Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
В хлоре обычно содержатся пары воды, азот, кислород, водород, двуокись и окись углерода. С водородом обычно помимо паров воды вносятся примеси кислорода и азота.
Как было указано, кислород полностью, а двуокись углерода частично восстанавливаются с образованием паров воды. Остальные газовые примеси полностью переходят в состав полученного хлористого водорода. Так как синтез хлористого водорода ведут в избытке водорода (до 5%), он разбавляет образующийся хлористый водород.
Помимо упомянутых примесей с хлором и водородом могут поступать небольшие количества хлорированных углеводородов, брызг и тумана серной кислоты, которыми газы загрязняются при сернокислотной осушке или компримировании ротационными компрессорами с сернокислотным заполнением.
Примеси серной кислоты могут в печах синтеза восстанавливаться вплоть до сероводорода, что следует учитывать при применении хлористого водорода для процессов каталитического гидрохлори-роваиия, поскольку серосодержащие соединения отравляют катализатор.
В этом случае хлор необходимо тщательно очищать от брызг и тумана серной кислоты в электрофильтрах или специальных фильтрах с насадкой из стеклянной тонковолокнистой композиции.
Если для синтеза'хлористого водорода использовать испаренный хлор и электролитический водород с минимальным избытком, то можно получить газ, содержащий до 99% HCL Примерное содержание примесей в таком продукте будет следующим (в %):
Водород ......0,6—0,7 Двуокись углерода . —0,05
Азот ........ —0,2 Окись углерода . . —0,01
Пары воды.....—0,1
При применении электролитического хлора содержание примесей будет более высоким.
Получение в печах синтеза полностью сухого хлористого водорода практически невозможно, так как в исходных газах содержится некоторое количество кислорода и даже в случае применения для синтеза сухих газов хлористый водород увлажняется за счет воды, образующейся в печи во время синтеза.
Вместо водорода для получения синтетического хлористого водорода может быть использован светильный газ или смесь окиси углерода с парами воды [17].
В последнем случае в пламени горелки происходит конверсия окиси углерода в двуокись с образованием водорода и доследующим синтезом HCl:
СО + H2O + Cl2 = 2HCl + CO2 (9.13)
При этом надо учитывать возможность внесения дополнительных загрязнений вместе со светильным газом или окисью углерода и ухудшения качества хлористого водорода и соляной кислоты.
Предложено получать синтетический HCl из хлорокислородной смеси и горючего, например природного, газа. При этом часть горючего газа расходуется на сгорание с кислородом, а остальная часть на соединение с ^лором с образованием HCl [18].
Тепло, выделяющееся при синтезе хлористого водорода, частично отводится через стенки аппарата; остальная его часть уходит с горячими газами из печи. Перед поступлением на абсорбцию газы должны быть дополнительно охлаждены. Стремятся не допускать снижения температуры стенок печи менее 140—200 и повышения более 400—
500 °С. Для охлаждения стенок аппарата в печах малой мощности (производительность до 10—15 т/сут) можно применять естественное воздушное охлаждение [19]. При использовании печей большой мощности необходимо водяное охлаждение.
В качестве материала для изготовления печей преимущественно используется сталь, применяются также графитовые и кварцевые печи. Однако размеры и соответственно производительность кварцевых аппаратов ограничены, кварцевая аппаратура очень дорога и трудна в ремонте и обслуживании. Эти недостатки, но в меньшей степени, присущи и графитовой аппаратуре, хотя графитовые печи еще находят применение в промышленности. Печи из неметаллических материалов используются преимущественно для получения хлористого водорода повышенной чистоты, когда недопустимо загрязнение HCl хлоридами металлов.
Как указывалось ранее, синтез HCl проводят в небольшом избытке водорода, за счет чего достигается отсутствие хлора в хлористом водороде и соляной кислоте. Помимо этого, избыток водорода постоянно обеспечивает в печи восстановительную атмосферу, что способствует снижению коррозионного разрушения^етальных и графитовых печей. Пленка малолетучего хлористого железа, отлагающаяся на металлических поверхностях в печи в среде H2, предохраняет металл от коррозии. Если в газовой смеси создается избыток-хлора, образуется легко возгоняющееся хлорное железо, и процесс коррозии стальных стенок ускоряется. В графитовых печах при избытке хлора происходит хлорирование стенок с образованием летучих продуктов.
Предложены и используются в промышленности разнообразные конструкции печей. Простейшая из них представляет собой цилиндрический аппарат с горелкой, расположенной по его оси. Иногда аппарат выполняют в виде двух конусов, соединенных широкой частью. Такая форма позволяет отдалить стенки печи от факела пламени в наиболее горячей зоне печи. В большинстве конструкций печей факел пламени направлен снизу вверх, однако есть много конструкций с обратным направлением пламени. Печи большой мощности снабжаются водяной рубашкой для охлаждения.
