[发明专利]用于HCl合成且副产蒸汽的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于HCl合成且副产蒸汽(steam raising)的装置，其中氯气和氢气或氯气和烃被用作原料。如果需要的话，则HCl馏分、空气或惰性组分也可包含在原料中。用以冷却反应物的合成炉和热交换器被结合在下游，成为蒸汽产生器的组成部分。

背景技术

筒式锅炉(shell boiler)通常被用于用化石燃料产生蒸汽。此外，含烃气体，例如天然气或含烃油类，例如燃料油大部分被用作燃料。固体燃料例如硬煤情况下的燃烧也是很早就已知的了。此处通常的燃烧温度为700℃到最高大约1500℃。

在现有技术中，热量可通过蒸汽产生器而从含氯化氢烟气中分离，但是在火焰管式锅炉或水管式锅炉的情况下，是在与如下描述的条件完全不同的条件下进行的。

首先，析出物的完全反应通常在用耐火材料作内衬的绝热钢制燃烧室中发生。因此，其不涉及此处所指意义上的火焰管式锅炉，而是结合在下游的锅炉。另外，温度最好保持在最高1250℃，例如通过有目标地添加冷却介质，诸如例如蒸汽、水或惰性气体。

由氯气和氢气或含氢化合物制备氯化氢在冷却的合成设备中进行，所述冷却的合成设备例如由抗腐蚀材料如合成树脂浸渍的石墨制备的设备。所形成的氯化氢气体随后被冷却并且在大多数情况下被吸收在一体的或下游的吸收器中的水中，由此产生盐酸。

氯气和氢气在特殊燃烧室的火焰中反应。经由反应室的冷却壁并且借助于一体的或外置式的热交换器来冷却反应热(约92kJ/摩尔HCl)。

出于节能的目的，希望能够以经济的方法利用在这样的过程中产生的反应热，其中蒸汽的产生优选地为技术要点。

中国专利说明书93110518.8描述了一个循环系统，其中反应热用于产生蒸汽，这部分地通过合成炉的炉壁，且部分地从进一步冷却反应气体。为了良好的热量利用，必须在上游结合多个热交换器。一个未详细描述的导热抗腐蚀包覆层被用作合成炉的抗腐蚀保护。

在中国专利说明书2007200968895.9中，描述了一个用于产生氯化氢且副产蒸汽的制备装置，其中合成炉设置在一个蒸汽锅炉中。合成炉由石墨制成。蒸汽锅炉具有一个外部循环回路，其与自然循环蒸发器相似。用这个装置，可以产生压力为0.1至0.2MPa的蒸汽。

在专利说明书DE3807264中，描述了包含燃烧器，燃烧室和内部热交换器的装置。加压水流经这些部件，所述加压水带走反应热并在位于实际焚烧装置外部的蒸汽产生器中释放热量。冷却剂回路的温度在9到27巴的压力下应为170到230℃。利用此装置，应该产生至少7巴的饱和蒸汽。

水管式锅炉的设计昂贵并且复杂(例如产品公差)，即，成本密集型，并且还具有以下缺点：

1、在实际使用条件下，沸腾混合物不均匀的分布导致管中的莱顿弗罗斯特效应(Leidenfrost effect)并且最终通过管壁的局部过热而造成腐蚀并缩短其寿命。这个问题独立地存在，无论蒸发器是在自然循环情况下进行还是在强制循环的情况下进行。

2、用导热油(thermal oil)作为热传递介质的实施例是有问题的。一方面，油类的不均匀的分布和管壁的过热在这不能避免，并且另一方面，合成装置由于环境原因必须放置在槽中。

3、用于热解耦的分离式传热回路的效率总是比直接蒸发低。

4、现有技术的特征在于不充分的热耦合，因为产物气体HCl仅被冷却到大约1000℃。因此，有价值的热量仍没有被利用起来。

因此，现有技术是依靠结合在下游的蒸汽锅炉装置和在最多1250℃的温度下从HCl高达70％的含HCl的气体中热解耦。

为了防止钢制蒸汽产生器的腐蚀，特别是高温腐蚀，这两种措施都是必要的。

发明内容

问题是提供一个能够可靠有效地直接蒸发水的装置，目的是使氯气和氢气放热反应的热量被分离出来。

通过用于执行根据权利要求1的从氯气和氢气或从氯气和烃来合成氯化氢并结合回收热量的方法的本发明的装置而解决该问题。

在本发明中，火焰管和燃烧室是同一装置。另外，在燃烧室中绝热燃烧温度可允许达到2400℃，而不会有蒸汽产物造成的腐蚀发生。

根据本发明，出于此目的，特殊的H₂-Cl₂扩散燃烧器被同心地放置在所设置的火焰管中。

燃烧室和热交换器二者都设置在根据废热锅炉原理来工作的筒式锅炉的蒸汽包(steam drum)中。