DE3807264A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von sattdampf bei der synthese von chlorwasserstoffgas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung von gesättigtem Dampf bei der Verbrennung von Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoffgas in einem lang­ gestreckten, aus mehreren Abschnitten bestehenden Syntheseofen durch Wärmeaustausch zwischen dem Ver­ brennungsprodukt und einem Wärmeträger.

Zur Synthese von gasförmigem Chlorwasserstoff aus den Elementen oder aus Chlorkohlenwasserstoffen im Gemisch mit Chlor werden die Reaktionsgemische in einem im wesentlichen hohlzylindrischen Ofen verbrannt, wobei erhebliche Wärmemengen anfallen (etwa 92 kJ/mol HCl). Das erzeugte Chlorwasserstoffgas wird gekühlt und im allgemeinen in einem nachgeschalteten Absorber von Wasser absorbiert. Der zur Durchführung der Synthese verwendete Ofen besteht im wesentlichen aus Graphit. Zur Gewinnung und Nutzung der bei der Chlorwasser­ stoffsynthese freiwerdenden Wärme sind mehrere Verfahren bekanntgeworden, beispielsweise die indirekte Kühlung des Chlorwasserstoffgases im Wärmeaustausch mit einem Wasserkreislauf (DE-PS 8 57 343). Die Nutzung der Wärme wird dabei durch den geringen Temperaturzuwachs auf etwa 55°C wesentlich eingeschränkt. Nach einem anderen Verfahren ist es bekannt, Chlorwasserstoffgas in einem ersten Wärmeaustausch mit im Kreislauf geführten Wasser auf etwa 200°C abzukühlen, in einem zweiten Wärmeaustausch einen Teil der Absorptionswärme zu gewinnen und wenigstens einen Teil des erwärmten Wassers im Wärmeaustausch mit dem ersten Kreislauf unter Entspannung zu verdampfen (DE-PS 33 13 761). Es fällt dabei Dampf mit einer Temperatur von etwa 134°C und einem Dampfdruck von etwa 3,5 bar an, der industriell, z.B als Prozeßdampf verwendet werden kann. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung, besonders auch die Abstimmung der an zwei Stellen gewonnenen Wärmemengen, erschweren jedoch die An­ passung an wechselnde Betriebszustände und Änderungen des Wärmebedarfs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch Nutzung der bei der Synthese von Chlorwasserstoffgas anfallenden Wärme in einem einzigen Verfahrensschritt Prozeßdampf zu gewinnen. Eine andere Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wärmeträger zwischen einem die Wand des mittleren Ofenabschnitts bildenden Wärmeaustauscher und einem Dampferzeuger umgewälzt, auf 170 bis 230°C erhitzt und in dem Dampferzeuger Sattdampf mit einem Druck von wenigstens 7 bar erzeugt wird. Als Wärmeträger sind handelsübliche Thermoöle, besonders aber Wasser geeignet.

Der wesentliche Fortschritt gegenüber den bekannt­ gewordenen Verfahren ist darin zu sehen, daß Wärme mit einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau direkt aus dem Syntheseofen gewonnen wird. Die bekannten Syntheseöfen sind im wesentlichen mit kunstharz­ imprägnierten Graphitsteinen ausgekleidet, da ohne eine solche Imprägnierung die Graphitauskleidung für das Reaktionsprodukt durchlässig ist. Kunstharz­ imprägnierte Graphitsteine sind aber nur bis etwa 160°C beständig und müssen auf diese Temperatur gekühlt werden, beipielsweise durch Wasser, das den Ring­ spalt zwischen der Graphitauskleidung und einem die Auskleidung umschließenden Stahlmantel durchströmt (DE-PS 10 98 493). Eine sichere Kühlung der Graphit­ auskleidung läßt unter diesen Bedingungen nur ver­ gleichsweise niedrige Wassertemperaturen zu, die zur Erzeugung von Sattdampf nicht ausreichen. Erfindungs­ gemäß ist die Auskleidung des Syntheseofens mit den imprägnierten, nur bei relativ niedrigen Temperaturen beständigen Graphitsteinen auf die Teile des Ofens beschränkt, in denen durch Kondensation der Verbrennungs­ produkte ausgelöste korrosive Schädigungen metallischer Werkstoffe möglich sind. Mit Graphitsteinen ausgekleidet sind entsprechend nur der obere und der untere Abschnitt oder Teil des Syntheseofens. Der mittlere Abschnitt besteht aus einem metallischen Werkstoff, besonders aus Stahl und enthält Rohre, die Teil eines geschlossenen, von einem Wärmeträger durchströmten Kreislaufs sind. Dieser Abschnitt des Syntheseofens kann ohne thermische Schädigung auf eine wesentlich höhere Temperatur erhitzt werden, als mit Graphit ausgekleidete Öfen oder Ofen­ abschnitte. Der Wärmeträger wird im Wärmeaustausch mit diesem Abschnitt des Syntheseofens entsprechend auf ein höheres Temperaturniveau erhitzt, das die Erzeugung von Prozeßdampf mit Drücken von wenigstens 7 bar ermöglicht. In einer besonderen Ausführung liegen die von dem Wärmeträger durchströmten Rohre an der Innenwand des mittleren Abschnitts des Synthese­ ofens an oder sie bilden selbst wenigstens zu einem Teil die Ofenwand. Zweckmäßig ist die Wand aus Flossenrohren ausgeführt, die miteinander verschweißt sind. Nach einer anderen Ausbildungsform besteht der mittlere Abschnitt des Ofens aus konzentrisch angeordneten Doppelmantelschlüssen, deren innerer Mantel zur Verbesserung des Wärmeübergangs wellen­ förmig ausgebildet ist. Der Wärmeträger durchströmt in dieser Anordnung den ringförmigen Spalt zwischen den Mantelflächen der zweckmäßig Leitbleche und dgl. enthält.

Beim Betrieb des Syntheseofens ist die Erwärmung des mittleren Abschnitts, besonders durch Strahlung der sehr heißen Brennerflamme so groß, daß an seiner Wand keine korrosionsauslösenden Kondensationsprodukte gebildet werden können. An der Wandung des oberen und unteren Abschnitts ist das nicht auszuschließen, so daß eine Auskleidung mit Graphitsteinen nötig ist. Konden­ sat kann sich in diesen Abschnitten besonders beim Anfahren des Ofens bilden und der obere, mit Graphit­ steinen ausgekleidete Abschnitt ist deshalb vorzugs­ weise mit einem ringförmigen Kragen versehen, der die mittlere Zone gegen möglicherweise abtropfendes oder abfließendes Kondensat schützt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung beispielhaft beschrieben.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält den Syntheseofen 1 mit dem unteren Abschnitt 2 und dem oberen Abschnitt 3, die beide mit Graphit­ steinen ausgekleidet und mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Rieselkühlung versehen sind. Der mittlere aus Stahl bestehende Abschnitt 4 ist als Wärmeaus­ tauscher in Form von miteinander verschweißten Flossen­ rohren ausgebildet. Im unteren Abschnitt 2 des Ofens ist der Brenner 5 eingelassen, in dem Chlor und Wasserstoff verbrannt werden. Das gebildete Chlor­ wasserstoffgas wird im oberen Abschnitt 3 aus dem Syntheseofen abgezogen und beispielsweise zu wässeriger Salzsäure weiterverarbeitet. Die Abschnitte 2, 3 und 4 des Syntheseofens sind von dem Mantel 8 umschlossen.

Das Kühlwasser des als Wärmeaustauscher ausgebildeten mittleren Abschnitts 4 des Syntheseofens fließt in einem geschlossenen Kreislauf, der den Dampferzeuger 7 und die Umwälzpumpe 6 enthält. Die Temperatur des Kühlwassers beträgt beim Austritt aus Abschnitt 4 des Syntheseofens 170 bis 230°C bei einem Druck von 9 bis 27 bar. Bei einem Syntheseofen mittlerer Leistung werden etwa 600 m³/h umgewälzt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Gewinnung von gesättigtem Dampf bei der Verbrennung von Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoffgas in einem langgestreckten, aus mehreren Abschnitten bestehenden Syntheseofen durch Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsprodukt und einem Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger zwischen einem die Wand des mittleren Ofenabschnitts bildenden Wärmeaustauscher und einem Dampferzeuger umgewälzt, auf 170 bis 230° erhitzt und in einem Dampferzeuger Sattdampf mit einem Druck von wenigstens 7 bar erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger Wasser verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere und obere Abschnitt des Synthese­ ofens mit Graphit ausgekleidet sind, der mittlere aus einem metallischen Werkstoff bestehende Abschnitt Rohre enthält, die Teil eines geschlossenen, von dem Wärmeträger durchströmten Kreislaufs sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre die Innenwand des mittleren Abschnitts des Syntheseofens bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des mittleren Abschnitts aus miteinander verschweißten Flossenrohren besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt des Syntheseofens aus in Abstand konzentrisch angeordneten Doppel­ schüssen besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Ofens eine ringförmige über den mittleren Abschnitt auskragende Zone enthält.