JP5995842B2 - 蒸気発生を伴うＨＣｌ合成装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気発生を伴うＨＣｌ合成装置に関し、出発原料として、塩素と水素、または塩素と炭化水素を投入する。必要ならば、出発材料は、ＨＣｌ成分、空気または不活性成分を含むことができる。合成炉と、その後に接続される製品冷却のための熱交換器は、蒸気発生器の一部である。

通常、蒸気発生のための大水室ボイラーでは化石燃料が用いられる。そのための燃料として、多くは、例えば、天然ガス、または例えば暖房用石油のような炭化水素含有油などの炭化水素含有ガスが用いられる。また、石炭のような固体燃料を用いた燃料補給が長く知られている。このとき、普通、燃焼温度は７００℃から最大およそ１５００℃までである。

従来、炎管ボイラーおよび水管ボイラーにおいては、後述のものとは全く異なる条件下で、蒸気発生器を用いて塩化水素含有煙道ガスから熱が放出されている。

普通、まず、遊離体の完全な浄化反応は、耐火性の材料により内側を覆い、且つ断熱した鋼燃焼室を用いて行われる。それゆえ、問題となるのは、ここで意図される意味での炎管ボイラーではなく、後に接続されるボイラーである。加えて、例えば、例として蒸気、水または不活性ガスのような冷媒の適切な添加によって、温度は特に最大１２５０℃に保持される。

塩素と、水素または水素含有化合物とからの塩化水素の製造は、冷却された、例えば、人工樹脂浸透グラファイトのような耐腐食性の材料から製造される合成装置で行われ、生成した塩化水素ガスは、その後冷却され、多くの場合、一体化または後に接続された吸収装置で水に吸収され、塩酸が製造される。

このとき、塩素と水素とは、特別な燃焼室中で、炎中で反応する。反応熱（約９２ｋＪ／ｍｏｌ ＨＣｌ）は、反応室の冷却された壁により、および一体化されたまたは外部に配置された熱交換器を用いて、冷却される。

エネルギー節約の目的のために、このようなプロセスで生じる反応熱を経済的に利用することは追求に値し、技術的な視点から、蒸気の発生がより好ましい。

中国特許明細書９３１１０５１８．８号は、接続の別の形態を開示しており、そこでは、反応熱が、その一部については合成炉の壁により、および他の一部については反応ガスのさらなる冷却から、蒸気の製造のために利用される。良好な熱利用のためには、いくつかの熱交換器が上流に接続されることが必要である。合成炉の腐食保護として、詳細には開示されていないが、熱伝導性で、耐腐食性のコーティングが用いられる。

中国特許明細書Ｎｏ．２００７２００９６８８９５．９では、蒸気発生を伴う塩化水素の製造装置が開示され、そこでは、蒸気ボイラーの内側に合成炉が配置されている。合成炉はグラファイトから構成されている。蒸気ボイラーは、自然循環気化装置同様、外部循環システムを有する。この装置を用いて、０．１から０．２ＭＰａまでの圧力を有する蒸気を発生させることが可能である。

特許明細書ＤＥ３８０７２６４には、燃焼器、燃焼室および内部に配置されている熱交換器により構成される装置が開示されている。これらの部材を通って加圧水が流れ、反応熱を取り出し、本来の燃焼装置の外部にある蒸気発生器にて熱を放出する。冷媒循環の温度は、９から２７ｂａｒの圧力において、１７０から２３０℃である。この装置では、少なくとも７ｂａｒの飽和蒸気が生み出される。

この水管ボイラーとしての構成は費用がかかり複雑（例えば製造許容差）であり、それゆえコスト集中的であり、さらに次のような欠点を有する。
１．実際の使用条件においては、沸騰する混合物の不均一分布が、管内のライデンフロスト効果、ならびに、最終的には、管壁の局部的な過熱によって、腐食、およびわずかの持続時間をもたらす。この問題は、気化装置が自然循環を行うか強制循環を行うかとは無関係である。
２．熱運搬媒体として熱媒油を用いた実施には問題がある。一方では、不均一分布と、管壁および油の過熱とを回避することができず、他方では、環境の視点から、合成装置が槽の中に配置されなければならない。
３．熱放出のための分離型熱運搬循環の効率は、直接気化装置よりも常に悪い。
４．従来の技術では、製品ガスであるＨＣｌは、約１０００℃以上に冷却されるだけであるので、不十分な熱放出が際立っている。これによって、価値の高いエネルギーが、利用されないままになる。

それゆえ、従来の技術では、ＨＣｌ含有ガスからの熱放出は、後に接続される蒸気ボイラー装置を用いて最大１２５０℃の温度にて、７０％ＨＣｌまでとなっている。

鋼‐蒸気発生器の腐食、特に高温での腐食を、阻止するためには、両方の処置が必要である。

課題は、塩素と水素との発熱反応の熱を放出することによって、信頼できる効果的な水の直接気化を可能にする装置を提供することである。

この課題は、請求項１に従い、塩素と水素から、または、塩素と炭化水素から、熱回収を一体化して塩化水素を合成する方法を実行する本発明の装置によって解決される。

本発明では、炎管と燃焼室は同じ装置である。さらに、燃焼室において、生成した蒸気による腐食を起こさずに、２４００℃までの断熱燃焼温度が許可される。

そのために、本発明では、特別なＨ_２‐Ｃｌ_２‐拡散燃焼器が、備えられている炎管に同心に配置される。

さらに、燃焼室と熱交換器が、廃熱ボイラーの原理に従って作動する大水室ボイラーの蒸気ドラムに配置されている。

本発明では、燃焼室は、燃焼室の外部の圧力と比べてより高いまたはより低い内圧で操作できるものであることが好ましい。さらに、燃焼室は、ＨＣｌ合成を、好ましくは、０．１ｂａｒ（ａｂｓ．）から７．０ｂａｒ（ａｂｓ．）までの圧力範囲で操作することができ、さらに好ましくは、０．８ｂａｒ（ａｂｓ．）から５．０ｂａｒ（ａｂｓ．）までの圧力範囲で操作することができ、特に好ましくは、０．９ｂａｒ（ａｂｓ．）から４．０ｂａｒ（ａｂｓ．）までの圧力範囲で操作することができるように構成される。

本発明では、すべての塩化水素接触部分は、その範囲内では腐食がわずかである温度範囲において不変である。これは、これらの部分がすべて、腐食が、例えば、水蒸気を含有する混合物においてもわずかである温度水準で操作される蒸気ドラムの内側に存在するためである。

大水室ボイラーは、炎管と、転換室と、ボイラー本体に取り付けられた、後に接続された円筒多管式熱交換器から成ることがより好ましい。

ボイラーの壁と熱交換器管との間には、特に好ましくは、ボイラー内の安定した水の循環を確保する案内機構が備えられている。燃焼室、熱交換器管および案内機構は、周りを囲む水の循環および蒸気の上昇とが確保されるように配置される（自由対流）。その際、循環ポンプは必要ない。

より好ましくは、発生した蒸気の過熱（乾燥）が可能なように、製品冷却管は、上方に向けて、蒸気室に導かれるようにすることができる。蒸気の過熱は、好ましくは、配管網の圧力より高い圧力を持った蒸気を発生させ、その後配管網の圧力下に解放することによっても実現しうる。

好ましくは、燃焼室と、製品冷却のために後に接続される熱交換器は、金属材料から成り、蒸気発生器の一部である。

特に好ましくは、燃焼室と、製品冷却のために後に接続される熱交換器は、鋼から成り、蒸気発生器の一部である。

好ましくは、主要構成成分は、垂直に配置されるが、ただし、原理的には、水平に配置することも可能である。

好ましくは、燃焼室、熱交換器および蒸気ドラムは、偏心して配置される。しかし、一般的には、商慣習上の配置がより好ましい。

特に好ましくは、炎管の出口穴に、ＨＣｌ合成燃焼装置が組み込まれる。

好ましくは、本発明に適した燃焼室は、腐食に対し、シラザンベースのコーティングにより保護される。それによって、燃焼室（炎管）の耐用期間が明らかに延びる。

そのうえ、より好ましくは、燃焼室は、肉盛り溶接法を用いて、腐食から保護される。溶接手段としては、ニッケルベースの合金またはその他の、高い耐腐食性を持つ商慣習上の溶接手段が有用である。特に好ましくは、ニッケル自体またはタンタルも用いることができる。これらは、所謂クラディング法、特別な肉盛り溶接法に従って調達される。

燃焼室の保護のための別の変形例は、セラミックの保護膜を有する燃焼室のコーティングである。驚くべきことに、これらは、気密に仕上げることができないにもかかわらず、燃焼室の耐用期間について好ましい効果を奏する。その原因は、コーティングの、断熱、または熱反射の性質である。特に好ましくは、これらのセラミックの、絶対的には気密ではないコーティングは、一方では過熱を達成し、他方では燃焼室の内壁全体のより良い熱負荷分配を達成するために、あらかじめ決められた、特に温度要求の高い範囲に行われる。セラミックのコーティングとしては、金属酸化物、ホウ化物およびカーバイドを用いることができる。これらは、より好ましくは、プラズマ噴射によって行われる。しかし、最後に説明した塗布方法に加えて、高い融点を有し、特に、塩素雰囲気中で抵抗性のある金属および金属合金を用いることができる。

当然ながら、このような有効な、特に気密性に基づく腐食保護は、溶融物が腐食の危険にさらされた部材の内面に塗布されるときに、達成される。特に有効に用いられる溶融物は、例えばエナメルである。

さらに好ましくは、腐食を阻止するために、ボイラー室の加熱のための蒸気または燃焼室の加熱のためのガス燃焼が用いられる。

気化装置の運転温度は、１７０ないし２４０℃である。本発明に適するものとしては、ＨＣｌ製品ガスは、２００−１２００℃、より好ましくは２００−５００℃、特に好ましくは２５０−３５０℃に冷却される。それに伴い、良好な熱利用が可能である。

加圧水で加熱された、外部にある気化装置と比べて、本発明では、より高い効率が可能であり（循環水と気化装置の間の温度差がなくなる）、それゆえ装置は著しくコストが安い。

特に好ましくは、ボイラーの方を向いた面上で対流性の熱伝達分担分が増加するように、炎管は波形である。

さらに、特に好ましくは、炎管の炎方向が、下から上におよび上から下に操作できる。別の部材は、その意味に即して配置されうる。

燃焼室と熱交換器は、本発明に適するものとしては、圧力の衝撃に耐えられるように作られていてもよい。すなわち、これらは、水素と塩素の任意の混合物の点火により発生しうる圧力に耐える。

装置の運転を開始するために、これらは、補助燃焼装置または配管網からの蒸気で予熱され、または、運転温度に移行される。

漏れ損の監視は、製品の水蒸気圧の測定により可能である。製品側の方向しか漏れる可能性がないので、本発明の装置の運転は安全である。さらに、蒸気システムの圧力低下によって、漏れを確かめることができる。

危険な腐食率を早期に認識するために、本発明に適する装置では、好ましくは、燃焼室に、改変された腐食測定センサーが取り付けられる。そのようなセンサーの原理は、気化装置と同一の材料を、制御下で、燃焼室において支配的な条件下で腐食させ、これによる抵抗変化により、腐食の進み具合が推定されるということである。

本発明を、以下に、模式的な、縮尺に従わない図面に基づいてさらに説明する。

図１は、本発明に係る方法の実施のための装置を示し、大水室ボイラーの転換室には、後に接続される片側だけの管装置が取り付けられている。 図２は、本発明の方法の実施のための装置を示し、大水室ボイラーの転換室には、後に接続される同心の管装置が取り付けられている。

上記方法の実施のための装置は、廃熱ボイラーの原理に従って作動する大水室ボイラーである。これは、外部カバー（１１）と、燃焼室が取り囲んでいる、内部に位置する炎管とを有するボイラー本体を備えている。

炎管（１２）の出口穴に、水素ガスの入り口（１４）と塩素ガスの入り口（１５）とが取り付けられたＨＣｌ合成燃焼装置（１）がある。例えば、鋼から成り、また、耐腐食性のコーティングが施されていてもよい燃焼室は、燃焼室壁（１２）によって外部と分けられる。燃焼室壁（１２）に接して、ボイラー室（９）の領域において、改変された腐食測定センサー（１０）が、燃焼室に取り付けられている。

炎（１３）の炎方向は、下から上に向かってに表されている。炎（１３）の上方に、蒸気出口（６）が取り付けられた、溶接された蒸気回収器（７）を有する転換室（８）がある。転換室（８）は、ボイラー水によって完全に取り囲まれている。ボイラー水の現在位置（５）が表されている。転換室（８）には、後に接続される管装置（４）が取り付けられており、当該管装置は、図１に示すように片側のみ、または図２に示すように同心円状に、構成することができる。管装置において２５０−２８０℃にまで冷却されたＨＣｌ製品ガスは、接続された回収器（３）において集められ、製品出口（２）を通って放出される。

１ ＨＣｌ合成燃焼装置、 ２ 製品出口、 ３ 回収器、 ４ 管装置、 ５ ボイラー水の現在位置、 ６ 蒸気出口、 ７ 蒸気回収器、 ８ 転換室、 ９ ボイラー室、 １０ 改変された腐食測定センサー、 １１ 外部カバー、 １２ 炎管、 １３ 炎、 １４ 水素ガスの入り口、 １５ 塩素ガスの入り口

Claims (11)

1. 塩素と水素から、または、塩素と炭化水素から、熱回収を一体化して、塩化水素を合成する方法を実行する装置であって、廃熱ボイラーの原理に従って作動する大水室ボイラーの蒸気ドラム内に、燃焼室が熱交換器とともに配置され、炎の上方に、蒸気出口が取り付けられた、溶接された蒸気回収器を有する転換室が備え付けられており、かつ、上記燃焼室の出口穴にＨＣｌ合成燃焼装置が同心に配置され、ここで２４００℃までの断熱燃焼温度に達してよいことを特徴とする装置。
2. 上記大水室ボイラーは、燃焼室、転換室、ならびにボイラー本体内に取り付けられた、転換室の後に接続された円筒多管式熱交換器から成ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 上記燃焼室および熱交換器が金属材料から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 上記燃焼室および熱交換器が鋼から成ることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 上記燃焼室が、腐食に対し、シラザンベースのコーティングで保護されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 腐食を阻止するために、蒸気が、加熱またはガス燃焼のために用いられることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. ＨＣｌ製品ガスは、３００−４００℃に冷却されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. 上記燃焼室、熱交換器および蒸気ドラムが、偏心して配置されていることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 上記燃焼室が波形であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 上記燃焼室の炎方向が、下から上におよび上から下に操作できることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
11. 上記燃焼室に、改変された腐食測定センサーが取り付けられていることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。

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