CN1369429A - 立式气流法氟化氢气体发生炉 - Google Patents

Abstract

本发明是利用萤石和硫酸生产HF气体的一种新方法。它是把硫酸和萤石分别通过计量并加热至140℃和350℃后,同时送入混料器中,控制物料在5秒内送入立式气流发生炉,高速HF气流和导流叶片的作用下物料呈旋转上升运动,在运动的过程中物料相互碰撞被粉碎,并迅速释放出其内部的HF气体,气体携带物料进入旋风收粉器,固体物料落入集料箱中,经锥形螺旋作用排出炉外。反应生成的HF气体经净化、精馏即得产品。与风机风量相当的HF气体循环输送物料,形成无污染的封闭式HF生产工艺。

Description

立式气流法氟化氢气体发生炉

一、发明名称：立式气流法HF气体发生炉

二、本发明是一种生产氟化氢气体的新方法——立式气流法HF气体发生炉，它属于氟化盐技术领域。

三、氟化氢是一切氟化物的基础原料。在国防与民用工业上均有着极为广泛的用途，如大量用于原子工业、半导体工业、制造氟利昂、氟塑料、金属表面处理，蚀刻玻璃、陶瓷处理和制造元素氟；制造炼铝氟化盐及其它无机氟化物等。目前国内外氟化氢气体的生产方法有两类。一类是预反应器法，另一类是回转炉法。

(1)、我国目前普遍采用陈旧落后技术——转炉法生产HF。该法物料在炉内反应缓慢，开始时呈粘稠状，它粘在炉壁上，降低了传热效率，从而影响反应的进一步进行。故普遍在炉内放一活动螺旋，随着炉子旋转，螺旋在炉子内滑动，使物料不粘壁。然而粘稠物料中游离酸很高，而排渣口因无法密封而进入冷空气在炉内形成水珠，严重腐蚀炉体和螺旋，故反应炉体和螺旋使用受命极短，20mm厚钢板的炉体使用受命仅为一年。由于炉体排渣部位无法密封，故在回转炉内形成的负压极底。物料处于堆积状态随炉回转，在排出的过程中物料中含有大量的HF气体排出炉外，造成严重的环境污染，影响工人身体健康。

(2)、预反应器生产工艺

反应式如下：

该工艺是利用高品位萤石和浓硫酸及部分发烟硫酸预热后分别经连续计量同时加入特殊合金钢制成的的预反应器中，反应器中温度控制在120℃左右。

瑞士布斯公司的氢氟酸生产工艺居世界领先地位，主要是1960年研制成功了预反应器。这台设备的问世把氢氟酸生产技术向前推进了一大步。

该工艺的核心是三段反应器；即予反应器、脱气器和最终反应器。关键部位是预反应器，它是由一个带螺旋叶片并作往复运动的轴、气封装置和加热外套的外壳组成。

该设备将HF生产腐蚀最严重的阶段局限在一台小的预反应器中，将腐蚀问题降到最小。从而延长了回转炉的使用寿命。

该系统由于使用回转炉做为反应炉，物料处于堆积状态排放，所以排放出的物料中含有大量的HF气体，造成严重的环境污染。解决此问题需用湿法或其它方法重新处理，设备造价极高，回收效率极底。

该系统工艺流程复杂，工艺控制点多，生产操作困难，设备造价极为昂贵，仅一台预反应器系统造价就1500万元左右，如此昂贵的设备国内使用厂家都难以承受，国内仅有湘乡铝厂等三家大型国营企业进口。

美国、日本、德国等发达的资本主义国家都在布斯公司预反应器的基础上局部做了一些简单的改进，但工艺流程基本柑同。而我国目前普遍仍然采用苏联50年代的落后流程回转炉法。

针对上述问题，本发明提出一种用萤石和硫酸为原料生产HF气体的新方法——立式气流法HF气体发生炉。该法是以萤石和浓硫酸为原料直接合成HF气体，全过程在完全封闭的立式反应炉中进行，既无冷空气进入也无HF气体外泄。副产品为松散多孔的粒状无水石膏。可用于水泥生产的缓凝剂或矿化剂。生产过程易于控制，系统封闭生产，彻底解决了HF生产过程中污染严重的难题，并从本质上解决了设备严重腐蚀的国际课题。本工艺可使用低品位萤石生产HF气体，其HF制造成本远低于国际上最先进的预反应器系统。相同产量的生产设备投资，本工艺仅为预反应器系统的1/60倍。与国内目前回转炉法生产工艺相比，设备投资相同条件下，本工艺设备产量为回转炉法产量的10倍。

本发明是利用萤石和浓硫酸合成HF气体，其反应式如下：

其生产工艺方法如下：

将萤石通过夹层螺旋加热到350℃，再将硫酸通过夹层管道预热到140℃，分别通过螺旋定量输送和电磁流量计计量(萤石和硫酸重量比为1∶1.3)同时送入锥型扩散螺弦(螺弦和螺距均为扩散式且管壁夹层)，在此立即发生化学反应，生成HF和多孔石膏渣，控制混合物料在高速螺旋中停留时间为5秒左右，此时实际转化率已达到75％以上，即形成多了固体状物料，经高速螺旋粗碎后进入立式气体发生炉。高压风机将HF气体以45米/秒的速度由入风口射入反应炉将反应后的物料强制打散，气体在导流叶片的作用下协带物料成螺旋状旋转上升运动，在旋转运动的过程中相互碰撞被细碎，在此过程中HF气体迅速从细碎的颗粒内部移至物料表面，当物料移至反应炉上半部时出现较高的负压区，此时颗粒内的HF气体迅速挥发到反应炉内，物料在炉内停留时间为30秒左右，此时反应率已达96％以上，系统最高负压区将HF气体和物料同时吸入旋风收粉器，经旋风收粉器分离后，固体颗粒落入集料箱。在集料箱底部设置有锥形螺旋，用于封闭HF气体和连续卸料。在旋风收粉器出口位置设置有三通，反应过程生成的气体被高于风机负压的压力吸出，去粗馏、精馏制得高纯HF。由于风机的作用有一定量的HF气体在系统中循环输送反应物料，形成整体封闭送料系统。

图一为立式流法HF气体发生炉工艺流程图。

立式气流法HF气体发生炉其特点在于：

1、HF生产系统腐蚀最严重的阶段局现在行程仅有5秒的扩散螺距螺旋中，这就可使用特殊金属材料制造，使腐蚀降到最小。

2、反应螺旋可使用12个月，气体发生炉为来层内通高温热气体。炉体、循环管、风机、收粉器及送料螺旋等均作保温处理。

3、反应螺旋与立式炉是活连接，在一小时内即可更换结束，不需要停产，因此该工艺每年生产天数可达330天左右。

4、可使用低品位萤石，原料价格低、消耗低、制造成本低，且可生产高质量的HF。

5、提高了反应效率；萤石的利用率可达到96％以上。国内目前回转炉法萤石利用率最高仅有85％。瑞士布斯公司预反应器法萤石利用率为93％左右。直径Ф1200mm的立式反应炉是普通回转炉产量的10倍，设备价格仅为其1/2倍。

6、该系统生产的石膏渣是多孔微粒，是很好的水泥缓凝剂。

实施实例：

每小时生产330Kg的生产装置设备组成如下：

①、萤石升温螺旋；螺旋直径Ф100mm螺距为40mm，烟气层厚度50mm，外壁采用内径为Ф259mm厚度100mm的延棉管道保温。

②、硫酸；硫酸泵一台，输送管道为Ф59×4.5的高硅铸铁管，夹层保温厚度为50mm，长为3500mm。

③、螺距扩散式混料螺旋；螺旋直径为Ф100mm小螺距为30mm，最大螺距为120mm，长为1500mm，材质为高硅铸铁，与反应炉接，外壁用延棉管保温

④、立式气流反应炉；直径Ф700mm钢板卷制而成，炉体外壁夹层内通热气，炉体筒高为8500mm，外壁用延棉保温。

⑤、旋风收粉器：采用CLT/A 5.5四联旋风收粉器。外壁用延棉保温。

⑥、石膏渣集料箱；箱体直径为Ф1500mm，锥体内设置锥形螺旋。

⑦、引风机形号：Y48-6.3c

实施工艺：

将CaF₂含量为97％的萤石，用来自反射炉600℃的高温气体通过螺旋夹层管道升温至350℃，再将其尾气通过混料螺旋后送入硫酸夹层管道，将含量为98％的H₂SO₄升温至140℃后排入大气。将硫酸和萤石分别通过电磁流量计和螺旋计量后同时送入螺旋混料器，二者在混料器中急速反应，在反应的过程中物料急速排放气体，固不会粘结螺旋，可在5秒内将其送入立式反应炉。混合物料被来自高压离心通风机以45米/秒速度的HF打散并扬起，在反应炉内设置有旋流叶片，在旋流叶片的作用下，气流携带物料旋转运动，在运动的过程中物料相互碰撞被粉碎，细碎后物料内部的HF迅速移至颗粒表面，并失放出去，物料在反应炉内停留30秒左右，反应效率达到96％以上。反应后的物料被来自风机和HF吸收装置的负压共同作用下，将HF气体和物料同时吸入四联旋风收粉器，经分离后固体物料被收集于集料箱中，反应过程排出的气体去粗馏、精馏制得高纯度的HF气体。石膏渣集料箱底部锥形处设置有锥形螺旋，用于定量连续排放石膏渣和封闭HF气体。具有和风机风量相当的HF气体在风机的作用下连续不断地在封闭系统中循环输送HF气体，这样就形成系统封闭无污染的HF气体生产工艺。

立式气流HF气体发生炉排渣成份分析数据如下：

CaF₂含量0.8％  H₂SO₄含量0.98％

瑞士布斯公司预反应器排渣成分如下：

CaF₂含量2％  H₂SO₄含量0.5％

国内回转炉生产工艺排渣成分如下：

CaF₂含量6.7％  H₂SO₄含量11％

由上述排渣成分分析可知本生产工艺原料利用率和反应效率均优于目前国内外现有水平。

Claims (6)

1、一种HF气体的制造方法——立式气流法HF气体发生炉。其特征在于：

①、原料为萤石和硫酸。

②、将萤石和硫酸分别升温。

③、两种原料分别经加热后同时送入扩散式螺距的螺旋中快速混合，迅速反应，在5秒内将混合物送入气流发生炉。

④、HF气体生成工艺过程在封闭状态下进行，解决了HF生产过程中污染严重的国际难题。

2、根据权力要求1所述：其特征在于：萤石和硫酸分别升温到350℃和140℃。

3、快速反应螺弦为锥型扩散式螺距与立式炉相连。

4、根据权力要求1所述：其特征在于：反应炉为立式静止的外壁夹层，内通热气体。

5、根据权力要求1所述：其特征在于：在风机的作用下与风机风量相当的HF气体循环输送混合物料。

6、根据权力要求1所述：其特征在于：由于高负压状态下排渣，所排的石膏渣不含HF气体。