CN103539156A

CN103539156A - 无水氟化氢铵的制备方法及其微通道反应装置

Info

Publication number: CN103539156A
Application number: CN201310509367.1A
Authority: CN
Inventors: 应盛荣; 姜战; 应悦
Original assignee: Dingsheng Chemical & Technology Co Ltd
Current assignee: Dingsheng Chemical & Technology Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103539156B

Abstract

本发明提出了一种无水氟化氢铵的制备方法及其微通道反应装置，包括：将液态氟化氢和液氨在微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；将氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入液氨，反应得到熔融状态的氟化氢铵；冷却。反应装置，包括，依次连接的微通道反应器、熔融物输出器以及冷却器；微通道反应器包括换热段微通道反应器和熔融段微通道反应器；换热段微通道反应器上分别连接有冷却水进口和冷却水出口；熔融段微通道反应器上连接有热能输入器。本发明中的反应物受热均匀、热能可控，节能；无污染、无物料浪费、安全可靠。设备费用低实现全自动、清洁工艺生产。

Description

无水氟化氢铵的制备方法及其微通道反应装置

技术领域

本发明涉及无水氟化氢铵技术领域，特别是指一种无水氟化氢铵的制备方法及其微通道反应装置。

背景技术

现有制备氟化氢铵的方法主要为：液相法和气相法二种。液相法：氟化氢和氨需要在水中反应，生成氟化氢铵饱和溶液，通过降温，结晶出氟化氢铵结晶物，固液分离，得到氟化氢铵成品。缺点：循环量大，原材料浪费大，工作环境污染大，操作工劳动强度大，工作环境恶劣。气相法：在气态进行反应，反应器及换热系统非常庞大，结构复杂，投资大，能耗大；同时反应不均匀，换热困难，产品质量不高。

发明内容

本发明提出一种无水氟化氢铵的制备方法，解决了现有技术中能耗大、原材料浪费大、工作环境污染大、反应不均匀的问题。

本发明还提出了一种制备上述无水氟化氢铵的微通道反应装置，解决了现有技术中设备结构复杂、投资成本高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：

（a）将液态氟化氢和液氨在微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；上述反应过程中换热段微通道反应器的温度小于等于90℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入液氨，反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为126-160℃，使氟化氢铵处于熔融状态；

（c）冷却步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵，即得氟化氢铵固体。

作为优选的技术方案，所述步骤（a）中的液态氟化氢和液氨的摩尔比为3-5∶1。

作为优选的技术方案，所述步骤（b）中得到的氟化氢铵的氟化氢与液氨的摩尔比为2∶1。其中所述步骤（b）中通入的液氨量才使得最终产物中氟化氢与液氨的摩尔比为2∶1。

作为优选的技术方案，所述换热段微通道反应器的温度为65-85℃。

作为优选的技术方案，所述熔融段微通道反应器的温度为135-150℃。

一种制备上述无水氟化氢铵的微通道反应装置，包括，

依次连接的换热段微通道反应器、熔融段微通道反应器、熔融物输出器以及冷却器；

所述微通道反应器包括换热段微通道反应器和熔融段微通道反应器；

所述换热段微通道反应器上分别连接有冷却水进口和冷却水出口；

所述熔融段微通道反应器上连接有热能输入器。

作为优选的技术方案，所述换热段微通道反应器和熔融段微通道反应器可以是一个微通道反应器的二个部分，也可以是通过管道连通的二个微通道反应器。

作为优选的技术方案，所述熔融段微通道反应器与所述熔融物输出器通过管道连通。

作为优选的技术方案，所述熔融段微通道反应器与所述熔融物输出器直接连通。

作为优选的技术方案，所述微通道反应装置还包括尾气吸收系统，其设置在所述熔融物输出器的上部。

作为优选的技术方案，所述尾气吸收系统包括吸风器、尾气吸收塔、除沫器以及碱洗塔。吸风器把可能产生的尾气吸收并加压后输入到尾气吸收塔，在此塔内用液态氟化氢喷淋吸收，除沫后再碱洗，使排放的尾气符合排放标准。

有益效果

（1）本发明中的反应物在微通道反应装置内进行，其受热均匀、热能可控，因此能够达到节能的目的；整个反应过程处于密闭状态，无污染、无物料浪费、安全可靠。

（2）本发明的设备数量少，体积小，投资费用低；能够实现全自动、清洁工艺生产，操作工劳动强度低，所需人员少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的微通道反应装置的结构示意图；

图2本发明实施例1-5的无水氟化氢铵的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明无水氟化氢铵的制备方法，其中反应原料氟化氢和液氨均处于液相；反应分二步进行：第一步先液相反应，带走大部分反应热；第二步利用反应热，从液相反应一直反应至熔融状态；冷却后得到无水氟化氢铵。采用方案为：a）将液态氟化氢和液氨在微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；上述反应过程中换热段微通道反应器的温度小于等于90℃；（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入液氨，反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为126-160℃，使氟化氢处于熔融状态；（c）冷却步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵，即得氟化氢铵固体。此方案中氟化氢铵（NH₄HF²）由氟化氢（HF）和液氨（NH₃）直接反应制得，其中氟化氢、液氨均在液体状态反应。步骤（a）中需要及时带走反应热，使微通道反应器温度处于90℃以下。步骤（b）氟化氢铵熔融所需的热能可以由反应热提供，也可由热能输入器提供，或者是二者共同提供。为了使第二步反应的反应热能可足以熔融氟化氢铵，可以增大第一步反应物中氟化氢与液氨的摩尔比，第二步反应就有足够的反应热能。本发明中的反应物在微通道反应装置内进行，其受热均匀、热能可控，因此能够达到节能的目的；整个反应过程处于密闭状态，无污染、无物料浪费、安全可靠。

上述制备无水氟化氢铵的微通道反应装置如下：参见图1所示；

包括，依次连接的换热段微通道反应器11、熔融段微通道反应器12、熔融物输出器13以及冷却器14。换热段微通道反应器11上分别连接有冷却水进口111和冷却水出口112。熔融段微通道反应器12上连接有热能输入器21。热能可以是电加热、蒸汽、热气流、热液流，保持融段微通道反应器12的温度在126℃～160℃，使氟化氢铵处于熔融状态。该熔融段微通道反应器12与熔融物输出器13可以通过管道连通，或者是熔融段微通道反应器12与熔融物输出器13连为一体。本实施例中选择连为一体。

为了减少环境污染，本微通道反应装置还增加了尾气吸收系统，参见图2所示；该系统包括依次连接的吸风器31、尾气吸收塔32、除沫器33、碱洗塔34。其中除沫器33与尾气吸收塔32之间可以循环运转。将吸风器31设置在熔融物输出器13的上部，把可能产生的尾气吸收并加压后输入到尾气吸收塔，在此塔内用液态氟化氢喷淋吸收，除沫后再碱洗，使排放的尾气符合排放标准。其中经过尾气吸收塔32处理后的HF储存在HF储存罐中可以作为起始原料，循环使用，节省成本，降低能耗。

上述设备数量少，体积小，投资费用低；能够实现全自动、清洁工艺生产，操作工劳动强度低，所需人员少。

实施例1

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：参见附图2所示，

a）将710g的液态氟化氢和200g的液氨通入微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；其中，氟化氢的流量为35-36g/min，液氨的流量为10-11g/min。上述反应过程中换热段微通道反应器的温度通过循环冷却水控制在80-90℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入103g液氨，液氨的流量为10-11g/min。反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度控制为126-136℃，使氟化氢处于熔融状态；

（c）步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵经过冷却器冷却后，即得氟化氢铵固体1000g（氟化氢铵含量为99.82%）。

本发明中的反应物在微通道反应装置内进行，其受热均匀、热能可控，因此能够达到节能的目的；整个反应过程处于密闭状态，无污染、无物料浪费、安全可靠。

实施例2

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：参见附图2所示，

a）将750g的液态氟化氢和210g的液氨通入微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；其中，氟化氢的流量为35-36g/min，液氨的流量为10-11g/min。上述反应过程中换热段微通道反应器的温度通过循环冷却水控制在65-70℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入120g液氨，液氨的流量为10-11g/min。反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为135-145℃，使氟化氢处于熔融状态；

（c）步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵经过冷却器冷却后，即得氟化氢铵固体（氟化氢铵含量为99.91%）。此固体进行成品包装即可。

实施例3

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：参见附图2所示，

a）将710g的液态氟化氢和155g的液氨通入微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；其中，氟化氢的流量为35-36g/min，液氨的流量为10-11g/min。上述反应过程中换热段微通道反应器的温度为70-80℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入100g液氨，液氨的流量为10-11g/min。反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为150-160℃，使氟化氢处于熔融状态；

（c）步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵经过冷却器冷却后，即得氟化氢铵固体（氟化氢铵含量为99.90%）。此固体进行成品包装即可。

实施例1-3的产品化验单如下：

实施例4

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：参见附图2所示，

a）将750g的液态氟化氢和212g的液氨通入微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；其中，氟化氢的流量为35-36g/min，液氨的流量为10-11g/min。上述反应过程中换热段微通道反应器的温度为65-75℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入106g液氨，液氨的流量为10-11g/min。反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为130-140℃，使氟化氢处于熔融状态；

（c）步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵经过冷却器冷却后，即得氟化氢铵固体（氟化氢铵含量为99.99%）。此固体进行成品包装即可。

实施例5

一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：参见附图2所示，

a）将710g的液态氟化氢和120.7g的液氨通入微通道反应装置内的换热段微通道反应器中反应，得到氟化氢铵和氟化氢的溶液；其中，氟化氢的流量为35-36g/min，液氨的流量为10-11g/min。上述反应过程中换热段微通道反应器的温度为80-85℃；

（b）将步骤（a）得到的氟化氢铵和氟化氢的溶液输入到熔融段微通道反应器中，继续通入180g液氨，液氨的流量为10-11g/min。反应得到熔融状态的氟化氢铵；此反应过程中熔融段微通道反应器的温度为140-155℃，使氟化氢处于熔融状态；

（c）步骤（b）中熔融状态的氟化氢铵经过冷却器冷却后，即得氟化氢铵固体（氟化氢铵含量为99.95%）。此固体进行成品包装即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无水氟化氢铵的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的一种无水氟化氢铵的制备方法，其特征在于，所述步骤（a）中的液态氟化氢和液氨的摩尔比为3-5∶1。

3.根据权利要求1所述的一种无水氟化氢铵的制备方法，其特征在于，所述步骤（b）中得到的氟化氢铵的氟化氢与液氨的摩尔比为2∶1。

4.根据权利要求1所述的一种无水氟化氢铵的制备方法，其特征在于，所述换热段微通道反应器的温度为65-85℃。

5.根据权利要求1所述的一种无水氟化氢铵的制备方法，其特征在于，所述熔融段微通道反应器的温度为130-150℃。

6.一种用于制备权利要求1所述无水氟化氢铵的微通道反应装置，包括，

依次连接的微通道反应器、熔融物输出器以及冷却器；

所述熔融段微通道反应器上连接有热能输入器。

7.根据权利要求6所述的一种制备上述无水氟化氢铵的微通道反应装置，其特征在于，所述换热段微通道反应器和熔融段微通道反应器是一个微通道反应器的二个部分，或者是通过管道连通的二个微通道反应器。

8.根据权利要求6所述的一种制备上述无水氟化氢铵的微通道反应装置，其特征在于，所述熔融段微通道反应器与所述熔融物输出器通过管道连通。

9.根据权利要求6所述的一种制备上述无水氟化氢铵的微通道反应装置，其特征在于，所述熔融段微通道反应器与所述熔融物输出器直接连通。