[发明专利]酸水性系统中的垢抑制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2008年5月30日递交的美国专利申请第12/130,515号的继续部分，要求此申请的优先权并通过引用并入本公开。

版权声明

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技术领域

本发明涉及通过加入包括有机膦酸酯、有机磷酸酯衍生物、无机磷酸盐、阴离子聚合物和共聚物或它们的组合的合成水性混合物来抑制酸性水溶液的沉积物(积垢)，所述沉积物包括诸如硫酸钙、硫酸钡、氟化钙、氟硅酸钙等垢。

背景技术

各种类型矿和包括生物的其它材料的加工有时必须在酸性环境中进行以产生终产物。在湿法磷酸生产中，已通过清洗、脱泥、浮选和随后研磨被升级或选矿的粗矿在酸性溶液中消化。在消化完成后，使所得浆料经历过滤步骤，并随后通过酸流的蒸发和随后澄清步骤来制备终产物，此终产物可被加入其它产物中。在另一应用中，将来自屠宰场的工业生产流研磨并用酸性溶液消化以产生用于动物饲料和其它应用的脂肪和蛋白质。在其它工艺中，由于硫酸产生，从碱金属熔炉中收集二氧化硫在酸性环境中产生作为副产物的硫酸钙。

与矿和其它材料的酸加工相关的最麻烦问题之一是形成垢沉积物。垢形成主要发生在消化器、蒸发器和与它们相关的装置中。在包括过滤系统的工艺的其它表面上也发生一定量的垢形成。特别麻烦的是热交换器表面的成垢。克服此问题的大多数尝试针对装置设计，但即使是设计最好的装置也不能防止垢形成。当酸性条件存在时，垢形成是最麻烦的；通常酸性环境导致大部分公知的抑垢剂无效。

由于磷酸盐矿、包括骨等的动物废料加工产生的高浓度硫酸钙，或在碱金属熔炉的高浓度硫酸钙，这些是使用要求保护的发明的理想工艺。硫酸钙是由磷酸盐矿消化、动物残留物加工或在碱金属熔融引起的主要垢成分。造成垢沉积的硫酸钙有不同的结晶形式。这些形式：石膏(CaSO₄·2H₂O)、半水硫酸钙(CaSO₄·1/2H₂O)和无水硫酸钙(CaSO₄)依赖于加工的温度和停留时间。此相转化增加了它们抑制的复杂性。根据工业生产流的组成和具体工艺条件，这些垢的其它重要成分可为氟硅酸盐、硫酸钡、氟化钙和/或其它材料。防止这些混合的垢，使得可抑制并基本上防止发生在磷酸产生和其它工艺中的垢形成。

发明内容

本发明基于以下发现：某些水溶性有机和无机磷酸盐(酯)、膦酸酯(盐)、聚羧酸盐和它们的均聚物或共聚物以及它们的混合物能够抑制引起沉积物的矿物质从酸性溶液中形成和粘着。

本发明是使用亚化学计量的垢抑制化合物或它们的制剂来防止引起垢/沉积物的矿物质在与酸性溶液接触的表面上形成和粘着的方法。优选的应用点是在酸性流进入蒸发器前和在蒸发器中或在沉淀和沉积/垢形成通常发生的任何其它单元操作中直接加入到酸性流中。抑制剂通常以0.1-5000ppm、优选0.1-100ppm且最优选0.1-50ppm的剂量范围加入。

作为示例，磷酸的湿法生产一般涉及使用硫酸消化含磷酸盐的矿浆料。所得磷酸通过过滤从沉淀的硫酸钙和其它固体杂质中分离。将磷酸溶液随后通过蒸发来浓缩，并澄清以产生最终的磷酸(～50-70％P₂O₅)。虽然在过滤步骤期间除去大量硫酸钙和其它杂质，但在过滤后仍然有显著的量保持溶解在酸性工业生产流中。当磷酸通过蒸发器环路浓缩时，各种形式的硫酸钙继续从溶液中沉淀，由于硫酸钙溶解度和温度间的反比关系，导致在高温表面上的垢沉积。这些和其它沉积物不利地影响向工业生产流的热转移，并限制液体流。因此，垢必须通过周期的清除来去除。因此，成垢现象引起工艺效率显著丧失并导致成本增加。

磷酸盐和磷酸的制备进一步详述在Becker，″Phosphates and Phosphoric Acid，″1989年Marcel Dekker，Inc.出版和Slack，″Phosphoric Acid，Part I and Part II，″1968年Marcel Dekker，Inc.出版的著作中。

与等量未处理溶液相比，将抑垢剂向酸性溶液模拟的工艺溶液中加入导致沉积的垢降低至多为95-97％。

无机磷酸盐：

包括含通过磷酸酐键连接的磷酸根部分或磷酸根单元的化合物。

其中n≥1。

有机磷酸酯：