CN103663372B - 一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，包括内部合成处理部及外炉筒，合成处理部与外炉筒将设有夹层；合成处理部从下至上依次包括相互连通的：灯头段组件、合成段组件、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件及顶部冷却组件；灯头段组件设有进气口；蜂窝石墨冷却吸收换热段组件为蜂窝状石墨块；顶部冷却组件包括：HCL气液分离段及冷却吸收段，HCL气液分离段设于冷却吸收段下方，气液分离段下方设有出酸口，冷却吸收段上方设有吸收液进口及尾气出口；顶部冷却组件顶端设有防爆口。本发明的组合式石墨氯化氢合成炉，有效提高传热效率，将燃烧热能得到了充分的能量转换。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨设备合成炉，尤其涉及一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉。
背景技术
工业盐酸的生产主要采用氯气与氢气燃烧合成氯化氢气体，再通过在合成炉内高于1500℃高温合成，在此过程中需要通过点火进行合成，而后降温，降温后的氯化氢气体再用稀酸水吸收生成合成盐酸，即包括：先合成，后冷却，最后吸收基础三道工序。
常规的生产分别采用至少三台或多台设备分别完成上述基础三道工序，其设备，人力投入比较多，生产成本较高，而生产效率低，原料浪费较严重。
目前较为先进的流程为：将上述合成、冷却、吸收基础三道工序合成到一台设备内完成，即采用多合一盐酸合成炉。一般的多合一炉仅仅用于盐酸的合成。但是，在燃烧生成氯化氢的过程中产生较大热量，而这些热量并没有得到较好的利用，以造成能源的浪费。
目前，更加先进的技术，是在采用多合一盐酸合成炉的基础上，将氯化氢的燃烧热传递给循环热水，以增加循环热水的热焓，来实现热量的再利用，生成副产蒸汽或热水，以充分利用能源。
现有技术的副产蒸汽或热水的多合一盐酸合成炉，其合成炉炉筒的内外壁通常呈光壁状，或较浅的强化传热槽，壁内钻孔等，其传热表面积相对较小，从而限制了传热的效果。
另外，为了提高传热效果，在内、外炉筒之间夹层设置螺旋导流板和分隔板，用于导向冷却液体或加热流体的流动方向和提高流速。现有技术的副产蒸汽或热水的多合一盐酸合成炉的折流板只是一种用金属、塑料或石墨制成的单一的板状或环状物。由于金属、塑料及石墨均为刚性材料，而折流板与外炉筒之间又留有空隙，因此，冷却水或加热流体便容易从空隙中泄漏，造成通道的堵塞或传热不均，影响了传热效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理，有效提高传热效率的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉。
为了实现上述目的，本发明提供的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，包括内部合成处理部及包覆于合成处理部外的外炉筒，合成处理部与外炉筒将设有夹层，夹层用于水进行导热、散热、冷却；
合成处理部从下至上依次包括相互连通的：灯头段组件、合成段组件、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件及顶部冷却组件；
灯头段组件设有进气口；
合成段组件为石墨内炉筒;
蜂窝石墨冷却吸收换热段组件为蜂窝状石墨块，蜂窝状石墨块设于内炉筒上方；蜂窝状石墨块设有连通于内炉筒的竖直通孔及连通于夹层的水平通孔；
顶部冷却组件包括：HCL气液分离段及冷却吸收段，HCL气液分离段设于冷却吸收段下方，气液分离段下方设有出酸口，冷却吸收段上方设有吸收液进口及尾气出口；
顶部冷却组件顶端设有防爆口；
合成段组件、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件外夹层为冷却换热腔，顶部冷却组件外夹层为冷却腔。
在一些实施方式中，外炉筒通过多段衔接而成，相邻两端外炉筒间设有膨胀节组件。
在一些实施方式中，灯头段组件包括：底盘Ⅰ、人孔接管、底盘Ⅱ、人孔压兰、第一螺栓、人孔盖板、第二螺栓；
合成段组件包括：与内炉筒连接的垫片Ⅰ、点火口组件、视镜口组件、Ⅰ型防爆口组件；
蜂窝石墨冷却吸收换热段组件从下至上依次包括：炉内上换热块、炉内顶筒体、冷却器下倒角、倒角法兰、换热块、上气室下筒体、上气室顶盖板及防爆口Ⅱ组件；
顶部冷却组件包括：上气室上筒体、顶节筒体、螺栓连接组件Ⅳ及上盖板。
在一些实施方式中，最底端外炉筒、底盘Ⅰ设置在底盘Ⅱ的上侧面。底盘Ⅰ设置在内筒体下方；
人孔盖板通过第二螺栓安装在人孔压兰下侧面；
人孔压兰通过第一螺栓连接在底盘Ⅱ下侧面；
底盘Ⅱ上设有口朝下的排酸口和排污口；
人孔接管设置通过底盘Ⅰ、底盘Ⅱ及人孔压兰内腔；
灯头座设置在人孔接管与人孔压兰的内腔中；
灯头座内设置灯头，灯头座外按角度设有氢气进口、氯气进口。
在一些实施方式中，内炉筒下部和底盘Ⅰ间设有垫片Ⅰ，内炉筒上方和炉内下换热块连接；
内炉筒外壁设有各成一定方位角的固焊接头分别与点火口组件、视镜口组件和Ⅰ型防爆口组件连接；
点火口组件上设有点火口；
视镜口组件上设有视镜口；
Ⅰ型防爆口组件上设有防爆口Ⅰ。
在一些实施方式中，合成段组件的外炉筒包括外炉筒Ⅰ组件及外炉筒Ⅱ组件；
外炉筒Ⅰ组件和外炉筒Ⅱ组件之间的膨胀节组件通过弹簧拉杆组件连接；
外炉筒Ⅱ组件上设有水箱筒体，水箱筒体通过螺栓连接组件Ⅱ连接；
另外设有平衡水管连接在外炉筒Ⅰ组件外壁下方设有热水进口和外炉筒Ⅱ组件外壁上方设有热水出口上；
夹层内设有采用不锈钢制作的螺旋导流板热水按螺旋导流板结构呈螺旋流动。
在一些实施方式中，蜂窝石墨冷却吸收换热段组件包括炉内上换热块及炉内下换热块，炉内上换热块设在炉内下换热块上；
炉内顶筒体设在炉内上换热块上，炉内顶筒体内部设有空腔；
冷却器下倒角设在炉内顶筒体上；
换热块设在冷却器下倒角上；
上气室下筒体设在换热块上，连接处设有通过垫片Ⅱ；
上气室上筒体设在上气室下筒体上；
顶节筒体设在上气室上筒体上，且位于上盖板的下方。
在一些实施方式中，炉内下换热块、炉内上换热块、炉内顶筒体、冷却器下倒角、换热块、上气室下筒体、上气室上筒体、顶节筒体内设有同一间距垂直和水平方向的蜂窝状通孔，材料采用不透性石墨制造。
在一些实施方式中，上气室上筒体、顶节筒体及其通过螺栓连接组件Ⅳ装压相连的上盖板和冷却段筒体Ⅱ，之间通过垫片Ⅲ密封连接。冷却段筒体Ⅱ安装在冷却段筒体Ⅰ之上，之间通过螺栓连接组件Ⅲ连接，冷却段筒体Ⅰ安装在水箱筒体内，通过螺栓连接组件Ⅱ连接，冷却段筒体Ⅰ和倒角法兰通过螺栓连接组件Ⅴ连接。
在一些实施方式中，上盖板设置有出水口，连接的防爆口Ⅱ组件外壁上设有放空口，冷却段筒体Ⅱ外壁设置有耳式支座，冷却段筒体Ⅰ外壁设有HCL出口，冷却段筒体Ⅰ、冷却段筒体Ⅱ的内壁和换热块叠加组成的内筒外壁形成一夹层，夹层在垂直方向的距离上设有分隔板。
本发明提供的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，氢气及氯气从进气口进入，通过靠近灯头座点火口点燃，在合成段组件中合成生成氯化氢气体；高温氯化氢气体上升，进入蜂窝石墨冷却吸收换热段组件，一部分燃烧热通过内炉筒传递给换热段中的流体，近而将燃烧热转换为流体的热焓；降温后的氯化氢气体继续上升，通过氯化氢气液分离段，分离出部分液体；气体继续向上，进入冷却吸收段，在冷却吸收段上升的同时，被至上而下的流动的吸收液吸收，吸收液酸浓度被提高；被提高了浓度的吸收液继续向下流动，进入气液分离段，并有出酸口输出；尾气从冷却吸收段上方尾气出口排出。
本发明提供的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，结构合理，有效提高传热效率。
附图说明
图1 本发明一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1及具体实施例来对本发明作进一步的详细描述说明。
图1示意性地显示了根据本发明一种实施方式的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉。
如图1所示，本发明的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，包括内部合成处理部及包覆于合成处理部外的外炉筒，合成处理部与外炉筒将设有夹层，夹层用于水进行导热、散热、冷却；合成处理部从下至上依次包括相互连通的：灯头段组件A、合成段组件B、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件C及顶部冷却组件D；灯头段组件A设有进气口；合成段组件B为石墨内炉筒11;蜂窝石墨冷却吸收换热段组件C为蜂窝状石墨块，蜂窝状石墨块设于内炉筒上方；蜂窝状石墨块设有连通于内炉筒11的竖直通孔及连通于夹层的水平通孔；顶部冷却组件D包括：HCL气液分离段及冷却吸收段，HCL气液分离段设于冷却吸收段下方，气液分离段下方设有出酸口j，冷却吸收段上方设有吸收液进口及尾气出口；顶部冷却组件D顶端设有防爆口；合成段组件B、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件C外夹层为冷却换热腔，顶部冷却组件D外夹层为冷却腔。外炉筒通过多段衔接而成，相邻两端外炉筒间设有膨胀节组件。
如图所示，灯头段组件A包括：底盘Ⅰ5、人孔接管3、底盘Ⅱ6、人孔压兰2、第一螺栓A7、人孔盖板A8、第二螺栓A9。合成段组件B包括：与内炉筒11连接的垫片Ⅰ9、点火口组件10、视镜口组件41、Ⅰ型防爆口组件16。蜂窝石墨冷却吸收换热段组件C从下至上依次包括：炉内上换热块18、炉内顶筒体19、冷却器下倒角20、倒角法兰21、换热块30、上气室下筒体32、上气室顶盖板33及防爆口Ⅱ组件39。顶部冷却组件D包括：上气室上筒体33、顶节筒体34、螺栓连接组件Ⅳ38及上盖板37。
最底端外炉筒、底盘Ⅰ5设置在底盘Ⅱ6的上侧面。底盘Ⅰ5设置在内筒体11下方；人孔盖板A8通过第二螺栓A9安装在人孔压兰2下侧面；人孔压兰2通过第一螺栓A7连接在底盘Ⅱ6下侧面；底盘Ⅱ6上设有口朝下的排酸口c和排污口d；人孔接管3设置通过底盘Ⅰ5、底盘Ⅱ6及人孔压兰2内腔；灯头座设置在人孔接管3与人孔压兰2的内腔中；灯头座内设置灯头，灯头座外按角度设有氢气进口a1-2、氯气进口b。
内炉筒11下部和底盘Ⅰ5间设有垫片Ⅰ9，内炉筒11上方和炉内下换热块17连接；内炉筒11外壁设有各成一定方位角的固焊接头B1分别与点火口组件10、视镜口组件41和Ⅰ型防爆口组件16连接；点火口组件10上设有点火口g；视镜口组件41上设有视镜口f1-2；Ⅰ型防爆口组件16上设有防爆口Ⅰh1-2。
合成段组件B的外炉筒包括外炉筒Ⅰ组件12及外炉筒Ⅱ组件15；外炉筒Ⅰ组件12和外炉筒Ⅱ组件15之间的膨胀节组件13通过弹簧拉杆组件14连接；外炉筒Ⅱ组件15上设有水箱筒体23，水箱筒体23通过螺栓连接组件Ⅱ22连接；另外设有平衡水管B3连接在外炉筒Ⅰ组件12外壁下方设有热水进口e和外炉筒Ⅱ组件15外壁上方设有热水出口L上；夹层内设有采用不锈钢制作的螺旋导流板A2，热水按螺旋导流板A2结构呈螺旋流动。
蜂窝石墨冷却吸收换热段组件C包括炉内上换热块18及炉内下换热块17，炉内上换热块18设在炉内下换热块17上；炉内顶筒体19设在炉内上换热块18上，炉内顶筒体19内部设有空腔；冷却器下倒角20设在炉内顶筒体19上；换热块30设在冷却器下倒角20上；上气室下筒体32设在换热块30上，连接处设有通过垫片Ⅱ31；上气室上筒体33设在上气室下筒体32上；顶节筒体34设在上气室上筒体33上，且位于上盖板37的下方。
炉内下换热块17、炉内上换热块18、炉内顶筒体19、冷却器下倒角20、换热块30、上气室下筒体32、上气室上筒体33、顶节筒体34内设有同一间距垂直和水平方向的蜂窝状通孔，材料采用不透性石墨制造。上气室上筒体33、顶节筒体34及其通过螺栓连接组件Ⅳ38装压相连的上盖板37和冷却段筒体Ⅱ27，之间通过垫片Ⅲ35密封连接。冷却段筒体Ⅱ27安装在冷却段筒体Ⅰ24之上，之间通过螺栓连接组件Ⅲ26连接，冷却段筒体Ⅰ24安装在水箱筒体23内，通过螺栓连接组件Ⅱ22连接，冷却段筒体Ⅰ24和倒角法兰通过螺栓连接组件Ⅴ40连接。上盖板37设置有出水口p，连接的防爆口Ⅱ组件39外壁上设有放空口m，冷却段筒体Ⅱ27外壁设置有耳式支座28，冷却段筒体Ⅰ24外壁设有HCL出口j，冷却段筒体Ⅰ24、冷却段筒体Ⅱ27的内壁和换热块30叠加组成的内筒外壁形成一夹层，夹层在垂直方向的距离上设有分隔板29 。
工作原理：
氢气及氯气分别从原料进气口a1-2和b进入，通过灯头段(A)燃烧点燃，在合成段B中合成生成氯化氢气体；高温氯化氢气体上升，进入换热和蜂窝石墨冷却吸收段C，在合成段B及换热和蜂窝石墨冷却吸收段C，一部分燃烧热通过内炉筒11和炉内下换热块17及换热块30的石墨筒传递给夹层内的循环热水，近而将燃烧热转换为热水的热焓。循环热水从循环热水进水口e进入，取热后从循环热水出水口L输出，通过平衡水管B3连接循环。降温后的氯化氢气体继续上升，通过过蜂窝石墨冷却吸收段C进行进一步的降温，再通过气液冷却分离出部分液体；气体继续向上，进入顶部冷却段D冷却，至上而下的流动，冷却吸收，吸收液酸浓度被提高；被提高了浓度的吸收液继续向下流动，进入气液分离段，并从出酸口j输出；尾气从冷却吸收段上方尾气出口m排出。
本发明一种实施方式的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉筒体内壁或内外壁上设置有分隔板，筋板和沿筒壁纵向、环向或螺旋设置的导流板，且采用两种以上形式的混合设置；同时，内炉筒筒壁上设有加强圈，因此，大大扩大了传热面积，提高了传热效率，提示提高了炉筒的强度。夹层内设有螺旋导流板，螺旋导流板为了安装的方便，包括刚性和柔性螺旋导流板，柔性螺旋导流板与随外壳内表面形状变化，因此，柔性螺旋导流板填补了刚性螺旋导流板与外炉筒间的间隙，防止因上述应力问题而产生间隙造成泄漏，导致冷却或加热流体短路的现象，提高了传热效率。
综上所述，本发明的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，有效提高传热效率，将燃烧热能得到了充分的能量转换，节约设备成本。
Claims (8)
1.一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，包括内部合成处理部及包覆于所述合成处理部外的外炉筒，所述合成处理部与所述外炉筒设有夹层，所述夹层用于水进行导热、散热、冷却；
所述合成处理部从下至上依次包括相互连通的：灯头段组件、合成段组件、蜂窝石墨冷却吸收换热段组件及顶部冷却组件；
所述灯头段组件设有进气口；
所述合成段组件为石墨内炉筒；
所述蜂窝石墨冷却吸收换热段组件为蜂窝状石墨块，所述蜂窝状石墨块设于所述内炉筒上方；所述蜂窝状石墨块设有连通于所述内炉筒的竖直通孔及连通于所述夹层的水平通孔；
所述顶部冷却组件包括：HCl气液分离段及冷却吸收段，所述HCl气液分离段设于所述冷却吸收段下方，所述气液分离段下方设有出酸口，所述冷却吸收段上方设有吸收液进口及尾气出口；
所述顶部冷却组件顶端设有防爆口；
所述合成段组件、所述蜂窝石墨冷却吸收换热段组件外夹层为冷却换热腔，所述顶部冷却组件外夹层为冷却腔；
所述灯头段组件包括：底盘Ⅰ、人孔接管、底盘Ⅱ、人孔压兰、第一螺栓、人孔盖板、第二螺栓；最底端外炉筒、底盘Ⅰ设置在底盘Ⅱ的上侧面；
所述底盘Ⅰ设置在内筒体下方；
所述人孔盖板通过第二螺栓安装在人孔压兰下侧面；
所述人孔压兰通过第一螺栓连接在底盘Ⅱ下侧面；
所述底盘Ⅱ上设有口朝下的排酸口和排污口；
所述人孔接管设置通过底盘Ⅰ、底盘Ⅱ及人孔压兰内腔；
灯头座设置在人孔接管与人孔压兰的内腔中；
所述灯头座内设置灯头，灯头座外按角度设有氢气进口、氯气进口；
所述合成段组件包括：与所述内炉筒连接的垫片Ⅰ、点火口组件、视镜口组件、Ⅰ型防爆口组件；
所述蜂窝石墨冷却吸收换热段组件从下至上依次包括：炉内上换热块、炉内顶筒体、冷却器下倒角、倒角法兰、换热块、上气室下筒体、上气室顶盖板及防爆口Ⅱ组件；
所述顶部冷却组件包括：上气室上筒体、顶节筒体、螺栓连接组件Ⅳ及上盖板。
2.根据权利要求1所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，所述外炉筒通过多段衔接而成，相邻两端所述外炉筒间设有膨胀节组件。
3.根据权利要求1所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，
所述内炉筒下部和底盘Ⅰ间设有垫片Ⅰ，所述内炉筒上方和炉内下换热块连接；
所述内炉筒外壁设有各成一定方位角的固焊接头分别与点火口组件、视镜口组件和Ⅰ型防爆口组件连接；
所述点火口组件上设有点火口；
所述视镜口组件上设有视镜口；
所述Ⅰ型防爆口组件上设有防爆口Ⅰ。
4.根据权利要求3所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，所述合成段组件的所述外炉筒包括外炉筒Ⅰ组件及外炉筒Ⅱ组件；
所述外炉筒Ⅰ组件和外炉筒Ⅱ组件之间的膨胀节组件通过弹簧拉杆组件连接；
所述外炉筒Ⅱ组件上设有水箱筒体，所述水箱筒体通过螺栓连接组件Ⅱ连接；
另外设有平衡水管连接外炉筒Ⅰ组件外壁下方设有的热水进口和外炉筒Ⅱ组件外壁上方设有的热水出口；
所述夹层内设有采用不锈钢制作的螺旋导流板，所述热水按螺旋导流板结构呈螺旋流动。
5.根据权利要求4所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，蜂窝石墨冷却吸收换热段组件包括炉内上换热块及炉内下换热块，所述炉内上换热块设在炉内下换热块上；
所述炉内顶筒体设在炉内上换热块上，所述炉内顶筒体内部设有空腔；
所述冷却器下倒角设在炉内顶筒体上；
换热块设在冷却器下倒角上；
上气室下筒体设在换热块上，连接处设有垫片Ⅱ；
上气室上筒体设在上气室下筒体上；
顶节筒体设在上气室上筒体上，且位于上盖板的下方。
6.根据权利要求5所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，所述炉内下换热块、炉内上换热块、炉内顶筒体、冷却
器下倒角、换热块、上气室下筒体、上气室上筒体、顶节筒体内设有同一间距垂直和水平方向的蜂窝状通孔，材料采用不透性石墨制造。
7.根据权利要求6所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，上盖板和冷却段筒体Ⅱ之间通过垫片Ⅲ密封连接；所述冷却段筒体Ⅱ安装在冷却段筒体Ⅰ之上，冷却段筒体Ⅱ和冷却段筒体Ⅰ之间通过螺栓连接组件Ⅲ连接，所述冷却段筒体Ⅰ安装在水箱筒体内，冷却段筒体Ⅰ和水箱筒体通过螺栓连接组件Ⅱ连接，所述冷却段筒体Ⅰ和倒角法兰通过螺栓连接组件Ⅴ连接。
8.根据权利要求7所述的一种组合式一体化石墨氯化氢合成炉，其特征在于，所述上盖板设置有出水口，所述连接的防爆口Ⅱ组件外壁上设有放空口，所述冷却段筒体Ⅱ外壁设置有耳式支座，所述冷却段筒体Ⅰ外壁设有HCl出口，所述冷却段筒体Ⅰ、冷却段筒体Ⅱ的内壁和换热块叠加组成的内筒外壁形成一夹层，所述夹层在垂直方向的距离上设有分隔板。
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