CN109437111A - 一种高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉；所述回转反应炉包括转炉筒体和设置在转炉筒体内的返渣机构；所述返渣机构包括套设在转炉筒体内的鼠笼式螺带、返渣筒筒体以及挡板；所述鼠笼式螺带设置在转炉筒体的炉头进料端内；所述鼠笼式螺带包括左支撑圈、右支撑圈以及连接在两支撑圈之间的多根横条；一螺旋叶片固定环绕在多根横条上且沿转炉筒体的长度方向延伸；所述挡板固定在转炉筒体内靠近其炉尾出料端处；所述挡板中部设置有通口；所述返渣筒筒体由鼠笼式螺带中部延伸至靠近挡板处；该高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉经实测能够有效提高制成HF的纯度，提高HF的产量，同时减少能源的消耗，具有显著的经济效益。

Description

一种高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉
技术领域
本发明涉及一种高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉，属于化工领域。
背景技术
由于氢氟酸溶解氧化物的能力，它在铝和铀的提纯中起着重要作用。氢氟酸也用来蚀刻玻璃（在玻璃表面均匀的涂一层致密的石蜡将要雕刻的地方用刻刀刮去，根据实际情况放入装有HF的池子中进行雕刻处理），半导体工业使用它来除去硅表面的氧化物，在炼油厂中它可以用作异丁烷和丁烷的烷基化反应的催化剂，除去不锈钢表面的含氧杂质的“浸酸”过程中也会用到氢氟酸。氢氟酸也用于多种含氟有机物的合成，比如Teflon（聚四氟乙烯），还有氟利昂一类的制冷剂。
HF的现有的具体生产工艺流程为：将经蒸汽预热干燥的萤石粉用斗式提升机送至萤石贮仓，仓中萤石粉经计量用高速螺旋输送器送至回转反应炉。将发烟硫酸和在酸吸收塔吸收了尾气中HF的硫酸送至混酸槽，将达到浓度要求的混酸经预反应器送入回转反应炉。回转反应炉加热采用煤气发生炉，用烟气经夹套间接加热来满足反应所需的热量。在回转反应炉内，夹套的温度为450oC，物料的温度为150oC，反应炉炉尾排出的炉渣用消石灰中和过量酸后经炉渣提升机送至炉渣储斗。反应的气体产物主要是氟化氢，这股气体首先进入洗涤塔除尘、冷却，进入洗涤塔前的气体温度在350oC左右，洗涤后的温度在150℃，洗涤液为硫酸，经洗涤后的HF依次经精馏塔釜精馏和脱气塔釜脱气后制成工业HF。
现有的工艺存在以下不足：一是反应转炉物料反应率低，物料未能完全反应，HF产出不稳定，影响后续工序的工作连续性；二是粗HF气体温度高，冷凝液化过程冷冻机负荷大，液化效率低，使大量粗HF在除杂工序仍然以气态存在，降低除杂效率；三是粗HF液体在精馏、脱气时由于加热温度不均匀，汽化不稳定，致无法得到高纯度的AHF产品。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉。该高纯无水氟化氢生产工艺及配套的回转反应炉经实测能够有效提高制成HF的纯度，提高HF的产量，同时减少能源的消耗，具有显著的经济效益。
本发明的技术方案如下：
高纯无水氟化氢生产中使用的回转反应炉，包括转炉筒体和设置在转炉筒体内的返渣机构；所述返渣机构包括套设在转炉筒体内的鼠笼式螺带、返渣筒筒体以及挡板；所述鼠笼式螺带设置在转炉筒体的炉头进料端内；所述鼠笼式螺带包括左支撑圈、右支撑圈以及连接在两支撑圈之间的多根横条；一螺旋叶片固定环绕在多根横条上且沿转炉筒体的长度方向延伸；所述挡板固定在转炉筒体内靠近其炉尾出料端处；所述返渣筒筒体由鼠笼式螺带中部延伸至靠近挡板处；所述返渣筒筒体由多根返渣筒支腿支撑在转炉筒体中部；所述返渣筒筒体内壁设置有螺纹导引条；所述螺纹导引条的螺旋方向与螺旋叶片的螺旋方向相反，使热炉渣由返渣筒筒体内返回鼠笼式螺带内。
进一步的，所述返渣筒筒体靠近挡板的一端设置有一返渣筒捞斗以导引返渣筒捞斗附近的热炉渣进入返渣筒筒体内，所述返渣筒捞斗直径大于返渣筒筒体的直径，且朝向挡板的一端开放形成竖直截面形状为“[”的捞斗腔；所述捞斗腔内沿其圆周面设置有两首尾相连的弧形导引斜面；所述弧形导引斜面分别由返渣筒捞斗封闭端连续面延伸至其开放端。
进一步的，一导气筒设置在炉尾出料端，所述导气筒一端伸入转炉筒体中由挡板中部穿过，正对返渣筒筒体靠近炉尾出料端的一端开口；所述导气筒另一端伸出转炉筒体外；所述导气筒圆周面上旁通有一出气管；所述导气筒内设置有一螺旋推渣耙；所述螺旋推渣耙由一电机驱动转动；所述电机由一时间控制器控制定时转动，将导气筒中堆积的渣粉推回转炉筒体中，同时产生向返渣筒筒体一端开口的气流冲击。
高纯无水氟化氢生产工艺，采用所述的返渣机构，包括以下步骤：
①将经蒸汽预热干燥的萤石粉用斗式提升机送至萤石贮仓，仓中萤石粉经计量用高速螺旋输送器送至回转反应炉；
②将发烟硫酸和在酸吸收塔吸收了尾气中HF的硫酸送至混酸槽，将达到浓度要求的混酸经预反应器送入回转反应炉；
③回转反应炉中物料的反应温度为120~140℃，反应过程中，通过所述返渣机构将回转反应炉炉尾出料端的部分热炉渣返回炉头与新添炉料一起进入回转反应炉中反应；
④反应的产生的粗HF气体进入洗涤塔前对粗HF气体进行预冷却；
⑤预冷却后的粗HF气体进入洗涤塔除尘、冷却；
⑥冷却后的粗HF气体依次经精馏塔釜精馏和脱气塔釜脱气制成工业HF；
⑦在步骤⑥的过程中同时收集回转反应炉的余热制备热水，将热水输送至精馏塔釜和脱气塔釜，加热其中的液态半成品HF；
步骤④采用水冷却器进行预冷却，预冷却过程中被加热的介质水与步骤⑦的热水混合或用于步骤⑦热水的预热。
进一步的，所述步骤⑦中使用的换热系统包括换热器、热水槽、脱气塔釜加热器和精馏塔釜加热器；所述回转反应炉的燃烧尾气出口和换热器进气口连通构成第一气体换热管路；所述换热器出液口、脱气塔釜加热器、精馏塔釜加热器、热水槽以及换热器进液口依次连通构成循环水加热管路，其中所述脱气塔釜加热器和精馏塔釜加热器在循环水加热管路中相互并联，回转反应炉的燃烧尾气加热循环水加热管路中的水，通过介质水和脱气塔釜加热器以及精馏塔釜加热器加热精馏塔釜和脱气塔釜中的液态半成品HF。
进一步的，所述换热器出液口与热水槽之间还连通有回流管路。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明能够能够有效提高制成HF的纯度，提高HF的产量，同时减少能源的消耗，具有显著的经济效益。
2、本发明在HF回转反应炉炉膛内增设返渣机构，把转炉出渣口的热炉渣返回炉头重新反应，利用返回炉渣的热量快速加热炉头端的冷料，加快冷炉料升温速度，延长物料的反应时间，提高炉料反应率15～20%，在提高粗HF气体浓度的同时，稳定HF产气率，提高HF产能20%，同时稳定工序半成品质量。
3、本发明设计列管水冷却器，研究在粗HF工序后增设列管水冷工序，利用列管冷却器换热面积大的特性，使粗HF快速降温，从而减轻冷凝工序冷冻机工作负荷，提高粗HF液化效率，避免粗HF气体流入精馏工序影响除杂效果。
4、本发明设计回转反应炉的燃烧余热利用装置制备热水，并把热水输送到精馏塔釜和脱气塔釜，利用热水作为加热介质，加热精馏塔釜和脱气塔釜中的半成品HF。设计精馏和脱气塔釜结构为列管加热结构，实现加热温度的精确控制。在精馏工序，提高精馏塔釜液态HF的蒸发效率，由此提高重组分杂质（不蒸发）除杂效率。在脱气工序，使脱气塔釜液态HF中的SO2、SiF4等低沸点杂质得到高效去除，最终获得HF纯度≥99.99%的高纯HF。
5、本发明利用回转反应炉的燃烧尾气的余热加热精馏和脱气塔釜，利用列管水冷却器对粗HF进行预冷，列管水冷却器被加热的介质水又用于加热精馏和脱气塔釜的循环介质水的预热，环环相扣，充分利用回转反应炉的余热以及制备提纯HF过程中的吸放热过程，高效的利用本会浪费的能量，从而显著的节约能源，同时提高过程的速度和效果。
6、本发明设置有导气筒和螺旋推渣耙，能够在保障HF气体出气的同时能及时清理导气筒中沉淀的渣粉；同时能够产生冲击气流，从而利于疏导返渣筒筒体端部以及返渣筒捞斗，防止堆积，促进和保障返渣的正常运作。
附图说明
图1为本发明的返渣机构及回转反应炉的示意图；
图2为图1中B-B的剖视示意图；
图3为本发明步骤⑦使用的换热系统的示意图。
图中附图标记表示为：
1-鼠笼式螺带、11-左支撑圈、12-右支撑圈、13-横条、14-螺旋叶片、2-返渣筒筒体、21-螺纹引导条、22-返渣筒支腿、24-导气筒、25-螺旋推渣耙、26-电机、27-时间控制器、28-出气管、4-挡板、5-返渣筒捞斗、51-弧形引导斜面、52-捞斗腔、6-转炉筒体、7-换热器、71-第一气体换热管路、72-循环水加热管路、731-手动阀组、7311-第三手动阀、732-电动阀组、7321-第一手动阀、7322-电动阀、7323-第二手动阀、74-热水泵组、741-第四手动阀、742-热水泵、743-第五手动阀、8-热水槽、81-回流管路、811-电动回流阀组、8111-回流阀、8112-第六手动阀、812-手动回流阀组、8121-第七手动阀、9-脱气塔釜加热器、10-精馏塔釜加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
如图1至3所示，高纯无水氟化氢生产中使用的回转反应炉，包括转炉筒体6和设置在转炉筒体6内的返渣机构；所述返渣机构包括套设在转炉筒体6内的鼠笼式螺带1、返渣筒筒体2以及挡板4；所述鼠笼式螺带1设置在转炉筒体6的炉头进料端内；所述鼠笼式螺带1包括左支撑圈11、右支撑圈12以及连接在两支撑圈之间的多根横条13；一螺旋叶片14固定环绕在多根横条13上且沿转炉筒体6的长度方向延伸；所述挡板4固定在转炉筒体6内靠近其炉尾出料端处；所述返渣筒筒体2由鼠笼式螺带1中部延伸至靠近挡板4处；所述返渣筒筒体2由多根返渣筒支腿22支撑在转炉筒体6中部；所述返渣筒筒体2内壁设置有螺纹导引条21；所述螺纹导引条21的螺旋方向与螺旋叶片14的螺旋方向相反，使热炉渣由返渣筒筒体2内返回鼠笼式螺带1内。
进一步的，所述返渣筒筒体2靠近挡板4的一端设置有一返渣筒捞斗5以导引返渣筒捞斗5附近的热炉渣进入返渣筒筒体2内，所述返渣筒捞斗5直径大于返渣筒筒体2的直径，且朝向挡板4的一端开放形成竖直截面形状为“[”的捞斗腔52；所述捞斗腔52内沿其圆周面设置有两首尾相连的弧形导引斜面51；所述弧形导引斜面51分别由返渣筒捞斗5封闭端连续面延伸至其开放端。
进一步的，一导气筒24设置在炉尾出料端，所述导气筒24一端伸入转炉筒体6中由挡板4中部穿过，正对返渣筒筒体2靠近炉尾出料端的一端开口；所述导气筒24另一端伸出转炉筒体6外；所述导气筒24圆周面上旁通有一出气管28；所述导气筒24内设置有一螺旋推渣耙25；所述螺旋推渣耙25由一电机26驱动转动；所述电机26由一时间控制器27控制定时转动，将导气筒24中堆积的渣粉推回转炉筒体6中，同时产生向返渣筒筒体2一端开口的气流冲击。
高纯无水氟化氢生产工艺，采用所述的返渣机构，包括以下步骤：
①将经蒸汽预热干燥的萤石粉用斗式提升机送至萤石贮仓，仓中萤石粉经计量用高速螺旋输送器送至回转反应炉；
②将发烟硫酸和在酸吸收塔吸收了尾气中HF的硫酸送至混酸槽，将达到浓度要求的混酸经预反应器送入回转反应炉；
③回转反应炉中物料的反应温度为120~140oC，反应过程中，通过所述返渣机构将回转反应炉炉尾出料端的部分热炉渣返回炉头与新添炉料一起进入回转反应炉中反应；
④反应的产生的粗HF气体进入洗涤塔前对粗HF气体进行预冷却；
⑤预冷却后的粗HF气体进入洗涤塔除尘、冷却；
⑥冷却后的粗HF气体依次经精馏塔釜精馏和脱气塔釜脱气制成工业HF；
⑦在步骤⑥的过程中同时收集回转反应炉的余热制备热水，将热水输送至精馏塔釜和脱气塔釜，加热其中的液态半成品HF；
步骤④采用水冷却器进行预冷却，预冷却过程中被加热的介质水与步骤⑦的热水混合或用于步骤⑦热水的预热。
进一步的，所述步骤⑦中使用的换热系统包括换热器7、热水槽8、脱气塔釜加热器9和精馏塔釜加热器10；所述回转反应炉的燃烧尾气出口和换热器7进气口连通构成第一气体换热管路71；所述换热器7出液口、脱气塔釜加热器9、精馏塔釜加热器10、热水槽8以及换热器7进液口依次连通构成循环水加热管路72，其中所述脱气塔釜加热器9和精馏塔釜加热器10在循环水加热管路72中相互并联，回转反应炉的燃烧尾气加热循环水加热管路72中的水，通过介质水和脱气塔釜加热器9以及精馏塔釜加热器10加热精馏塔釜和脱气塔釜中的液态半成品HF。
进一步的，所述换热器7出液口与热水槽8之间还连通有回流管路81。
进一步的，所述脱气塔釜加热器9和精馏塔釜加热器10与换热器7出液口之间的循环水加热管路72上分别设置有第一阀组；所述第一阀组包括相互并联的手动阀组731和电动阀组732；所述电动阀组732包括依次串联的第一手动阀7321、电动阀7322以及第二手动阀7323；所述第一手动阀7321和第二手动阀7323常开；所述手动阀组731包括一常闭的第三手动阀7311；所述热水槽8与换热器7进液口之间的循环水加热管路72上设置有相互并联的两热水泵组74；所述热水泵组74包括依次串联的第四手动阀741、热水泵742以及第五手动阀743；所述第四手动阀741和第五手动阀743常开。
进一步的，所述换热器7出液口与热水槽8之间还连通有回流管路81；所述回流管路81上并联有电动回流阀组811和手动回流阀组812；所述电动回流阀组811包括串联的回流阀8111和第六手动阀8112；所述第六手动阀8112常开；所述手动回流阀组812包括常闭的第七手动阀8121。
本发明返渣机构的原理为：炉料由炉头进料端投入，转炉筒体6整体转动，包括鼠笼式螺带1和返渣筒筒体2均随转炉筒体6转动，转动过程中，螺旋叶片14推动炉料向炉尾出料端一侧移动，这一过程中，部分炉渣在挡板4处堆积，并被返渣筒捞斗5捞取，其弧形引导斜面将炉渣引导至返渣筒捞斗5中部，进入返渣筒筒体2内，在返渣筒筒体2内的螺纹引导条21作用下返渣至炉头进料端；时间控制器27间隔一定时间控制电机26启动，电机26驱动螺旋推渣耙25将导气筒24内沉积的料渣推回转炉筒体6内，同时产生一气流冲击，冲击返渣筒捞斗5和返渣筒筒体2的端部，防止料渣堆积堵塞。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.高纯无水氟化氢生产中使用的回转反应炉，其特征在于：包括转炉筒体(6)和设置在转炉筒体(6)内的返渣机构；所述返渣机构包括套设在转炉筒体(6)内的鼠笼式螺带(1)、返渣筒筒体(2)以及挡板(4)；所述鼠笼式螺带(1)设置在转炉筒体(6)的炉头进料端内；所述鼠笼式螺带(1)包括左支撑圈(11)、右支撑圈(12)以及连接在两支撑圈之间的多根横条(13)；一螺旋叶片(14)固定环绕在多根横条(13)上且沿转炉筒体(6)的长度方向延伸；所述挡板(4)固定在转炉筒体(6)内靠近其炉尾出料端处；所述返渣筒筒体(2)由鼠笼式螺带(1)中部延伸至靠近挡板(4)处；所述返渣筒筒体(2)由多根返渣筒支腿(22)支撑在转炉筒体(6)中部；所述返渣筒筒体(2)内壁设置有螺纹导引条(21)；所述螺纹导引条(21)的螺旋方向与螺旋叶片(14)的螺旋方向相反，使热炉渣由返渣筒筒体(2)内返回鼠笼式螺带(1)内。
2.如权利要求1所述的高纯无水氟化氢生产中使用的回转反应炉，其特征在于：所述返渣筒筒体(2)靠近挡板(4)的一端套设有一返渣筒捞斗(5)以导引返渣筒捞斗(5)附近的热炉渣进入返渣筒筒体(2)内，所述返渣筒捞斗(5)直径大于返渣筒筒体(2)的直径，且朝向挡板(4)的一端开放形成竖直截面形状为“[”的捞斗腔(52)；所述捞斗腔(52)内沿其圆周面设置有两首尾相连的弧形导引斜面(51)；所述弧形导引斜面(51)分别由返渣筒捞斗(5)封闭端连续面延伸至其开放端。
3.如权利要求2所述的高纯无水氟化氢生产中使用的回转反应炉，其特征在于：一导气筒(24)设置在炉尾出料端，所述导气筒(24)一端伸入转炉筒体(6)中由挡板(4)中部穿过，正对返渣筒筒体(2)靠近炉尾出料端的一端开口；所述导气筒(24)另一端伸出转炉筒体(6)外；所述导气筒(24)圆周面上旁通有一出气管(28)；所述导气筒(24)内设置有一螺旋推渣耙(25)；所述螺旋推渣耙(25)由一电机(26)驱动转动；所述电机(26)由一时间控制器(27)控制定时转动，将导气筒(24)中堆积的渣粉推回转炉筒体(6)中，同时产生向返渣筒筒体(2)一端开口的气流冲击。
4.高纯无水氟化氢生产工艺，其特征在于：采用如权利要求3所述的返渣机构，包括以下步骤：
①将经蒸汽预热干燥的萤石粉用斗式提升机送至萤石贮仓，仓中萤石粉经计量用高速螺旋输送器送至回转反应炉；
②将发烟硫酸和在酸吸收塔吸收了尾气中HF的硫酸送至混酸槽，将达到浓度要求的混酸经预反应器送入回转反应炉；
③回转反应炉中物料的反应温度为120~140oC，反应过程中，通过所述返渣机构将回转反应炉炉尾出料端的部分热炉渣返回炉头与新添炉料一起进入回转反应炉中反应；
④反应的产生的粗HF气体进入洗涤塔前对粗HF气体进行预冷却；
⑤预冷却后的粗HF气体进入洗涤塔除尘、冷却；
⑥冷却后的粗HF气体依次经精馏塔釜精馏和脱气塔釜脱气制成工业HF；
⑦在步骤⑥的过程中同时收集回转反应炉的余热制备热水，将热水输送至精馏塔釜和脱气塔釜，加热其中的液态半成品HF；
步骤④采用水冷却器进行预冷却，预冷却过程中被加热的介质水与步骤⑦的热水混合或用于步骤⑦热水的预热。
5.如权利要4所述的高纯无水氟化氢生产工艺，其特征在于：所述步骤⑦中使用的换热系统包括换热器(7)、热水槽(8)、脱气塔釜加热器(9)和精馏塔釜加热器(10)；所述回转反应炉的燃烧尾气出口和换热器(7)进气口连通构成第一气体换热管路(71)；所述换热器(7)出液口、脱气塔釜加热器(9)、精馏塔釜加热器(10)、热水槽(8)以及换热器(7)进液口依次连通构成循环水加热管路(72)，其中所述脱气塔釜加热器(9)和精馏塔釜加热器(10)在循环水加热管路(72)中相互并联，回转反应炉的燃烧尾气加热循环水加热管路(72)中的水，通过介质水和脱气塔釜加热器(9)以及精馏塔釜加热器(10)加热精馏塔釜和脱气塔釜中的液态半成品HF。
6.如权利要5所述的高纯无水氟化氢生产工艺，其特征在于：所述换热器(7)出液口与热水槽(8)之间还连通有回流管路(81)。
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