預反應器在氫氟酸生產中的應用

侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

預反應器在氫氟酸生產中的應用

侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

對原有基礎法無水氟化氫生產工藝進行對比分析，介紹了預反應法生產工藝的流程及特點，并闡述了預反應器在生產中的應用效果。

無水氟化氫；生產工藝；預反應器

0 前言

氫氟酸是氟化學工業的基礎，而我國則是全球氟化氫的最大生產國， 國內無水氟化氫生產線(AHF)居多，隨著社會需求的增加，增加了許多小型生產線，然而面對市場需求，產品質量成了各個廠家競爭的熱點，技術創新是一條必須走的捷徑，而氫氟酸的反應裝置是產品質量的源頭，提高前端反應質量成為了大家所關注的話題。 原有的直接混合物料進行反應屬于基礎法生產工藝，在一些生產單位，對裝置改造后，在混合物料過程配置了預反應器，被大家稱為預反應法生產工藝，取得了良好的效果。本文通過將兩種生產工藝進行分析對比，明確預反應器在氫氟酸生產應用的重要性。

1 基礎法生產工藝

未經過預反應階段，將螢石和硫酸投入爐體內進行反應的工藝，稱為基礎法生產工藝。它又分為內混法、外混法和內返渣三種工藝。

1.1 內混法

內混法是將螢石和硫酸直接注入爐內進行混合，它具有工藝簡單，投資少的特點。但是，內混料存在兩大缺點：①由于直接混合，原料混合不均勻，未反應完全的形成了渣包酸，粉塵容易導入后系統。渣包酸的出現，造成原料消耗大，能源大量浪費，同時過多的酸使爐體內部腐蝕嚴重，大大降低了爐體使用壽命。②投料愈多爐體腐蝕愈快，20 mm厚的爐內襯板一般只能使用3個月左右，甚至會更短。

1.2 外混法

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

1.3 內返渣

在基礎法生產工藝中，后又出現在爐內安裝內返渣裝置的的方案，使一部分物料返回至爐頭重新反應，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，一套內返渣裝置重達30 t左右，爐子的附加質量大大增加了，驅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的使用壽命。

2 預反應法生產工藝

經過研究和技改實踐，研制出預反應裝置，配合爐體進行反應，獲得了可觀的效果，并有效地增加了生產量，被稱為預反應法生產工藝。

根據氫氟酸反應工況及其強腐蝕介質的特點，爐體內溫度控制在500 ℃左右，為了保證工藝可控，將螢石和硫酸先經過預反應器預反應后，再進入爐內進行反應的AHF生產裝置。其過程有兩個特點，分為前期反應和后期反應。前期反應叫作快速反應，在預反應器中反應，它根據料溫條件能在短時間內反應，并轉化出30%～40%的HF氣體，由于副反應水分也在前期反應這一階段產生，對設備產生強烈腐蝕；后期在爐體前段反應，也叫作慢速反應，需在2～3 h內反應完畢，因腐蝕高峰已過，降低了對爐體內部的腐蝕，增加了爐體的使用壽命，提高了資源利用率。

預反應法生產工藝，重點是預反應器裝置，此裝置由主軸螺旋，延伸段、筒體、加熱系統、液壓控制等構成，主軸螺旋的攪拌器殼體內壁面沿軸向設3行清潔銷，圓周方向呈120°均布，每行14個，隨著螺旋攪拌轉動，螺旋槳葉片在所對應的清潔銷之間穿行，其清潔銷相對位置是在30°(根據工況選定角度)，其中的一行清潔銷與槳葉側面的最小間隙約為10 mm，幫助清除螺旋槳葉片黏結的物料。被混合的物料進入到延伸段，此段作用是將混合的物料運送至反應爐內。延伸段螺旋跟隨主軸轉動旋轉的360°作軸向往復運動，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。

采用預反應法生產工藝的目的，就是利用HF兩個階段的反應特點，使前期反應在預反應器內進行，由鎳基合金材料制作的預反應器承擔腐蝕高峰，因爐子只承擔后期反應，從而得到了有效的保護，延長了使用壽命，爐內也不必設襯板。從它的反應性質看，預反應法反應是當前最先進、最合理的AHF生產手段，比基礎法反應速度快，效率高。

3 預反應法生產工藝特點

內返料裝置位于爐體前端主反應區域屬于固—液反應器，投料時螢石和濃硫酸在此混合，通過加熱系統達到反應溫度進行預反應，然后被推進反應爐。即把反應引起對爐體腐蝕最嚴重階段放在了預反應器中進行，減輕對反應爐的腐蝕，如此，預反應器就承擔了腐蝕高峰階段防腐壓力，整個反應過程是一個快速反應。根據料溫條件在短時間內反應，并轉化出30%～40%的氫氟酸氣體，而此時形成的物料混合物狀態對爐體的腐蝕量已經降到最低。為了做好預反應器防腐，預反應器采用了鎳基合金材料[1]。

優點如下：①從預反應器觀察口可以直接觀察反應情況，使反應處于受控狀態。②設置了螢石和硫酸預熱系統，確保前期反應順利進行，有效地保護爐子。③設置了洗滌循環系統，爐氣經大流量循環洗滌后，粉塵和高沸物已基本洗凈，精餾殘酸大為減少，這是和基礎法生產工藝最根本的區別。④設置了硫酸吸收循環系統，不但提高了HF回收率，更確保安全檢修環境。

4 在預反應法生產工藝中的應用效果

從預反應器使用情況看，開車一個月以后裝置負荷率便達到了140%左右，投入和產出比、產品質量、單位消耗等指標都已基本達標。在制冷、蒸汽等條件穩定情況下，一臺萬噸爐可實現年產AHF 1.4萬t左右，一年增效350萬～400萬元，當年就可收回預反應器投資，三年回收裝置改造的全部費用，投資回報率遠比基礎法生產工藝高。就生產環境而言，預反應法生產工藝無論從安全和環境保護等方面，都有著諸多的優勢。因此，預反應法生產工藝已是氫氟酸行業發展的方向。預反應器的鎳基合金材料雖然大多還需從國外引進，但國內整機造價只為國外引進價的20%左右，可為國家節省大量外匯，意義非常重大。

近幾年，國內新增的預反應器生產線諸多，但應用不是都理想，應用效果不佳的主要原因有以下幾條：①由基礎法工藝改造為預反應法工藝的，由于原基礎法裝置設備布局已定，存在先天原因造成應用效果不理想。②新上的預反應法裝置雖是新設計的，由于缺少實踐經驗，開車后效果不理想，需要整改。③預反應器是預反應法生產工藝中的關鍵設備，制造質量的好壞直接影響裝置正常運行。

5 結束語

采用預反應法法生產工藝，能延長爐子的使用壽命，增產潛力得以充分發揮。工藝設計和預反應器制造技術是預反應法法生產工藝中的關鍵技術。公司現生產線都在使用此裝置，反應爐的使用壽命已達五年沒，有任何腐蝕損耗，維修率大大延長了，物料得到充分反應，石膏渣原料殘余量很低，帶來了可觀的經濟效益，已成功走向產量化生產，本方案僅供行業借鑒參考。

2017-01-19

侯利芳(1986- )，女，工程師，從事無機氟化物研發、生產及非標設備設計工作，E-mail：houlifang18@163.com。

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1003-3467(2017)04-0057-02