侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

預(yù)反應(yīng)器在氫氟酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

對原有基礎(chǔ)法無水氟化氫生產(chǎn)工藝進(jìn)行對比分析，介紹了預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝的流程及特點，并闡述了預(yù)反應(yīng)器在生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。

無水氟化氫；生產(chǎn)工藝；預(yù)反應(yīng)器

0 前言

氫氟酸是氟化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，而我國則是全球氟化氫的最大生產(chǎn)國， 國內(nèi)無水氟化氫生產(chǎn)線(AHF)居多，隨著社會需求的增加，增加了許多小型生產(chǎn)線，然而面對市場需求，產(chǎn)品質(zhì)量成了各個廠家競爭的熱點，技術(shù)創(chuàng)新是一條必須走的捷徑，而氫氟酸的反應(yīng)裝置是產(chǎn)品質(zhì)量的源頭，提高前端反應(yīng)質(zhì)量成為了大家所關(guān)注的話題。 原有的直接混合物料進(jìn)行反應(yīng)屬于基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝，在一些生產(chǎn)單位，對裝置改造后，在混合物料過程配置了預(yù)反應(yīng)器，被大家稱為預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝，取得了良好的效果。本文通過將兩種生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析對比，明確預(yù)反應(yīng)器在氫氟酸生產(chǎn)應(yīng)用的重要性。

1 基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝

未經(jīng)過預(yù)反應(yīng)階段，將螢石和硫酸投入爐體內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的工藝，稱為基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝。它又分為內(nèi)混法、外混法和內(nèi)返渣三種工藝。

1.1 內(nèi)混法

內(nèi)混法是將螢石和硫酸直接注入爐內(nèi)進(jìn)行混合，它具有工藝簡單，投資少的特點。但是，內(nèi)混料存在兩大缺點：①由于直接混合，原料混合不均勻，未反應(yīng)完全的形成了渣包酸，粉塵容易導(dǎo)入后系統(tǒng)。渣包酸的出現(xiàn)，造成原料消耗大，能源大量浪費，同時過多的酸使?fàn)t體內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，大大降低了爐體使用壽命。②投料愈多爐體腐蝕愈快，20 mm厚的爐內(nèi)襯板一般只能使用3個月左右，甚至?xí)獭?/p>

1.2 外混法

在反應(yīng)爐爐頭前端增加一個外混器，螢石和硫酸先經(jīng)外混器混合后，再輸送進(jìn)入爐體前段進(jìn)行二次反應(yīng)，此為外混法。外混器由于沒有刮料機構(gòu)，經(jīng)常出現(xiàn)因堵塞外混器而造成裝置停車，其從性質(zhì)判斷仍是屬于基礎(chǔ)法的范疇，反應(yīng)不完全，且后續(xù)問題逐漸增加，增加了投資成本，浪費原料和能源。

1.3 內(nèi)返渣

在基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝中，后又出現(xiàn)在爐內(nèi)安裝內(nèi)返渣裝置的的方案，使一部分物料返回至爐頭重新反應(yīng)，破解渣包酸的含量。從原理上說，這對降低殘渣中氟化鈣成分有一定的效果。但是，一套內(nèi)返渣裝置重達(dá)30 t左右，爐子的附加質(zhì)量大大增加了，驅(qū)動功率須增大一倍左右，減速機也需增大，不但能耗高，還要降低了爐子傳動系統(tǒng)的使用壽命。

2 預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝

經(jīng)過研究和技改實踐，研制出預(yù)反應(yīng)裝置，配合爐體進(jìn)行反應(yīng)，獲得了可觀的效果，并有效地增加了生產(chǎn)量，被稱為預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝。

根據(jù)氫氟酸反應(yīng)工況及其強腐蝕介質(zhì)的特點，爐體內(nèi)溫度控制在500 ℃左右，為了保證工藝可控，將螢石和硫酸先經(jīng)過預(yù)反應(yīng)器預(yù)反應(yīng)后，再進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的AHF生產(chǎn)裝置。其過程有兩個特點，分為前期反應(yīng)和后期反應(yīng)。前期反應(yīng)叫作快速反應(yīng)，在預(yù)反應(yīng)器中反應(yīng)，它根據(jù)料溫條件能在短時間內(nèi)反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化出30%～40%的HF氣體，由于副反應(yīng)水分也在前期反應(yīng)這一階段產(chǎn)生，對設(shè)備產(chǎn)生強烈腐蝕；后期在爐體前段反應(yīng)，也叫作慢速反應(yīng)，需在2～3 h內(nèi)反應(yīng)完畢，因腐蝕高峰已過，降低了對爐體內(nèi)部的腐蝕，增加了爐體的使用壽命，提高了資源利用率。

預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝，重點是預(yù)反應(yīng)器裝置，此裝置由主軸螺旋，延伸段、筒體、加熱系統(tǒng)、液壓控制等構(gòu)成，主軸螺旋的攪拌器殼體內(nèi)壁面沿軸向設(shè)3行清潔銷，圓周方向呈120°均布，每行14個，隨著螺旋攪拌轉(zhuǎn)動，螺旋槳葉片在所對應(yīng)的清潔銷之間穿行，其清潔銷相對位置是在30°(根據(jù)工況選定角度)，其中的一行清潔銷與槳葉側(cè)面的最小間隙約為10 mm，幫助清除螺旋槳葉片黏結(jié)的物料。被混合的物料進(jìn)入到延伸段，此段作用是將混合的物料運送至反應(yīng)爐內(nèi)。延伸段螺旋跟隨主軸轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)的360°作軸向往復(fù)運動，其槳葉在推動物料的過程中外表面會遺留下部分沉積物料，清潔銷能起到清潔槳葉上堆積物料的作用。

采用預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝的目的，就是利用HF兩個階段的反應(yīng)特點，使前期反應(yīng)在預(yù)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，由鎳基合金材料制作的預(yù)反應(yīng)器承擔(dān)腐蝕高峰，因爐子只承擔(dān)后期反應(yīng)，從而得到了有效的保護(hù)，延長了使用壽命，爐內(nèi)也不必設(shè)襯板。從它的反應(yīng)性質(zhì)看，預(yù)反應(yīng)法反應(yīng)是當(dāng)前最先進(jìn)、最合理的AHF生產(chǎn)手段，比基礎(chǔ)法反應(yīng)速度快，效率高。

3 預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝特點

內(nèi)返料裝置位于爐體前端主反應(yīng)區(qū)域?qū)儆诠獭悍磻?yīng)器，投料時螢石和濃硫酸在此混合，通過加熱系統(tǒng)達(dá)到反應(yīng)溫度進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，然后被推進(jìn)反應(yīng)爐。即把反應(yīng)引起對爐體腐蝕最嚴(yán)重階段放在了預(yù)反應(yīng)器中進(jìn)行，減輕對反應(yīng)爐的腐蝕，如此，預(yù)反應(yīng)器就承擔(dān)了腐蝕高峰階段防腐壓力，整個反應(yīng)過程是一個快速反應(yīng)。根據(jù)料溫條件在短時間內(nèi)反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化出30%～40%的氫氟酸氣體，而此時形成的物料混合物狀態(tài)對爐體的腐蝕量已經(jīng)降到最低。為了做好預(yù)反應(yīng)器防腐，預(yù)反應(yīng)器采用了鎳基合金材料[1]。

優(yōu)點如下：①從預(yù)反應(yīng)器觀察口可以直接觀察反應(yīng)情況，使反應(yīng)處于受控狀態(tài)。②設(shè)置了螢石和硫酸預(yù)熱系統(tǒng)，確保前期反應(yīng)順利進(jìn)行，有效地保護(hù)爐子。③設(shè)置了洗滌循環(huán)系統(tǒng)，爐氣經(jīng)大流量循環(huán)洗滌后，粉塵和高沸物已基本洗凈，精餾殘酸大為減少，這是和基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝最根本的區(qū)別。④設(shè)置了硫酸吸收循環(huán)系統(tǒng)，不但提高了HF回收率，更確保安全檢修環(huán)境。

4 在預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用效果

從預(yù)反應(yīng)器使用情況看，開車一個月以后裝置負(fù)荷率便達(dá)到了140%左右，投入和產(chǎn)出比、產(chǎn)品質(zhì)量、單位消耗等指標(biāo)都已基本達(dá)標(biāo)。在制冷、蒸汽等條件穩(wěn)定情況下，一臺萬噸爐可實現(xiàn)年產(chǎn)AHF 1.4萬t左右，一年增效350萬～400萬元，當(dāng)年就可收回預(yù)反應(yīng)器投資，三年回收裝置改造的全部費用，投資回報率遠(yuǎn)比基礎(chǔ)法生產(chǎn)工藝高。就生產(chǎn)環(huán)境而言，預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝無論從安全和環(huán)境保護(hù)等方面，都有著諸多的優(yōu)勢。因此，預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝已是氫氟酸行業(yè)發(fā)展的方向。預(yù)反應(yīng)器的鎳基合金材料雖然大多還需從國外引進(jìn)，但國內(nèi)整機造價只為國外引進(jìn)價的20%左右，可為國家節(jié)省大量外匯，意義非常重大。

近幾年，國內(nèi)新增的預(yù)反應(yīng)器生產(chǎn)線諸多，但應(yīng)用不是都理想，應(yīng)用效果不佳的主要原因有以下幾條：①由基礎(chǔ)法工藝改造為預(yù)反應(yīng)法工藝的，由于原基礎(chǔ)法裝置設(shè)備布局已定，存在先天原因造成應(yīng)用效果不理想。②新上的預(yù)反應(yīng)法裝置雖是新設(shè)計的，由于缺少實踐經(jīng)驗，開車后效果不理想，需要整改。③預(yù)反應(yīng)器是預(yù)反應(yīng)法生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，制造質(zhì)量的好壞直接影響裝置正常運行。

5 結(jié)束語

采用預(yù)反應(yīng)法法生產(chǎn)工藝，能延長爐子的使用壽命，增產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮。工藝設(shè)計和預(yù)反應(yīng)器制造技術(shù)是預(yù)反應(yīng)法法生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。公司現(xiàn)生產(chǎn)線都在使用此裝置，反應(yīng)爐的使用壽命已達(dá)五年沒，有任何腐蝕損耗，維修率大大延長了，物料得到充分反應(yīng)，石膏渣原料殘余量很低，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，已成功走向產(chǎn)量化生產(chǎn)，本方案僅供行業(yè)借鑒參考。

2017-01-19

侯利芳(1986- )，女，工程師，從事無機氟化物研發(fā)、生產(chǎn)及非標(biāo)設(shè)備設(shè)計工作，E-mail：houlifang18@163.com。

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