DE3807264C2

DE3807264C2 -

Info

Publication number: DE3807264C2
Application number: DE3807264A
Authority: DE
Inventors: Eduard Ing.(Grad.) Goehl; Johann Mueller; Alois 8901 Meitingen De Spaderna
Original assignee: Sigri GmbH
Current assignee: SGL ACOTEC GMBH, 56427 SIERSHAHN, DE
Priority date: 1988-03-05
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE3807264A1; US4903641A; FR2628092B1; CA1317085C; FR2628092A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Gewinnung von Sattdampf mit einem Druck von wenigstens 7 bar bei der Verbrennung von Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoffgas mittels eines aus mindestens einem Wärmeaustauscher und einem mit diesem verbundenen Verdampfer bestehenden geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs durch Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsprodukt und einem Wärmeträger in einem langgestreckten, aus mehreren Abschnitten bestehenden Syntheseofen, dessen unterer und oberer Abschnitt mit Graphit ausgekleidet ist, wobei der Wärmeträger zwischen einem die Wand des mittleren Abschnitts des Syntheseofens bildenden Wärmeaustauscher und einem Dampferzeuger umgewälzt wird.

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 Kühlung des erzeugten HCl-Gases ist es aus der DE-AS 10 98 493 bekannt, im oberen Teil des Verbrennungsraumes Kühlelemente anzuordnen, die von innen mit Kühlflüssigkeit und von außen mit den zu kühlenden, im wesentlichen aus HCl bestehenden Gases beaufschlagt sind. Die Kühlelemente, die rohrförmig ausgebildet sein können, bestehen an den von HCl berührten Teilen aus kunstharzimprägniertem Graphit. Zur Gewinnung und Nutzung der bei der Chlorwasserstoffsynthese 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, unter Verwendung einer an sich bekannten Chlorwasserstoffsyntheseanlage 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 Anpassung an wechselnde Betriebszustände und Änderungen des Wärmebedarfs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem durch Nutzung der bei der Synthese von Chlorwasserstoffgas anfallenden Wärme in einem einzigen Verfahrensschritt Prozeßdampf gewonnen werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mittlere Abschnitt eines aus mehreren Abschnitten bestehenden Syntheseofens aus einem metallischen Werkstoff besteht und metallische Rohre enthält, die Teil des geschlossenen, von dem Wärmeträger durchströmten Kreislaufs sind.

Als Wärmeträger sind handelsübliche Thermoöle, besonders aber Wasser geeignet.

Der wesentliche Fortschritt gegenüber den bekannten Vorrichtungen 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, beispielsweise 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 wäßriger 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

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Gewinnung von Sattdampf mit einem Druck von wenigstens 7 bar bei der Verbrennung von Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoffgas mittels eines aus mindestens einem Wärmeaustauscher und einem mit diesem verbundenen Verdampfer bestehenden geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs durch Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsprodukt und einem Wärmeträger in einem langgestreckten, aus mehreren Abschnitten bestehenden Syntheseofen, dessen unterer und oberer Abschnitt mit Graphit ausgekleidet ist, wobei der Wärmeträger zwischen einem die Wand des mittleren Abschnitts des Syntheseofens bildenden Wärmeaustauscher und einem Dampferzeuger umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt des Synthesofens aus einem metallischen Werkstoff besteht und metallische Rohre enthält, die Teil des geschlossenen, von dem Wärmeträger durchströmten Kreislaufs sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre die Innenwand des mittleren Abschnitts des Syntheseofens bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des mittleren Abschnitts aus miteinander verschweißten Flossenrohren besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt des Syntheseofens aus in Abstand konzentrisch angeordneten Doppelschüssen besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Ofens eine ringförmige über den mittleren Abschnitt auskragende Zone enthält.