CN102910587B - 水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉，冷却部件包含炉筒、进水管、出汽管。石墨炉筒是由多块石墨圈拼接而成，每个石墨圈经过酚醛树脂二次浸渍后经130℃-380℃高温处理。炉筒与进水管、出汽管的连接法兰是耐热钢制成的，合成部件和吸收部件的炉壳是碳钢制成的。两个石墨圈之间的拼接缝呈企口状；拼接缝采用酚醛树脂胶结连接，胶结后经过130℃-240℃温度的固化处理。石墨炉筒的壁厚60mm-240mm，壁内分布有众多的纵向连通的冷却水管路。本发明的优点是耐腐蚀性好，组合式结构强度高，热效率高，制成的氯化氢气体纯度高，不含铁离子，适合更大的盐酸产能。

Description

水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉

技术领域

 本发明涉及副产蒸汽的盐酸合成炉，特指反应热冷却部位为石墨材质的盐酸合成炉。

背景技术

盐酸的工业生产通常采用氯气与氢气合成反应生成氯化氢，然后被水吸收为盐酸。合成时伴随释放出大量反应热，传统的盐酸合成炉中，反应热被冷却水带走，造成热能浪费。后来发展了收集反应热的副产蒸汽的钢制盐酸合成炉，解决了节能问题，但是未能解决合成炉炉体金属腐蚀减低设备使用寿命和腐蚀导致的盐酸中带有铁离子的污染问题。

专利申请号为92200426.9的文件公开了“ 盐酸合成炉中的耐腐蚀炉头”，由圆筒部分和法兰构成，圆筒内孔上部室内圆锥形，圆筒与法兰用螺栓紧固。从结构上而不是从材料上提高炉头的寿命，提高很有限。

专利申请号为96226846.1的文件公开了“ 石墨盐酸合成炉”，该炉结构包括了炉头、合成、吸收、分离器四部分所组成。在已有技术基础上炉头部分增设了炉头铁筒体，视镜与炉头铁筒体为活法兰呈９０°的连接；在吸收铁筒体的内壁上焊有折流板，板的上边用螺丝固定着橡胶板；吸收段石墨块的孔内设有喇叭口。 在冷却部位仍然采用炉头铁筒体，该部位由于反应热释放多，温度高，钢质筒体更容易腐蚀，虽有起防腐辅助作用的橡胶板，整个设备的耐腐蚀性不能同步提高。

专利申请号为200520083875.9的文件公开了“四合一石墨盐酸合成炉”，以及南通远东化工设备有限公司生产的石墨盐酸合成炉，主要部件全由石墨制成，其力学强度较低、热传导效率较差。

专利申请号为201120337210.1 的文件公开了“一种副产蒸汽三合一盐酸合成炉”，包括炉体中下部的氯化氢合成段；炉体的上部设冷却段，所述冷却段由石墨筒体、套在石墨筒体外的钢制壳体以及冷却水夹层构成；所述冷却段石墨筒体中心设中心通道，中心通道四周的石墨筒体上部设置有若干垂直流道以及水平流道，中心通道四周的石墨筒体底部设置有与垂直流道连通的环形空腔，所述水平流道与冷却段的冷却水夹层连通，氯化氢合成段制得的氯化氢气体通过中心通道到达炉体顶部，随稀盐酸一同进入垂直流道，在水平流道内冷却水作用下放热冷凝制得浓盐酸，再通过浓酸出口排出，剩余的气体从尾气出口排出。其冷却水道为冷却水夹层和水平流道，既对钢制壳体产生腐蚀，结构和流道又过于复杂，影响冷却和合成效率。

发明内容

发明目的：克服传统的盐酸合成炉炉体强度和热交换效率不能兼顾的缺陷，提供一种炉体强度有可靠保障、热交换效率高、耐腐蚀性强、具有水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉。

技术方案：为实现本发明的目的，采用的一种水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉，用作氯气和氢气合成制取氯化氢、氯化氢再被水吸收为盐酸的反应设备，包括有合成部件、冷却部件、吸收部件，冷却部件包含石墨炉筒、进水管、出汽管，反应热的吸收和冷却过程是在冷却部件中实现的，其特征在于：

该石墨炉筒是由多块石墨圈拼接而成，石墨炉筒与进水管、出汽管的法兰连接部件是耐热钢制成的，合成部件和吸收部件的炉壳主要是采用钢制成的；

两个石墨圈之间的拼接缝呈阶梯状企口或者凹凸状企口；拼接缝采用酚醛树脂胶结起来，并且在胶结后经过130℃-240℃温度的固化处理；

石墨圈的壁厚是60 mm -240mm，壁内分布有众多纵向排列的冷却水管路，各个石墨圈中的冷却水管路上下连通，冷却水管路最下方连接钢质进水管、最上方连接钢质出汽管。

设备中，另有合成需要的燃烧装置、起安全保障作用的防爆装置以及氯气和氢气进口、氯化氢出口，视镜孔等部分组成。

所述的石墨圈的表面优选经过酚醛树脂浸渍或者以酚醛树脂涂料涂刷而成。所述的石墨圈的表面经过酚醛树脂二次或多次浸渍或者以酚醛树脂涂料涂刷2次或多次, 并经130℃-380℃的高温处理而成。

本发明中，石墨设备材质选用化工专用石墨，浸渍剂由最新研制的树脂工艺配方生产、浸渍、固化过程都按企业标准进行。所述的酚醛树脂涂料优选是3-5质量份酚醛树脂与1质量份石墨粉调制而成的。浸渍后的石墨设备从导热系数、结构强度到耐温性能都比国内同类产品高，并达到国际先进水平。

所述的冷却水管路优选是管径为10mm-20mm的圆柱形管, 圆柱形管之间的间距为8mm-25mm（圆柱形管距离内壁表面、外壁表面的最小距离为8mm）。

所述的石墨炉筒外围优选有保护性钢制护壳。

所述的合成部件和吸收部件的炉壳以及连接法兰优选都是16MnR耐热钢制成的。 

在合成炉的合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，可以采用石墨材料制作。采用这种方法既克服了合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，又克服了石墨炉筒强度和使用温度受限制的缺点。

有益效果：

本发明的盐酸合成炉与钢制盐酸合成炉比较，它的优点是耐腐蚀性好，使用寿命长，制成的氯化氢气体纯度高，不含铁离子，生产效率高。与炉体为全石墨的盐酸合成炉比较，采用多个石墨圈和钢壳的组合式结构，强度更高，适合更高的水蒸气压力和更大的盐酸产能。

由于石墨具有优异的导热性，石墨炉筒内的燃烧反应热可迅速地传到炉壁外，由冷却水带走，氯化氢气体的出口温度较低，进人吸收器之前，无需用大的冷却器冷却，可提高吸收效率，由于没有高温炉体的辐射热，改善了操作环境条件。

除此以外，其最突出的优点是，对进入合成炉的原料氯气和氢气的含水量无特殊要求，从电解槽来的氯气和氢气不必经冷却和干燥处理，可省去氯、氢处理设备，大大简化盐酸生产工艺过程，减少占地面积，节省投资和管理费用。　

当然，其也存在着结构较复杂，检修不如钢合成炉方便，一次投资费较大的缺点。 

附图说明

图1是本发明的一个整体结构示意图；

图2是放大的图1中石墨炉筒的石墨圈A-A横截面结构示意图；

图3是图2中石墨圈的B-B方向（纵向）剖面的结构示意图。

图中，1、氯气进口；2、氢气进口；3、观察孔；4、进水管；5、出汽管；6、盐酸出口；7、备用管；8、法兰；9、冷却水管路；10、石墨炉筒；11、合成部件；12、吸收部件；13、企口。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例对本发明作更具体的说明。

实施例1： 

如附图2、图3所示的石墨圈，材质选用化工专用石墨，表面经过酚醛树脂涂料二次涂刷，并经200℃-280℃的高温处理而成。所述的酚醛树脂涂料是4质量份酚醛树脂与1质量份石墨粉调制而成的。

石墨圈有阶梯状企口13。石墨圈的壁厚是120mm，壁内分布有众多纵向排列的冷却水管路9。所述的冷却水管路9是管径为14mm的圆柱形管, 圆柱形管之间的间距为16mm。

浸渍后的石墨设备从导热系数、结构强度到耐温性能见下面的性能比较表

性能	普通树脂浸渍石墨	本发明的石墨圈
			密度 g/cm3	1.75-1.86	1.85-1.92
使用温度°C	165(特殊处理180)	200
			导热系数 w/(K·m)	70-90	>120
抗压强度 Mpa	60-70	70-80
			抗拉强度 Mpa	24-28	25-35
抗弯强度 Mpa	8-10	15-20

实施例2：

如附图1所示的水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉整体结构，用作氯气和氢气合成制取氯化氢、氯化氢再被水吸收为盐酸的反应设备，包括有合成部件11、冷却部件、吸收部件12，冷却部件包含石墨炉筒10、进水管4、出汽管5，反应热的吸收和冷却过程是在冷却部件中实现的。

该石墨炉筒10是由多块实施例1中的石墨圈拼接而成，石墨炉筒10与进水管4、出汽管5的法兰8连接部件是耐热钢制成的，合成部件11和吸收部件12的炉壳主要是采用钢制成的；

两个石墨圈之间的拼接缝呈阶梯状企口13；拼接缝采用酚醛树脂胶结连接起来，并且在胶结后经过170℃-220℃温度的固化处理；

各个石墨圈中的冷却水管路9上下连通，冷却水管路9最下方连接钢质进水管4、最上方连接钢质出汽管5。

设备中，另有合成需要的燃烧装置、起安全保障作用的防爆装置以及氯气进口1、氢气进口2、盐酸出口6、观察孔3、备用管7等部分组成。

节能减排效益分析：

运行时，由于氯化氢合成放热大部分用来发生蒸汽，与常规炉型相比，循环冷却水用量大幅减少。以120t/d氯化氢合成炉来计算，每小时产出的热量为3.02×106 kcal/h，这部分热量68%左右以副产蒸汽的形式带走，若以循环冷却水的方式移热，则需消耗343t/h的冷却水量（循环冷却水温升按6℃计），按一般循环水装置配置需约60kW动力电，电价按0.5元/度计，每年可节约动力电费用约24万元。

每合成1t氯化氢气体可副产低压或中压蒸汽0.6～0.7t。以生产120t/d高纯盐酸为例，盐酸合成系统装置满负荷生产时日产蒸汽约24吨，蒸汽单价以150.00元/吨计，年开车330天，年创效益约118万元；以生产120t/d氯化氢为例，氯化氢合成系统装置满负荷生产时日产蒸汽约78吨，蒸汽单价以150.00元/吨计，年开车330天，年创效益约386万元。

Claims (2)

1.一种水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉，用作氯气和氢气合成制取氯化氢、氯化氢再被水吸收为盐酸的反应设备，包括有合成部件（11）、冷却部件、吸收部件（12），冷却部件包含石墨炉筒（10）、进水管（4）、出汽管（5），反应热的吸收和冷却过程是在冷却部件中实现的，其特征在于：

石墨炉筒（10）是由多块石墨圈拼接而成，石墨炉筒（10）与进水管（4）、出汽管（5）的连接法兰（8）部件是耐热钢制成的，合成部件（11）和吸收部件（12）的炉壳主要是采用钢制成的；

两个石墨圈之间的拼接缝呈阶梯状或者凹凸状企口（13）；拼接缝采用酚醛树脂胶结起来，并且在胶结后经过130℃-240℃温度的固化处理；

石墨圈的壁厚是60 mm -240mm，壁内分布有众多纵向排列的冷却水管路（9），各个石墨圈中的冷却水管路（9）上下连通，冷却水管路（9）最下方连接钢质进水管（4）、最上方连接钢质出汽管（5）；

所述的石墨圈的表面经过酚醛树脂二次或多次浸渍或者以酚醛树脂涂料涂刷2次或多次, 并经130℃-380℃的高温处理而成。

2.根据权利要求1所述的水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉，其特征在于：所述的酚醛树脂涂料是3-5质量份酚醛树脂与1质量份石墨粉调制而成的。