СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА И ТОПКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК C01B7/01 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству магния.

В процессе электролиза магния образуется хлорсодержащий газ (70-75% хлора) - "анодный хлор", который может использоваться в виде хлористого водорода при обезвоживании карналлита в кипящем слое для подавления гидролиза хлористого магния.

Топочные газы печи кипящего слоя должны содержать 0,5-6,0% хлористого водорода, иметь температуру 400-500^o С и влажность не более 2 % объема, т.к. большая влажность вызовет повышение гидролиза карналлита при обезвоживании.

Известен способ конверсии хлора с получением синтетического хлористого водорода подачей хлорсодержащего газа с водяным паром в факел горения газообразного или жидкого топлива (М.И.Левинский и др. Хлористый водород и соляная кислота. Обзорная информация. М., "Химия", 1985 г.).

При этом устанавливается равновесие:
H₂O + Cl₂ = 2HCl + 0,5O₂ + 20,8 ккал
Термодинамические расчеты реакции показали, что равновесный состав продуктов реакции зависит от температуры, содержания кислорода и водяного пара в газовой фазе. Для сдвига равновесия в сторону образования хлористого водорода необходима высокая температура (не ниже 1500^oC), избыток паров воды и минимальное количество кислорода.

После сжигания хлорсодержащего газа продукты горения охлаждают различными способами с применением в качестве охлаждающего агента воды, воздуха или раствора соляной кислоты. Происходит закалка продуктов горения (J.G.Hornath and J.O.S.Macdonald, Process technology, international, январь, 1973, s.61).

Известны процессы высокотемпературного сжигания, применяемые фирмами, выпускающими хлорорганические продукты, при переработке хлорорганических отходов (ХОО) с превращением их в газообразный хлористый водород (В.И.Абрамова и др. Переработка, использование и уничтожение отходов в производстве хлорорганических продуктов. Обзорная информация. Сер. "Хлорная промышленность". М., 1977).

Процесс фирмы "Рон-Пуленк" включает в себя сжигание ХОО в циклонной топке при температуре 1200^oC, охлаждение продуктов горения в графитовом теплообменнике водой, абсорбцию соляной кислотой и дистилляцию.

В Японии, США и Западной Европе используется процесс фирмы "Ниттеу": высокотемпературное сжигание ХОО с применением циклонной топки, закалка продуктов горения в аппарате погружного охлаждения раствором соляной кислоты, десорбция водой и последующая экстрактивная дистилляция. Топка, в которой сжигают ХОО, состоит из корпуса, горелки, камеры горения и выходного отверстия для газов.

Недостатком перечисленных процессов является применение в качестве охлаждающего агента воды и растворов соляной кислоты, что неминуемо приведет к значительному повышению содержания паров воды в газовой фазе, а это недопустимо для газа, используемого в печах КС. Кроме того, степень конверсии хлора составляла всего 95-96%.

Технической задачей изобретения является получение смеси хлористого водорода с воздухом заданного состава, обеспечение высокой степени конверсии хлора.

Способ заключается в сжигании хлорсодержащего газа в факеле горения топлива в присутствии паров воды и двухстадийном охлаждении продуктов горения: на первой стадии - до температуры 750-800^oC в теплообменнике воздухом, а на второй стадии - до температуры 450- 500^oC прямым контактом с воздухом, пропущенным через теплообменник на первой стадии.

Топка для сжигания хлорсодержащих газов в пламени углеродно-водородного топлива в присутствии паров воды состоит из корпуса, горелки, камер горения и смешения, разделенных теплообменником; теплообменник имеет каналы, соединяющие камеру горения с камерой смешения, а также каналы для воздуха с входными отверстиями на наружной поверхности корпуса топки и выходом в камеру смешения.

Способ и топка поясняются чертежами, на которых показана топка в разрезе.

На фиг. 1 изображено сечение циклонной топки по каналам для продуктов горения.

На фиг. 2 показано сечение теплообменника по каналам подачи вторичного воздуха.

Топка состоит из корпуса 1, горелки 2, камеры горения 3, камеры смешения 4, теплообменника 5, каналов для продуктов горения 6, каналов 7 и патрубков 8 для подачи вторичного воздуха, выходного отверстия 9 для газовоздушной смеси.

Способ осуществляется следующим образом.

В топку через горелку 2 подают углеродно-водородное топливо, воздух, хлорсодержащий газ, водяной пар. В камере горения 3 происходит конверсия хлора и образуется газовая смесь, содержащая хлористый водород, с температурой 1300-1600^oC. Продукты горения поступают из камеры горения 3 в камеру смешения 4, проходя через теплообменник 5 по каналам 6. Кроме каналов для продуктов горения 6 теплообменник имеет каналы 7 с наружными входными отверстиями, патрубками 8 и выходом в камеру смешения. Через эти каналы подается вторичный воздух. Каналы не сообщаются друг с другом.

В теплообменнике 5 продукты горения нагревают воздух до 300-400^oC, а сами быстро охлаждаются до 750-800^oC и с этой температурой поступают в следующую камеру, где смешиваются с нагретым воздухом из теплообменника. Полученная газовоздушная смесь с температурой 400-500^oC выводится из топки через выходное отверстие 9 и направляется в печь кипящего слоя.

Если смешивать горячий газ с холодным воздухом, то часть хлористого водорода будет реагировать с кислородом воздуха по реакции:
2HCl + 1/2O₂ = Cl₂ + H₂O,
что снизит выход хлористого водорода.

Смешение предварительно охлажденных продуктов горения с нагретым воздухом снижает скорость реакции образования хлора, т.о. обеспечивается высокая степень конверсии.

Предложенный способ и топку опробовали в лабораторных условиях.

Примеры осуществления способа.

Пример 1
Сжигание хлорсодержащего газа осуществляется при температуре 1600^oC в типовой циклонной топке. В камеру горения подавали холодный вторичный воздух. Продукты горения с температурой 1600^oC смешивались с воздухом температуры 18^oC и получали газовоздушную смесь необходимого состава с температурой 400-500^oC. Степень конверсии составила 90%.

Пример 2
Сжигание хлорсодержащего газа осуществляли при температуре 1600^oC в циклонной топке с встроенным теплообменником. В теплообменнике температура продуктов горения резко снижалась до 800^oC. Через патрубки в корпусе топки в теплообменник подавали вторичный воздух (t = 18^oC). После смешения газа с воздухом получена смесь с температурой 400-500^oC. Степень конверсии составила 99,4%.

Использование способа и топки позволит получить газовоздушную смесь определенного состава и температуры, применяемую в качестве топочного газа в печах кипящего слоя, и обеспечить высокую степень конверсии хлора.

Изобретение относится к получению хлористого водорода. Хлорсодержащий газ сжигают в факеле водородно-углеродного топлива в присутствии паров воды и затем подвергают двухстадийному охлаждению продукты горения: на первой стадии - в теплообменнике воздухом, а на второй - смешением с воздухом, пропущенным через теплообменник. Для осуществления способа используют топку с встроенным в нее теплообменником, разделяющим камеру горения и камеру смешения и имеющим каналы для продуктов горения и для воздуха, не сообщающиеся друг с другом. Данное изобретение позволяет получить газовоздушную смесь определенного состава и температуры, а также высокую степень конверсии хлора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения хлористого водорода из хлорсодержащих газов, включающий сжигание их в пламени углеродно-водородного топлива в присутствии паров и последующее охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение продуктов горения осуществляют в две стадии: на первой стадии - до 750-800^oC воздухом в теплообменнике, а на второй стадии - до 450-500^oC прямым контактом с воздухом, пропущенным через теплообменник на первой стадии. 2. Топка для получения хлористого водорода сжиганием хлорсодержащих газов в пламени углеродно-водородного топлива в присутствии паров воды, включающая корпус, камеру горения, горелку, отличающаяся тем, что она имеет камеру смешения, отделенную от камеры горения теплообменником, при этом теплообменник имеет каналы, соединяющие камеру горения с камерой смешения, а также каналы для воздуха с входными отверстиями на наружной поверхности корпуса топки и выходом в камеру смешения.