CN204727605U - 副产高压蒸汽的氯化氢合成装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,合成炉由炉底的石墨合成段,中部的钢制蒸汽发生段、过渡段和顶部的冷却段组成,钢制蒸汽发生段采用钢管与扁钢交错焊接围成密闭的圆柱体形状的壁面,过渡段的内径采用自下而上的缩径比为1:0.86~0.7的渐变式缩径,水汽出口联通闪蒸罐的上部,闪蒸罐连接自控阀和蒸汽排放口,水汽入口联通闪蒸罐的下部。本实用新型具有两级热交换和过渡段的特殊结构,有效地降低了出口处的氯化氢气体温度,生产出的氯化氢气体可以用于制作高纯盐酸,冷却水与氯化氢换热效果好。

Description

副产高压蒸汽的氯化氢合成装置
技术领域
本实用新型涉及一种氯化氢的合成装置及其合成工艺。
背景技术
氯化氢一般采用氯气与氢气反应合成,氯气和氢气合成时会释放出大量的反应热。这些热量的回收对节能减排、提高经济效益具有非常重要的意义。副产蒸汽氯化氢合成炉是一种将反应热量回收副产水蒸汽的节能装备。目前,副产蒸汽合成炉蒸发段有石墨制和钢制两种结构。钢制耐压能力强,可副产高压蒸汽,因此受到了普遍的关注。但是国内目前使用的石墨制合成炉在高温过渡段的热交换效果欠佳,此处石墨部件容易出现高温爆裂,损坏了设备部件、浪费热源、影响生产的持续运行。
专利申请号为2009202335733的的实用新型公开了一种全回收热能型氯化氢合成装置,包括合成炉,合成炉自下而上依次包括石墨制的合成燃烧段、钢制的水冷壁蒸汽发生段、石墨制的氯化氢气冷却段;水冷壁蒸汽发生段与汽包通过管道连接组成蒸汽发生***,氯化氢气冷却段与热水槽、热水泵连接组成热水发生***。该实用新型的炉体结构比较简单,热量交换效果不太好。
专利申请号为2011100754236的发明涉及一种氯化氢合成炉筒体散热结构,包括石墨筒体以及设在石墨筒体外的钢制外壳,所述钢制外壳与石墨筒体之间为夹层结构,其创新点在于:所述石墨筒体壁上设有若干呈环形分布的垂直流道,该垂直流道与夹层连通。该发明的石墨筒体不如钢制的筒体的力学性能好,耐高压和热胀冷缩的能力偏弱。
专利申请号为2014106301958的副产高压蒸汽的组合式氯化氢合成炉,包括合成炉及其顶部的冷却器;所述合成炉分为上、中、下三段,上段与下段均由石墨筒体及套在筒体外的钢制壳体构成,中段为钢制壳体,该钢制壳体由若干竖直方向的钢制冷凝管呈环形密封配合而成。同时该发明在上段与中段法兰连接处还增设导流结构,在石墨换热块下端面上设置导流环,避免盐酸蔓延至法兰的法兰面后进一步与下段筒体的钢制壳体接触而腐蚀钢制壳体。该发明未公开该结构涉及的具体数据范围,以及与生产工艺相匹配的工艺参数,也未有相应的防腐抗震处理,不能直接用于生产实践。
发明内容
实用新型目的:
本实用新型提供一种热转换效率较高、使用寿命较长、自动化程度较高的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置。
技术方案:
本实用新型的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置。具有合成炉、闪蒸罐、预热器,合成炉由炉底的石墨合成段、中部的钢制蒸汽发生段、过渡段和顶部的冷却段组成(氯化氢出口位置在冷却段的下方)。其中,钢制蒸汽发生段采用钢管(优选外径60mm以上的厚壁钢管)与扁钢交错焊接围成密闭的圆柱体形状的壁面(焊接完成后,可以在内壁喷涂耐高温防腐蚀材料,使生产出的氯化氢气体可以用于制作高纯盐酸),圆柱体内部供合成气体通过,壁面的钢管中供水汽通过并给合成气体减温和吸收反应热。
冷却段由钢制外壳、中间的石墨筒体和钢制内壳构成,钢制内壳围成的中心轴向孔洞供上升的硫化氢流动,到顶端后汇聚后向***流动,然后再沿着石墨筒体内部众多的轴向气体通道下行流动,氯化氢气体的出口在冷却段的底部。
冷却水入口设在冷却段的底部或者设在石墨过渡段,钢制外壳与石墨筒体之间的间隙供冷却水进入,石墨筒体中具有众多的径向水路(与轴向气体通道交错,但不相连通),流入径向水路的冷却水流到到石墨筒体与钢制内壳之间的间隙,最后在冷却段顶端汇聚,从冷却水出口排出(在冷却段顶端有冷却水出口),冷却水流道依次呈S型分布。这种换热结构可以加大氯化氢气体和冷却水的接触面积,提高换热效果。冷却水排出后,可以经过水冷塔或换热器的冷却,再回流到冷却水的入口,实现水资源的循环利用。(所有径向水路的截面积之和与所有轴向气体通道的横截面积比例为1-3:1,此时的冷却效果和硫化氢的出产速度具有很好的匹配性)。
钢制蒸汽发生段通过法兰片分别连接炉底的石墨合成段和顶部的冷却段。
钢制蒸汽发生段的底部设置有水汽入口,顶部设置有水汽出口。
水汽出口联通闪蒸罐的上部,闪蒸罐连接自控阀和蒸汽排放口。水汽入口联通闪蒸罐的下部(水汽入口可以优先通过预热器,预热器能够稍微加热入口的水汽,有效地提升循环水的温度,降低了长期冷热流体变化对合成炉蒸发筒壁的损坏),闪蒸罐另一侧的下部联通供水管。闪蒸罐底部连接有排污罐,以排出循环产生的废水。
还可以在蒸汽发生段的水汽出口处预置有温度传感器或者流量传感器,可以有效的计量产生蒸汽的温度和数量。在闪蒸罐的蒸汽排放口连接有自控阀,另有自控装置,温度传感器有信号线连接并传送温度信号给自控装置,自控装置有控制线连接并控制自控阀的开关和控制蒸汽的流出量。
闪蒸罐的液位与纯水补水控制阀连锁,以便控制其液位高度。
中部与顶部之间或还有全石墨材质的过渡段,过渡段的内径采用自下而上的缩径比为1:0.86~0.7的渐变式缩径,增加流体的湍流程度,提高换热效果;氯化氢出口位置可以在冷却段的下方的过渡段中。过渡段中间有环形水槽,能够增强硫化氢的降温效果,最终流出的氯化氢气体温度可以低至45℃以下。
(在合成炉的点火装置附近或有红外火焰探测器,检测反应需要的点火是否成功,如有异常,可报警或者通过自控装置控制其他部件停止工作)。
石墨筒体优选是由具有多个石墨圈制成,石墨圈的外径为900-1600mm,石墨圈的内径为300-600mm,轴向气体通道在石墨圈中环形分布,每个轴向气体通道的宽度或者内径为10-16mm。
所有径向水路的截面积之和与所有轴向气体通道的横截面积比例为1-3:1。
所述的厚壁钢管与扁钢交错焊接完成后,在内壁喷涂耐高温防腐蚀材料。
部分工作过程:
氢气和氯气在燃烧室中反应生成氯化氢气体,氯化氢气体经过蒸发段,将热量传给钢筒壁内的温水,氯化氢温度降低,接续上升,经过(可先有过渡段的初步冷却)冷却段的深度冷却,从合成炉顶部折流下行,经过冷却段换热再次降温至45℃左右,从硫化氢出口流出。
而蒸发段的钢管内的锅炉水吸收热量后沿上管路进入闪蒸罐,进行气液分离,饱和蒸汽从闪蒸罐顶部经过自控阀再流进蒸汽管网。液态的热水由于重力下流,经过预热器再热后进入蒸汽发生段,依靠液态热水和水蒸汽的密度差形成闭路自循环。
冷却水的补给优选锅炉水,从补给管路流入闪蒸罐,补给水的同时给热水降温。
闪蒸罐底部口有废水出口,供水垢和积液不定期的排放使用。
有益效果:
本实用新型解决了单纯的石墨合成炉高温易爆裂、单纯的钢制炉耐腐蚀不够的缺陷。
两级热交换和过渡段的特殊结构,有效地降低了出口处的氯化氢气体温度,生产的氯化氢气体可直接用于后续工段,不需额外加换热器。
钢制蒸汽发生段内壁喷涂耐高温防腐蚀材料,使生产出的氯化氢气体可以用于制作高纯盐酸。钢管内部的防腐蚀处理,可以避免因冷却水结垢降低传热效率及损坏换热块。
过渡段有效解决了因流速突变造成的炉体抖动,减少因折流而引起的氯化氢气体的二次升温。
冷却段的换热器件的中间通孔是氯化氢气体的通道,纵向开有氯化氢气体折流通道,***的冷却水通道环形分布,呈现S型流动,这种结构使冷却水充分和氯化氢气体接触,提高了换热效果。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图;
图2为本实用新型的过渡段的一种竖向剖面结构示意图;
图3为本实用新型的冷却段的一种水平剖面结构示意图。
图中,1-钢制外壳、2-钢制外壳与石墨筒体之间的间隙、3-径向水路、4-轴向气体通道、5-中心轴向孔洞、6-钢制内壳、7-钢制内壳与石墨筒体之间的间隙、8-石墨筒体、10-冷却水入口、11-氯化氢出口、12-环形水槽、14-过渡段、20-合成段、21-蒸汽发生段、23-冷却段、25-冷却水出口、26-自控装置、27控制线、28-自控阀、29信号线、30-蒸汽出口、31-闪蒸罐、32排污罐、33-水汽入口、34-预热器、35-温度传感器、36-蒸汽排放口。
具体实施方式
如图1、2、3所示的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,具有合成炉、闪蒸罐、预热器,合成炉由炉底的石墨合成段、中部的钢制蒸汽发生段和顶部的冷却段组成,氯化氢出口位置在冷却段的下方;其中,钢制蒸汽发生段采用外径80mm的厚壁钢管与扁钢交错焊接围成密闭的圆柱体形状的壁面圆柱体内部供合成气体通过,壁面的钢管中供水汽通过并给合成气体减温和吸收反应热;
冷却段由钢制外壳、中间的石墨筒体和钢制内壳构成,钢制内壳围成的中心轴向孔洞供上升的硫化氢流动,到顶端后汇聚后向***流动,然后再沿着石墨筒体内部众多的轴向气体通道下行流动,氯化氢气体的出口在冷却段的底部;
冷却水入口设在冷却段的底部,钢制外壳与石墨筒体之间的间隙供冷却水进入,石墨筒体中具有众多的径向水路,流入径向水路的冷却水流到到石墨筒体与钢制内壳之间的间隙,最后在冷却段顶端汇聚,从冷却水出口排出;
钢制蒸汽发生段通过法兰片分别连接炉底的石墨合成段和顶部的冷却段;
钢制蒸汽发生段的底部设置有水汽入口,顶部设置有水汽出口;水汽出口联通闪蒸罐的上部,闪蒸罐连接自控阀和蒸汽排放口;水汽入口联通闪蒸罐的下部,闪蒸罐另一侧的下部联通供水管。闪蒸罐底部连接有排污罐,以排出循环产生的废水。
所述的蒸汽发生段和冷却段之间还有全石墨材质的过渡段,过渡段的内径采用自下而上的缩径比为1:0.8的渐变式缩径;氯化氢出口位置在冷却段的下方的过渡段中。
在所述的蒸汽发生段的水汽出口处预置有温度传感器,在闪蒸罐的蒸汽排放口连接有自控阀,另有自控装置,温度传感器有信号线连接并传送温度信号给自控装置,自控装置有控制线连接并控制自控阀的开关和控制蒸汽的流出量。
所有径向水路的截面积之和与所有轴向气体通道的横截面积比例为2:1。
所述的水汽入口通过预热器,提升循环水的温度。
所述的钢制蒸汽发生段的高度为7-8米,由自控装置和自控阀根据合成气体的反应情况控制蒸汽排放口的蒸汽压力为0.6-1.6Mpa,达到控制蒸汽发生段的水汽出口的水汽温度为165-190℃;冷却段的高度为4-6米,冷却段的冷却水出口的温度为30-40℃。
所述的蒸汽排放口排放的饱和水蒸汽质量:合成的HCl气体质量=0.7~0.75:1。

Claims (5)

1.一种副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,具有合成炉、闪蒸罐、预热器,合成炉由炉底的石墨合成段、中部的钢制蒸汽发生段和顶部的冷却段组成,氯化氢出口位置在冷却段的下方;其中,钢制蒸汽发生段采用外径60mm以上的厚壁钢管与扁钢交错焊接围成密闭的圆柱体形状的壁面圆柱体内部供合成气体通过,壁面的钢管中供水汽通过;
冷却段由钢制外壳、中间的石墨筒体和钢制内壳构成,钢制内壳围成的中心轴向孔洞供上升的硫化氢流动,到顶端后汇聚后向***流动,然后再沿着石墨筒体内部众多的轴向气体通道下行流动,氯化氢气体的出口在冷却段的底部;
冷却水入口设在冷却段的底部,石墨筒体中具有众多的径向水路,在冷却段顶端有冷却水出口;
钢制蒸汽发生段通过法兰片分别连接炉底的石墨合成段和顶部的冷却段;
钢制蒸汽发生段的底部设置有水汽入口,顶部设置有水汽出口;水汽出口联通闪蒸罐的上部,闪蒸罐连接自控阀和蒸汽排放口;水汽入口联通闪蒸罐的下部,闪蒸罐另一侧的下部联通供水管;闪蒸罐底部连接有排污罐。
2.如权利要求1所述的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,其特征在于:
所述的蒸汽发生段和冷却段之间还有全石墨材质的过渡段,过渡段的内径采用自下而上的缩径比为1:0.86~0.7的渐变式缩径;氯化氢出口位置在冷却段的下方的过渡段中。
3.如权利要求2所述的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,其特征在于:所述的过渡段中间有环形水槽。
4.如权利要求1所述的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,其特征在于:在所述的蒸汽发生段的水汽出口处预置有温度传感器,在闪蒸罐的蒸汽排放口连接有自控阀,另有自控装置,温度传感器有信号线连接并传送温度信号给自控装置,自控装置有控制线连接并控制自控阀的开关和控制蒸汽的流出量。
5.如权利要求1所述的副产高压蒸汽的氯化氢合成装置,其特征在于:所有径向水路的截面积之和与所有轴向气体通道的横截面积比例为1-3:1。
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