CN103534197A

CN103534197A - 利用回收热由氢和氯直接合成氢氯酸的设备和反应器

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Publication number: CN103534197A
Application number: CN201280023639.0A
Authority: CN
Inventors: 热雷米·伯努瓦; 热罗姆·梅拉德
Original assignee: French Py Of Us Ademilson Co Ltd
Current assignee: French Py Of Us Ademilson Co Ltd; Mersen France PY SAS
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: FR2973365B1; FR2973365A1; AU2012236012B2; US9415364B2; AU2012236012A1; WO2012131236A1; CN103534197B; US20140079600A1; EP2691337A1

Abstract

本发明涉及用于由氯和氢合成HCl的反应器（1），包括称作炉（7）的底部以及称作换流器（8）的顶部，所述炉（7）包括位于其底部的燃烧器（2），该燃烧器（2）被供应有氯和氢以形成气态HCl，所述换流器（8）同轴布置在所述炉（7）之上，并且所述换流器（8）包括多个与热传递液接触的管（31）。所述炉（7）中的反应气体通过所述管（31），并且所述热传递液在所述管（31）之间的空间内流动。在所述炉（7）和所述换流器（8）之间布置有其上连接有所述换流器（8）的所述管（31）的穿孔管式板（38）。所述反应器（1）的特征在于：所述反应器（1）中与气态HCl接触的全部内壁均由金属合金制成，并且在所述炉（7）中，与气态HCl接触的所述壁的内表面的至少一部分是由包含至少20重量%的镍的合金制成的。

Description

利用回收热由氢和氯直接合成氢氯酸的设备和反应器

技术领域

本发明涉及化工领域，更具体而言，涉及通过氢和氯之间的直接反应从而直接合成气态氢氯酸的设备和反应器，这使得能够以加压饱和蒸汽的形式回收来自于所述反应的至少部分热量。

背景技术

工业合成氢氯酸的一种方式是使氢和氯在气相中直接反应：

H₂(g)+Cl₂(g)→2HCl(g)。

该反应是高度放热的（约产生92kJ/摩尔HCl），并产生约2500℃至3000℃的火焰温度。因此，必须持续地冷却反应器，通常通过水或水蒸汽等流体进行冷却。这种用于直接合成氢氯酸的单元所消耗的冷却水是很可观的。

通常，这种方法包括两个步骤：

（i）通过上文所述的反应在反应器（也称之为“炉”）中形成气态HCl，

（ii）在吸收器中使该气体被吸收于水中，从而制备液体氢氯酸。

合成炉和吸收器必须经过冷却。由该方法得到的液体酸也须如此。对该方法残余热的使用是评价其经济性的重要因素。

专利申请EP 1 671 926 A1（SGL Carbon AG）描述了一种从直接合成HCl的炉内回收热的方法，其中使用了冷却水作为溶剂或作为另一工艺的反应物。然而，高压蒸汽在工业上的用途更为广泛，人们希望能够以该形式最大化地利用用于直接合成HCl的方法的残余热。在许多文献（例如，专利申请DE 1 08 493(Siemens Planiawerke)）中都描述了这种反应器，并且市场上已存在这种合成单元。专利申请FR 2525 202（Le Carbone Lorraine）描述了这样一种装置，该装置的目的是通过适当地选择炉和吸收器的不同区域中冷却液体的温度，从而提高加压蒸汽形式的热回收率。

欧洲专利文献EP 0 103 863 B1（Le Carbone Lorraine）描述了一种合成用单元，其中燃烧器位于顶部，火焰被引导向下，其中气态HCl的吸收水滴落到反应器的内壁上并逐渐变得富含HCl，其中冷却水逆向流动并冷却反应器壁，其中反应器壁设置有热交换组件和管。向反应器的室内引入水会产生腐蚀问题，因而需要使用石墨作为反应器的构成材料。

专利申请FR 2 628 092（Sigri GmbH）描述了一种用于直接合成氢氯酸的炉，其中热传递液在热交换器（形成炉中段的壁）与蒸汽发生器之间流动，以产生温度介于170℃和230℃之间且压力为至少7巴的饱和蒸汽。

根据现有技术，如前述文献FR 2 525 202中所述，炉和吸收器由石墨制成。欧洲专利文献EP 0 497 712 B1描述了Le Carbone Lorraine公司的商品名为USL的炉，其完全由石墨制成。人们曾经使用过陶瓷材料，然后使用过金属材料（参见专利文献DE 506 634(

&Haas)、FR 938 010(Societa elettrica ed elettrochimica del Caffaro)和DE 857 343(Chlorberag)）。然而，使用金属会对炉内的温度选择构成限制。的确，根据前述专利文献FR 2 628 092的教导，可将钢用于炉中的最热部分，但是一旦有发生水冷凝（即，形成液体氢氯酸）的可能性时，则必须使用石墨以防止炉中元件被腐蚀。石墨是易于加工的材料，但是布置于该材料中的管并不能耐受高压；在实际操作中，该压力被限制为约3.5巴（例如，参见专利文献FR 2 525 202），其对应于蒸气温度为约134℃。专利文献FR 2 628 092中所描述的装置仅从炉的中段提取热；该中段形成热交换器并且由金属制成，这能够获得约7巴的更高压力。

专利文献WO 01/25143（Norsk Hydro ASA）描述了一种以高压蒸汽的形式回收热的合成反应器；该反应器包括炉部分、换流器部分和吸收器，并且该反应器是由金属材料制成的。该反应器的特征在于存在弯管（elbow），并且换流器部分的位置相对于炉而侧向偏离，并且吸收器的位置与炉相邻。

根据该专利申请的描述，其并非实施方案而是一种构想，因此，几乎未提供构建细节。

弯管的存在使得能够得到特别紧凑的构造，特别是可限制设备的总高度，从而减轻其总重量。然而，弯管的存在需要使用法兰，而法兰存在缺点。法兰需要合适的密封件且需要维护。法兰常常存在产生冷点（cold spot）的风险，因此存在发生冷凝的风险，进而存在由于局部形成液体氢氯酸而造成腐蚀的风险。水平法兰（horizontal flange）最终存在产生机械应力的风险，特别是在存在热循环的情况下，这可导致断裂。

本发明的目的是克服已知的反应器和设备的一些缺点。本发明的反应器或设备旨在使得能够制备浓的氢氯酸（浓度高达38%）并产生压力为至少7巴（143℃下获得）、优选至少10巴（165℃下获得）、更优选至少14巴（195℃下获得）、更优选至少16巴（201℃下获得）的饱和蒸汽。该反应器或该设备必须具有尽可能长的寿命和维护周期，因此必须尽可能好地耐受均匀腐蚀。为了能够在最佳安全条件下操作，必须不能存在任何局部腐蚀的风险，特别是由形成冷点而造成的局部腐蚀，并且通常必须坚固、可靠且耐用。如此，特别希望将可通过任何热循环而增强的机械张力和应力降至最低，并且希望将可限制反应器或其某些部件的寿命的蠕变降至最低水平。

发明内容

本发明的第一主题是一种用于由氯和氢合成气态HCl的反应器，包括称作底部的炉以及称作顶部的换流器，

所述炉包括位于其底部的燃烧器，该燃烧器被供应有氯和氢以形成气态HCl。

所述换流器同轴布置在所述炉之上，并且所述换流器包括多个与热传递液接触的管，所述炉中的反应气体流经所述管，所述热传递液在所述管之间的空间内流动。

在所述炉和所述换流器之间布置有穿孔管式板，其中所述换流器的所述管连接在所述穿孔管式板上。

所述反应器的特征在于：所述反应器中与气态HCl接触的全部内壁是由金属合金制成的，并且在所述炉中，与气态HCl接触的所述壁的内表面的至少一部分由包含至少20重量%的镍的合金制成，并且优选与气态HCl接触的所述壁的全部内表面均由该合金制成。更优选的是，该合金包含至少25重量%的镍，更优选包含至少30重量%的镍。

在具体实施方案中，炉中与气态HCl接触的内壁的内表面（优选全部该内表面）是由包含至少20重量%的镍（优选至少25%的镍、更优选至少30%的镍）的合金制成的。

在具体实施方案中，由包含至少20重量%的镍的合金制成的所述表面是通过沉积含有该合金的内衬实现的，所述沉积优选通过堆焊技术、镀覆、松衬、钎焊、超声速火焰喷涂、或等离子转移弧焊进行。其最小厚度为2mm，优选为3mm。

根据本发明的反应器中的炉具有被称作燃烧室的底部，该燃烧室基本上呈圆柱状并且包围所述燃烧器。所述燃烧室可与所述炉分离。所述燃烧室具有双层金属壁，热传递液在这两层壁之间流动。

根据本发明的反应器具有在向上的方向上变细的锥形的顶部，并且具有以弯管的形状布置的出口，所述顶部具有双层金属壁，热传递液在这两层壁之间流动。或者，在所述燃烧室的壁之间流动的所述热传递液的回路与在所述反应器的所述顶部的壁之间流动的所述热传递液的回路相连。

本发明的第二主题是一种用于所述反应器的炉、或者该反应器中的炉，其具有上述技术特征。

第三主题是一种用于所述反应器的炉的燃烧室，或者所述反应器中的燃烧室，其特征在于：

-其具有基本上为圆柱状的形状，并且包围所述燃烧器，

-其能够与所述炉分离，

-其具有双层金属壁，以使热传递液可在这两层壁之间流动。

本发明的第四主题是一种用于合成气态HCl的设备，包括上述反应器，所述反应器包括上述炉和上述换流器，并且还包括：

-吸收器，其中所述气态HCl溶解于水相中以形成液体HCl，

-尾部塔，其中从所述吸收器中排出的残余气体在释放至大气之前在该尾部塔中被纯化，

-与所述炉和所述换流器接触的热传递液系统，

-加压蒸汽罐，在其中所述热传递液发生膨胀，从而将所述热传递液分配至一个或多个消耗区。

对于根据本发明所述的反应器、所述炉或所述设备，所述包含至少30重量%的镍的合金可选自由如下合金组成的组：

(i)镍系合金，其包含14%至17%的Cr、6%至10%的Fe、至多1.0%的Mn、至多0.5%的Si、至多0.5%的Fe；余量为镍，其含量必须为至少72%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

(ii)镍系合金，其包含19%至23%的Cr、7%至11%的Mo、3%至6%的Fe、至多0.5%的Si、至多0.5%的Mn、至多0.4%的Ti、至多0.4%的Al、至多3.7%的Ta；余量为镍，其含量必须为至少60%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

(iii)镍系合金，其包含介于20%和23%之间的Cr、介于8%和10%之间的Mo，介于3.15%和4.15%之间的Nb（还可包含Ta），至多5%的Fe以及至多1%的Co，并且还能够包含至多0.50%的各元素Mn、Al、Si、Ti，至多0.10%的C，以及至多0.15%的各元素P和S；余量为镍，其含量必须为至少58%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

(iv)Fe系合金，其包含介于30%和35%之间的Ni、介于19%和23%之间的Cr、至多0.10%的C、介于0.15%和0.60%之间的Al、以及介于0.15%和0.60%之间的Ti；余量为铁，其含量必须为至少39%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%。

本发明的另一主题是一种根据本发明的设备，其特征在于：所述设备包括三个单元，即：

(i)反应器单元，其包括所述反应器和所述吸收器；

(ii)蒸汽单元，其包括所述罐，并且可包括循环泵；以及

(iii)排出物纯化单元，其包括所述尾部塔，

并且所述设备的特征在于：所述三个单元各自容纳于专用的、坚固的外部金属结构中，

使得便于将这三个单元（即，代表这三个单元的三个金属结构）运输至操作地点、其原地设置、以及将其连接在一起和连接至外部网络。

本发明的最后一个主题是一种用于上述设备的反应器单元，包括上述反应器以及吸收器。

附图说明

图1至4示出了本发明的个实施方案和各方面。

图1以图解的方式示出了根据本发明的设备。实线表示HCl管道（气体或液体）。方点线表示高压蒸汽回路的管道，其含有加压蒸汽或冷却水。圆点线表示低压冷却回路的管道。

图2以图解的方式更加详细地示出了所述反应器。

图3以图解的方式示出了穿过反应器的炉部分的水平截面（图3a）和收集器部分的水平截面（图3b）。

图4以图解的方式示出了根据本发明的设备。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的设备包括竖直反应器1，该竖直反应器1通常为圆柱状并且其两端是封闭的（除气体供入处以及反应气体排出处外，其他位置均是封闭的），所述反应器1包括称为炉的底部7以及称为换流器的顶部8。炉7的底部包括燃烧室48（仅在图2中示出），该燃烧室48的底部包括燃烧器2。燃烧器2包括氯入口和氢入口；并且在燃烧器2的顶端形成有火焰3，该火焰使氯和氢燃烧以形成气态HCl。该气体在反应器1的顶端附近经出口管12从反应器1排出并通向吸收器4，该吸收器4安装在反应器1旁。在吸收器4中，气态HCl被吸收于水或HCl的稀释水溶液中。如此便形成了大致浓缩的HCl水溶液，其在本文中称作“液体HCl”；其通过布置在吸收器4底部的出口15从吸收器4排出，该出口15引向常压储罐35。有利的是，该水溶液为饱和溶液（称作“浓缩氢氯酸”）。

残余气体可能仍然包含HCl，并通过管16被输送至被称作“尾部塔”的洗涤塔5中，在该尾部塔中，用水洗涤残余气体，所述水是经布置于尾部塔5顶部的入口17而进入该尾部塔内的；所得的氢氯酸稀释液通过布置于尾部塔5的底部的出口18而从该尾部塔排出，并供应至吸收器4。从尾部塔5排出的残余气体14中的HCl含量非常低，以至于在严格的环境标准要求下，也可直接排放至大气中。

在图1中，吸收器4和尾部塔5中的灰色区域表示水相与气相间的相互作用区域，这使得气态HCl溶解于液相中。吸收器4可以为已知类型的换热器组件，其通常由石墨制成（例如

）。

反应器1通过热传递液回路得以冷却，该热传递液回路包括接近于炉7基部的入口20、以及位于炉7顶部的出口21。经该出口21从蒸气回路排出的热传递液通过入口27而被收集于罐6中。热传递液通常为热水，可与加压蒸汽混合。热传递液在罐6内膨胀，并且可通过管26从罐6的底部排出并再次注入冷却水回路中，其可与通过阀24经供应源22而进入该系统的冷却液（例如冷却水）混合；如图1所示，利用循环泵29通过阀23使该混合物进入循环，并通过反应器1的炉7中的管式冷却系统中的入口20而返回。布置于罐6内并通过阀28保护的出口25使得加压蒸汽能够排出并进入消耗区（consuming area）或分配网络。

图2更详细地示出了反应器1的冷却系统。入口20和出口21布置于收集器9和10中，收集器9和10可为其中插有竖直管30、31的基本上呈圆柱状的扁平部件，所述竖直管30、31形成反应器的炉7和顶部8的管状冷却系统。中间收集器11（通常，基本上呈圆柱状）容纳炉7和该炉的顶部8的管30、31；桥19将这两个热传递回路连接在一起。有利的是，底部收集器9和中间收集器11的形状为形成冠（crown）的管状，其中布置有供热传递液进出的法兰。

炉7的冷却系统包括多个环绕炉7或优选形成其外壁的竖直管30。热传递液在这些管30内流动；主要通过热辐射来实现热传递。

反应器1的顶部8（称作“换流器”）的冷却系统包括多个管31，这些管31位于由反应器1的所述顶部（换流器）8的壁限定的体积的内部（图3a）；这种类型的换流器被称为“壳管式换流器（shelland tube）”。反应气体在这些管31内流动，同时热传递液流至由换流器8的外壁33所限定出的外部；热传递主要通过对流而得以实现。所述管31优选通过环状焊缝而连接至中间收集器11的穿孔金属板（称作“管式板”）上，并且延伸至顶部收集器10，并且在此处还优选通过焊接而连接至第二管式板上。中间收集器11的管式板形成换流器8的管31的支持体，并形成通道使反应气体流进入所述管31内。如此，换流器8的管31形成在顶部8的整个体积内延伸的管组（cluster），同时在两个相邻的管31间留有管间空间34，该管间空间34足以供热传递液流动（图3b）。（与图2所示相反，不能从外部看到管31。）该管间空间34可包括折流板，例如水平板条或板，从而调整热传递液的流动，以改善热交换。

在根据本发明的方法中，反应器1内部的反应气体的温度在炉7的底部可达到约2000℃至2600℃，在换流器8的顶部的顶47可达到约180℃至280℃（通常为约250℃），并且在中间收集器11处可达到约800℃至1000℃（通常为约900℃）。反应器1中的压力（即，反应气体的压力）为约0.5巴。因此从反应器1的底部向上，温度是下降的。

冷却液（热传递液）首先流经围绕在炉7周围的管30，然后流经桥19并从管31之间流动，所述管31占据反应器的顶部8的部分体积。所述管30、31优选为不具有纵向焊缝的金属管。

由于本发明的反应器1具有大致呈圆柱状的形状，因此炉7和换流器8的位置是同轴的。因此，反应气体从火焰3上升至出口管12同时被冷却，并且基本上在被一组光滑金属壁封闭的密闭空间内移动，而不存在能够形成冷点或能够截留水分的区域。

从底部向上，内壁的温度是下降的。有利的是，内壁的温度不能过高，从而能够限制腐蚀的产生和能够回收最大量的热。但是内壁的温度必须不能过低，由此防止液态酸冷凝。在有利的实施方案中，内壁的温度通常为至少等于180℃，以及介于180℃至300℃之间。

反应器1的内壁的最热的位置位于燃烧室48处或刚好在燃烧室48的上方；有利的是，其中的温度介于230℃至280℃之间，优选为约250℃。

反应器的最冷处位于顶部47，在该位置，反应器1的内壁温度不低于180℃，并且有利的是介于180℃至250℃之间；约210℃的最低值为优选的。在某些情况下，甚至可以有利地将顶部47加热以防止冷凝。

由于本发明的反应器1为竖直构造，该反应器1（其总高度通常为约12米至15米）可在工厂内组装，并且可以放到坚硬的金属结构体中作为独立的单元进行运输；这简化了其现场安装和原地设置。如图4以图解的方式示出的那样，该反应器单元41有利地包括吸收器4，其将被竖直地安装成紧挨着反应器1。

使用反应器1的顶部8的冷却系统有助于对加压蒸汽进行加热，这可获得比已知的系统好得多的热性能。

根据本发明的另一方面，炉7的壁与其中有热传递液流动的管30接触，或者炉7的壁由这些管30形成。有利的是，炉7的内壁包括竖直管30，或者炉7的内壁由管30构成，其中所述竖直管30相互间接地连接在一起，或者通过在管30的全部长度上被焊接至管30的棒32这一媒介物而连接在一起。图3a示出了有利的实施方案。任何其他热交换手段都可用于本发明的范围。

围绕在燃烧器2周围的炉7的底部被称作燃烧室48，其同样通过热传递液冷却；有利的是，其为不同于前述回路的回路。该热也可以以蒸汽形式、热水形式、或其他任何适合的形式而被回收。在特定实施方案中，燃烧室48（图2中以图解的方式示出）为可与炉7分离的圆柱状部件，其通过圆形法兰（图中未示出）连接至炉7。这使得在出现磨损时能够加以更换。有利的是，燃烧室48由碳钢或不锈钢制成。更有利的是，如下所述，燃烧室48中与反应气体接触的内壁在内部具有由包含至少20重量%的镍的合金制成的衬里，或者该内壁完全由包含至少20重量%的镍的合金制成。在图2中，该可分离的燃烧室48位于底部收集器9的下方。其围绕于燃烧器2的周围。其外径可等于、大于或小于（优选小于）底部收集器9和/或炉7的底部的外径。包含至少25重量%的镍的合金是优选的，包含至少30重量%的镍的合金是更优选的。在优选实施方案中，燃烧室48具有双层金属壁。在该实施方案的另一可选形式中，与所描述的反应器1的其他内壁一样，燃烧室48的内壁（与反应气体接触）由具有至少20%（优选至少25%，更优选至少30%）的镍的合金制成。

在双层壁燃烧室（48）中，热传递液体在两层壁之间流动。该热传递液可以传送通过能够回收其中所含的热的回路和装置。

这样设计燃烧器2，使得可形成扁平火焰（铺展）。该目的通过这样的燃烧器2实现，该燃烧器2具有基本上呈圆柱状的燃烧器喷嘴（图中未示出），并具有锥形的气体出口部分；在该出口部分中，布置有多个开孔，优选为圆形开孔，氯和氢的气体混合物流过该开孔。

根据本发明的另一方面，反应器1由金属制成。更具体而言，至少与反应气体接触的全部表面由金属制成。可以使用碳钢，其足以抵抗由气态HCl导致的腐蚀。在这种情况下，优选的是，炉7的内表面中的至少一部分（更特别地为其底部，至少自燃烧室48的顶部边缘起至高度约1.5m至2.5m的范围内）具有由包含至少20%的镍（本文中，冶金组成的百分比全部为重量百分比）、优选至少25%的镍、更优选至少30%的镍的合金制成的内衬。

在有利的实施方案中，除了包含至少20%、25%或30%的镍以外，该合金还包含至少14%的铬和至少4.5%的铁。如此，所述合金可有利地选自由如下合金组成的组：(i)镍系合金，其包含至少72%的Ni、14%至17%的Cr、6%至10%的Fe、至多1.0%的Mn、至多0.5%的Si、至多0.5%的Fe；(ii)镍系合金，其包含至少60%的Ni、19%至23%的Cr、7%至11%的Mo、3%至6%的Fe、至多0.5%的Si、至多0.5%的Mn、至多0.4%的Ti、至多0.4%的Al、至多3.7%的Ta;(iii)Fe系合金，其包含至少39%的Fe、介于30%和35%之间的Ni、介于19%和23%之间的Cr、至多0.10%的Cn、介于0.15%和0.60%之间的Al、以及介于0.15%和0.60%之间的Ti。

更优选的是，排除所述方案所具有的额外初期成本，所述炉7的内壁由包含至少14%的铬、至少4.5%的铁以及至少20%的镍（优选为至少25%的镍、更优选为至少30%的镍）的合金制成，该合金可选自上文描述内衬时所述的组。

合金Inconel^TM600、Inconel^TM625、Haynes^TM625、Incoloy^TM800H和800HT（合金Incoloy^TM800亦可，但较不优选）是适合的。也可将包含至少14%的铬、至少4.5%的铁以及至少20%（优选为至少25%、更优选为至少30%）的镍的合金（更特别是上述描述了其组成或商标的合金）用于换流器8，更特别地用于与气体HCl接触的部件（特别是管31和管式板38）。

这种内衬可通过堆焊技术、镀覆、松衬、冷喷涂、钎焊、高速氧燃料喷涂（HVOF）、等离子转移弧焊（PTA）或其他任何适合的技术来施加。在使用称作PTA或称作HVOF的堆焊技术的情况中，优选以两步或两工序进行沉积，因为在沉积的一开始，在金属支持体和内衬之间会形成具有中间组成的层，该层不具有所需的耐蚀性。

有利的是，炉7的全部内表面均由这种合金形成内衬。在一个实施方案中，在炉7的底部，该内衬延伸至至少1.5米的高度。然而优选的是，炉7的全部内表面（优选的是，燃烧室48的内表面同样）具有这样的内衬。内衬的最小厚度优选为2mm，并且优选为3mm。根据发明人的观察，这种内衬可提供足够高的耐蚀性。不建议使内衬的残余厚度小于1mm的反应器运转，这是因为下层的金属可能被反应气体至少局部腐蚀。考虑到由于均匀腐蚀，厚度在反应器运转期间会持续降低，因此为了延长内衬的寿命，优选初始厚度为至少2mm，并且优选为至少3mm。在出现磨损时，反应器的壁可通过上述技术中的一种而获得新内衬。

根据本发明，反应器1的冷却系统（即，冷却系统的管30、31中的压力）可在大于16巴的压力下运转（相应的水温为约201℃）。优选的是，压力大于20巴，且优选介于20巴和23巴之间（此时，罐6的出口压力有利地为约15巴至16巴）。考虑到当压力升高（以及由此导致的热传递液的温度升高）时反应器1的冷却效果降低，因此，当反应器1完全由上述三组合金中的一种合金制成时，甚至可达到介于30巴和35巴的压力（在罐6中的膨胀可在约17巴的压力下进行）。

根据本发明的另一方面，有利的是，反应器1的顶部47（顶端）呈在向上的方向上变细的锥形；出口12水平布置并形成弯管，从而将反应气体输送至吸收器4的入口，反应气体在吸收器中由顶部向下流过。顶部47以及形成出口管12的管可由钢制成并且具有双层壁。热传递液可在这两层壁之间流动。如上所述，在某些情况下，将顶部47加热以防止冷凝是有利的。为此，在一特定实施方案中，该热传递液回路与在燃烧室48的壁之间流动的回路相连：由此，燃烧室23的冷却液成为顶部47的加热液。

根据图4示出的本发明的另一方面，根据本发明的设备40包括三个单元：反应器单元41，其包括反应器1本身（例如上文所述的），以及吸收器4。蒸汽单元42包括罐6以及循环泵29。排出物纯化单元43包括尾部塔5。

各单元均容纳于坚固的外部金属结构体中。所述坚固的外部金属结构体可为足够坚固并且可设置有加强筋板46的外部框架45，该外部框架将这些部件（例如，反应器1和吸收器4）保持处于原位，并可借助起重（例如，利用起重机）手段通过单一的方式进行处理，并且可通过路上运输、海运、河运或空运等任意合适的手段以单一的方式进行运输。

这种组合构造有助于将这三个单元运输至安装地，并有助于将其连接在一起和连接至外部网络（除了用于气态HCl和液体HCl的某些管道、以及用于热传递液的某些管道以外，图6中未示出）。

举例来说，本发明所实施的炉7的高度为约9米，钢制的管30的长度为约6.5米、直径为约60mm。炉7的直径通常为0.9m至1.6m。换流器8的高度为约4m，其直径几乎与炉7的直径相同。反应器1的总高度为约15.5m，反应器的覆盖换流器8的顶部47的高度为约2.5m。炉7中与气态HCl接触的内表面具有通过堆焊技术利用Inconel^TM625合金形成的内衬，该内衬的高度为2m；内衬厚度根据其位置不同而介于2mm和3mm之间，该内衬的高度从燃烧室48的顶部边缘起为约2米，该燃烧室48通过法兰而连接至炉7的底部边缘。

标记列表：

1	反应器	22	清洁水入口
				2	燃烧器	23,24	阀
3	火焰	25,26	加压蒸气出口
				4	吸收器	27	加压蒸汽入口
5	尾部塔	28	阀
				6	罐	29	循环泵
7	炉	30,31	冷却系统的管
				8	换流器	32	焊接棒
9,10	收集器	33	换流器的外壁
				11	中间收集器	34	管间空间
12	气态氢氯酸出口	35	液体HCl储罐
				13	稀释氢氯酸管道	39	开孔
14	残余气体	40	设备
				15	浓缩氢氯酸出口	41	反应器单元
16	气态氢氯酸管道	42	蒸汽单元
				17	清洁水入口	43	排出物纯化单元
18	稀释氢氯酸出口	45	外部框架
				19	桥	46	加强筋板
20	冷却水入口	47	反应器的顶部
				21	加压蒸气出口	48	燃烧室

Claims

1.一种用于由氯和氢合成气态HCl的反应器（1），包括称作炉（7）的底部以及称作换流器（8）的顶部，

所述炉（7）包括位于其底部的燃烧器（2），该燃烧器（2）被供应有氯和氢以形成气态HCl，

所述换流器（8）同轴布置在所述炉（7）之上，并且所述换流器（8）包括多个与热传递液接触的管（31），所述炉（7）中的反应气体通过所述管（31），所述热传递液在所述管（31）之间的空间内流动，

在所述炉（7）和所述换流器（8）之间布置有穿孔管式板（38），其中穿孔管式板（38）上连接有所述换流器（8）的所述管（31），

所述反应器（1）的特征在于：

-所述反应器（1）中与气态HCl接触的全部内壁是由金属合金制成的，并且

-在所述炉（7）中，与气态HCl接触的所述壁的内表面的至少一部分是由包含至少20重量%的镍的合金制成的，优选由包含至少25重量%的镍的合金制成，更优选由包含至少30重量%的镍的合金制成。

2.根据权利要求1所述的反应器（1），其特征在于：所述炉（7）中与气态HCl接触的所述壁的全部内表面是由包含至少20重量%的镍的合金制成的，优选由包含至少25重量%的镍的合金制成，更优选由包含至少30重量%的镍的合金制成。

3.根据权利要求1或2所述的反应器（1），其特征在于：所述由包含至少20重量%的镍、优选至少25重量%的镍、更优选至少30重量%的镍的合金制成的表面是通过沉积含有该合金的内衬实现的，所述沉积优选通过选自由堆焊技术、镀覆、松衬、钎焊、超声速火焰喷涂、等离子转移弧焊组成的组中的技术进行。

4.根据权利要求3所述的反应器（1），其特征在于：所述内衬的最小厚度为1mm，优选为2mm，更优选为介于2mm和3mm之间。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的反应器（1），其特征在于：所述炉（7）具有被称作燃烧室（48）的底部，该燃烧室（48）基本上呈圆柱状并且围绕在所述燃烧器（2）周围，并且该燃烧室（48）能够与所述炉（1）分离，并且特征在于，所述燃烧室（48）具有双层金属壁，热传递液在这两层壁之间流动。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的反应器（1），其特征在于：其具有在向上的方向上变细的锥形的顶部（47），并且具有以弯管的形状布置的出口，所述顶部（47）具有双层金属壁，热传递液在这两层壁之间流动。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的反应器（1），其特征在于：所述与气态HCl接触的壁由包含至少20重量%的镍、优选至少25重量%的镍、更优选至少30重量%的镍的合金制成。

8.根据权利要求7所述的反应器（1），其特征在于：所述包含至少30重量%的镍的合金选自由如下合金组成的组：

a.镍系合金，其包含14%至17%的Cr、6%至10%的Fe、至多1.0%的Mn、至多0.5%的Si、至多0.5%的Fe；余量为镍，其含量必须为至少72%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

b.镍系合金，其包含19%至23%的Cr、7%至11%的Mo、3%至6%的Fe、至多0.5%的Si、至多0.5%的Mn、至多0.4%的Ti、至多0.4%的Al、至多3.7%的Ta；余量为镍，其含量必须为至少60%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

c.镍系合金，其包含介于20%和23%之间的Cr、介于8%和10%之间的Mo，介于3.15%和4.15%之间的Nb（Nb还能包含Ta），至多5%的Fe以及至多1%的Co，并且还能够包含至多0.50%的各元素Mn、Al、Si、Ti，至多0.10%的C，以及至多0.15%的各元素P和S；余量为镍，其含量必须为至少58%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%；

d.Fe系合金，其包含介于30%和35%之间的Ni、介于19%和23%之间的Cr、至多0.10%的C、介于0.15%和0.60%之间的Al、以及介于0.15%和0.60%之间的Ti；余量为铁，其含量必须为至少39%，其他元素的含量在所述范围内，使得总量达100%。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的反应器（1），其特征在于：在所述燃烧室（48）的壁之间流动的所述热传递液的回路与在所述顶部（47）的壁之间流动的所述热传递液的回路相连。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的反应器（1）中的炉（7）。

11.根据权利要求5至9的从属权利要求10所述的炉（7）的燃烧室（48），其特征在于：

-其具有基本上为圆柱状的形状，并且围绕在所述燃烧器（2）周围，

-其能够与所述炉（1）分离，

-其具有双层金属壁，以使热传递液可在这两层壁之间流动。

12.一种用于合成气态HCl的设备（40），包括：

（i）根据权利要求1至9中任意一项所述的反应器（1），其包括根据权利要求（10）所述的炉（7）以及换流器（8），

（ii）吸收器（4），其中所述气态HCl溶解于水相中以形成液体HCl，

（iii）尾部塔（5），其中从所述吸收器（4）中排出的残余气体在释放至大气之前在该尾部塔（5）中被纯化，

（iv）与所述炉（7）和所述换流器（8）接触的热传递液系统，

（v）加压蒸汽罐（6），在其中所述热传递液发生膨胀，从而将所述热传递液分配至一个或多个消耗区。

13.根据权利要求12所述的设备（40），其特征在于：所述设备包括三个单元，即：

-反应器单元（41），其包括所述反应器（1）和所述吸收器（4）；

-蒸汽单元（42），其包括所述罐（6），并且能够包括循环泵（29）；以及

-排出物纯化单元（43），其包括所述尾部塔（5），

并且所述设备的特征在于：所述三个单元均容纳于专用的、坚固的外部金属结构（45）中，

以便于将这三个单元运输至安装地点、其原地设置、以及将其连接在一起和连接至外部网络。

14.根据权利要求12或13所述的设备（40）的反应器单元（41），包括（i）根据权利要求1至9中任意一项所述的反应器（1），以及（ii）吸收器（4）。