳積累，其降低HCN收率，并且如果繼續(xù)，催化劑結(jié)構(gòu)的實(shí)際物理分解。雖然用純甲烷進(jìn)料流出現(xiàn)小的碳積累，這種積累相對慢，收率和轉(zhuǎn)化率僅溫和地減少，并且催化劑可以持續(xù)數(shù)個月。
[0043]例如，甲烷進(jìn)料流不應(yīng)含有大于約2%體積/體積烷烴(除甲烷之外的)，和/或不大于約2%體積/體積二氧化碳，和/或不大于2%體積/體積的硫化氫，和/或不大于約3%體積/體積氮，和/或不大于約3%體積/體積水。例如，甲烷進(jìn)料流應(yīng)含有不大于約2重量％，或不大于約I重量％，或不大于約0.1重量％的乙烷，或丙烷，或其烯烴類似物，或其混合物。可以將雜質(zhì)通過可得的程序從甲烷進(jìn)料移除。
[0044]基本上純的甲烷是一般地可得的，在該情況下可以不需要調(diào)節(jié)甲烷進(jìn)料的濕度，因?yàn)樗呀?jīng)是適合用于安德盧梭法過程中的反應(yīng)的進(jìn)料流。這種基本上純的甲烷可以例如是包含至少約95%甲烷純度，或至少約99%甲烷純度，或至少約99.9%甲烷純度的甲烷的混合物。純化的甲烷進(jìn)料流可·能是適宜的，其具有小于IOOppm雜質(zhì)，或甚至小于IOppm雜質(zhì)。
[0045]可能出現(xiàn)當(dāng)基本上純的甲烷供給不可得的情況，或在甲烷成本十分昂貴的情況下，使用不純的甲烷進(jìn)料是有吸引力的。例如，甲烷可以由天然氣、生物甲烷(得自厭氧發(fā)酵)、合成甲烷，或可以含有C2、c3和高級烴(例如，乙烷、烯烴、丙烷、丙烯、環(huán)丙烷、丁烷、丁烯、異丁烷等)的其他甲烷源提供。在這些情形下，甲烷進(jìn)料可以經(jīng)歷純化步驟和/或濕度水平的調(diào)節(jié)。例如，雜質(zhì)如高級烴可以通過使用如下方法而移除:低溫方法、將二氧化碳或一氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的還原方法，以移除硫污染物的脫硫方法以及它們的組合。典型地在至少一些水含量的移除之后采用這些方法中的一些，如低溫方法。備選地，移除雜質(zhì)的方法(例如，低溫純化)可以產(chǎn)生具有顯著減少的水含量的甲烷進(jìn)料流。因此，為移除污染物的甲烷進(jìn)料的預(yù)純化可以包括水含量至恒定濕度水平的減少，所述恒定濕度水平可以低至約IOOppm,或約5ppm至約lOOppm。在這些情況下,不需要對甲燒進(jìn)料進(jìn)行其水含量的另外的調(diào)節(jié)。
[0046]氨進(jìn)料不需要是100%純氨。相反，氨進(jìn)料可以含有一些水分和/或痕量空氣或氧。這種痕量包括總氣體組合物的高達(dá)但不大于約5體積％，或不大于約3體積％，或不大于約2%，或不大于約I體積％。然而，顯著百分比的氧和/或水可以導(dǎo)致問題如形成可以腐蝕反應(yīng)器或預(yù)處理設(shè)備的部件的氫氧化氨。因此，如果存在高水平的氧，可以處理氨進(jìn)料以將氧的總含量減少至小于約2體積％，或小于約I體積％，或小于約0.5體積％，或小于約0.1體積％。在水的情況下，氨進(jìn)料流可以含有與氨混合的高達(dá)約5體積％水蒸汽，或高達(dá)約2體積％，或高達(dá)約I體積％水蒸汽，或高達(dá)約0.5體積％水蒸汽。氨進(jìn)料流還可以是98%,99%,99.5%或 100%氨。
[0047]可以將一些進(jìn)料或進(jìn)料流在進(jìn)入至反應(yīng)器中之前組合。例如，可以組合氨和甲烷進(jìn)料或進(jìn)料流。然而，分別地處理進(jìn)料可以更簡單，因?yàn)榘ㄋ趦?nèi)的不需要的雜質(zhì)的類型和量可以從一批進(jìn)料至下一批而不同。因此，雖然可以將甲烷和氨進(jìn)料流在確定這些進(jìn)料流具有可接受的純度和恒定水含量之后合并，可以分別地儲存和處理進(jìn)料(在純化和/或調(diào)節(jié)水含量之前)。將分別的進(jìn)料流經(jīng)由分開的入口提供至反應(yīng)器允許反應(yīng)器內(nèi)的氣體混合物迅速地變化。
[0048]氰化氫通過安德盧梭法的合成(參見，例如，Ullmann ' s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,第 8 卷，VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1987,第 161-162頁)可以在氣相中在包含鉬或鉬合金或其他金屬的催化劑上進(jìn)行。在作為美國專利號1，934，838公開的原始安德盧梭專利等中發(fā)現(xiàn)并描述了適合用于進(jìn)行安德盧梭法的催化劑。在安德盧梭的原始工作中，他公開了催化劑可以選自在約1000°C的工作溫度不熔(固體)的氧化催化劑。例如，安德盧梭描述了可以包含鉬、銥、銠、鈀、鋨、金或銀作為或者純形式或者合金形式的催化活性金屬的催化劑。他還注意到也可以使用某些基本金屬(basemetals)如稀土金屬、釷、鈾等，如不熔氧化物或磷酸鹽的形式，并且可以將催化劑或者形成為網(wǎng)(篩)，或沉積在耐熱性固體載體如二氧化硅或氧化鋁上。
[0049]在隨后的開發(fā)工作中，選擇了含鉬的催化劑，這歸因于它們的功效和金屬即使是絲網(wǎng)或網(wǎng)形式的耐熱性。例如，可以使用鉬-銠合金作為催化劑，其可以是金屬絲網(wǎng)或篩如紡織或編織絲網(wǎng)片的形式，也可以沉積在載體結(jié)構(gòu)體上。在一個實(shí)例中，紡織或編織絲網(wǎng)片可以形成篩形結(jié)構(gòu)，其有20-80目的尺寸，例如，具有約0.18mm至約0.85mm的尺寸的開口。催化劑可以包含約85 重量％至約95重量％ Pt和約5重量％至約15重量％ Rh，如85 /15Pt / Rh，90 / 10或95 / 5Pt / Rh。鉬-銠催化劑還可以包含小量的金屬雜質(zhì)，如鐵(Fe)、鈕I (Pd)、銥(Ir)、釕(Ru)和其他金屬。雜質(zhì)金屬可以以痕量，如約IOppm以下存在。
[0050]對安德盧梭法進(jìn)一步的信息描述在德國專利549，055中。在一個實(shí)例中，在約800至2，500°C，1,000至1，500°C，或約980至1050°C的溫度使用包含多個串聯(lián)設(shè)置的具有10 %銠的Pt的細(xì)目絲網(wǎng)的催化劑。例如，催化劑可以是可商購的催化劑，如可得自英國倫敦的Johnson Matthey Plc的Pt-Rh催化劑絲網(wǎng)，或可得自德國哈瑙的Heraeus PreciousMetals GmbH &C0.的 Pt-Rh 催化劑絲網(wǎng)。
[0051]濕度
[0052]存在三個主要類型的濕度度量:絕對濕度、相對濕度和比濕度。絕對濕度是空氣的水含量，通常表達(dá)為百分比。相對濕度，也表達(dá)為百分比，測量相對于最大值的目前絕對濕度。在日常生活中典型地使用的術(shù)語是相對濕度。比濕度是混合物的水蒸氣含量與總空氣含量基于質(zhì)量的比例。
[0053]絕對濕度是水蒸氣的量，通常以每單位體積討論。每單位體積的總空氣和水蒸氣混合物Vnet的水蒸氣質(zhì)量mw可以如下表達(dá):
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生氰化氫的方法，所述方法包括: a)調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量以產(chǎn)生選自由以下各項(xiàng)組成的組的一種或多種進(jìn)料流:水含量恒定的甲烷進(jìn)料流，水含量恒定的氨進(jìn)料流，以及水含量恒定的含氧進(jìn)料流；以及 b)使甲烷進(jìn)料流、氨進(jìn)料流和氧進(jìn)料流反應(yīng)從而產(chǎn)生氰化氫， 其中所述甲烷進(jìn)料流、所述氨進(jìn)料流或所述氧進(jìn)料流中的至少一種是水含量恒定的進(jìn)料流。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水含量恒定的進(jìn)料流在水含量上與設(shè)定值的差異不大于約1% (重量/重量)。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述水含量恒定的進(jìn)料流具有小于約2.0體積％的水。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)氨進(jìn)料或甲烷進(jìn)料中的水含量。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)含氧進(jìn)料中的水含量。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)含氧進(jìn)料中的水含量，并且所述含氧進(jìn)料是空氣或富集氧的空氣。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氧進(jìn)料流含有小于或等于約80%的氮。
8.權(quán)利要求1-7中`任一項(xiàng)所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量是通過使用濕度調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，所述濕度調(diào)節(jié)器包括: (a)一種或多種吸附材料、吸濕材料、干燥劑、分子篩、冷凝器、冷凝表面、加熱器、熱交換器、風(fēng)扇或冷凍器單元； (b)一種或多種用于使受控量的水蒸汽或通過噴霧、噴射、霧化或超聲波振動蒸發(fā)的水通過的單元；或 (C)它們的組合。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述濕度調(diào)節(jié)器不吸附實(shí)質(zhì)量的氧、氨或甲烷。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中將水從所述濕度調(diào)節(jié)器的材料、組件和/或表面吹掃出。
11.權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述濕度調(diào)節(jié)器配置為將甲烷或氨除濕。
12.權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述濕度調(diào)節(jié)器配置為將空氣除濕。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量通過至少兩個濕度調(diào)節(jié)器進(jìn)行，所述至少兩個濕度調(diào)節(jié)器以并聯(lián)和串聯(lián)中的至少一個操作。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括檢測至少一種進(jìn)料中或至少一種進(jìn)料流中的濕度。
15.權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括檢測至少一種進(jìn)料中的濕度以測定至少一種進(jìn)料濕度水平，并且將所述至少一種進(jìn)料濕度水平與用于所述至少一種進(jìn)料的濕度的設(shè)定值比較。
16.權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括檢測至少一種進(jìn)料流中的濕度以測定至少一種進(jìn)料流濕度水平，并且將所述至少一種進(jìn)料流濕度水平與所述至少一種進(jìn)料流的濕度的設(shè)定值比較。
17.權(quán)利要求8-16所述的方法，所述方法還包括調(diào)整所述濕度調(diào)節(jié)器的功能或活動。
18.權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述濕度檢測器開始通過所述濕度調(diào)節(jié)器的水含量調(diào)節(jié)，或停止通過所述濕度調(diào)節(jié)器的水含量調(diào)節(jié)。
19.一種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: a)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器配置用于甲烷、氨和氧在含鉬催化劑的存在下的反應(yīng)；以及 b)至少一個濕度調(diào)節(jié)器，所述濕度調(diào)節(jié)器操作性連接至所述反應(yīng)器并配置為調(diào)節(jié)至少一種氣態(tài)進(jìn)料中的水含量以產(chǎn)生選自由以下各項(xiàng)組成的組的一種或多種進(jìn)料流:水含量恒定的甲烷進(jìn)料流、水含量恒定的氨進(jìn)料流以及水含量恒定的含氧進(jìn)料流； 其中所述甲烷進(jìn)料流、所述氨進(jìn)料流或所述氧進(jìn)料流中的至少一種是水含量恒定的進(jìn)料流。
20.權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個濕度調(diào)節(jié)器配置為產(chǎn)生水含量恒定的進(jìn)料流，所述水含量恒定的進(jìn)料流: (a)具有小于約2.0體積％的水；和/或 (b)具有大于約0.001體積％的水。
21.權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個濕度調(diào)節(jié)器配置為調(diào)節(jié)氨進(jìn)料或甲烷進(jìn)料中的水含量。
22.權(quán)利要求19-21 中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個濕度調(diào)節(jié)器配置為調(diào)節(jié)選自由以下各項(xiàng)組成的組的含氧進(jìn)料中的水含量:空氣、富集氧的空氣、富集氧和氮的空氣。
23.權(quán)利要求19-22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個旁通導(dǎo)管，所述至少一個旁通導(dǎo)管配置以使得具有恒定水含量的至少一種氣態(tài)進(jìn)料繞過所述至少一個濕度調(diào)節(jié)器。
24.權(quán)利要求19-23中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一種氣態(tài)進(jìn)料具有在水含量上與設(shè)定值的差異小于所述設(shè)定值的約0.1 % (重量/重量)，或小于約0.09%，或小于約0.08%，小于約0.07%，或小于約0.06%，或小于約0.05%的恒定水含量。
25.權(quán)利要求19-24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中至少一種氣態(tài)進(jìn)料具有恒定水含量，所述恒定水含量: (a)為小于約0.85體積％的水；和/或 (b)為大于約0.001體積％的水。
26.權(quán)利要求19-25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述濕度調(diào)節(jié)器包括: (a)一種或多種吸附材料、吸濕材料、干燥劑、分子篩、壓縮機(jī)、冷凝器、冷凝表面、加熱器、熱交換器、風(fēng)扇或冷凍器單元； (b)一種或多種使受控量的水蒸汽或通過噴霧、噴射、霧化或超聲波振動蒸發(fā)的水通過的單元；或 (c)它們的組合。
27.權(quán)利要求19-26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述濕度調(diào)節(jié)器不吸附實(shí)質(zhì)量的氧、氨或甲烷。
28.權(quán)利要求19-27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述濕度調(diào)節(jié)器配置為將水從所述濕度調(diào)節(jié)器的材料、組件、室和/或表面吹掃出。
29.權(quán)利要求19-28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述濕度調(diào)節(jié)器包括下列中的一種或多種:冷凝器和冷凝物收集器；吸附劑或干燥劑；分子篩或吸濕材料；以及它們的組合。
30.權(quán)利要求19-29中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個進(jìn)料濕度檢測器以測定至少一種進(jìn)料濕度水平，其中所述進(jìn)料濕度檢測器任選將至少一種進(jìn)料濕度水平與用于所述至少一種進(jìn)料的濕度的設(shè)定值比較。
31.權(quán)利要求19-30中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個進(jìn)料流濕度檢測器，以測定至少一種進(jìn)料流濕度水平，其中所述進(jìn)料流濕度檢測器任選將至少一種進(jìn)料流濕度水平與用于所述至少一種進(jìn)料流的濕度的設(shè)定值比較。
32.權(quán)利要求30或31所述的系統(tǒng)，其中所述濕度檢測器具有使進(jìn)料流分流離開所述反應(yīng)器并進(jìn)入所述濕度調(diào)節(jié)器的分流器。
33.權(quán)利要求30-32中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述進(jìn)料濕度檢測器或所述進(jìn)料流濕度檢測器開始、調(diào)整或停止通過一個或多個濕度調(diào)節(jié)器的水含量調(diào)節(jié)，或停止通過所述濕度調(diào)節(jié)器的水含量調(diào)節(jié)。
34.權(quán)利要求19-33中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個進(jìn)料流加熱器，以使至少一種進(jìn)料流在所述進(jìn)料流進(jìn)入所述反應(yīng)器之前升溫。
35.權(quán)利要求19-34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少兩個濕度調(diào)節(jié)器，所述至少兩個濕度調(diào)節(jié)器以并聯(lián)和串聯(lián)中的至少一個發(fā)揮作用。
36.權(quán)利要求19-35中任一`項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)產(chǎn)生氰化氫(HCN)。
【文檔編號】C01C3/02GK103864110SQ201310681754
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】斯圖爾特·福賽思, 劉愛國, 馬丁·J·倫納, 布倫特·J·斯塔爾曼 申請人:因溫斯特技術(shù)公司