DE857343C

DE857343C - Process and apparatus for the production of hydrogen chloride gas

Info

Publication number: DE857343C
Application number: DEP55704A
Authority: DE
Inventors: Ernst Eduard Dr-Ing Feder; Albert Dr-Ing Hermann; Michael Schmid
Original assignee: CHLOBERAG
Current assignee: CHLOBERAG
Priority date: 1949-09-23
Filing date: 1949-09-23
Publication date: 1952-11-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Chlorwasserstoffgas Es ist bekannt, Chlorwasserstoffgas durch Verbrennung eines Gemisches von Chlorgas und Wasserstoffgas herzustellen. Man bediente sich dazu vorzugsweise senkrecht stehender Ofen aus Sinteryuarzrohr von etwa j m Höhe, in denen eine bis zu 3 ni lange Flamme brannte. Die bei der Reaktion auftretenden hohen Temperaturen und der Angriff der Reaktionsgase ließen, nach bisher vorherrschender Meinung, die Verwendung anderer Werkstoffe nicht zu. Die Reaktionsgase verlassen bei diesen bekannten Anlagen den Reaktionsraum mit einer Temperatur von etwa goo° und müssen in umfangreichen Kühlsystemen aus säurefestem Material, z.13. aus Steinzeug, auf etwa 40° gekühlt werden, um der Absorptionsanlage für die Salzsäureherstellung zugeführt zu werden.Method and apparatus for the production of hydrogen chloride gas It is known to produce hydrogen chloride gas by burning a mixture of chlorine gas and produce hydrogen gas. It was preferable to use a vertical one Furnace made of sintered yuarz tube about 1 m high, in which a flame up to 3 ni long burned. The high temperatures occurring during the reaction and the attack of the Reactive gases left, according to prevailing opinion, the use of others Materials not to. In these known systems, the reaction gases leave the Reaction space with a temperature of about goo ° and must be in extensive cooling systems made of acid-proof material, e.g. 13. made of stoneware, to be cooled to about 40 ° to the To be supplied to absorption plant for the production of hydrochloric acid.

Abgesehen davon, daß die Reaktionswärme nicht ausgenutzt werden kann, haben diese bekannten Anlagen den Nachteil, daß die großtechnische Arbeit mit Quarz- und Steinzeugrohren, insbesondere wegen der Muffenverbindungen, Schwierigkeiten bereitet und große Aufwendungen für Anschaffung und Unterhalt der Anlagen verursacht. Es wurde deshalb bereits versucht, Eisenöfen mit einer Innenausmauerung als Korrosionsschutz zu verwenden. Dabei bereitet jedoch die Kühlung des Reaktionsgases wegen des schlechten Wärmeüberganges in der Au,;maiierung Schwierigkeiten, ebenso sind Reparaturen erschwert.Apart from the fact that the heat of reaction cannot be used, these known systems have the disadvantage that the large-scale work with quartz and clay pipes, especially because of the socket connections, difficulties prepares and causes great expenses for the acquisition and maintenance of the systems. Attempts have therefore already been made to provide iron furnaces with internal lining as protection against corrosion to use. However, this prepares the cooling of the reaction gas because of the poor Heat transfer in the Au, maize difficulties, repairs are also more difficult.

Es wurde ferner vorgeschlagen, als Material für die Reaktionskammer Metall, insbesondere Blei, zu verwenden und die ganze Reaktionskammer in ein Wasserbad zu setzen, so daB durch die Kühlung sowohl die schädliche Einwirkung des Verbrennungsprozesses als auch der Verbrennungsprodukte auf die Metallkammern vermieden werden sollte. Diese Einrichtungen haben sich jedoch nicht bewährt. Es hat sich gezeigt, daß eine gleichmäßige Kühlung nicht zu erreichen ist, so daß einerseits örtliche Überhitzungen auftraten, die bei Verwendung von Blei Verformungen zur Folge hatten und anderseits an stärker gekühlten Stellen der Reaktionskammer Kondensatbildung auftrat, die Korrosion verursachte, sofern nicht ioo%ig reines Chlor und ioo%ig reiner Wasserstoff verwendet wurden, was bei einem technischen Verfahren nicht möglich ist, da ein Sauerstoffgehalt im Chlor bei der Reaktion mit Wasserstoff zur Wasserdampfbildung führt, der sich an kälteren Stellen der Kammerwand als Salzsäure niederschlägt.It has also been proposed as a material for the reaction chamber Use metal, especially lead, and place the entire reaction chamber in a water bath so that through the cooling both the harmful effects of the combustion process as well as the products of combustion on the metal chambers should be avoided. These However, facilities have not proven their worth. It has been shown that a uniform Cooling cannot be achieved, so that on the one hand local overheating occurred, which resulted in deformations when using lead and, on the other hand, to greater extent condensation occurred in the cooled areas of the reaction chamber, which caused corrosion, unless 100% pure chlorine and 100% pure hydrogen were used, which is not possible with a technical process, since there is an oxygen content in the When it reacts with hydrogen, chlorine leads to the formation of water vapor, which leads to colder parts of the chamber wall than hydrochloric acid precipitates.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nvüglich, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und eine Reaktionskammer aus Eisen ohne schützende Ausmauerung zu verwenden, wenn die sie umspülende Kühlflüssigkeit auf eine solche Temperatur vorgewärmt ist, daß an der Innenseite der Reaktionskammer keine Kondensatbildung stattfinden kann.According to the present invention, it is possible to overcome these difficulties to avoid and to use a reaction chamber made of iron without protective brickwork, when the cooling liquid around it is preheated to such a temperature, that no condensation can take place on the inside of the reaction chamber.

Damit das Chlorwasserstoffgas die Vorrichtung mit einer Temperatur, die mit Rücksicht auf das Material der Rohrleitungen nicht über i5o° liegen soll, verläßt, kann der Reaktionskammer ein Kühler nachgeschaltet sein, der, um auch im Kühler Kondensatbildung zu vermeiden, ebenfalls durch vorgewärmte Kühlflüssigkeit gekühlt wird, wobei vorteilhaft Reaktionskammer und Kühler in einem gemeinsamen Kühlbehälter angeordnet sein können. Das so gekühlte Chlorwasserstoffgas kann ohne technische Schwierigkeiten in gummierten Leitungen der Absorptionsanlage für die Salzsäureherstellung zugeführt werden.In order for the hydrogen chloride gas to keep the device at a temperature which, taking into account the material of the pipelines, should not be more than 150 °, leaves, the reaction chamber can be followed by a cooler, which can also be used in the Avoid condensate formation, also through preheated coolant is cooled, with advantageous reaction chamber and cooler in one joint Cooling container can be arranged. The hydrogen chloride gas cooled in this way can be used without technical difficulties in rubberized lines of the absorption system for the Hydrochloric acid production are supplied.

Werden beispielsweise Gase verwendet, bei deren Reaktion sich, infolge von Verunreinigungen, 30 g Wasserdampf pro Kubikmeter Reaktionsgas bilden, so liegt der Taupunkt der entstehenden Salzsäure bei 47°. Wird nun die Kühlflüssigkeit mit einer Temperatur von 4o bis 45 ° zugeführt, so wird auch an den stärkst gekühlten Stellen im Innern der Reaktionskammer die Temperatur von 47° nicht unterschritten werden, d. h. es kann keine Kondensatbildung auftreten. Da die bei der Kondensation entstehende wäßrige Salzsäure, nicht aber das gasförmige HCI Korrosion verursacht, tritt daher auch keine Korrosion ein.If, for example, gases are used whose reaction results in the formation of 30 g of water vapor per cubic meter of reaction gas as a result of impurities, the dew point of the hydrochloric acid formed is 47 °. If the cooling liquid is now supplied at a temperature of 40 to 45 °, the temperature will not fall below 47 ° even at the most strongly cooled points inside the reaction chamber, ie no condensation can occur. Since the aqueous hydrochloric acid formed during the condensation causes corrosion, but not the gaseous HCl, no corrosion occurs either.

Die Kühlflüssigkeit., vorzugsweise Wasser, wird vorteilhaft in so schnellem Kreislauf geführt, daß sie sich während ihrer Verweilzeit in der Vorrichtung um höchstens etwa io° erwärmt; dadurch können Überhitzungszonen, wie sie bei den Bleiöfen aufgetreten waren, zuverlässig vermieden werden. Nach dem Verlassen des Kühlbehälters wird die Kühlflüssigkeit durch Rückkühlung oder durch Zusatz kalter Kühlflüssigkeit wieder auf die erforderliche Eintrittstemperatur gebracht, wobei der Überschuß an heißer Kühlflüssigkeit anderen, wärmeverbrauchenden Anlagen zugeführt werden kann.The cooling liquid., Preferably water, is advantageous in so rapid cycling that they are during their residence time in the device warmed by a maximum of about 10 °; this can cause overheating zones, as they are with the Lead furnaces had occurred can be reliably avoided. After exiting the In the cooling tank, the coolant is cooler by recooling or adding it Bring the coolant back to the required inlet temperature, with the excess of hot cooling liquid is fed to other, heat-consuming systems can be.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein senkrecht stehendes, eisernes, alsReaktionskammerdienendes Rohrivon etwa 300 mm lichter `Feite und ein absteigender Röhrenkühler 2 mit etwa i9 Röhren vonetwa 26mm lichter Weite sind in einem Mantelgefäß 3 mit ovalem Querschnitt angeordnet. Die ganze Anlage ist etwa 3 m hoch. In dem Rohr i ist ein (nicht gezeichneter) Quarzbrenner angeordnet, welchem das Chlor- und das Wasserstoffgas durch die Rohrleitung 4 zugeführt wird. Das Mantelgefäß 3 ist mit Wasser als Kühlflüssigkeit gefüllt, das durch das Rohr 5 mit einer Temperatur von mindestens 4o° zuströmt und durch das Rohr 6 mit einer Temperatur von etwa 52° die Anlage verläßt. Bei 7 fließt ein Teil des erwärmten Wassers ab, um an anderen Stellen verwendet zu werden, und bei 8 fließt eine entsprechende Menge kalten Wassers zu, so daß das Wasser durch die Umlaufpumpe 9 dem Kühlwassereintritt 5 wieder mit der Eintrittstemperatur zugeführt wird. Die Reaktionsgase treten aus der Reaktionskammer i durch die Verbindung io in den Kühlere und verlassen ihn durch das Rohr ii mit einer Temperatur von etwa i2o bis 150'. Betriebsbeispiel Der Reaktionskammer werden 70 Nm3/h Chlorgas und 77 Nm3/h Wasserstoffgas zugeführt. Der geringe Überschuß an Wasserstoff wird vorteilhaft eingehalten, um auf jeden Fall zu verhindern, daß im Innern der Reaktionskammer Zonen mit Chlorüberschuß auftreten, die zur Bildung von flüchtigem Fe C13 Anlaß geben, das der wäßrigen Salzsäure eine unerwünschte gelbe Farbe verleiht und die Wandung der Reaktionskammer korrodiert. Bei der Arbeit mit leichtem H2 Überschuß überzieht sich die Innenseite der Vorrichtung allmählich mit einer etwa 2 mm starken Schicht von weißem Fe C12, die das Eisen vor weiterem chemischen Angriff schützt. Im Innern der Vorrichtung 'herrscht ein Überdruck von 2 cm WS, der durch die Dimensionen der Abgangsleitung und die Ansaugung in die Kondensationsanlage geregelt werden kann. Durch die Wasserumlaufpumpe 9 werden dem Wassermantel unten etwa 15 m3/h Wasser mit einer Temperatur von 45' zugeführt, die durch die Abgangsleitung 6 mit etwa 52' abfließen.The figure shows an embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention. A vertical, iron tube serving as a reaction chamber with a clearance of about 300 mm and a descending tube cooler 2 with about 19 tubes with a clearance of about 26 mm are arranged in a jacket vessel 3 with an oval cross-section. The whole system is about 3 m high. A quartz burner (not shown) is arranged in the tube i, to which the chlorine and hydrogen gas is fed through the pipe 4. The jacket vessel 3 is filled with water as a cooling liquid, which flows in through the pipe 5 at a temperature of at least 40 ° and leaves the system through the pipe 6 at a temperature of about 52 °. At 7 a part of the heated water flows off to be used at other points, and at 8 a corresponding amount of cold water flows in, so that the water is fed through the circulation pump 9 to the cooling water inlet 5 again at the inlet temperature. The reaction gases exit the reaction chamber i through the connection io into the cooler and leave it through the pipe ii at a temperature of about i2o to 150 '. Operating example 70 Nm3 / h chlorine gas and 77 Nm3 / h hydrogen gas are fed to the reaction chamber. The small excess of hydrogen is advantageously maintained in order to prevent in any case that zones with excess chlorine occur in the interior of the reaction chamber, which give rise to the formation of volatile Fe C13, which gives the aqueous hydrochloric acid an undesirable yellow color and the walls of the reaction chamber corroded. When working with a slight excess of H2, the inside of the device is gradually covered with an approximately 2 mm thick layer of white FeC12, which protects the iron from further chemical attack. Inside the device there is an overpressure of 2 cm water column, which can be regulated by the dimensions of the outlet line and the suction into the condensation system. The water circulation pump 9 feeds about 15 m3 / h of water at the bottom of the water jacket at a temperature of 45 ', which flow off through the outlet line 6 at about 52'.

Bei dieser Arbeitsweise verläßt die Vorrichtung bei i i ein Reaktionsgas, das eine Temperatur von 12o bis i5o° hat und aus 92% HCl, 5% H2 und 3% Neutralgas (N., U- asserdampf) besteht.In this mode of operation, the device leaves a reaction gas at i i, which has a temperature of 12o to 15o ° and consists of 92% HCl, 5% H2 and 3% neutral gas (N., U-water vapor) exists.

Enthält bei Zuführung der angegebenen Gasmengen das Chlorgas i, i 0/0 02 und das Wasserstoffgas 8 g/m3 H2 O, so scheiden sich in den nachgeschalteten Kühlvorrichtungen 2,441/h wäßrige Salzsäure ab, die einen Wassergehalt von i8io g aufweisen. In der Reaktionskammer und in dem mit vorgewärmten Wasser gekühlten Röhrenkühler sind auch nach tagelangem Betrieb keinerlei Feuchtigkeitsabscheidungen oder auch nur Spuren von Korrosion feststellbar.Contains chlorine gas i, i when the specified gas quantities are supplied 0/0 02 and the hydrogen gas 8 g / m3 H2 O, then separate into the downstream Cooling devices from 2,441 / h aqueous hydrochloric acid, which have a water content of i8io have g. In the reaction chamber and in the one cooled with preheated water Tube coolers are no moisture deposits, even after days of operation or only traces of corrosion can be detected.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of hydrogen chloride gas from chlorine gas and hydrogen gas with external cooling of the reaction chamber, characterized in that the reaction chamber and optionally a downstream one Cooler can be cooled by a cooling liquid, which. at such a temperature is preheated so that no condensation of aqueous hydrochloric acid on the inside of the reaction chamber takes place.

2. Device for performing the method according to claim i, characterized through a reaction chamber made of unprotected iron, which is exposed to the preheated cooling liquid is cooled.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by one of the reaction chambers downstream cooler, which is cooled by the aforementioned coolant.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the reaction chamber and after-hold Coolers are arranged in a common coolant tank.

5. The method according to claim i using the device according to one of claims 2 to I, characterized in that g; denotes, that the inlet temperature of the cooling liquid is chosen so that the temperature on the inner line of the reaction chamber and possibly the cooler not below the dew point of the hydrochloric acid formed.

6. The method according to claim 5, characterized characterized in that the cooling liquid has a temperature of at least 40 ° is fed.

7. The method according to any one of claims i, 5 or 6, characterized in that that the cooling liquid is passed through the device so quickly that the temperature increase is not more than io °. B. The method according to any one of claims 1, 5, 6 or 7, characterized in that the cooling liquid is circulated and through recooling or by adding cold coolant to the required inlet temperature again is brought. G. Method according to claim 1, 5, 6, 7 or 8, characterized in that that the excess of hot water is fed to other heat-consuming systems. Cited publications: German Patent No. 506634; French patent specification No. 938010; BIOS Final Report No. 848.