[发明专利]一种以萤石粉生产氟化氢的循环流化床系统及方法

说明书

本发明公开了一种以萤石粉生产氟化氢的循环流化床系统及方法。系统包括反应器、循环部分、固体分离段、固体分离段。反应器部分为反应发生的场所，循环部分分离出反应不完全的固体，将其沉降后返回到反应器中继续反应；固体分离部分分离气固两相产物，并收集反应完全的固体，作为固体产物；气体冷凝部分将固体分离段中分离剩余出的气相产物液化并收集。本发明避免了聚团粘壁等异常现象的出现，提高了传质、传热效率，通过控制气量大小和斜管上控制阀门开度控制循环流化床的循环率，控制分离出的固体产物比例从而控制固体反应程度。液体冷凝通过冷凝液温度和用量控制，当气体产物中含有其他杂质时可以通过加装多级冷凝器控制产品质量。

技术领域

本发明涉及一种用于萤石粉生产氟化氢的循环流化床工艺。

技术背景

氢氟酸(HF)是整个氟化工产业的基础产品，主要应用在氟烃工业，占氟化氢总消耗量的50％左右；其次是生产电解铝以及铝材加工行业的氟化铝与冰晶石等无机氟化盐，占30％以上；再次是金属酸洗、炼油厂中用作异丁烷和丁烷烷基化反应的催化剂以及其他含氟有机化合物的生产行业。近年来我国对无水氟化氢的需求量不断增加。

氟化氢生产主要通过萤石与硫酸反应得到。氟化钙与硫酸反应是一个吸热反应，工业上需要在高温下反应，生产过程中需要外部加热。目前已有的生产工艺主要有回转窑工艺、气固多层流化床工艺、气液固流化床工艺、间歇反应工艺等。美国专利US3102787公布了两种萤石粉与硫酸反应生产氟化氢的方法。其中一种是回转窑工艺，一种是多层气固流化床工艺。回转窑工艺是目前工业中最常用的生产工艺。该工艺中，萤石粉与硫酸通过预混合、搅拌、壳体回转等方式在带有加热回转壳的回转窑中边混合边发生反应。根据内部混合搅拌构件不同，大致可分为简易回转窑、带预混合器的回转窑、带预反应器的回转窑、内返渣回转窑、预反应器内返渣回转窑以及同时带有预反应器、内返渣、破碎器的回转窑几种。回转窑工艺目前已获得充分的发展，从生产维护、运行费用、设备造价、原料消耗已难以进一步降低。气固多层流化床工艺使用水蒸气与SO₃气体作为进气，气相反应生成硫酸并放出大量热，为装置提供反应原料硫酸，同时提供萤石与硫酸反应所需的热。气固多层流化床工艺能够提高反应器的反应效率并消除液体硫酸与萤石反应易发粘的问题，具有反应迅速，萤石利用率高，设备紧凑简单的特点。中国专利CN201210276366.2进一步完善了气固流化床工艺，扩大了可用的萤石粉纯度范围。但由于工业中所用萤石颗粒粒径较小(平均粒径在20～40μm之间)，颗粒间强范德华力导致的颗粒团聚使得流化及层间传递变得极为困难，多层流化床反应工艺尚未在工业实际中得到真实应用。

除上述技术外，中国专利CN201210489798.1还公布了一种气液固流化床工艺，使用六氟代苯作为惰性分散剂，将萤石粉分散，硫酸溶于六氟代苯，与萤石粉进行反应，放出氟化氢气体。该工艺能够解决萤石粉粘结的问题，提高了粉末与酸接触的效率。但是反应后排出的硫酸钙与分散剂的分离存在很大的问题，分散剂夹带过多且难以分离使得该工艺难以进一步发展。

针对上述问题，本发明提出了一种用于萤石粉生产氟化氢的循环流化床工艺。

在循环流化床中，一方面高的流化气速能够抑制颗粒聚团及粘壁，有效消除团聚及粘壁对传质传热的影响；另一方面萤石粉在流化床中与硫酸进行短时间接触进行快速反应后进入沉降器沉降，再循环回流化床中继续反应。快速反应能够保持较高的硫酸浓度，避免了反应后期硫酸不足导致的反应速率大幅减慢的问题，能够有效提高生产效率。

发明内容

本发明提供一种用于萤石粉生产氟化氢的循环流化床工艺，通过萤石粉快速循环通过流化床反应，有效抑制了颗粒团聚与粘壁，增强了传质传热效率，提高了生产效率。