减少拜耳法中的铝硅酸盐污垢的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种在拜耳法设备的液体回路中抑制DSP污垢积聚的方法。所述方法包括将一种以上的特定的基于硅烷的小分子加入到液体流体回路中。这些污垢抑制剂减少DSP污垢形成，而因此提高流体生产量，提高拜耳法设备可以运行的次数，以及减少昂贵和危险的拜耳法设备的洗涤的需求。因此，本发明提供了显著降低的运行拜耳法的总成本的方法。
【专利说明】减少拜耳法中的铝娃酸盐污垢
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请为于2009年9月25日提交的悬而未决的申请第12/567116号的部分继续申请。
[0003]关于联邦政府资助研究或开发的声明
[0004]不适用
【技术领域】
[0005]本发明涉及物质的组合物，和使用它们处理多种工业生产液流中的污垢的方法，具体而言，涉及特定的基于硅烷的小分子，已经发现这些小分子对处理在拜耳法液流中的铝硅酸盐污垢特别有效。
【背景技术】
[0006]除了其它地方提及之外，如在美国专利第6，814，873号(将其内容以整体引用的方式并入)中所述，拜耳法被用于由铝土矿制备氧化铝。所述方法使用苛性碱溶液以从矾土中提取可溶的氧化铝价值物。在从矾土中溶解氧化铝价值物，并且从工业生产液流中除去不溶废料之后，可溶的氧化铝被沉淀为固体三水合氧化铝。然后，将称作“液体”和/或“废液”的残留的苛性碱溶液回收至所述方法的前期，并且用于处理新的矾土。因此，其形成了流体回路。基于该应用的目的，本说明书中定义了术语“液体”。然而，在流体回路内的液体的回收具有其自身的复杂性。
[0007]矾土通常包含多种形式和多种量的二氧化硅。一些二氧化硅为化学上惰性的，因此其不会被溶解，而会残留作为在拜耳回路内的固体物质。其它形式的二氧化硅(例如粘土)为反应性的，当加入到拜耳法的液体时溶解在苛性碱中，因此提高了在液体中的二氧化硅浓度。随着液体反复地流经拜耳法的回路，在液体中的二氧化硅的浓度进一步增加，最终到达其与铝和苏打反应以形成不溶的铝硅酸盐颗粒的点。观察到的铝硅酸盐固体以至少两种形式，方钠石和钙霞石。这些和其它形式的铝硅酸盐通常被称作，以及基于本申请定义的目的，术语“脱硅产物”或“DSP”。
[0008]DSP 可以具有分子式 3 (Na20.Al2O3.2Si02.0_2H20).2NaX，其中，X 表示 0H_、Cl'CO32' SO42'由于DSP具有逆溶解度(在更高的温度下沉淀增加)，以及其可以沉淀为小尺度的不溶的晶状固体，其在拜耳法设备中的积聚是存在问题的。随着DSP在拜耳法管道、容器、换交换设备和其它处理设备中积聚，其形成流动瓶颈和障碍，并且可以不利地影响液体生产量。此外，由于其热传导性能，在热交换器表面上的DSP污垢降低了热交换器的效率。
[0009]这些不利效果通常通过除垢体制而被克服，其涉及使工艺设备离线并物理或化学地处理污垢并除去。这种体制的结果是关键设备的大量的和定期的停工期。此外，作为部分的除垢工艺，通常采用例如硫酸的有害的浓酸的使用，而这构成了不合意的安全性风险。
[0010]另一方式为拜耳法操作员设法应付液体中二氧化硅浓度的积聚，而故意沉淀DSP作为游离晶体而非作为污垢。通常在拜耳法中的“脱硅”步骤被用于通过使二氧化硅沉淀为DSP，游离的沉淀物，而降低在溶液中的二氧化硅的浓度。尽管脱硅降低了液体内的总的二氧化硅浓度，但是从溶液中彻底除去所有的二氧化硅是不现实的，并且在回路的各个部分改变工艺条件(例如在热交换器内)可以导致DSP溶解度的变化，导致随之发生沉淀为污垢。
[0011]之前在拜耳法中控制和/或减少DSP污垢方面的尝试已经包括加入含有键接到一个硅原子的三个烷氧基基团的聚合物材料，如在美国专利第6，814，873B2号、美国公开的申请第 2004/0162406A1 号、第 2004/0011744A1 号、第 2005/0010008A2 号、国际公开的申请第 W02008/045677A1 和公开的文献 Max WT? Sodalite Scale Inhibitor:PlantExperience and Impact on the Process,作者，Donald Spitzer 等，第 57-62 页，LightMetals2008, (2008)中所述，所有这些内容以整体引用的方式并入。
[0012]然而，这些三烷氧基硅烷-接枝的聚合物的制备和使用可能涉及不合意程度的粘度，使得聚合物通过拜耳法液体的处理和分散存在问题。在美国专利第5，650，072号和第5，314，626号中描述了专注于污秽物的积聚之前的其它的尝试，将二者以整体引用的方式并入。
[0013]因此，尽管对于拜耳法操作员而言存在设法对付和控制DSP污垢形成的一系列的方法，但是明确地需求防止或减少在拜耳法设备上的DSP污垢形成的改进的方法，和防止或减少在拜耳法设备上的DSP污垢形成的功效。除非特别指出，在该部分描述的技术并非打算视为承认任何专利、出版物或其它信息为关于本申请的“现有技术”。此外，该部分不应解释为表示已经做出检索或不存在如在37C.F.R.§ 1.56(a)在定义的其它相关信息。
【发明内容】
[0014]至少一个实施方式涉及用于减少拜耳法中的硅质污垢的方法，其包括如下步骤:向拜耳液体中加入铝硅酸盐污垢抑制量的如下分子的反应产物:含胺的分子与含有至少一个胺反应性基团/分子和至少一个-Si (OR)?基团/分子的胺-反应性分子，其中，n=l、2或3，以及R=H、C1-C12烷基、芳基、Na、K、Li或NH4,或者这样的反应产物的混合物。
[0015]另一实施方式涉及用于减少在拜耳法中的硅质污垢的方法，其包括如下步骤:向拜耳液体中加入有效量的如下分子的反应产物:1)含有胺的小分子，和2)含有至少一个胺反应基团/分子和至少一个-Si (OR)n基团/分子的胺反应性小分子，其中，n=l、2或3，以及1?=!1、(:1-(:12烷基、芳基、似、1(、1-或順4，或这样的反应产物的混合物，以及3)非聚合物胺反应性疏水烃。
[0016]至少一个实施方式涉及在拜耳法中减少DSP的方法，其包括如下步骤:向拜耳法液流中加入铝硅酸盐污垢抑制量的如上所定义的产物的混合物。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]在下文中将特别参照附图描述本发明的详细的描述，其中:
[0018]图1为示出本发明的间歇反应曲线的图。
[0019]图2为示出本发明的半间歇反应曲线的图。
【具体实施方式】[0020]基于本申请的目的，这些术语定义如下:
[0021]“聚合物”表示实质上包含各自含有两个以上原子的重复结构单元的化合物。尽管许多聚合物具有大于500的高分子量，一些聚合物，例如，聚乙烯，可以具有小于500的分子量。聚合物包括共聚物和均聚物。
[0022]“小分子”表示实质上包含非重复结构单元的化合物。由于低聚物(具有小于10个重复单元)和聚合物实质上由重复结构单元构成，它们不为小分子。小分子可以具有大于或小于500的分子量。术语“小分子”和“聚合物”互相排斥。
[0023]“污秽物”表示在制备和/或化学工艺中的运行过程中积聚在设备上的物质沉积，其可以是不需要的，并且其不利于工艺的成本和/或效率。DSP是一种污秽物。
[0024]“胺”表示包含至少一个以上的氮原子并具有至少一个仲胺或伯胺基团的分子。通过该定义，单胺，例如十二烧胺，二胺，例如己二胺，和二胺，例如二亚乙基二胺，都为胺。
[0025]“GPS”为3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷。
[0026]“烷氧基(alkyloxy)”表示具有OX的结构，其中，X为烃，并且O为氧。其还可以与术语“烷氧基(alkoxy)”可替换地使用。通常在本申请中，氧键接到小分子的X基团和硅原子上。当X为C1时，烷氧基由键接到氧原子上的甲基组成。当X为C2时，烷氧基是由键接到氧原子上的乙基组成。当X为C3时，烷氧基是由键接到氧原子上的丙基组成。当X为C4时，烷氧基是由键接到氧原子上的丁基组成。当X为C5时，烷氧基是由键接到氧原子上的戊基组成。当X为C6时，烷氧基是由键接到氧原子上的己基组成。
[0027]“单烷氧基”表 示附着到硅原子上的为一个烷氧基。
[0028]“双烷氧基”表示附着到硅原子上的为两个烷氧基。
[0029]“三烷氧基”表示附着到硅原子上的为三个烷氧基。
[0030]“合成液体”或“合成废液”为用于实验的实验室形成的，其关于氧化铝、苏打和苛性碱的组分为对应于由通过拜耳法回收产生的液体。
[0031]“拜耳液体”为在工业设备中运行通过拜耳法的实际液体。
[0032]在上述定义或在本申请的其它地方指出的描述与在字典通常使用的或通过引用并入到本申请中的引用源中指出的含义(明确的或暗示的)不一致的情况下，本申请和权利要求的术语特别地理解为根据本申请的定义或说明书解释，而不是根据通常的定义、字典定义或通过引用并入的定义解释。基于如上所述，在术语仅可以被理解为如果其通过字典解释，如果术语是通过 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5thEdition, (2005), (Published by Wiley, John & Sons, Inc.)定义，则该定义将控制所述术语怎样在权利要求中定义。
[0033]在用于制备氧化铝的拜耳法中，使铝土矿经过碾磨阶段，以及将氧化铝和包含二氧化硅的一些杂质一起溶解在加入的液体中。然后通常使混合物通过脱硅阶段，其中，使二氧化硅故意地沉淀为DSP以减少在溶液中的二氧化硅的量。使淤浆通过消化阶段，其中，任何残留的反应性二氧化硅溶解，由此再次提高了在溶液中的二氧化硅的浓度，随着工艺温度的提高，所述二氧化硅接着形成更多的DSP。随后，将液体从未溶解的固体中分离，通过沉淀为三水铝矿回收氧化铝。当废液通过热交换器时完成了其回路，并再次返回至碾磨阶段。DSP污垢在整个拜耳法中积聚，但是特别是在分解阶段，并且最特别地在或接近热交换器上积聚，在其中回收的液体通过。[0034]在本发明中，发现投配多种类型的基于硅烷的产品可以减少形成的DSP污垢的量。
[0035]在本发明的至少一个实施方式中，将有效浓度的基于硅烷的分子产物加入到拜耳法的液体回路的一些点或阶段中，防止了 DSP沿液体回路在容器或设备上的积聚或使积聚最小化。
[0036]在至少一个实施方式中，小分子包含如下分子的反应产物:胺和至少一种胺反应性硅烷，所述硅烷的硅可以是单烷氧基、二烷氧基、三烷氧基或三羟基。
[0037]在至少一个实施方式中，所述小分子为如下分子的反应产物:含有胺的小分子与含有至少一个胺反应性基团/分子和至少一个-Si (OR) ?基团/分子的胺反应性分子，其中，n=l、2或3，以及R=H、C1-C12烷基、芳基、Na、K、Li或NH4,或这种反应产物的混合物。
[0038]在至少一个实施方式中，用于减少在拜耳法中含铝硅酸盐的污垢的方法，其包括如下步骤:
[0039]向拜耳法液流中加入铝硅酸盐污垢抑制剂量的组合物，其包含至少一种小分子，所述至少一种小分子包含至少三种成分:一种为R1成分，一种为R2成分和一种为R3成分，在小分子内的成分根据通式排列:
[0040]
【权利要求】
1.减少拜耳法中含铝硅酸盐污垢的方法，其包括如下步骤: 向拜耳法液流中加入铝硅酸盐污垢抑制量的组合物，所述组合物包含至少一种小分子；该至少一种小分子包含至少三种成分:一种为R1成分，一种为R2成分和一种为R3成分，在所述小分子内的诸成分根据通式排列:
2.根据权利要求1所述的方法，其中，R1独立地选自:单异丙醇胺；乙二胺；二亚乙基三胺；四亚乙基五胺；异佛尔酮二胺；二甲苯二胺；双(氨基甲基)环己烷；己二胺；C，C，C-三甲基己二胺；亚甲基双(氨基环己烷)；饱和脂肪胺；不饱和脂肪胺，例如油胺和大豆胺；N-脂肪-1，3-丙二胺，例如椰油烷基丙二胺、油烯基丙二胺、十二烷基丙二胺、氢化牛脂烷基丙二胺和牛脂烷基丙二胺及其任何组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，G被水解，并且所述小分子选自(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)、(IX)及其任何组合:
4.根据权利要求1所述的方法，其中，G被水解，并且所述小分子选自(X)、(XI)、(XII)、(XIII)、(XIV)、(XV)、(XVI)、(XVII)、(XVIII)、(XIX)及其任何组合:
5.根据权利要求1所述的方法，其中，G被水解，并且所述小分子选自(XX)、(XXI)、(XXII)及其任何组合:
6.根据权利要求1所述的方法，其中，G被水解，并且所述小分子选自(XXIII)、(XXIV)、(XXV),(XXVI),(XXVII),(XXIII),(XIX)及其任何组合:
7.根据权利要求1所述的方法，其中，G被水解，并且所述小分子选自(XXVIII)、(XXIX)、(XXX),(XXXI),(XXXII)及其任何组合:
8.根据权利要求1所述的方法，其中，G未被水解，并且所述小分子选自(XXXIII)、(XXXIV)、(XXXV)、(XXXVI)、(XXXVII)、(XXXVIII)、(XXXIX)、(XL)、(XLI)、(XLII)及其任何组合:
9.根据权利要求1所述的方法，其中，G未被水解，并且所述小分子选自(XLIII)、(XLIV)、(XLV)、(XLVI)、(XLVII)、(XLVIII)、(XLIX)、(L)、(LI)、(LII)及其任何组合:
10.根据权利要求1所述的方法，其中，G未被水解，并且所述小分子选自(LIII)、(LIV)、(LV)及其任何组合:
11.根据权利要求1所述的方法，其中，G未被水解，并且所述小分子选自(LVI)、(LVII)、(LVIII)、(LIX)、(LX)、(LI)、(LU)及其任何组合:
12.根据权利要求1所述的方法，其中，G未被水解，并且所述小分子选自(LXI)、(LXII)、(LXIII)、(LXIV)及其任何组合:
【文档编号】C07F7/10GK103443109SQ201280013933
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月7日 优先权日:2011年2月25日
【发明者】T·拉, J·D·吉尔戴, K·L·奥布莱恩, E·C·菲利普斯, K·B·萨旺特, D·H·斯林克曼, F·J·斯维辛基, 崔吉 申请人:纳尔科公司