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形成腐蝕性冷凝物的冷卻氣體的裝置(驟冷器)的制作方法

文檔序號(hào):5027820閱讀:544來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:形成腐蝕性冷凝物的冷卻氣體的裝置(驟冷器)的制作方法
形成腐蝕性冷凝物的冷卻氣體的裝置(驟冷器)
本發(fā)明涉及用于形成腐蝕性冷凝物的冷卻熱氣體的裝置(驟冷器), 所述裝置具有耐壓容器和至少一個(gè)耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管,本發(fā)明還涉及 利用上述裝置冷卻氣體的方法,其中形成了腐蝕性冷凝物。
在壓力下進(jìn)行的許多化學(xué)方法包括熱氣體^f皮快速冷卻同時(shí)部分或全 部冷凝的步驟,在該步驟中形成的冷凝物腐蝕性非常強(qiáng)。這種快速冷卻的 步驟通常被稱為"驟冷"(因此,根據(jù)本發(fā)明的裝置在下文還被稱為根據(jù)本 發(fā)明的驟冷器)。在驟冷過(guò)程中,熱氣體通常與相對(duì)大量的冷卻介質(zhì)接觸, 從而部分或全部冷凝,其中冷卻介質(zhì)也可以由冷凝物本身組成。產(chǎn)生的冷 凝物在一些情況下腐蝕性非常強(qiáng)。熱的干燥氣體與驟冷器材料的接觸通常 不存在這種問(wèn)題。然而,在熱的被冷凝的潮濕相與驟冷器材料接觸時(shí)就會(huì)
產(chǎn)生腐蝕性問(wèn)題。在接觸區(qū),必需尤其避免溫度高于大約no。c,否則就 會(huì)發(fā)生腐蝕。僅僅在低壓下進(jìn)行的方法情況下,通??梢酝ㄟ^(guò)由耐腐蝕性 材料形成的驟冷器就可以解決腐蝕性問(wèn)題,其中耐腐蝕性材料例如是陶
瓷、塑料或石墨。例如,在SGLACOTEC GmbH的手冊(cè)"KOLONNEN, DIE REIHENWEISE PERFEKT GEBAUT SIND"的第26頁(yè)描述了 一種完全由石 墨制備的驟冷器,其中所述手冊(cè)可以由2006年5月14日的 http:〃www.sglcarbon.com/gs/prodser/process/pdf/pe 201 d.pdf網(wǎng)iiM尋到。這 種石墨驟冷器僅僅在非常低的過(guò)壓下可以使用。然而如果需要在更高的壓 力下驟冷,就需要一種可以使用的材料。然而這種材料,如鋼合金或特殊 材料,在某些情況下并不能長(zhǎng)時(shí)間耐腐蝕,或非常昂貴,使得它們的使用 不具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此本發(fā)明的目的是提供一種冷卻高壓熱氣體的裝置 (驟冷器),其中氣體被部分或全部冷凝并形成腐蝕性非常強(qiáng)的冷凝物(任 選與周圍冷卻介質(zhì)一起)。
通過(guò)提供用于冷卻熱氣體的裝置(驟冷器)來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的,所述裝置 具有耐壓壁和至少一個(gè)耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管。通過(guò)耐壓壁和耐腐蝕內(nèi)部
氣體導(dǎo)管的結(jié)合,能夠盡可能地在較高溫度下保護(hù)所述耐壓但是不耐腐蝕 壁不受到冷凝相的損害,因此降低了其腐蝕作用。因此, 一方面可以在高 壓下運(yùn)行驟冷器,另一方面使用耐壓的便宜的常規(guī)材料,例如在鍋爐和儀 器結(jié)構(gòu)中使用的常規(guī)鋼合金。本發(fā)明范圍內(nèi)的熱氣體特別是指溫度為大約100-2000t:的氣體,優(yōu)選 溫度為110-2000。C的氣體。這些氣體例如可以是來(lái)自任何類型燃燒工藝的 廢氣和煙道氣,在這些氣體和水一起冷凝時(shí)形成了高腐蝕性液體。它們還 可以是化學(xué)合成工藝的熱工藝氣體,例如Deacon法的工藝氣體(用氧催 化氧化HC1形成氯和水)等。
使用根據(jù)本發(fā)明的驟冷器,能夠?qū)⒁陨咸岬降臒釟怏w冷卻到例如低于 IO(TC (驟冷器的氣體出口溫度)的溫度,具體取決于入口溫度。
本發(fā)明的主題是一種用于冷卻熱氣體的裝置(驟冷器),該裝置具有 耐壓壁和至少一個(gè)耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管。
優(yōu)選提供了 一種用于冷卻熱氣體的裝置,該裝置至少具有氣體入口 、 具有耐壓壁的耐壓容器、接觸區(qū)、用于接收冷凝物的集液區(qū)和頂部區(qū)、經(jīng) 冷卻氣體的出口 、將來(lái)自集液區(qū)的冷凝物經(jīng)過(guò)熱交換器運(yùn)送到頂部區(qū)的泵 送回路,其中接觸區(qū)由一個(gè)或多個(gè)接觸管組成,在該管中冷凝物與熱氣體 接觸,并且接觸管形成了耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管。
另外優(yōu)選的是該新穎性裝置的一個(gè)實(shí)施方案,其特征在于氣體入口安 裝在容器的集液區(qū),氣體出口安裝在容器的頂部區(qū),使得接觸管中的氣體 與接觸管中的冷凝物逆流接觸。
優(yōu)選的還有一種備選的裝置,其中氣體入口安裝在容器的頂部區(qū)內(nèi), 而氣體出口安裝在容器的集液區(qū),使得氣體與接觸管中的冷凝物并流接 觸。
在裝置的 一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,裝置的耐壓壁由選自以下的材 料制備鋼、鋼合金(尤其是鋼與鉻、鎳或鉬的合金)、鉭和鉭合金,其 中所述材料任選內(nèi)襯或至少部分涂覆塑料或其它金屬材料。
耐腐蝕性內(nèi)部氣體導(dǎo)管優(yōu)選由選自以下的材料制備石墨及其改性 物、陶瓷(尤其是碳化硅和氮化硅)、石英玻璃或塑料(尤其是含氟聚合 物),尤其優(yōu)選四氟全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯 (PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚(乙烯-共-氯三氟乙烯)(ECTFE)。
在裝置的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,氣體入口套管構(gòu)造為耐壓的并 且隔熱和/或可加熱的。
在裝置的另一特別優(yōu)選實(shí)施方案中,容器的集液區(qū)和/或頂部區(qū)至少在 與氣體接觸的部分具有附加的耐腐蝕壁或涂層。
在裝置的另一特別優(yōu)選實(shí)施方案中,可以讓保護(hù)性氣體,尤其為惰性氣體,進(jìn)入到耐壓壁和耐腐蝕性壁之間的空隙中。
在裝置的另 一特別優(yōu)選實(shí)施方案中,經(jīng)配置使得在操作過(guò)程中氣體導(dǎo) 管外側(cè)被冷卻的冷凝物包圍,冷凝物在氣體導(dǎo)管的上端流入氣體導(dǎo)管。
在裝置的另一特別優(yōu)選實(shí)施方案中,經(jīng)配置使得耐壓壁在操作過(guò)程中 至少部分與冷凝物接觸。
在裝置的另一特別優(yōu)選實(shí)施方案中,在操作過(guò)程中在耐壓壁和氣體導(dǎo) 管之間存在冷凝物。
此外,特別優(yōu)選的是該新裝置的一個(gè)實(shí)施方案,其特征在于用于噴霧、 尤其用來(lái)霧化低溫的冷凝物的噴嘴安裝在氣體導(dǎo)管的上部,特別在操作過(guò)
程中待冷卻的氣體以與冷凝物并流的方式導(dǎo)入。
本發(fā)明的另 一主題在于根據(jù)本發(fā)明的裝置用于冷卻熱腐蝕性氣體的 用途。
優(yōu)選的是該新裝置的用途,其中熱氣體具有100-200(TC的溫度,優(yōu)選 110-1000 °c。
熱氣體尤其是HC1與氧氣催化氣相氧化的產(chǎn)物氣體,尤其優(yōu)選含有 HC1和水。
本發(fā)明的主題還在于 一種使用上述本發(fā)明的裝置冷卻熱氣體的方法, 尤其是冷卻具有100-200(TC溫度的氣體的方法,其特征在于熱氣體以與冷 凝物呈逆流或并流的方式通過(guò)該裝置的氣體導(dǎo)管,并通過(guò)與冷凝物接觸冷卻。
優(yōu)選的是一種方法,特征在于氣液接觸區(qū)的壓力至多1000bar。
尤其優(yōu)選的是一種方法,其中待冷卻的氣體含有氯化氫和水,尤其是
用氧氣相氧化HC1的產(chǎn)物氣體,其中氣體在氣體導(dǎo)管區(qū)域冷卻直到HC1 和水冷凝。
根據(jù)本發(fā)明的裝置具有耐壓壁。本發(fā)明范圍的耐壓是指過(guò)壓高于 0.5bar的耐壓,優(yōu)選高于6bar,更優(yōu)選為大于10bar-大約1000bar的壓力。 裝置的耐壓壁優(yōu)選由選自下列的材料制備在鍋爐和裝置結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的常 規(guī)鋼合金,或已知可以與鉻、鎳、鉬合金化的材料,以及例如鉭和其中鉭 通過(guò)與貴金屬如鉑和/或鈀相結(jié)合進(jìn)一步提高其抗性的合金。這些常規(guī)材料 還可以內(nèi)襯以塑料,例如特別是含氟聚合物,如PFA、PTFE、PVDF、HALAR 型等,或金屬材料,如鉭。
根據(jù)本發(fā)明的裝置具有至少一個(gè)耐腐蝕性內(nèi)部氣體導(dǎo)管。當(dāng)在本申請(qǐng)中使用術(shù)語(yǔ)"氣體導(dǎo)管"或"多個(gè)氣體導(dǎo)管"時(shí),通常是指一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo) 管。氣體導(dǎo)管用來(lái)接收并在其中冷卻熱氣體,該熱氣體從同樣耐壓的氣體 入口套管進(jìn)入驟冷器。因此,已經(jīng)基本上避免了尤其在熱冷凝相和耐壓但 通常不耐腐蝕的外壁之間的接觸。根據(jù)本發(fā)明的裝置中的氣體導(dǎo)管通?;?本垂直設(shè)置。
耐腐蝕內(nèi)部氣體導(dǎo)管優(yōu)選由選自以下的材料制備石墨及其改性物、
陶資(例如碳化硅、氮化硅)、石英玻璃、塑料(如含氟聚合物,例如PFA、 PTFE、 PVDF、 Halar型等)。
耐腐蝕性內(nèi)部氣體導(dǎo)管通常由不耐壓的材料制備,也就是說(shuō)尤其不能 忍受超過(guò)0.5bar的過(guò)壓,或尤其不能承受高于大約6bar的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的裝置允許結(jié)合便宜的材料以形成耐壓耐腐蝕性的裝置。 根據(jù)本發(fā)明的裝置通常具有同樣耐壓的氣體入口套管。氣體入口套管 必需耐壓,但是不需要由特別耐腐蝕的材料制備,因?yàn)檫M(jìn)入的熱的但是沒(méi) 有冷凝的干氣體,通常并不具有腐蝕性。當(dāng)冷凝時(shí)發(fā)生腐蝕,尤其是潮濕 的水相在高溫下與特別是金屬材料接觸時(shí)。如果需要,氣體入口套管可以 被加熱,以防止進(jìn)入的氣體在該區(qū)域冷凝。在并流操作的實(shí)施方案中,沖艮 據(jù)本發(fā)明的裝置中的氣體入口套管合乎目的地位于耐腐蝕性內(nèi)部氣體導(dǎo) 管的上方,并且不與循環(huán)的冷卻液體接觸,以避免腐蝕氣體入口套管。
根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選具有防止耐壓壁與冷凝相在特別是高于no。c
的高溫下接觸的器件(Mittel)。這些部件通常位于在潮濕環(huán)境中產(chǎn)生相 對(duì)高溫的裝置區(qū)域,例如特別是高于110。C的溫度,如在圖3中所示的, 位于氣體入口套管3和耐壓壁5之間的區(qū)域。
在本發(fā)明的優(yōu)選裝置中,防止裝置容易被腐蝕的部分(尤其是耐壓壁) 和特別是高于110。C的高溫冷凝相接觸的器件(Mittel)是位于耐壓壁和氣 體入口套管之間區(qū)域的保護(hù)氣體(Sperrgas)或惰性氣體進(jìn)料管。保護(hù)氣 體阻止了存在冷凝相的熱導(dǎo)入氣體與易于腐蝕的部分接觸。圖3中示出了 根據(jù)本發(fā)明的并流操作的驟冷器的這些器件的 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。如在圖 3中示出的,可以另外提供導(dǎo)流部件,如內(nèi)錐體7 ,以防止熱氣體與冷卻 液體區(qū)域的壁接觸。
根據(jù)本發(fā)明的逆流操作的驟冷器的這些器件的另 一優(yōu)選實(shí)施方案在

圖1中示出。
根據(jù)本發(fā)明的裝置中的優(yōu)選保護(hù)氣體可以是例如惰性氣體,如氮?dú)饣蛳∮袣怏w。在Deacon法的工藝氣體中,保護(hù)氣體優(yōu)選為氧氣,該氣體在 所述工藝氣體中大量存在。
在發(fā)明的優(yōu)選裝置中,耐腐蝕性氣體導(dǎo)管至少部分被冷卻液體包圍。 冷卻液體優(yōu)選在氣體導(dǎo)管的上部進(jìn)入到氣體導(dǎo)管中。冷卻液體在氣體導(dǎo)管 的下端移出,并在冷卻后被泵送或返回到所述裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置通常被構(gòu)造成使得至少部分耐壓壁,通常大部分耐 壓壁與循環(huán)的冷卻液體接觸。因此,通常不耐腐蝕或稍樣i耐腐蝕的耐壓壁 的腐蝕在該區(qū)域被有效阻止,因?yàn)樵谶@些區(qū)域通常不能達(dá)到腐蝕需要的溫 度。
根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選被構(gòu)造成在耐壓壁和氣體導(dǎo)管之間具有回流 的冷卻液體,回流的冷卻液體從氣體導(dǎo)管上端進(jìn)入并在底部收集并泵送。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中,或在根據(jù)本發(fā)明的方法中,使用的冷卻液體 特別為水或含水酸,例如稀鹽酸。其它工藝規(guī)定的洗滌劑,如醇或胺的水 溶液也可以使用。
例如在圖3中所示的裝置的一個(gè)實(shí)施方案中,引入的熱氣體以與冷卻 液體并流的方式導(dǎo)入。在這種根據(jù)本發(fā)明的并流操作的裝置中,在氣體導(dǎo) 管的上部還具有用于噴入冷卻液體的噴嘴。
在裝置的另一實(shí)施方案中,如在圖l中所示,引入的熱氣體以與冷卻 液體逆流的方式導(dǎo)入。
根據(jù)本發(fā)明的裝置通常適合冷卻溫度為10o-2oocrc的熱氣體,優(yōu)選溫
度為110-1000。C (在氣體入口套管處測(cè)量)。
根據(jù)本發(fā)明的裝置通常被構(gòu)造成適合在0.5-1000bar的過(guò)壓下操作,優(yōu) 選6-1000bar。
本發(fā)明還涉及一種冷卻熱氣體的方法,其使用在上文和下文中描述的 裝置。該方法優(yōu)選可以在6-1000bar的過(guò)壓范圍進(jìn)行。另外,導(dǎo)入氣體的 溫度優(yōu)選為110-100(TC。
下文通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示例性的詳細(xì)描述。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的特殊裝置的示意圖,其中所述裝置中液體和
待驟冷的氣體以逆流的方式才喿作,根據(jù)本發(fā)明,其可以:故用來(lái)例如冷卻熱 氣體,其中熱氣體被部分或全部冷凝,并且產(chǎn)生的熱冷凝物具有腐蝕性。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明了 ,在此公開的各個(gè)特征和措施也可以存在于本專 利權(quán)利要求的一般范圍中,或與其結(jié)合。熱氣流l,其尤其含有氯化氫和水(11重量%氮?dú)狻?7重量%氧氣、
9重量%二氧化碳、39重量%氯氣、9重量%水和5重量%氯化氫),進(jìn) 入到驟冷裝置2的底部(集液區(qū)31 )。在冷卻和冷凝后,冷氣流3通過(guò)出 口 33從上部(頂部區(qū)32)排出。在驟冷器2的中部,氣流流經(jīng)導(dǎo)管4。 所述導(dǎo)管豎立在液體5中,這里的液體為鹽酸,由收集的氣流l的被冷卻 的冷凝物組成。導(dǎo)管4在其底端被固定在導(dǎo)管底座20上。在導(dǎo)管的上端, 通過(guò)支撐柵格24固定。支撐柵格允許液體5自由通過(guò)。液體5從驟冷器2 的集液區(qū)6通過(guò)在回流管線中間部分的泵8經(jīng)回流管線7傳送。液體通過(guò) 位于管4底部的法蘭25再次進(jìn)入驟冷器2。過(guò)量的液體9排出。熱交換器 10用于冷卻循環(huán)管中的液體。
在驟冷器2的中部,液體5從管4的上端流入并以與上升的氣流逆流 的方式向下流入管內(nèi)。
為了使得液體5能夠在管內(nèi)均勻分布,通常如圖2所示構(gòu)造管4的端 面,例如具有鋸齒ll。然而可以z使用其它用于液體分布的任何類型,例如 軸向或切向結(jié)合到管的上端的槽。
氣流隨后被向下流動(dòng)的液體冷卻,氣體可冷凝的組分被部分或全部冷凝。
其中必須防止熱的冷凝物與驟冷器2易腐蝕的部分接觸。在此這樣的 冷凝物是熱鹽酸。例如在氣體入口套管12或驟冷器的壁13或?qū)Ч艿鬃?0 處,必須防止腐蝕。
例如在氣體入口套管12處,能夠通過(guò)一系列的措施防止腐蝕首先, 所述套管12通過(guò)加熱來(lái)防止導(dǎo)入的氣體在其中冷凝。例如圖1顯示了實(shí) 現(xiàn)該目的的夾套14,其中通過(guò)套管15向夾套14提供加熱介質(zhì),如蒸汽或 熱水或載熱油。通過(guò)套管16排出加熱介質(zhì)。 一種可選的加熱可能性可以 是例如電加熱導(dǎo)體,其可以纏繞在套管12的周圍。
需要其它措施來(lái)防止從管4中滴下的冷凝液滴潤(rùn)濕套管12:首先,管 4必須與套管12具有明顯距離。這在圖1中這樣實(shí)現(xiàn),其中管4并沒(méi)有充 滿驟冷器2的整個(gè)橫截面,而只是其中一部分。這部分的尺寸使得在套管 12和管4之間可以安裝噴射擋板(Spritzschutz ) 17。噴射擋板的一側(cè)暴露 在熱氣體中而另 一側(cè)暴露在冷凝物中。因此不能排除冷凝物被加熱并達(dá)到 導(dǎo)致噴射擋板的材料,皮腐蝕的溫度的可能性。因?yàn)閾醢宀粯?gòu)成朝外的壁, 所以其不需要是耐壓的。因此,濺射擋板可以由不耐壓但是對(duì)如熱鹽酸的熱腐蝕性液體非常穩(wěn)定的材料制備。因此合適的材料例如為碳化硅或氮化 硅或其它合適的陶瓷材料或塑料。
為了避免壁13被熱腐蝕性冷凝物潤(rùn)濕,設(shè)置有管4的驟冷器2的中 間部位用低溫冷凝物淹沒(méi)(fluten)。低溫冷凝物與熱冷凝物不同,其腐蝕 性弱,因此可以使用合適的耐壓但不那么耐腐蝕性的材料。
在驟冷器2上部(高于管4的部分),盡管壁13并沒(méi)有被低溫冷凝 物保護(hù),但是在該區(qū)域的氣體已經(jīng)被冷卻,因此不會(huì)再形成熱的冷凝物。
在驟冷器2的底部31中(在管4之下),已經(jīng)采取多個(gè)措施來(lái)防止 壁13的腐蝕。首先,必須防止來(lái)自入口套管12的熱氣體到達(dá)該壁。為了 實(shí)現(xiàn)該目的,套管12一皮導(dǎo)入圓柱形管18中。管18可以,皮A^管4中滴下 的熱腐蝕性冷凝物潤(rùn)濕,因此必須由耐熱腐蝕性液體的材料制備。因?yàn)楣?18不用承受壓力,因此可以使用與濺射擋板17相同的材料。為了防止熱 氣體流到管18之下并到達(dá)壁13,管18安裝在位于集液區(qū)液體6中的承載 環(huán)19上。為了使得熱氣體不會(huì)在管18和管底座20之間流動(dòng)并到達(dá)壁13, 管18通過(guò)彈簧構(gòu)件21壓在管底座20上。
因?yàn)樵搲毫Σ](méi)有產(chǎn)生完全的密封,并且由于套管13通過(guò)開口嵌入 到了管18中,因此需要采取進(jìn)一步的措施來(lái)防止在下壁13上生成熱腐蝕 性冷凝物。為了實(shí)現(xiàn)該目的,保護(hù)氣體23通過(guò)套管22進(jìn)入到下壁13和 管18之間的間隔中。保護(hù)氣體可以是惰性氣體,如氮?dú)饣驓鍤猓且?可以使用空氣或二氧化碳。保護(hù)氣體的類型取決于其是否適合其中使用驟 冷器的工藝。對(duì)于HC1氧化工藝(Deacon法),非常適合的保護(hù)氣體可 以是氧氣,因?yàn)樵摎怏w在將HC1氣體氧化成氯氣的工藝中使用因此并不構(gòu) 成異質(zhì)組分。
保護(hù)氣體防止了氣流l的一部分在離開套管12后在管18和壁13之 間流動(dòng)。通過(guò)保護(hù)氣體23僅能通過(guò)管底座20和管18之間的間隙和通過(guò) 套管12和管18的開口之間的間隙流入驟冷器的內(nèi)部來(lái)阻止所述氣體流 動(dòng)。因?yàn)楸Wo(hù)氣體必須通過(guò)這兩個(gè)間隙流動(dòng),所以其阻止了導(dǎo)入的氣體l 以相反的方向流過(guò)這兩個(gè)間隙。
通過(guò)一系列的措施還保護(hù)管底座20不會(huì)受到熱腐蝕性冷凝物的損害。 在管底座20的一側(cè)上是低溫冷凝物,其同樣冷卻了管底座。盡管熱氣體 可以在另一側(cè)冷凝,但是由于管底座的冷卻形成了低溫冷凝物膜,這層膜 構(gòu)成了防止在此冷凝的熱腐蝕性液體的保護(hù)。
10可以通過(guò)進(jìn)一步的措施來(lái)提高管底座的冷卻。例如管底座可以含有銅 芯體,其具有非常高的導(dǎo)熱率,因此在管底座的低溫側(cè)和高溫側(cè)之間存在冷凝。
作為另一措施,管底座本身可以被冷卻。為了實(shí)現(xiàn)該目的,例如其可 以由兩塊板制備,其中在第一塊板的一側(cè)中具有凹槽狀通道。第二塊板隨 后放置到第一塊板具有通道的一側(cè)上。在兩塊板以合適的方式結(jié)合到一起 后,例如通過(guò)上螺絲連接,管底座具有冷卻劑可以流過(guò)的通道。
此外,管4并沒(méi)有齊平地插入到管底座20中,而是稍微從管底座突 出。因此,熱氣體不會(huì)從管底座處直接導(dǎo)入到管中,而是經(jīng)過(guò)一定距離。 這具有熱氣體不會(huì)在管的入口處直接與管底座接觸的優(yōu)點(diǎn)。而且,通過(guò)液 膜,防止了管4通過(guò)管底座20的地方具有高的氣體溫度。
管4本身被暴露在腐蝕性熱冷凝物的腐蝕下。但是與噴射擋板17和 管18相同,由于其不必承受壓力,因此可以使用與這些相同的材料制備。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于冷卻熱氣體的裝置的原理圖,其中熱氣 體可以部分或全部冷凝,在該裝置中,待冷卻和冷凝的氣體和冷卻液體并 流導(dǎo)入。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解在此公開的單個(gè)特征和措施還可以存在 于權(quán)利要求的概括性內(nèi)容中,或與其結(jié)合。
在以上提及的圖中顯示的和下文將更詳細(xì)描迷的裝置尤其可以用于 冷卻和冷凝氣體,其中的熱冷凝物,例如鹽酸水溶液,具有腐蝕性。
待冷卻和冷凝的氣體i通過(guò)套管3進(jìn)入到驟冷裝置2的上部32中, 其中所述套管是插入式管。從那里,仍然總是高溫的氣體直接進(jìn)入到裝置 的耐腐蝕性內(nèi)管4中。因?yàn)樵摬考⒉恍枰蛪?,而僅僅需要在尺寸上保 持穩(wěn)定,因此合適的材料,除了如陶瓷材料外,還可以是耐高溫的塑料。 插入式管3和內(nèi)管4彼此共軸安裝,其中插入式管3的內(nèi)徑通常稍微小于 (但是最多幾乎相同)耐腐蝕性內(nèi)管4的內(nèi)徑。在裝置的內(nèi)管4和耐壓夾 套5之間存在冷卻液體6,其,皮連續(xù)泵送。在內(nèi)管的上端,冷卻液體6溢 流并形成內(nèi)管4內(nèi)側(cè)上的膜,該膜一方面保護(hù)內(nèi)管4的耐腐蝕性材料不會(huì) 受到過(guò)高的溫度,另一方面提供冷卻和冷凝熱氣體的低溫表面。用于供應(yīng) 氣體的插入式管3和耐腐蝕性內(nèi)管4之間的垂直距離必須足夠大,以使得 液體即使在波動(dòng)的操作條件下也能夠不受妨礙地越過(guò)內(nèi)管的上邊緣。為此 可能有利的是,在內(nèi)管4的管上部邊緣構(gòu)造為鋸齒狀,如圖3所示。另夕卜,無(wú)論如何要避免溢流的冷卻液體6與熱的插入式管3的々妾觸,因?yàn)樗鼈冎?br> 間的接觸能夠?qū)е虏迦胧焦?的相關(guān)區(qū)域^支腐蝕。
為了進(jìn)一步防止熱氣體流過(guò)插入式管3和內(nèi)管4之間的間隔,到達(dá)裝 置的耐壓夾套5處,將千燥保護(hù)氣體8連續(xù)導(dǎo)入間隙上方的空間,以形成 足夠冷的氣墊并且待冷卻的熱氣體被壓制在內(nèi)管4中。附加安裝的耐腐蝕 性材料的內(nèi)錐7提供了有利的保護(hù)氣體的導(dǎo)流。合適的保護(hù)氣體8的選擇 基本取決于整個(gè)工藝的條件。然而原則上,惰性氣體如氮?dú)饣驓鍤?,以?空氣或二氧化碳尤其適用。在HC1氧化工藝(迪肯法)的特定情況下,可 以使用氧作為保護(hù)氣體8,因?yàn)樵趯C1氣體氧化為氯氣的工藝中已經(jīng)需 要用到氧氣,因此并不構(gòu)成額外組分。
除了防止熱氣體流入到夾套區(qū)域外,還需要避免已經(jīng)在插入式管3中 或在其內(nèi)壁上不合意的冷卻和部分冷凝熱氣體。例如如果保護(hù)氣體物流8 導(dǎo)致在將供入氣體的插入式管3的內(nèi)側(cè)上的顯著冷卻,就可能發(fā)生這種情 況。為了防止這種情況,在插入式管3的壁上提供合適的隔熱層9。在一 些情況下,例如通過(guò)熱蒸汽或電能的方式提供額外的加熱。
最后,在內(nèi)管4的上部,但是在該管的上邊緣之下,安裝一個(gè)或多個(gè) 噴霧噴嘴10,目的是為了使得冷卻液體細(xì)分散在氣體空間中。還可以在上 下疊置的多個(gè)平面中安裝多個(gè)噴霧噴嘴。由此導(dǎo)致在待冷卻和冷凝的氣體 和冷卻介質(zhì)之間的徹底接觸,這導(dǎo)致了溫度的急劇降低并部分或任選地全
部冷凝氣體。噴霧噴嘴IO和位于內(nèi)管4內(nèi)的進(jìn)料管和噴嘴固定部件本身 均由耐溫同時(shí)耐腐蝕材料制備,因?yàn)樵趦?nèi)管4的氣體入口區(qū)域,熱氣體遇 到被冷卻液體或冷凝物潤(rùn)濕的構(gòu)件。與此不同的是,接近耐壓外壁5的噴 霧噴嘴的進(jìn)料管可以由與外壁本身相同的材料制備,因?yàn)樵诖颂帨囟冉咏?于冷卻劑的溫度。在噴霧噴嘴10的進(jìn)料管通過(guò)內(nèi)管4的區(qū)域不需要完全 的耐壓密封。
這時(shí)被冷卻的氣體與冷卻液體或冷凝物一起進(jìn)入到驟冷裝置底部,其 中底部以用來(lái)分離氣相和液相。在此首先發(fā)生氣體或冷凝物和裝置的耐壓 外壁5之間的接觸。然而,因?yàn)闅怏w和冷凝物已經(jīng)在內(nèi)管4中被冷卻,因 此能夠使用在明顯低于熱氣體溫度的情況下耐腐蝕的材料。
未冷凝但是已經(jīng)被冷卻的氣體11通過(guò)氣體出口 12離開裝置。引導(dǎo)氣 流的裝置13如彎折板可以用于確保盡可能少量的冷凝物或冷卻劑液體與 氣流一起排出。從被冷卻的氣體中分離的液體收集在裝置的集液區(qū)14中,并通過(guò)泵15
抽出。部分液體首先作為冷卻劑通過(guò)循環(huán)管線送到熱交換器17,在那里被 冷氣到規(guī)定的溫度水平,并最后作為冷卻劑再次提供給噴霧噴嘴10和在 耐壓夾套5和內(nèi)管4之間溢流。合適的控制裝置用于確保位于系統(tǒng)中冷卻 劑的量保持大致恒定。而由于冷凝導(dǎo)致的過(guò)量液體作為冷凝物16抽出。
權(quán)利要求
1、一種用于冷卻熱氣體的裝置(驟冷器),具有耐壓壁(13)和至少一個(gè)耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置,至少具有氣體入口 (12)、具有耐壓壁 (13)的耐壓容器(2)、接觸區(qū)(4)、用于接收冷凝物(6)的集液區(qū) (31)和頂部區(qū)(32)、被冷卻氣體(3)的出口 (33, 9)、將來(lái)自集液區(qū)(31)的冷凝物(6)經(jīng)過(guò)熱交換器(IO)運(yùn)送到頂部區(qū)(32)的泵送 回路(7, 8, 10, 25),其中接觸區(qū)(4)由一個(gè)或多個(gè)接觸管(4)組成, 在所述接觸管中冷凝物(6)與熱氣體接觸(1),其中接觸管(4)形成 了耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置,其特征在于,氣體入口 (12)安裝在容 器(2)的集液區(qū)(31),氣體出口 (33)安裝在容器(2)的頂部區(qū)(32), 使得接觸管(4 )中的氣體(1 )與接觸管(4 )中的冷凝物(6 )逆流接觸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置,其特征在于,氣體入口 (9)安裝在容器 (2)的頂部區(qū)(32),氣體出口 (13)安裝在容器(2)的集液區(qū)(31),使得氣體(1)與接觸管(4)中的冷凝物(6)并流接觸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置,其中該裝置的耐壓壁(13)由選自以下 的材料制備鋼、鋼合金,尤其是鋼與鉻、鎳或鉬的合金、鉭和鉭合金, 其中所述材料任選內(nèi)襯或至少部分涂覆以塑料或其它金屬材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置,其中耐腐蝕性內(nèi)部氣體導(dǎo)管(4 )優(yōu) 選由選自以下的材料制備石墨及其改性物、陶瓷、尤其是碳化硅和氮化 硅,石英玻璃或塑料、尤其是含氟聚合物,優(yōu)選四氟全氟烷氧基乙烯基醚 共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚(乙烯-共-氯三氟乙烯)(ECTFE)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一的裝置,其特征在于,氣體入口套管(12, 9)是耐壓的并且隔熱和/或可加熱的。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一的裝置,其特征在于容器(2 )的集液區(qū)(31 ) 和/或頂部區(qū)(32 )至少在與氣體(1 )接觸的部分具有附加的耐腐蝕壁(18, 7)或涂層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置,其特征在于保護(hù)性氣體,尤其為惰性氣 體,可以進(jìn)入到耐壓壁(13/5)和耐腐蝕壁(18, 7)之間的空隙中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一的裝置,其特征在于在操作過(guò)程中,氣體導(dǎo)管(4)在其外側(cè)被冷卻的冷凝物(6)包圍,冷凝物在氣體導(dǎo)管(4) 的上端流入到氣體導(dǎo)管(4)中。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1-IO任一的裝置,其特征在于耐壓壁在操作過(guò)程 中至少部分與冷凝物(6) 4妻觸。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1-11任一的裝置,其特征在于操作過(guò)程中在耐壓 壁(13 )和氣體導(dǎo)管(4 )之間存在冷凝物(6 )。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1-12任一的裝置,其特征在于用于噴霧、特別用 來(lái)霧化冷卻的冷凝物的噴嘴(10)安裝在氣體導(dǎo)管(4)的上部,特別地, 待冷卻氣體以與冷凝物(6)并流的方式導(dǎo)入。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-13任一的裝置用于冷卻熱腐蝕性氣體的用途。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的用途,其特征在于,所述熱氣體具有1 00-2000 。C的溫度,優(yōu)選110-IOO(TC。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14或15任一的用途,其特征在于,所述熱氣體是 HC1與氧氣催化氣相氧化的產(chǎn)物氣體,尤其含有HC1和水。
17、 一種使用根據(jù)權(quán)利要求1-13任一的裝置冷卻熱氣體,特別是具 有1000-200(TC溫度的熱氣體的方法,其特征在于熱氣體以與冷凝物逆流 或并流的方式流過(guò)裝置的氣體導(dǎo)管(4 ),并通過(guò)與冷凝物(6 )接觸冷卻。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的方法,特征在于氣液接觸區(qū)的壓力為至多 1000bar。
19 、根據(jù)權(quán)利要求17或18的方法,特征在于待冷卻的氣體含有氯化 氫和水,尤其是HC1和氧氣氣相氧化的產(chǎn)物氣體,其中氣體在氣體導(dǎo)管 (4 )范圍冷卻直到HC1和水冷^^。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于形成腐蝕性冷凝物的冷卻熱氣體的裝置(驟冷器),所述裝置具有耐壓容器和至少一個(gè)耐腐蝕的內(nèi)部氣體導(dǎo)管;還涉及使用上述裝置冷卻氣體的方法,其中形成了腐蝕性冷凝物。
文檔編號(hào)B01D53/00GK101448559SQ200780018576
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者G·魯弗特, H·迪克曼, K·哈倫伯格, K·沃納, L·戈特沙爾克 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司
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