DE3313761C2

DE3313761C2 - Verfahren zur Synthese von wäßriger Salzsäure und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE3313761C2
Application number: DE3313761A
Authority: DE
Inventors: Raif Cergy Abouchar; Jean-Marie Pagny sur Moselle Hubert
Original assignee: Le Carbone Lorraine S.A., Courbevoie
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1983-04-15
Publication date: 1987-05-14
Also published as: ES8400718A1; DE3313761A1; FR2525202A1; JPS63170432U; FR2525202B1; JPS5921503A; IT1159841B; IT8319715A1; IT8319715A0; ES520146A0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Wärmerückgewinnung, die bei Anlagen zur Synthese von gelöster Chlorwasserstoffsäure eingesetzt werden kann und gleichzeitig Wasserdampf erzeugt. Derartige Anlagen weisen im allgemeinen einen Ofen, einen Wärmeaustauscher, einen gekühlten Absorber und eine Nachlaufkolonne auf. Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Einrichtung zum Zusammenführen der Wärmemengen der Kühlfluide aus dem Wärmeaustauscher und dem Absorber, wodurch die Erzeugung von Wasserdampf möglich wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 2.
Eine Anlage zur Synthese wäßriger Salzsäure umfaßt bekanntlich im Regelfall folgende Teile:

- einen Ofen, in dem Chlor und Wasserstoff zu gasförmigem Chlorwasserstoff verbrennen; der Ofen ist mit einer Wasserkühlung ausgestattet;
- einen Wärmeaustauscher zur Kühlung des gasförmigen Chlorwasserstoffes;
- einen Absorber, in dem der gasförmige Chlorwasserstoff von Wasser absorbiert wird; der Absorber ist mit einer Wasserkühlung ausgestattet;
- eine Nachlaufkolonne, in die das nicht absorbierte Gas übertritt.

Diese Teile bestehen häufig im wesentlichen aus Graphit. Ihre räumliche Anordnung kann von Anlage zu Anlage verschieden sein.
Obwohl bei einer solchen Anlage erhebliche Wärmemengen anfallen, werden diese bisher nicht genügend industriell genutzt.
Zwar ist aus der DE-PS 8 57 343 ein Verfahren bzw. eine Anlage bekannt, bei der das HCl-Gas indirekt mittels eines Wasserkreislaufes gekühlt wird. Das Kühlwasser hat jedoch am Austritt aus dem Kühler aus in der Druckschrift im einzelnen angegebenen Gründen bestenfalls eine Temperatur von 55°C, so daß der Inhalt an anderweitig nutzbarer Wärmeenergie höchst bescheiden ist, zumal das Kühlwasser einerseits rasch zirkulieren muß, andererseits außerhalb des Kühlers nicht weiter als bis auf 40°C abkühlen darf.
Aus der DE-AS 10 04 147 ist ein Verfahren zur Kühlung chlorwasserstoffhaltiger Gase bekannt, das mit einer direkten Kontaktkühlung arbeitet, die nicht auf dem Prinzip des Wärmeaustausches beruht sondern die Wärme durch isotherme Verdampfung kalorisch äquivalenter Mengen der Kühlflüssigkeit abführt. Bei dieser Kühlflüssigkeit handelt es sich nicht um Wasser sondern um Salzsäure einer genau vorgegebenen Konzentration.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung so auszugestalten, daß zumindest ein Teil der bei der Verbrennung von Wasserstoff und Chlor zu HCl und bei der Absorption des HCl-Gases mittels Wasser anfallenden Wärme in industriell verwertbarer Form, nämlich in Form von unter Druck stehendem Wasserdampf, zurückgewonnen werden kann. Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen stehenden Merkmale gelöst.
Dieses Verfahren läßt sich mit einer Vorrichtung vorteilhaft durchführen, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 aufweist.
Der vorliegende Vorschlag beruht auf der additiven Zusammenführung der im Absorptionsbereich anfallenden Wärme mit der bei der Kühlung des HCl-Gases anfallenden Wärme. Erst diese additive Zusammenführung ermöglicht es, überhitzten Wasserdampf zu erzeugen, der aus bekannten Gründen eines der am häufigsten verwendeten Wärmeträgermedien für industrielle Anwendungen darstellt.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1, 2 und 3 drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
Die Vorrichtung umfaßt die üblichen Bestandteile einer Syntheseanlage für wäßrige Salzsäure, usw.:

- einen Ofen 1 mit seinem Kühlkreis,
- einen Wärmeaustauscher 2,
- einen Absorber 3 mit seinem Kühlkreis,
- eine Nachlaufkolonne 4.

Diese Elemente sind der Übersichtlichkeit der Zeichnung wegen mit Abstand nebeneinandergesetzt; eine tatsächlich ausgeführte Anlage muß nicht unbedingt in dieser Weise aufgebaut sein.
Nach dem in Fig. 1 gezeichneten Aufbau fließt das Kühlwasser des Wärmeaustauschers 2 in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser Kreislauf enthält eine Schleife, in der ein Siedegefäß 5 (beispielsweise ein Kettle-Siedegefäß) und eine Pumpe 6 liegen. Das Wasser wird im Bereich des Wärmeaustauschers erwärmt, gelangt in das Siedegefäß und wird von der Pumpe umgewälzt.
Je nach dem Durchsatz wird ein Teil des Kühlwassers oder das gesamte Kühlwasser, das aus dem Absorber 3 austritt und das daher wiedererwärmt ist, in das Siedegefäß geleitet, wo es verdampft.
In den Fluidleitungen sind Sicherheits- und Überwachungsgeräte angebracht, und zwar:

- ein Ausdehnungsgefäß 7,
- zwei Regel- und Anzeigegeräte, einerseits ein Temperaturanzeiger 8 im Kühlkreis des Absorbers und andererseits ein Füllstandsanzeiger 9 in dem Siedegefäß 5,
- ein Druckanzeiger und -regler 10 im Dampfkreis.

Die Temperaturen können beispielsweise folgende Werte erreichen:

Bereich des Wärmeaustauschers 2

- Temperatur des einfließenden Wassers: 150°C bei einem Druck von mindestens 5 bar,
- Temperatur des ausfließenden Wassers: 160°C,
- Wandtemperatur: 210°C.

Bereich des Absorbers 3

- Temperatur des in den Absorber eintretenden Chlorwasserstoffgases: 200°C,
- Temperatur des einfließenden Wassers: 30°C,
- Temperatur des ausfließenden Wassers: 80°C.

Siedegefäß 5

- Dampftemperatur: 134°C,
- Dampfdruck: 3,5 bar absolut.

Dadurch werden 60% der Gesamtwärme von Verbrennung und Absorption zurückgewonnen.
Bei einer Syntheseanlage mit 41,2 t Tagesproduktion an 100%iger Chlorwasserstoffsäure können demnach 1,8 t/h Wasserdampf bei 3,5 bar absolut erzeugt werden.
Aus diesen Zahlen ergibt sich unmittelbar die Bedeutung einer derartigen Anordnung.
Bei der in Fig. 2 gezeichneten Anlage weist der Kühlkreis des Wärmeaustauschers einen Kondensatsammler 11 und eine Pumpe 6 auf. Je nach dem Durchsatz tritt ein Teil des im Absorber erwärmten Kühlwassers oder das gesamte Kühlwasser aus dem Absorber unten in den Kondensatsammler 11 ein: Dort erfolgt eine unmittelbare Entspannung des aus dem Wärmeaustauscher 2 austretenden warmen Wassers und wird Dampf erzeugt.
Nach der in Fig. 3 gezeichneten Anordnung ist ein Siedegefäß in der Höhe des Bereichs des Wärmeaustauschers 2 integriert - wodurch eine Pumpe entbehrlich wird - und je nach dem Durchsatz wird das gesamte im Absorber erwärmte Kühlwasser oder ein Teil des Kühlwassers aus dem Absorber 3 unmittelbar in den Wärmeaustauscher 2 geleitet, der einen Dampfraum aufweist. Um zu verhindern, daß sich ein Bereich von Wärmeaustauscherblöcken mit Trockendampf bildet, müssen Ofen und Wärmeaustauscher horizontal angeordnet sein.
Den drei Anordnungen ist der Vorteil gemeinsam, daß der Aufbau der bestehenden Syntheseanlagen nur sehr wenig verändert wird.
Die beiden ersten Ausführungsformen lassen sich besonders gut einsetzen bei sogenannten integrierten Anlagen, bei denen:

- Wärmeaustauscher und Absorber eine Einheit bilden,
- die Gruppe Ofen-Wärmeaustauscher/Absorber vertikal in einem einzigen gemeinsamen Dampfraum steht.

Die erste Anlage bietet den zusätzlichen Vorteil, einen unabhängigen Zwischenkreis als geschlossene Schleife auszuweisen. Wenn Leckverluste auftreten, entsteht keine Verunreinigung des Dampfkreises durch die Chlorwasserstoffsäure.
Die dritte Ausführungsform bietet ihrerseits den Vorteil eines kompakteren Aufbaus und erfordert keine so teure Anlage. Darüber hinaus ist eine Pumpe nicht erforderlich. Allerdings muß die Bauteilgruppe Ofen/Wärmeaustauscher horizontal angeordnet werden.

Claims

1. Verfahren zur Synthese von wäßriger Salzsäure durch Verbrennen von Wasserstoff und Chlor zu gasförmigem Chlorwasserstoff, anschließende indirekte Kühlung des Chlorwasserstoffgases mittels Wasser in einem ersten Kühlkreislauf und nachfolgendes Absorbieren des Chlorwasserstoffgases mittels Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorwasserstoffgas auf ca. 200°C gekühlt und anschließend während einer weiteren indirekten Kühlung mittels eines zweiten Kühlkreises direkt absorbiert wird und zumindest ein Teil dieses Kühlwassers zwecks Erzeugung von Wasserdampf im Wärmeaustausch mit dem ersten Kühlkreislauf unter Entspannung verdampft wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Ofen mit Wärmeaustauscher und Absorber, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf des Wärmeaustauschers (2) ein Siedegefäß (5) enthält und der Absorber (3) einen indirekten Kühlkreislauf aufweist, dessen aus dem Absorber (3) austretende Leitung mit dem Siedegefäß (5) verbunden ist.