專(zhuān)利名稱(chēng)：溴化氫的生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在氫氣中直接燃燒溴生產(chǎn)溴化氫的裝置。
美國(guó)專(zhuān)利US2070263描述了一種獲得氫溴酸水溶液的方法，該方法在第一階段，讓氫通過(guò)溫度保持在37-42℃的液態(tài)溴，生成一種溴和氫氣的混合物，然后，在600-850℃溫度下燃燒。用這種操作方法很難得到均勻(化學(xué)計(jì)量)的溴和氫的混合物，因?yàn)闇囟群蜔崃W(xué)平衡很難控制。
還觀察到，在以H2/Br2大于1的摩爾比并在氫氣中直接燃燒溴為主的生產(chǎn)裝置中，并沒(méi)有介紹反應(yīng)物的任何混合技術(shù)，燃燒火焰不穩(wěn)定，尤其是火焰在燃燒嘴的出口強(qiáng)烈閃爍，甚至跳動(dòng)，易引起爆炸，氣態(tài)溴化氫質(zhì)量波動(dòng)，易引起逆燃。
另外，這樣的火焰還易在燃燒區(qū)的底部形成錐區(qū)，使某些反應(yīng)物不參加燃燒而排走。
這樣會(huì)干擾溴在氫中的燃燒，致使部分溴殘留在燃燒氣中，大大縮短燃燒的使用壽命，縮小了可用原材料的范圍，降低氣體溴化氫的質(zhì)量，甚至不能作為反應(yīng)物應(yīng)用于上段合成(副反應(yīng)、產(chǎn)物著色)或不能用來(lái)制備純的氫溴酸溶液。
法國(guó)專(zhuān)利FR 2 365 516提出了一種改能善在氫中燃燒溴時(shí)火焰穩(wěn)定性的方法，在一圓筒形容器內(nèi)形成種螺旋形溴氣流，再將氫徑向噴入溴的螺旋形氣流外側(cè)，在容器端部給溴和氫的螺旋形氣流連續(xù)地提供火焰。
該方法使用過(guò)量2.6％(摩爾)的氫，所生成氣體溴化氫(HBr)含有300ppm(體積)溴，這樣導(dǎo)致下游合成產(chǎn)物著色，并仍然存在上述缺陷。
另外，燃燒嘴的復(fù)雜性使該工藝缺少靈活性。因此，尤其是想擴(kuò)大該裝置的生成能力時(shí)，需要在同一容器內(nèi)個(gè)挨個(gè)電放置多個(gè)燃燒嘴。這種設(shè)置僅能防止并排設(shè)置的多個(gè)燃燒嘴的火焰相互干擾，另外，還不利于反應(yīng)物的均勻分布。這種裝置還不可避免地降低溴的轉(zhuǎn)換率，加大了溴化氫的冷卻控制難度，提高了爆炸的危險(xiǎn)性。
德國(guó)專(zhuān)利2738744描述了一種在氫氣中燃燒溴的裝置，它包括一個(gè)燃燒室，其特征在于所述燃燒室呈管狀，自管道口開(kāi)始橫截面逐漸增大。該裝置的不足是速度慢不靈活，對(duì)火焰逆燃敏感，所得到的溴化氫氣體質(zhì)量差(溴2000ppm重量)。
根據(jù)下列反應(yīng)式()，在氫氣中直接燃燒溴制備溴化氫的方法中使用如下面描述的裝置，所述方法在于相繼進(jìn)行下述步驟-在容器中讓氫氣和一種助燃劑形成均勻的混合物，-在所述容器的出口點(diǎn)燃火焰，-用預(yù)先汽化的溴氣流部分或全部替換助燃劑，使用適當(dāng)?shù)腍2/Br2摩爾比，以保證容器出口和燃燒區(qū)內(nèi)火焰穩(wěn)定，溴在氫中完全燃燒，-在冷卻區(qū)冷卻燃燒氣體，然后，-在至少等于1絕對(duì)巴，優(yōu)選地在1.3-10絕對(duì)巴下，在至多等于125℃，優(yōu)選地在40-125℃溫度下，回收溴化氫氣流。
根據(jù)本發(fā)明，可以使用任何對(duì)生成溴化氫(HBr)的反應(yīng)物呈惰性的氣體和足夠量的氧組成的混合物作為助燃劑，以便和氫形成可燃性混合物。作為惰性氣體，可以使用氮。優(yōu)選地所述助燃劑是空氣。
根據(jù)本發(fā)明，可以部分或全部替換助燃劑。在保留一部分助燃劑的情況下，該助燃劑的保留量可在很大的范圍內(nèi)變化，要根據(jù)所提供的溴氣流中所含有機(jī)雜質(zhì)的情況、裝置的尺寸特性以及上游使用的溴化氫(HBr)產(chǎn)物而定。
氫和助燃劑以氣體的方式添加到容器內(nèi)。當(dāng)引燃火焰時(shí)，在高于溴氣體的沸騰溫度下，優(yōu)選地在100-160℃，添加氣體溴替換助燃劑。
最好，預(yù)熱氫氣最高至150℃，優(yōu)選地100-160℃。
容器內(nèi)的壓力至少等于1絕對(duì)巴，優(yōu)選地高于1.3絕對(duì)巴，更優(yōu)選地是1.8-10絕對(duì)巴。
如果壓力略低于大氣壓時(shí)，仍然屬于本發(fā)明的范圍。
H2/Br2的摩爾比大于1。優(yōu)選地H2/Br2的摩爾比大于1，低于1.5。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的反應(yīng)條件下，溴幾乎瞬時(shí)間被完全耗盡。
溴和氫的反應(yīng)伴有熱量放出(生成每摩爾溴化氫氣體產(chǎn)生12.3千卡熱量)，在絕熱條件下，燃燒火焰的溫度能升高至1600℃以上。
根據(jù)本發(fā)明，溴化氫一旦在燃燒區(qū)開(kāi)始生成，就立即用過(guò)量的氫和冷卻燃燒室的方法給予冷卻，然后，繼續(xù)在冷卻區(qū)冷卻，在這些冷卻區(qū)溫度逐漸降低，在冷卻區(qū)出口溫度接近60℃，優(yōu)選地是40-125℃。可以根據(jù)上游設(shè)備負(fù)載調(diào)節(jié)出口溫度。所述冷卻區(qū)的壓力優(yōu)選地是1.3-10絕對(duì)巴。
根據(jù)本發(fā)明，該裝置如附

圖1所示，相繼地包括-燃燒嘴(1)，它帶有加溴和或加助燃劑的部件(2)、加氫部件(3)以及讓所述反應(yīng)物進(jìn)行接觸的部件，-燃燒室(4)，-點(diǎn)火部件(5)，-燃燒氣體(HBr)的冷卻部件(6)，-燃燒氣體(HBr)的排出部件(7、8)，-安全構(gòu)件(9)與(10)。
根據(jù)本發(fā)明，燃燒嘴(1)由一豎筒(E)組成，所述豎筒內(nèi)設(shè)置有豎圓管，如附圖2所示，其組成為-圓筒形上部(A)，敞口，長(zhǎng)度L1，直徑D1，-圓筒形下部(B)，長(zhǎng)度L2，直徑D2,D2＞D1,(B)部下端由球形拱底(C)構(gòu)成。(B)部配備有最好呈傾斜狀的開(kāi)口(F)。
(A)和(B)部由球形段(S)連接。
豎筒(E)依次由下述4個(gè)區(qū)組成-圓筒形區(qū)(F)，高h(yuǎn)1，直徑D3，-倒截錐形區(qū)(G)，高h(yuǎn)2，直徑D3,D4,D3＞D4,-圓筒形區(qū)(H)，高h(yuǎn)2，直徑D4，-正截錐形區(qū)(Ⅰ)，高h(yuǎn)4，直徑分別為D4、D5,D4＜D5,h2＜h4,D5優(yōu)選大于D3。
L1、L2、D1、D2、D3、D4、D5、h1、h2、h3、h4值和孔(F)數(shù)決定了裝置的靈活性。本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)需要和設(shè)備運(yùn)行情況對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，用部件(2)將溴和/或助燃劑直接加入圓筒形部分(A)的豎筒中，用部件(3)將氫最好與上述豎筒相垂直的方式加入由豎筒(E)與上述豎圓管構(gòu)成的空間內(nèi)。
豎筒和豎圓管可由耐火材料和不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的材料制成，例如二氧化硅或石英或一種不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的金屬，如鎳制成。
根據(jù)本發(fā)明，燃燒嘴的底部最好露在被冷卻的燃燒室(4)中。
所述燃燒室配有點(diǎn)火部件(5)?？梢杂商峁┳銐蚱饎?dòng)能量的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火。這可以是一個(gè)有觀察孔的小輔助燃燒嘴(附圖中未表示)。
所述燃燒室可以由浸漬有酚樹(shù)脂、含氟樹(shù)脂或碳的石墨組成，鋼制雙層外壁，空腔供載熱流體循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明，所述的浸漬石墨應(yīng)該具有適宜本發(fā)明方法的耐熱性、機(jī)械和化學(xué)的性能。
所述燃燒室在其整個(gè)或部分高度上包括一個(gè)內(nèi)套管，所述套管可以由石英、陶瓷或其他任何能反射火焰輻射的材料制成，這有利于將熱量留在封存在燃燒室內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，冷卻區(qū)(6)由鋼制外殼組成，其上面堆砌了浸漬石墨塊。
根據(jù)本發(fā)明，這些石墨塊構(gòu)成了燃燒氣體循環(huán)的軸向通道，水或冷鹽水或載熱流體循環(huán)的徑向通道。
根據(jù)本發(fā)明，所用石墨塊的數(shù)量可以在大的范圍內(nèi)變化。計(jì)算其使用數(shù)量，以便在燃燒氣體到達(dá)下腔(8)時(shí)，溫度最高等于125℃，優(yōu)選地為40-60℃。
根據(jù)本發(fā)明，燃燒氣體(HBr)排出部件(8)由下空構(gòu)成，尤其用PVDF制成，由鋼制外套增強(qiáng)。
所述下腔配有一個(gè)生成氣體的側(cè)出口(7)和安全構(gòu)件，如安全膜(9)，它相連于防爆簾(10)。
根據(jù)本發(fā)明，所述燃燒室最好配有一或多個(gè)距火焰最近的觀察孔。
這些觀察孔具體地能夠目視觀察控制或儀表控制火焰和放入點(diǎn)火部件。
本發(fā)明方法還可以用一些特殊設(shè)備實(shí)施，如附圖中3A和3B所示的裝置。
在所述設(shè)備中，在冷卻區(qū)(6)中添加一個(gè)能夠配置分回路(12)的精加工部件(11)，(附圖3B)。
所述精加工部件由玻璃化的鋼制外殼組成，用于放置催化物料，如活性炭。
根據(jù)該實(shí)施方式，氣體進(jìn)入該精加工部件的溫度可以在大范圍內(nèi)變化。該溫度最高等于300℃，優(yōu)選地為200-300℃。
本發(fā)明方法具有很大的靈活性，同時(shí)保證運(yùn)行安全與良好的操作性。
對(duì)于確定尺寸的燃燒室和冷卻區(qū)，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)物的添加量。這樣所述燃燒嘴更換方便。
該方法還具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在足夠的壓力下，能生產(chǎn)非常純的溴化氫，溴重量含量至少等于100ppm，這樣允許溴化氫作為有機(jī)合成的原料，又可制備純的溴化氫溶液，不需要使用昂貴的再壓縮或提純工藝。
另外，本方法還能夠排出得到無(wú)溴的氣體。
下面描述解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
使用如附圖1所示的發(fā)生器，它包括-一個(gè)燃燒嘴，如附圖2所示，由豎石英筒(E)組成，內(nèi)部有豎圓管，-一個(gè)燃燒室，直徑250mm，高度1200mm，由浸漬碳的石墨塊制成，這個(gè)室用進(jìn)水溫度為28℃的水冷卻。
-冷卻區(qū)由5塊浸漬石墨GRAPHYLOR(HB型、洛林碳公司出售)組成，用循環(huán)水冷卻，-一個(gè)增強(qiáng)的PVDF下腔(8)，-一個(gè)排出部件(7)，-一個(gè)安全膜(9)和防爆簾(10)。
該發(fā)生器配有兩個(gè)觀察孔，位于燃燒室的壁上，處于燃燒嘴的下方。
所述設(shè)備的尺寸設(shè)計(jì)成每天生產(chǎn)1.4-9.6噸純溴化氫。
給安裝好的設(shè)備添加下述反應(yīng)物，點(diǎn)燃火焰*氫-流量5公斤/小時(shí)-壓力3絕對(duì)巴-溫度80℃用由H2/空氣引燃器組成的部件(5)從兩個(gè)觀察孔之一噴射火焰點(diǎn)火。
點(diǎn)火后，用溴氣流替換空氣流-流量395公斤/小時(shí)-壓力3巴-溫度140℃-水含量＜0.01％-氯含量＜0.05％可以通過(guò)觀察孔觀察火焰狀況。安裝在觀察孔上的一個(gè)元件給我們精確地指出了燃燒反應(yīng)物的比例(火焰顏色)，我們可以此為依據(jù)調(diào)節(jié)流量。
在40℃和1.8絕對(duì)巴下，發(fā)生器連續(xù)工作，生產(chǎn)400公斤/小時(shí)溴化氫，出口(7)至少有399.9公斤/小時(shí)純溴化氫。所得到的溴化氫未被染色，每公斤溴化氫平均含100mg以下的溴。
權(quán)利要求
1.在氫中直接燃燒溴生產(chǎn)溴化氫的裝置，其特征在于所述裝置依次包括-燃燒嘴(1)，它包括加溴和/或加助燃劑部件(2)、加氫部件(3)以及讓所述反應(yīng)物進(jìn)行接觸的部件，所述燃燒嘴由一個(gè)豎筒(E)組成，所述豎筒內(nèi)設(shè)有豎圓管，它依次包括四個(gè)區(qū)-圓筒形區(qū)(F)，高h(yuǎn)1，直徑D3，-倒截錐形區(qū)(G)，高h(yuǎn)2，直徑分別為D3,D4,D3＞D4,-圓筒形區(qū)(H)，高h(yuǎn)3，直徑D4，-正截錐形區(qū)(Ⅰ)，高h(yuǎn)4，直徑分別為D4、D5,D4＜D5,h2＜h4,D5＞D3；-燃燒室(4)，-點(diǎn)火部件(5)，-燃燒氣體(HBr)的冷卻部件(6)，-燃燒氣體(HBr)的排出部件(7、8)，-安全構(gòu)件(9)與(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述豎圓管為敞口的圓筒形上部(A)，長(zhǎng)度L1，直徑D1，通過(guò)球形段(S)連接于圓筒形下部(B),(B)直徑D2,D2＞D1，下部(B)包括呈傾斜狀的開(kāi)口(F)，頂端由球形拱底(C)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒嘴的底部露在燃燒室(4)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒室(4)由浸漬有碳的石墨組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒室在其整個(gè)或部分高度上包括一個(gè)內(nèi)套管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述冷卻區(qū)由鋼制外殼組成，其中堆砌有浸漬的石墨塊，所述石墨塊構(gòu)成了循環(huán)燃燒氣體的軸向通道，循環(huán)水的徑向通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述精加工部件由雙層鋼制外殼組成，其中放置催化物料，所述部件設(shè)置在冷卻區(qū)(6)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述催化物料是活性炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述進(jìn)入精加工部件的氣體溫度最高等于300℃。
10.權(quán)利要求1-9之一的裝置用于在氫氣中直接燃燒溴制備溴化氫過(guò)程中的應(yīng)用，所述過(guò)程在于相連續(xù)地進(jìn)行下述步驟-在豎筒內(nèi)讓氫和一種助燃劑形成均勻的混合物，-在所述豎筒的出口點(diǎn)火，-用預(yù)先汽化的溴氣流部分或全部替換助燃劑，以適當(dāng)?shù)腍2/Br2摩爾比保證所述豎筒出口和燃燒區(qū)火焰穩(wěn)定，達(dá)到溴在氫中完全燃燒，-在冷卻區(qū)冷卻燃燒氣體，然后，-在至少為1絕對(duì)巴和至多等于125℃，優(yōu)選地40-125℃下回收溴化氫氣流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于用溴氣流全部替代助燃劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于用溴氣流部分替代助燃劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于所述助燃劑是空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于豎筒中的壓力至少等于1絕對(duì)巴、優(yōu)選地高于1.3絕對(duì)巴，更優(yōu)選地1.8-10絕對(duì)巴。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于H2/Br2摩爾比高于1，低于1.5。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于冷卻區(qū)的壓力至少等于1.3絕對(duì)巴，優(yōu)選地1.3-10絕對(duì)巴。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于在1.3-10絕對(duì)巴和40-60℃下，回收溴化氫氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在氫中直接燃燒溴生產(chǎn)溴化氫的裝置,該裝置包括一個(gè)燃燒嘴、一個(gè)由浸漬石墨組成的燃燒室和一個(gè)內(nèi)部堆砌有浸漬石墨塊的鋼外殼組成的冷卻區(qū)。
文檔編號(hào)C01B7/09GK1229766SQ98127120
公開(kāi)日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1998年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月12日
發(fā)明者S·弗蘭西絲, G·德里沃恩, P·勒迪克 申請(qǐng)人:埃勒夫阿托化學(xué)有限公司