无水氢氟酸生产工艺改进研究.pdf

石油和化工设备
2-口节能减排
2015年第18卷
无水氨氟酸生产工艺改进研究
丁运玲
(多氟多化工般份有限公司,河南焦作454191)
[摘要]经过研究和试验,在无水氩氟酸生产过程中做出一些工艺改进。首先在所有无水氩氟酸生产用的换热器生产现场
增加尾气洗涤装置;其次在洗涤塔的液体回流管道上增加一条无水氩氟酸气体管道到洗涤酸循环槽,増加推杆除尘裝置,
避免因洗涤酸管道堵塞导致氢氣酸气体回流到反应炉,对反应炉体造成腐蚀;最后将蒸汽热量充分利用,改蒸汽加热为用
蒸汽加热的热水对精馏塔再沸器进行加热,在节能降耗的同时廷长再沸器的使用寿命。通过工艺改进,不但降低了生产成
本,延长了设各使用寿命,而且在环保和安全方面也有了较大提升,政善了现场エ人的操作环境。
[关键词]无水氯氟酸;生产工艺;改进;应用
1无水氢氟酸生产概述
液中结晶析出,HF气体分两次溢出。在较低
1.用硫酸和萤石法生产无水氢氟酸的反应机理及的温度下,F可能溶解在硫酸中成为氟磺酸
控制
(HSO3F),但在温度高于100C时HSO3迅速水
无水氢氟酸的工业生产工艺是以浓硫酸、萤
解而还原成HF。硫酸与萤石反应属吸热反应,因
石为主要原料,在回转反应炉里进行反应,固体此加热可加快茧石与硫酸之间的反应。但由于受
为石膏渣经炉尾排出,气体(HF)净化、冷却、
到硫酸蒸发和分解的制约,反应通常在250℃左右
进行。茧石与硫酸反应受多相反应动力学因素影
吸收后制得产品,主要化学反应为
响,尤其当萤石表面CaSO4覆盖膜增厚时,对气液
CaF2(固)+H2SO4(液)→CaSO4(固)+2HF(气)
两相形成巨大的扩散阻力,反应速度由活化控制
200~300℃
转向扩散控制。因此,在反应炉增加内返料装置
该反应是吸热反应,标准反应热△H298=提高反应效率
5.371kJ/mol。反应体系中同时存在气、液、固三
相,所以又是复杂的多相反应。
1.2目前常用的无水氢氟酸生产工艺流程
上述反应式表明了各化合物间的计量关系
萤石与硫酸在反应炉内高温下反应生成氢
而反应的历程和机理是按三级反应步骤进行的
氟酸气体和石膏渣。石膏渣从反应炉尾部排出
氢氟酸气体由炉头进入洗涤塔进行洗涤,除去粉
CAF2 +H2SO4--CASO4 (HSOAF-HR)
尘、水等杂质后,由洗涤塔进入冷凝系统,经过
Caso (HSO.FHF)-CA(HSO* F)+HF
初级冷凝
二级冷凝形成粗氢氟酸液体。经
Ca(HSO,F)HIF-CASOA"2HF
初级冷凝下来的粗氢氟酸返回洗涤系统冷凝洗涤
主要副反应
氢氟酸气体
级冷凝下来的粗氢氟酸液体
CAF2 +H2]+Si0 Caso,+H Sifs+H-O
由精馏泵泵入脱气塔内精馏。脱气塔脱除轻组分
气体之后进入精馏塔,精馏塔将氢氟酸与重组分
Caco] +H2SO] -Caso,+H2 0+CO
分离,得到氢氟酸成品。轻组分气体经尾气吸收
2H20+3SIFA -2H52SIF6+Sio2
系统处理后外排,重组分返回洗涤系统洗涤氢氟
副反应方程式表明茧石中的SiO2、caCO2等杂酸气体。生产工艺流程如图1所示
质含量越高,原料的消耗越大,产量因此受到影
响
萤石与硫酸发生反应首先生成溶解在液态作者简介:丁运玲(1974-),女,河南焦作人,大学本科,エ
HF中的中间化合物氟硫酸钙,然后硫酸钙从溶程师?现在多氯多化工股份有限公司从事化工工艺及设备设计エ
作
第8期
丁运玲无水氢氟酸生产工艺改进研究
氢氟酸工艺流程
烟酸
酸
黄石一一预混器?反应炉
洗涤
級冷境一
二
想截厂脱气
精「?冷→成品
东冷气
数吸树一一中夫委一一尾气外排
98%酸
图
2无水氢氯酸生产工艺分析
高,液位上升到一定程度,将堵塞导气管(目前
我公司针对其原有工艺,进行了详细分析,洗涤塔底部液位距导气管进口高度为1000mm)
发现有以下几点可以优化,分别是:
以前曾出现过大量酸气体回流至反应炉内,加重
(1)围绕洗涤塔出现两个问题。一个问题是原了对反应炉体的腐蚀。
工艺从反应炉到洗涤塔之间的酸气管道,无重力
(2)精馏塔再沸器用蒸汽加热,蒸汽由本公
除尘装置,因氢氟酸反应炉内有内返料装置,萤司锅炉房生产,锅炉使用燃煤,蒸汽压力忽高忽
石粉很细,为235目左右,在反应炉内容易出现低,不够稳定。换热器内的列管是20°碳钢无缝
飞扬,灰尘随着系统容易在管道内沉积,影响无管,蒸汽工艺指标要求为180℃过热蒸汽,而实
水氢氟酸系统的吸收,甚至造成管道堵塞,导致际操作中有时温度会偏高。根据原化学工业部化
停产。另一个问题是原工艺从洗涤塔底部出来的工机械研究所主编的《化工生产装置的腐蚀与防
洗涤酸打入两级洗涤循环槽,洗涤酸管道直径为护》一书,碳钢在常温的无水氢氟酸中是耐蚀
DN200,这趟酸管道打入洗涤循环槽的方式是插的,但耐蚀程度是相对的,其在各种温度下的腐
入液位800mm以下的,如果酸液中夹杂的气体蚀速度见表1
过多,会出现液封现象,导致洗涤塔底部液位增
表1
温度℃
腐蚀率m
温度℃
腐蚀率m/a
15~~25
0.07~0.12
0.60~0.80
0.16~0.2
0.80~1.20
0.35~~0.67
80~~90
2.2~3.2
40~55
0.35~0.68
120~150
2.6~3.0
从表1可以看出,加热介质温度高将会加快氢工作环境,是十分迫切的任务。
氟酸的腐蚀速度,出现列管泄漏,导致再沸器平
均使用寿命缩短,约为5个月。如何延长再沸器的3无水氢氟酸生产工艺改进实验
使用寿命,确保生产连续稳定,是必须要解决的
针对无水氢氟酸生产工艺中出现的问题,在
问题。
大量实验的基础上,最终确定了优化方案
3)无水氢氟酸生产车间现场的换热设备上空
(1)围绕洗涤塔出现的两个问题,工艺优化
无负压吸收装置,一旦出现换热设备泄漏,进行
为:针对第一个问题,通过研究和多次模拟实
现场修理,就会出现无水氢氟酸气体泄漏,直接
验,解决方案为在导气管上增加推杄装置,每班
结果是冒烟、气味刺鼻,轻则造成现场环境差,
定时推两次,成功地解决了导气管堵塞这一问
重则造成环保事故,污染排放超标。目前,政府题。针对第二个问题,通过技术人员的研究,在
部门对环保要求非常严格,新的环保法及安全法
原有的回液管(从洗涤塔底部到洗涤循环槽之间
已经出台,优化生产工艺,改善操作工人的现场的液体酸管道)DN200的管道上增开一个分支管