專利名稱：用于HCl合成且副產(chǎn)蒸汽的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于HCl合成且副產(chǎn)蒸汽(steam raising)的裝置,其中氯氣和氫氣或氯氣和烴被用作原料。如果需要的話，則HCl餾分、空氣或惰性組分也可包含在原料中。用以冷卻反應(yīng)物的合成爐和熱交換器被結(jié)合在下游，成為蒸汽產(chǎn)生器的組成部分。
背景技術(shù)：
筒式鍋爐(shell boiler)通常被用于用化石燃料產(chǎn)生蒸汽。此外，含烴氣體，例如天然氣或含烴油類，例如燃料油大部分被用作燃料。固體燃料例如硬煤情況下的燃燒也是很早就已知的了。此處通常的燃燒溫度為700°C到最高大約1500°C。在現(xiàn)有技術(shù)中，熱量可通過蒸汽產(chǎn)生器而從含氯化氫煙氣中分離，但是在火焰管式鍋爐或水管式鍋爐的情況下，是在與如下描述的條件完全不同的條件下進行的。首先，析出物的完全反應(yīng)通常在用耐火材料作內(nèi)襯的絕熱鋼制燃燒室中發(fā)生。因此，其不涉及此處所指意義 上的火焰管式鍋爐，而是結(jié)合在下游的鍋爐。另外，溫度最好保持在最高1250°C,例如通過有目標地添加冷卻介質(zhì),諸如例如蒸汽、水或惰性氣體。由氯氣和氫氣或含氫化合物制備氯化氫在冷卻的合成設(shè)備中進行，所述冷卻的合成設(shè)備例如由抗腐蝕材料如合成樹脂浸潰的石墨制備的設(shè)備。所形成的氯化氫氣體隨后被冷卻并且在大多數(shù)情況下被吸收在一體的或下游的吸收器中的水中，由此產(chǎn)生鹽酸。氯氣和氫氣在特殊燃燒室的火焰中反應(yīng)。經(jīng)由反應(yīng)室的冷卻壁并且借助于一體的或外置式的熱交換器來冷卻反應(yīng)熱(約92kJ/摩爾HCl)。出于節(jié)能的目的，希望能夠以經(jīng)濟的方法利用在這樣的過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱，其中蒸汽的產(chǎn)生優(yōu)選地為技術(shù)要點。中國專利說明書93110518.8描述了一個循環(huán)系統(tǒng)，其中反應(yīng)熱用于產(chǎn)生蒸汽，這部分地通過合成爐的爐壁，且部分地從進一步冷卻反應(yīng)氣體。為了良好的熱量利用，必須在上游結(jié)合多個熱交換器。一個未詳細描述的導熱抗腐蝕包覆層被用作合成爐的抗腐蝕保護。在中國專利說明書2007200968895.9中，描述了一個用于產(chǎn)生氯化氫且副產(chǎn)蒸汽的制備裝置，其中合成爐設(shè)置在一個蒸汽鍋爐中。合成爐由石墨制成。蒸汽鍋爐具有一個外部循環(huán)回路，其與自然循環(huán)蒸發(fā)器相似。用這個裝置，可以產(chǎn)生壓力為0.1至0.2MPa的蒸汽。在專利說明書DE3807264中，描述了包含燃燒器，燃燒室和內(nèi)部熱交換器的裝置。加壓水流經(jīng)這些部件，所述加壓水帶走反應(yīng)熱并在位于實際焚燒裝置外部的蒸汽產(chǎn)生器中釋放熱量。冷卻劑回路的溫度在9到27巴的壓力下應(yīng)為170到230°C。利用此裝置，應(yīng)該產(chǎn)生至少7巴的飽和蒸汽。水管式鍋爐的設(shè)計昂貴并且復雜(例如產(chǎn)品公差)，即，成本密集型，并且還具有以下缺點:1、在實際使用條件下，沸騰混合物不均勻的分布導致管中的萊頓弗羅斯特效應(yīng)(Leidenfrost effect)并且最終通過管壁的局部過熱而造成腐蝕并縮短其壽命。這個問題獨立地存在，無論蒸發(fā)器是在自然循環(huán)情況下進行還是在強制循環(huán)的情況下進行。2、用導熱油(thermal oil)作為熱傳遞介質(zhì)的實施例是有問題的。一方面，油類的不均勻的分布和管壁的過熱在這不能避免，并且另一方面，合成裝置由于環(huán)境原因必須放置在槽中。3、用于熱解耦的分離式傳熱回路的效率總是比直接蒸發(fā)低。4、現(xiàn)有技術(shù)的特征在于不充分的熱耦合，因為產(chǎn)物氣體HCl僅被冷卻到大約1000°C。因此，有價值的熱量仍沒有被利用起來。因此，現(xiàn)有技術(shù)是依靠結(jié)合在下游的蒸汽鍋爐裝置和在最多1250°C的溫度下從HCl高達70%的含HCl的氣體中熱解耦。為了防止鋼制蒸汽產(chǎn)生器的腐蝕，特別是高溫腐蝕，這兩種措施都是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
問題是提供一個能夠可靠有效地直接蒸發(fā)水的裝置，目的是使氯氣和氫氣放熱反應(yīng)的熱量被分離出來。通過用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的從氯氣和氫氣或從氯氣和烴來合成氯化氫并結(jié)合回收熱量的方法的本發(fā)明的裝置而解決該問題。在本發(fā)明中，火焰管和燃燒室是同一裝置。另外，在燃燒室中絕熱燃燒溫度可允許達到2400°C，而不會有蒸汽產(chǎn)物造成的腐蝕發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，出于此目的，特殊的H2-Cl2擴散燃燒器被同心地放置在所設(shè)置的火
焰管中。燃燒室和熱交換器二者都設(shè)置在根據(jù)廢熱鍋爐原理來工作的筒式鍋爐的蒸汽包(steam drum)中。根據(jù)本發(fā)明的燃燒室可優(yōu)選地在與燃燒室外部壓力相比較高或較低的內(nèi)部壓力下運行。燃燒室設(shè)計為使得HCl合成可在優(yōu)選地從0.1巴(絕對壓力)至7.0巴(絕對壓力)的壓力范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從0.8巴(絕對壓力)至5.0巴(絕對壓力)的壓力范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地從0.9巴(絕對壓力)至4.0巴(絕對壓力)的壓力范圍內(nèi)進行。根據(jù)本發(fā)明的所有與氯化氫接觸的部件一直都在腐蝕性低的溫度范圍內(nèi)，因為這些部件都位于蒸汽包中，蒸汽包在腐蝕性低的溫度水平下運行，例如，甚至在包含水蒸汽的混合物的情況下。筒式鍋爐優(yōu)選包括被安裝在鍋爐爐體中的火焰管，回火室和下面的管束熱交換器。引導部件特別優(yōu)選地設(shè)置在鍋爐爐壁和熱交換器管之間，所述引導部件保證水在鍋爐中均勻地循環(huán)。燃燒室，熱交換器管和引導部件可以被設(shè)置成這樣一種方式，即:確保周圍水的循環(huán)和蒸汽的上升(自然對流)。這里不需要循環(huán)泵。產(chǎn)物冷卻管可優(yōu) 選地向上通過蒸汽空間，由此可使所產(chǎn)生的蒸汽過熱(干燥)。優(yōu)選地也可通過使蒸汽在比網(wǎng)絡(luò)壓力高的壓力下產(chǎn)生然后在網(wǎng)絡(luò)中卸壓而實現(xiàn)蒸汽的過熱。結(jié)合在下游的用于冷卻產(chǎn)物的燃燒室和熱交換器優(yōu)選由金屬材料制成并且是蒸汽產(chǎn)生器的組成部分。
結(jié)合在下游的用于冷卻產(chǎn)物的燃燒室和熱交換器優(yōu)選由鋼制成并且是蒸汽產(chǎn)生器的組成部分。主要部件優(yōu)選豎直設(shè)置，但是水平布置在原則上也是可行的。燃燒室，熱交換器和蒸汽包優(yōu)選地離心地設(shè)置。然而，一般來說，行業(yè)中的通常設(shè)置是優(yōu)選的。特別優(yōu)選的是HCl合成燃燒器被設(shè)置在火焰管的開口處。根據(jù)本發(fā)明的燃燒室優(yōu)選地通過硅氮烷基體上的包覆層而受到保護，防止腐蝕。燃燒室(火焰管)的使用壽命因此得到相當大地延長。此外，優(yōu)選通過沉積焊接工藝保護燃燒室防止腐蝕。鎳基合金或其它能提高抗腐蝕效果的標準焊接化合物被用作焊接化合物。鎳本身或鉭也可以是特別優(yōu)選的。鉭適用于所謂的包覆工藝，這是一種特殊的沉積焊接工藝。用于保護燃燒室的進一步變體為用陶瓷保護層包覆該燃料室。令人驚訝地是，陶瓷保護層對燃燒室的使用壽命具有有益的影響，盡管它們不是氣密地構(gòu)成的。因此，造成這一點的原因必然是由于包覆層的絕熱和熱輻射性質(zhì)。這一不絕對氣密的陶瓷包覆層特別優(yōu)選地應(yīng)用于之前確定的受到溫度載荷的區(qū)域，這特別是一方面為了達到這些區(qū)域的過熱并且另一方面為了在燃燒室的整個內(nèi)壁中達到更好的熱載荷分布。金屬氧化物、硼化物和碳化物可被用作陶瓷包覆層。包覆層優(yōu)選地通過等離子噴涂沉積。然而，在后面提到的沉積工藝的情形下，也可以沉積高熔點金屬和金屬合金，特別是那些在氯氣氣氛中耐受的金屬和金屬合金。當面臨腐蝕的風險時，如果將熔體施加在組件的內(nèi)側(cè)上，當然能夠?qū)崿F(xiàn)有效的腐蝕防護，但尤其是，腐蝕防護也基于氣密性。特別有效地可用的熔體是例如瓷釉。此外，優(yōu)選的是利用 蒸汽加熱鍋爐空間或利用氣體燃燒加熱燃燒室空間以防止腐蝕。蒸發(fā)器的操作溫度在170至240°C之間。根據(jù)本發(fā)明，HCl產(chǎn)物氣體被冷卻至200-1200°C，優(yōu)選地冷卻到200-500°C，并且特別優(yōu)選地冷卻到250_350°C。由此可以達到良好的熱量利用。與用加壓水加熱的外置式蒸發(fā)器相比，根據(jù)本發(fā)明，高度的效率(循環(huán)水和蒸發(fā)器之間不再存在溫度差)是可能的并且節(jié)約了多得多的裝置成本。特別優(yōu)選地，火焰管是波紋狀的，由此增加了面對鍋爐的這一側(cè)的對流熱傳遞部分。此外，特別優(yōu)選的是火焰管的火焰方向可以被設(shè)置成從底部至頂部以及從頂部至底部。其它的部件相應(yīng)地設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明，燃燒室和熱交換器可被設(shè)置成抗壓力沖擊的，S卩，它們可經(jīng)受住在氫氣和氯氣的任意混合物加入的情況下而產(chǎn)生的壓力。對于裝置的運轉(zhuǎn)，裝置可被預熱并且通過輔助燃燒器或來自網(wǎng)絡(luò)的蒸汽來達到操作溫度?？赏ㄟ^測量產(chǎn)物中的水蒸汽壓力而實施泄露監(jiān)測。由于泄露只有在產(chǎn)物側(cè)的方向上可能存在，因此根據(jù)本發(fā)明的裝置的操作模式是安全的。另外，泄露可通過蒸汽系統(tǒng)中壓力的下降而被檢測到。
為了盡早檢測到臨界腐蝕率，優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的裝置的燃燒室空間中安裝改進的腐蝕測量探針。這樣的探針的原理是:在主要的燃燒空間條件下，導致以可控的方式侵蝕與蒸發(fā)器相同的材料，并且關(guān)于腐蝕的發(fā)展、通過與腐蝕的發(fā)展相關(guān)聯(lián)的電阻的改變而得出結(jié)論。如果需要的話，則燃燒室由此及時地被檢查并且不會有不希望的損害發(fā)生。


以下在不按比例的附圖的幫助下更詳細地解釋本發(fā)明。在圖中:圖1示出了用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置，其中筒式鍋爐的回火室設(shè)有下述的單側(cè)管式調(diào)溫裝置(register)。圖2示出了用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置，其中筒式鍋爐的回火室設(shè)有下述的同心管式調(diào)溫裝置。
具體實施例方式用于實施該方法的裝置是根據(jù)廢熱鍋爐原理來工作的筒式鍋爐。廢熱鍋爐包括具有外殼(11)的爐體和內(nèi)部火焰管，內(nèi)部火焰管包圍燃燒室。HCl合成燃燒器⑴位于火焰管(12)的開口處，該HCl合成燃燒器⑴設(shè)有氫氣的進氣口(14)和氯氣的進氣口(15)。燃燒室優(yōu)選被燃燒室壁(12)限制，該燃燒室例如由鋼制成并且可以形成有抗腐蝕包覆層。改進的腐蝕測量探針(10)安裝在鍋爐空間(9)的范圍內(nèi)，位于燃燒室壁(12)上的燃燒空間中?；鹧?13)的火焰方向表現(xiàn)為從底部至頂部。具有焊接在上面的蒸汽收集容器(7)的回火室(8)位于火焰(13)上方，該蒸汽收集容器(7)設(shè)有蒸汽出口出)?；鼗鹗?8)被鍋爐水完全圍繞。鍋爐水 水位 (5)被示出。回火室(8)下面設(shè)有管式調(diào)溫裝置(4)，該管式調(diào)溫裝置(4)可被構(gòu)造成單側(cè)的，例如圖1所示的那樣，或者構(gòu)造成同心的，例如圖2所示的那樣。被冷卻到250-280°C的HCl產(chǎn)物氣體被收集在下面的收集容器(3)中并通過產(chǎn)物出口⑵輸送。
權(quán)利要求
1.一種用于實施從氯氣和氫氣或者從氯氣和烴來合成氯化氫并結(jié)合回收熱量的方法的裝置，其特征在于，燃燒室和熱交換器設(shè)置在根據(jù)廢熱鍋爐原理來工作的筒式鍋爐的蒸汽包中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述筒式鍋爐包括安裝在鍋爐爐體內(nèi)的火焰管或燃燒室、回火室和下面的管束熱交換器。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，燃燒室和熱交換器由金屬材料制成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一種或多項的裝置，其特征在于，燃燒室和熱交換器由鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，HCl合成燃燒器被設(shè)置在所述火焰管的開口處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，燃燒室通過硅氮烷基體上的包覆層而受保護，防止腐蝕。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，蒸汽被用于加熱或氣體燃燒，以防止腐蝕。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，HCl產(chǎn)物氣體被冷卻到300-400°C，優(yōu)選地冷卻到200-300°C，特別優(yōu)選地冷卻到250_280°C。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，燃燒室、熱交換器和蒸汽包被尚心地設(shè)置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，火焰管為波紋狀。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，火焰管的火焰方向被設(shè)置成從底部至頂部以及從頂部至底部。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項的裝置，其特征在于，改進的腐蝕測量探針被安裝在燃燒空間中。
全文摘要
描述了一種用于實施從氯氣和氫氣或者從氯氣和烴來合成氯化氫并且結(jié)合回收熱量的方法的裝置，其中燃燒室和熱交換器設(shè)置在根據(jù)廢熱鍋爐原理來工作的筒式鍋爐的蒸汽包中。
文檔編號F22B1/22GK103079991SQ201180033058
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者馬庫斯·弗蘭茲, 瑟倫·格茨 申請人:西格里碳素歐洲公司