CN1031393C - 一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法及设备，是在碳钢制造的氯化氢合成炉基础上的改进，改进后合成炉上，下炉体均有水套，炉内有盘管，开炉时用水冷却，使氯化氢在合成炉出口处温度降到500℃以下，开炉前水套中通以足够温度的热水，或用燃烧可燃性气体的方法预热合成炉，使炉内壁温度达到108℃以上，风冷管涂以耐高温防氧化漆，按本发明的方法，可将合成炉及风冷管高温氧化腐蚀和盐酸低温腐蚀减少到最低限度，大大减少了合成炉检修的次数，显著提高了盐酸的产量和质量。

Description

一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法及设备

本发明属于非金属元素及其化合物制造领域，是一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法和设备。

盐酸的生产，主要是氯化氢的合成，是在氯化氢合成炉内进行，氯气和氢气各自通过管道进入，在炉头(灯头)中混合，在炉头出口处进行燃烧反应，生成氯化氢。这是一种放热反应，产生高温，需在合成炉内进行初步冷却。经过合成炉上炉体水夹套的换热，合成炉及下炉体及风冷管与空气换热之后，以适当的温度进入石墨换热器，进行再次冷却，最后进入石墨吸收器，被水吸收，生成盐酸，进入储罐。附图1为现有的盐酸生产流程简图，[1]是上炉体冷却水套，[2]是氢气管，[3]是氯气管，[4]是炉头，[5]是下炉体，[6]是上炉体，[7]是风冷管，[8]是石墨换热器，[10]是石墨二次吸收器，[11]是喷射泵，[12]是盐酸储罐。合成炉一般采用碳钢制造。使用这样的材料，制造加工方便，传热效率高，成本低，但不耐腐蚀。为了避免腐蚀，有的采用石墨做为炉体材料，但制造加工困难，成本高，而且换热效率不高，产量不能有效提高，所以生产厂家采用的不多。碳钢合成炉广泛应用于国内合成盐酸制造厂家。合成炉炉体可视为上下两部分组成，为了使合成的氯化氢冷却，上炉体外部有冷却水套。实际上很多碳钢合成炉体是一体制成的，这里将其分为上，下炉体是为了说明问题的方便。由于下炉体和风冷管直接暴露于空气中，高温氧化腐蚀很严重。特别是下炉体，空气高温氧化腐蚀很快，如使用10mm厚的锅炉钢板制造，使用三个月就会产生局部腐蚀穿透现象。空冷管温度较低，高温氧化腐蚀比下炉体轻些，但也不容忽视。除了下炉体和空冷管外部高温氧化腐蚀外，炉内壁盐酸腐蚀也是一个很重要的问题。盐酸对炉体的腐蚀是由于盐酸与铁反应生成氯化铁，合成炉内盐酸的存在是由于氢气中含有水分，另外，氯气中常含有氧气和水分等，特别是大部分生产盐酸的工厂，用的氯气都是尾氯，是不纯净的，要除掉原料中的杂质是件很麻烦的事，要增加设备，提高了生产成本。所以在一般情况下，生产盐酸的原料气都不可能很纯。在氢气同氯气反应生产氯化氢的同时。氧气同氢气反应生成水，氯化氢气体立即溶于水，成为盐酸，盐酸对铁炉体有严重的腐蚀作用。这种腐蚀只有在低温下才会产生。合成炉内受盐酸低温腐蚀最严重的是炉头，其次是炉内壁和风冷管内壁。腐蚀生成的铁的氯化物附着在设备内壁，影响传热，堵塞管道和设备，部分溶于盐酸，使盐酸中的铁离子含量超过标准允许值，盐酸颜色变黄，质量降低。不管是高温氧化腐蚀还是盐酸腐蚀，都会使设备提前损坏，修理或更换，不仅造成器材的浪费，造成的停工损失更大。停炉和重新开炉又使盐酸腐蚀加剧。常用的合成炉上炉体外部有冷却水套，用水冷却，换热效率高，而下炉体和风冷管靠空气冷却，换热效率低。以年产盐酸1.5万吨的合成炉设计为例，上炉体与水换热，换热面积为13平方米；下炉体和风冷管与空气换热面积为5＋18＝23平方米。也就是说，换热过程中大量的热由换热效率不高的下炉体与空冷管外表散发。由于盐酸产量与合成炉、风冷管的冷却效果密切相关，盐酸产量经常处于波动之中，生产不稳定，以上种种情况，多年来无改进。为了解决合成炉内部件盐酸低温腐蚀的问题，中国实用新型专利申请92200426.9(公告号CN2109247U)提出了一种用于氯化氢合成炉的防腐蚀炉头，这种炉头由高度耐腐蚀的耐火材料制成，其使用寿命大大延长。但这种改进仅涉及炉头，合成炉炉体和空冷管的腐蚀问题仍没解决。

如上所述，传统的碳钢氯化氢合成炉的腐蚀主要是在开炉和停炉短时间炉内壁盐酸低温腐蚀和生产过程中炉壁外部的高温氧化腐蚀造成的。如果采取措施，在开炉前在合成炉内予热，生产过程中降低炉外壁的表面温度，则可大大减少合成炉内壁和外壁的腐蚀。经试验发现，在原有碳钢合成炉基础上作一些改进，即在合成炉的上下炉体均加装水套，开炉前通以热水予热，生产过程中，加强冷却，这样，可以使合成炉的腐蚀包括炉内壁盐酸低温腐蚀和炉外壁的高温氧化腐蚀，减少到最低限度。

本发明的目的在于提供一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法，按照这种方法，开炉前在合成炉内进行予热，生产过程中对炉壁进行冷却，有效地降低合成炉外壁的表面温度，而且还有助于消散氯化氢合成过程中放出的热，有效的降低氯化氢的出口温度。本发明的另一个目的是提供一种盐酸生产中减少腐蚀的设备，这种设备是一种经过改进的碳钢氯化氢合成炉，其上下炉体均加装水套，水套中，开炉前通以热水，生产过程中上下炉体全部用水冷却，研究发现，盐酸对铁的腐蚀发生在盐酸的沸点以下，在高于盐酸的沸点的温度下，盐酸对铁不发生腐蚀作用。盐酸沸点随所含氯化氢百分率而变化，这种变化关系称为沸点线，如附图2所示。在合成炉生产条件下，盐酸沸点接近108℃，只要合成炉炉壁温度在108℃以上，碳钢炉体不会发生腐蚀。为了消除盐酸对合成炉炉体的腐蚀，应在氢气和氯气反应时，炉内壁温度保持在108℃以上。为此，本发明中采取的措施是在合成炉进行反应之前，将炉予热。予热合成炉可采取两个方面的措施，一是对炉体从结构上改造，炉体上下全部加水室，合成炉反应之前，在水套中通以温度尽可能高的热水或蒸汽，使合成炉予热。合成炉经过予热，开炉后温度很快升高，使炉内壁温度很快达到108℃以上，使盐酸对炉体的低温腐蚀时间大大缩短，在操作上，这一点是很容易实现的。为予热合成炉所用的热水可以取自其它合成炉夹套排出的热水(一般盐酸生产厂都是几台合成炉同时运行)。在附图3中，A是生产炉，B是待开炉，阀门1.2.6.7.8为打开状态，3.4.5.为关闭状态。B炉开炉前要用A炉水套中排出的热水，可关闭阀门6.7，打开阀门5。水套加满热水后，关闭阀门8，打开阀门7，然后点炉，通原料气。待反应正常后逐渐打开阀门4。根据具体条件，也可采用其它方法加入热水或水蒸汽。事实证明，若用85℃的热水使炉体予热，可使反应开始后2分钟内炉内壁温度达到108℃以上。如果通入的水是18℃的冷水，则要经过20分钟左右，才能将炉内壁温度升高到108℃以上。在炉予热的情况下，开炉时盐酸对炉体的腐蚀时间可缩短为不用予热时的十分之一左右。如果是热水，一般通入水套前之少为70℃。关于炉体和风冷管外表面高温氧化腐蚀的问题，如前所述，在合成炉下炉体外部加冷水套，已基本上消除了炉体的高温氧化腐蚀。合成炉开炉其间，炉内温度高达1000℃左右，经炉体水套中水的冷却，到达风冷管入口处，温度仍在500℃以上。经风冷管冷却，在其出口处为石墨换热器入口温度。风冷管前段高温氧化腐蚀仍较严重。为解决风冷管的高温氧化腐蚀问题，一是加强合成炉的冷却作用，使合成炉出口处，亦即风冷管入口处氯化氢气体温度降到不超过500℃；二是在风冷管外表涂以耐高温防氧化漆。加强合成炉冷却作用，可以采取几方面的措施。一是增大冷却水套的换热面积：二是在合成炉内部装冷却盘管。如果通过水套换热，能够使合成炉出口处氯化氢气体温度降到500℃以下，就可以不在炉内装设冷却盘管。氯化氢气体温度有效降低，就可减少风冷管的长度。风冷管靠空气冷却，冷却情况起伏不定，对生产有影响，其长度越短，影响越小。所以，加强合成炉的冷却作用，不仅有效的降低风冷管温度，从而减轻风冷管的高温腐蚀，也可使生产更加稳定。在风冷管温度降低，长度缩短的情况下，在其外部涂耐高温防氧化漆，这种耐高温防氧化漆含有机硅，既耐高温防氧化又不致影响散热。在500℃以下的温度，可以选用牌号W-61-901。

按照本发明，设计盐酸年产量1.5万吨的合成炉，上、下炉体外部均有冷却水套，风冷管前段有冷却水套，后段涂以耐高温防氧化漆；操作方面，开炉前水套中通以热水，或水蒸汽，使合成炉予热，生产过程中上下炉体水套中通以循环水冷却。这些措施可使炉体和风冷管高温氧化腐蚀基本消除，盐酸低温腐蚀低到最低限度。合成炉下炉体在不加冷却水套时只能用半年，采取本发明中的措施后可使用十几年。由于腐蚀轻微，停车检修次数可由每年数十次减少为数次(减少停炉次数又可减轻腐蚀)。合成炉开炉时间大大延长。炉体全部用水冷却，换热效果好，生产稳定。这一切，可使盐酸产量提高四分之一，盐酸质量也显著提高。

Claims (3)

1.一种在盐酸生产中减少腐蚀的方法，氯化氢在碳钢制造的合成炉内合成，合成的氯化氢在炉内进行初步冷却，其特征是，氯化氢合成炉上下炉体均加装水套，合成炉开车前在上下炉体的水套中通以热水进行予热；生产过程中上下炉体均用水进行冷却。

2.权利要求1所述的方法，其特征是，热水水温不得低于70℃。

3.一种为实施权利要求1的方法所用的的设备，用碳钢制造，氯气和氢气在其中合成氯化氢，其特征是，上下炉体均加装水套。