2.3.2.1. Печь синтеза хлористого водорода

Получение соляной кислоты синтезом из элементов позволяет использовать водород, получаемый одновременно с хлором при электролизе водных растворов солей щелочных металлов, и не расходовать на получение соляной кислоты серную кислоту.

Синтез хлористого водорода из чистого хлора и водорода с последующей абсорбцией НС1 водой позволяет получить чистую соляную кислоту. Хлористый водород получают сжиганием водорода в струе хлора:

Реакция подчиняется закону действия масс; константа скорости реакции зависит от температуры и выражается уравнением:

Равновесие рассматриваемой реакции сильно сдвинуто вправо. Диссоциация хлористого водорода заметна только при температуре выше 1700 °С. При обычной температуре и отсутствии световых лучей хлор и водород практически не реагируют. Теоретическая температура пламени хлористого водорода при стехиометрическом соотношении хлора и водорода равна 2240 °С. Однако избыток водорода и примесь прочих газов снижает эту температуру до 1000— 1200 °С.

Для обеспечения не взрывного горения хлора в струе водорода процесс ведут при небольшом избытке последнего от стехиометрического (3—5%). Необходимость работы с избытком водорода обусловливается и тем, что образующийся на стенках печи хлорид железа FeCl2 может окисляться в хлорид железа FeCl3 в присутствии хлора и кислорода и привести к коррозии стенок печи.

Избыток водорода частично сгорает в печи за счет кислорода, поступающего в печь с хлором и водородом.

Конструкция печи для синтеза хлористого водорода приведена на рис. 9.

Печь двухконусная с естественным воздушным охлаждением. Благодаря тому, что форма печи близка к форме факела пламени, обеспечивается равномерная тепловая нагрузка стенок листовой стали (Ст. 3). Нижняя цилиндрическая часть корпуса и съемное днище футерованы огнеупорным кирпичом. Внизу устанавливается горелка для подвода водорода и хлора. В печи происходит сгорание водорода в струе хлора. Верхний конец печи является взрывным клапаном. Из бокового патрубка на верхней конической части корпуса отводится газообразный хлористый водород.

Водород перед подачей в горелку печи освобождается от влаги охлаждением его до 25—30 °С. Последовательно проходит гравийный пламягаситель, водоотделитель, гравийный искрогаситель, обратный клапан.

В печи поддерживается давление около 6 кПа. Температура наружной стенки печи достигает 400 °С, а температура отходящего газа перед абсорбционной колонкой должна быть не больше 250 °С. Автоматическое регулирование подачи газов обеспечивает нужное соотношение между хлором и водородом, поступающим в горелку.

Помимо этого, процесс контролируется по цвету пламени, который должен быть молочно-белым. В случае избытка хлора, что недопустимо, цвет пламени приобретает зеленоватый оттенок, при большом избытке водорода — голубой.

Технические газы, используемые для синтеза НС1, должны быть, по возможности, чистыми. Концентрация водорода не должна быть ниже 95%, а концентрация хлора — не ниже 90%. В получаемом газе содержание HG1 не должно быть меньше 80%. Производительность описанной печи достигает 10—12 т/сутки 100%-но-го хлористого водорода. Расход газов на 1 т 31%-ной соляной кислоты составляет: хлора (100%-ного) 0,305— 0,312 т; водорода (100%-ного) 110-112 м3.

Преимуществом этих печей является простота и дешевизна их изготовления, легкость монтажа и обслуживания. Конструкция горелки подробно описана далее.