CN220126159U - 一种用于生产无水氟化氢的反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于生产无水氟化氢的反应装置，包括第一反应回转炉、破碎系统、第二反应回转炉、冷渣机，所述第一反应回转炉和第二反应回转炉串联运行，其中，第一反应回转炉的气相产品出口设置在反应回转炉后端，第二反应回转炉的气相产品出口设置在反应回转炉前端。该反应装置具有产出气体产量大，产出气体中固体粉尘夹带浓度较低的特点。

Description

一种用于生产无水氟化氢的反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于生产无水氟化氢的反应装置，属于应用化工领域。

背景技术

无水氟化氢作为一种重要的基础化工原料，常用于生产氟盐、氟卤烷烃，氟制冷剂、蚀刻玻璃、浸渍木材，电解元素氟等，被广泛应用于原子能、化工，石油等行业，并且其经提纯至电子级后可被用于光伏行业中，因此，无水氟化氢具有广阔的应用前景。

无水氟化氢由粗氟化氢气体经提纯制得。现阶段，一般通过萤石粉末与硫酸在回转反应炉中加热反应制备粗氟化氢气体并排出进行后续包括洗涤、精馏在内的纯化处理。但是，在粗氟化氢气体经回转炉排出时，粗氟化氢气体往往会夹带较多的萤石粉末，不仅会堵塞回转炉的气体出口，也会使进行后续纯化处理的装置发生堵塞风险。

因此，开发一种产出气体中夹带粉尘浓度较低的氟化氢生产装置成为研究方向。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于生产无水氟化氢的反应装置，该反应装置具有产出气体的夹带粉尘浓度较低的特点。

本实用新型提供一种用于生产无水氟化氢的反应装置，其中，包括第一反应回转炉，所述第一反应回转炉包括第一炉体，所述第一炉体在轴向上包括相对设置的第一前端和第一后端，其中，所述第一前端设置有第一原料入口，所述第一后端设置有第一气相产物出口。

如上所述的反应装置，其中，还包括第二反应回转炉，所述第二反应回转炉包括第二炉体，所述第二炉体在轴向上包括相对设置的第二前端和第二后端，所述第二前端设置有第二原料入口；所述第二原料入口与所述第一反应回转炉的第一原料出口连通，所述第一原料出口设置在所述第一后端。

如上所述的反应装置，其中，还包括破碎单元；所述破碎单元位于所述第一前端和第二后端之间。

如上所述的反应装置，其中，所述破碎单元位于所述第一反应回转炉和第二反应回转炉之间。

如上所述的反应装置，其中，在所述第一反应回转炉的轴向上，所述第一前端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/2，所述第一后端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/2。

如上所述的反应装置，其中，所述第一前端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/3，所述第一后端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/3。

如上所述的反应装置，其中，所述第一反应回转炉的高程大于所述第二反应回转炉的高程。

如上所述的反应装置，其中，还包括燃烧炉，所述燃烧炉分别和所述第一反应回转炉和第二反应回转炉连接。

如上所述的反应装置，其中，还包括冷渣机，所述废冷渣机的入口与所述第二反应回转炉的废渣出口连通。

如上所述的反应装置，其中，所述第一炉体的最大直径为2.5～4.5m，第一炉体长度为25～45m，所述第二炉体的最大直径为2.5～4.5m，第二炉体长度为25～45m。

本实用新型提供的用于生产无水氟化氢的反应装置将气相产物出口设置于第一反应回转炉后端，因此，气相产物在向后端移动过程伴随着进行了一定程度的气固分离，进而当其经后端的气相产物出口输出时具有较低的粉尘夹带量，降低了后序工序中管道与设备的堵塞风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型提供的一种反应装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一反应回转炉；

2-第二反应回转炉；

3-破碎单元；

4-燃烧炉；

5-冷渣机；

11-第一原料入口；

12-第一气相产物出口；

13-第一原料出口；

14-第二原料入口；

15-第二气相产物出口。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的方案，下面对本实用新型作进一步地详细说明。以下所列举具体实施方式只是对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本实用新型，并非限定本实用新型的范围。基于本实用新型实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种用于生产无水氟化氢的反应装置，包括第一反应回转炉，所述第一反应回转炉包括第一炉体，所述第一炉体在轴向上包括相对设置的第一前端和第一后端，其中，所述第一前端设置有第一原料入口，所述第一后端设置有第一气相产物出口。

上述第一反应回转炉为一种可旋转的、用于制备气相产物的反应装置。本实用新型的第一反应回转炉的结构组成与本领域常见的反应回转炉基本一致。即，包括具有空腔的第一炉体、以及用于使第一炉体沿自身轴线发生周向旋转的驱动件，其中第一炉体的空腔用于容置反应原料。通常情况下，第一炉体的外型为圆柱体，且驱动件分布在第一炉体的侧周壁上，或者与侧周壁驱动连接。在使用过程中，本实用新型的第一反应回转炉的放置方式与本领域一致，使第一炉体的延伸方向与水平面具有一定夹角(一般为0～5度)，将原料通入第一炉体的空腔中并加热第一炉体使原料之间发生反应，在反应过程中驱动件驱动第一炉体发生旋转，从而有利于提升原料的利用率且缩短反应时间。

在第一炉体的轴线方向(即第一炉体的延伸方向)上，本实用新型的第一反应回转炉的第一炉体包括相对设置两个端面(第一端面和第二端面)，其中，靠近原料进入第一炉体方向一侧的端面为第一端面，与第一端面相对设置的另一个端面为第二端面。第一端面以及靠近该第一端面的第一炉体的周壁面本实用新型称为第一前端，第二端面以及靠近该第二端面的第一炉体的周壁面本实用新型称为第一后端。

本实用新型中，在第一前端设有第一原料入口。本实用新型对第一原料入口数量不作限定，可以为一个或多个，能够理解，当第一原料入口为一个时，多种反应原料可以同时或者分别经该第一原料入口进入该第一炉体内部，当第一原料入口为多个时，不同种的反应原料可以经与其对应的各个第一原料入口进入第一炉体内部。在一种具体实施方式中，第一原料入口的数量为两个，其中一个用于固相原料，另一个用于液相原料。示例性地，当该装置用于制备氟化氢时，两个第一原料入口分别用于萤石粉末原料和硫酸原料的进入。

本实用新型对第一原料入口在第一前端的具体位置不作限定，第一原料入口可以根据生产需要置于第一前端的任何位置，满足原料可顺利通过第一前端进入回转炉即可。在一种具体的实施方式中，第一原料入口设置在靠近第一端面的位置。

本实用新型中，在第一后端设有第一气相产物出口，具体地，其用于将生成的气相产物导出第一反应回转炉。本实用新型对第一气相产物出口在第一后端的具体位置亦不作限定，第一气相产物出口可以根据生产需要置于第一后端的任何位置，满足气相产物可顺利排出回转炉即可。

本实用新型通过将第一气相产物出口设置于第一后端，相比现有技术将第一气相产物出口设置于第一前端的反应装置，降低了气相产物中的粉尘浓度。

详细而言，由于原料均经第一段部的第一原料入口进入炉体的空腔，因此往往与第一前端对应的空腔成为反应更为剧烈的场所，该场所中的气相产物中往往夹杂大量固体原料颗粒和/或固体产物颗粒。当第一气相产物出口也设置在第一前端时，上述颗粒也会被气相产物携带输出离开第一反应回转炉，从而导致气相产物中粉尘浓度高，易造成后序反应设备的堵塞。

然而，当第一气相产物出口设置于第一后端时，不仅第一后端对应的空腔中的反应较为缓和，更重要的是，来自于第一前端的气相产物会以一定的时间沿着炉体的轴线方向在空腔内部流动以靠近第一后端的第一气相产物出口，该流动过程为气相产物的气固沉降提供了相对程度的时间和空间，因此降低了输出的气相产物中的粉尘颗粒夹带量。

在氟化氢生产中，通常可以增加单个反应回转炉的直径、长度以提高该反应回转炉的规模，然而，单个反应回转炉的尺寸不能无限制增加，否则当单个反应回转炉的尺寸增大到一定程度时，会因其难以通过道路运输的方式运送到项目现场而难以实际应用。因此，在一种具体实施方式中，本实用新型的反应装置还包括第二反应回转炉。

具体地，本实用新型的反应装置还包括第二反应回转炉，所述第二反应回转炉包括第二炉体，所述第二炉体在轴向上包括相对设置的第二前端和第二后端，所述第二前端设置有第二原料入口；所述第二原料入口与所述第一反应回转炉的第一原料出口连通，所述第一原料出口设置在所述第一后端。

本实用新型中，第二反应回转炉与第一反应回转炉的结构相同。本实用新型对第二反应回转炉的规模不作限制，即，第二反应回转炉的规模可以大于、等于或小于第一反应回转炉的规模。

本实用新型中，第二反应回转炉的第二前端和第二后端与前述第一前端和第一后端的定义相同，并且，第一后端靠近第二前端，从而使第一原料出口与第二原料入口连通。

本实用新型对第二原料入口数量不作限定，可以为一个或多个，但所有第二原料入口均应与第一原料出口连通，并接收来自第一原料出口的原料进入第二炉体内部。在一种具体实施方式中，第二原料入口的数量为一个，该第二原料入口与第一原料出口连通。

进一步地，第二前端还设有第三原料入口。该第三原料入口既不与第一原料出口连通，也不与第二原料入口连通，而是用于接收新鲜原料进入第二炉体内部。

本实用新型对第三原料入口数量亦不作限定，可以为一个或多个。能够理解，当第三原料入口为一个时，多种反应原料可以同时或者分别经该第三原料入口进入该第二炉体内部；当第三原料入口为多个时，不同种的反应原料可以经与其对应的各个第三原料入口进入第二炉体内部。

示例性地，当该装置用于制备氟化氢时，第二原料入口用于接收来自第一原料出口的混合物，第三原料出口用于接收新鲜硫酸进入第二炉体内部。

在一种具体的实施方式中，第二反应回转炉还包括第二气相产物出口。第二气相产物出口可设置于第二前端或第二后端，优选设置于第二前端。其原因在于，首先，当第二反应回转炉的第二气相产物出口设置于第二前端时，第二气相产物出口与设置于第一反应回转炉第一后端的第一气相产物出口距离较近，方便两股气相产物汇合，进行下一步处理。其次，由于大部分原料在第一反应回转炉中已反应完成，因此第二反应回转炉中反应速率较慢。即使第二回转反应炉的气体产物从第二前端排出，其粉尘浓度也较低。

上述第二反应回转炉的设置不仅能够用于接收来自于第一反应回转炉中未反应完全的原料，以提升原料的利用率，还能够在道路运输允许的前提下增加反应装置的总规模提升产能。

在一种实施方式中，反应装置还包括破碎单元。破碎单元用于将反应装置中结块的固体原料打碎，使反应进行更加彻底，达到节约原料的目的。本实用新型对破碎单元的设置位置不作具体限定，破碎单元的设置在第一前端与第二后端之间即可。同时，本实用新型对破碎单元的设置数量亦不作具体限定，破碎单元可设置一个或多个，且当设置为多个时，每个粉碎器的设置方式不同。

能够理解，上述破碎单元具有多种设置方式。

在一种实施方式中，该破碎单元设置在第一后端，即位于第一后端对应的第一炉体的空腔内。

在另一种实施方式中，该破碎单元设置在第二后端，即位于第二后端对应的第二炉体的空腔内。

在再一种实施方式中，该破碎单元位于第一后端和第二后端之间，即，位于第一反应回转炉和第二反应回转炉之间。在该实施方式中，破碎单元的物料入口与第一原料出口连通，破碎单元的物料出口与第二原料入口连通。来自第一反应回转炉的结块物料在破碎单元中被粉碎后进入第二反应回转炉，进行进一步反应。

本实用新型对破碎单元的形式不作具体限定。当设置于第一炉体或第二炉体的空腔内时，破碎单元可以为内置破碎齿轮，也可以为内置破碎螺旋，还可以为内置破碎齿轮与内置破碎螺旋相结合的破碎装置；当设置于第一反应回转炉和第二反应回转炉之间时，破碎单元可以为连续投料式机械粉碎机。

进一步地，为了使第一反应回转炉排出的气相产物粉尘浓度较低，应使第一气相产物出口尽可能远离第一前端。在一种具体实施方式中，在第一反应回转炉的轴向上，第一前端的沿回转炉轴线方向长度不大于第一炉体总长度的1/2，第一后端的沿回转炉轴线方向长度不大于第一炉体总长度的1/2，进一步地，第一前端的沿回转炉轴线方向长度不大于第一炉体总长度的1/3，第一后端的沿回转炉轴线方向长度不大于第一炉体总长度的1/3时，第一反应回转炉排出的气相产物粉尘浓度更低。

由于第二反应回转炉能够接收来自于第一反应回转炉中未反应的原料或者部分产物，因此当第一反应回转炉的高程大于第二反应回转炉的高程时，第一反应回转炉向第二反应回转炉的物流供给可利用其自身重力势能完成而无需外部能源驱动，从而有利于降低反应装置的能源消耗。

需要说明的是，本实用新型的第一反应回转炉的高程大于第二反应回转炉的高程是指，第一回转反应炉的第一原料出口底高程高于第二回转反应炉的第二原料入口底高程。

本实用新型不限定第一反应回转炉和第二反应回转炉的热源供给来源。在一种具体实施方式中，反应装置还包括燃烧炉，燃烧炉分别和所述第一反应回转炉和第二反应回转炉连接。燃烧炉产生的高温气体作为第一反应回转反应炉和第二反应回转炉的热源。具体地，由燃烧炉产生的高温气体温度可以为550～600℃。

进一步地，反应装置还设有冷渣机，用于将来自于第二反应回转炉排出的高温固体废渣进行初步收集并降温。冷渣机的入口与第二反应回转炉的废渣出口连通，冷渣机的出口与生产界区外连通，将固体废渣送入渣仓存储，供定期装车清运。

更进一步地，冷渣机还设有换热媒介入口与换热媒介出口，换热媒介由换热媒介入口进入冷渣机，与冷渣机内的高温固体废渣进行换热，固体废渣温度降低，换热媒介温度升高后由换热媒介出口离开冷渣机。升温后的换热媒介可用于后序处理。

本实用新型对换热媒介的种类不做限制，例如可以为水。

在一种具体实施方式中，第一炉体的最大直径为3.5m，第一炉体长度为30m，第二炉体的最大直径为3.2m，第二炉体长度为30m。所述最大直径为炉体直径最大处的尺寸。该尺寸的反应回转炉在满足道路运输要求的前提下可使单组反应装置具有更大规模。

实施例1

图1为本实用新型提供的一种反应装置的结构示意图。本实施例将图1所示反应装置应用于某无水氟化氢生产方案中。

如图1所示，包括第一反应回转炉1，第二反应回转炉2，破碎单元3，燃烧炉4，冷渣机5。其中，第一回转反应炉1的第一原料出口与破碎单元3的物料入口连通，破碎单元3的物料出口与第二回转反应炉2的第二原料入口连通，第二回转反应炉2的废渣出口与冷渣机5的入口连通，燃烧炉4的高温气体出口分别与第一回转反应炉1的高温气体入口和第二回转反应炉2的高温气体入口连通。

该反应装置的第一反应回转炉尺寸为Φ3500mm*30000mm(即：第一炉体直径为3500mm，第一炉体在轴线方向上的尺寸为30000mm)，第二回转炉尺寸为Φ3200mm*30000mm(即：第二炉体直径为3200mm，第二炉体在轴线方向上的尺寸为30000mm)，第一回转反应炉在第一前端设置有第一原料入口，第一后端设置有第一气相产物出口，第二反应回转炉在第二前端设置有第二原料入口和第二气相产物出口。在第一回转反应炉和第二回转反应炉内均设有回转炉内置破碎齿轮，且第一回转反应炉和第二回转反应炉中间设置有连续投料式机械粉碎机，用于粉碎结块的原料。第一前端在轴线方向上的尺寸为8000mm，第一后端在轴线方向上的尺寸为6000mm，第一反应回转炉的高程大于第二反应回转炉的高程。同时，该反应装置还设有燃烧炉用于为第一反应回转炉和第二反应回转炉供热，且设有冷渣炉用于收集反应产生的废渣。该装置生产规模为6万吨无水氟化氢/年。

对比例1

对比例1仅具有第一反应回转炉，尺寸为Φ3500mm*30000mm(即：第一炉体直径为3500mm，第一炉体在轴线方向上的尺寸为30000mm)。第一回转反应炉在第一后端设置有第一原料入口，第一前端设置有第一气相产物出口。在第一回转反应炉内设有回转炉内置破碎齿轮，但第一回转反应炉外不设连续投料式机械粉碎机。第一前端在轴线方向上的尺寸为8000mm，第一后端在轴线方向上的尺寸为6000mm。同时，还设有燃烧炉用于为第一反应回转炉供热，且设有废渣收集罐用于收集反应产生的废渣。该装置生产规模为3万吨无水氟化氢/年。

试验例

将实施例1与对比例1反应装置分别运行，并对运行过程中的以下参数进行观察：

1.固体废渣状态：对于实施例1使用的反应装置，固体废渣来自第二回转反应炉的废渣出口；对于对比例1使用的反应装置，固体废渣来自第一回转反应炉的废渣出口。固体废渣的主要成分为制备氟化氢过程中硫酸与萤石反应生成的以硫酸钙为主要成分的固体废渣。对取自实施例1与对比例1反应装置固体废渣的形态进行观察。

2.产品转化率：分别记录单位质量的原料萤石由实施例1与对比例1所述反应装置生产的粗氟化氢气体经后序工艺最终得到的无水氟化氢质量，与单位质量原料萤石理论可得的无水氟化氢质量，并计算二者的的比值，计为产品转化率。

3.粗产品气粉尘夹带情况：分别收集实施例1与对比例1所述反应装置生产的粗氟化氢气体，对粗氟化氢气体的粉尘夹带情况进行观察。

4.最大夹带粉尘尺寸：分别收集由实施例1与对比例1所述反应装置生产的粗氟化氢气体，使用湿式除尘器对粗产品气除尘后，对洗涤液中夹带的粉尘进行取样分析的方法进行观察，得到粗产品气中最大夹带粉尘尺寸。

5.后系统粉尘堵塞时间：观察后系统满足运行要求的持续运行时间，并记录。

观察结果记录如下：

由试验例结果可知，实施例1使用的反应装置在实现更大生产规模的同时，产物转化率更高，粗产品中粉尘浓度更低，最大夹带粉尘尺寸更小，与实施例1使用的反应装置连接的后续系统堵塞几率小，可持续运行时间更长，因而具有更长的维修周期。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对比例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案。

Claims (9)

1.一种用于生产无水氟化氢的反应装置，其特征在于，包括第一反应回转炉，所述第一反应回转炉包括第一炉体，所述第一炉体在轴向上包括相对设置的第一前端和第一后端，其中，所述第一前端设置有第一原料入口，所述第一后端设置有第一气相产物出口；

还包括第二反应回转炉，所述第二反应回转炉包括第二炉体，所述第二炉体在轴向上包括相对设置的第二前端和第二后端，所述第二前端设置有第二原料入口；

所述第二原料入口与所述第一反应回转炉的第一原料出口连通，所述第一原料出口设置在所述第一后端。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，还包括破碎单元；所述破碎单元位于所述第一前端和第二后端之间。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述破碎单元位于所述第一反应回转炉和第二反应回转炉之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应装置，其特征在于，在所述第一反应回转炉的轴向上，所述第一前端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/2，所述第一后端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/2。

5.根据权利要求4所述的反应装置，其特征在于，所述第一前端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/3，所述第一后端的尺寸不大于所述第一炉体尺寸的1/3。

6.根据权利要求1、2、3、5中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述第一反应回转炉的高程大于所述第二反应回转炉的高程。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，还包括燃烧炉，所述燃烧炉分别和所述第一反应回转炉和第二反应回转炉连接。

8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，还包括冷渣机，所述冷渣机的入口与所述第二反应回转炉的废渣出口连通。

9.根据权利要求1、2、3、7、8中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述第一炉体的最大直径为2.5～4.5m，第一炉体长度为25～45m，所述第二炉体的最大直径为2.5～4.5m，第二炉体长度为25～45m。