[发明专利]硫酸与氟石在旋转炉内反应生产氢氟酸的方法

说明书

本发明是关于利用硫酸与氟石在外部加热的旋转炉内反应，生产氢氟酸的方法。

硫酸与氟石作用是吸热反应，为了在好的条件下，以工业规模进行生产，就需要搅拌和输入热量，当反应进行到转化率达到70-80%时，此反应经过了几个连续地和/或同时地发现具有腐蚀现象和形成结壳的阶段。

对于反应的这个阶段，所用的设备应能克服以上缺点，也就是说，一方面，可用防腐材料来制造设备或将其涂敷防腐蚀材料，另一方面，可装配能防止或消除炉壁结壳的搅拌装置。

当转化率超过70-80%和至少是超过80%时，反应不再发生腐蚀和形成结壳的现象。

为了减少这些缺点，已经发展了几种由硫酸与氟石反应生产氢氟酸的方法。

第一类方法的旋转炉，进行反应的各阶段的全部反应。在此类方法中，还包括装配有原料预混合器的炉子，此种预混合器甚至在原料予热时，也能将转化率限制在小于25-30%的反应混合物送入炉中，这是考虑到该类型设备停留时间很短。

这类设备必经的几种反应过程是：

-或者利用刮板装置以保证有结壳情况下的热传递，也可用保护装置来保护炉壁以防腐蚀。

-或者采用大型炉，来容纳将要与加入炉内的原料进行混合的大量 反应混合物，以便减少腐蚀作用，和通过避免结壳来促进热传递。

因为在炉壁上可能出现结块或产生腐蚀，所以此类装置需要一种检验技术，但是此种检验技术是昂贵的，而且还要定期停车检修。

在第二类方法中，全部反应仍在炉内完成。但是，要将适量的已经或多或少部分进行反应的反应混合物利用一种适当的设备再由炉的端部循环入炉内。用这种方法可以保证在炉的端部的氟石/硫酸混合物的转化率为80%和至少大于70%。

因此，这类装置的操作就好象反应必须在转化率为80%至97-99%的阶段进行，这是因为适当的物流又循环回炉内的缘故。

因为转化率一旦超过80%反应动力学就会变得非常缓慢，所以在此类装置中，必须提供大型的炉子，以便使反应混合物有适当的停留时间。此外，由于原反应混合物是糊状形式的，所以可导致不可避免地阻碍反应的继续进行的形成结壳。

在第三类方法中，利用预反应器与旋转炉偶联，可完成0到97-99%的反应，将事先预热的原料送入专门设计的设备中，该设备具有足够大的体积，并装有热输入装置。这就可使在预反应器出口处达到40-50%的转化率。然后，此预反应器将稍微湿润的粉状反应混合物（用硫酸浸渍的）送入旋转炉内。

由于将预反应器出口处的转化率限制在远低于70%，所以旋转炉仍然必须进行腐蚀和结壳的第二阶段;因此，需要应用刮板设备和抗腐蚀涂料，或者提供大型炉子来容纳大量的反应混合物。

本发明大大地克服了上述现在技术中的缺点，并提供了一种通过硫酸与氟石的反应来生产氢氟酸的方法，其特征在于：

a）将一装有硫酸和氟石的预反应器或一装有硫酸、氟石和硫酸钙的预混合器（其中硫酸钙的加入量是每摩尔的最初加入的氟化钙应加入0.7-1摩尔的硫酸钙）进行运转，以便在其出口处产生转化为40-50%的 粉状产物;然后

b）将所说的粉状产物在20-120℃下送入操作温度为80-350℃的旋转炉内，从而生成氢氟酸和硫酸钙，而产物在旋转炉中的平均停留时间为60至150分钟，并同时

c）将反应产物再循环入炉内，使进入炉内的粉状产物中所含有的氟化钙与循环入炉内的硫酸钙的摩尔比为1∶3-1∶3.5。

现将本发明所用的各种装置及其操作情况详述如下：

预反应器：

此设备是用抗氢氟酸和硫酸腐蚀的材料制成的，可使反应物充分混合，并保证连续进行操作，从而促进了物料与热的交换，这对于反应的进行是必需的。此设备的设计还容许通过将与反应物混合物接触的所有表面进行加热来输入高热量，而且还使产品均匀向前移动，从而防止返混现象。

装有已预热至80-120℃的原料的此种可在设备出口处，在80-100℃下产生转化率为40-50%的粉状产物，反应产生的氢氟酸大部分以气体的形式排出。按照优选的实施方案，在预反应器内的平均停留时间为8-15分钟。

预反应器内部温度必须是足够高的，并且是可调节的，以确保设备出口处所要求的转化率。

加热和热输入方法必须与制造设备所用的材料相适应，此外，氟石中的杂质与硫酸的放热反应产生了一部分所需要的热输入。一种热输入方法是，利用合适的装置送入适当数量和比例的发烟硫酸和水蒸汽，但是，这种送入发烟硫酸的和水蒸汽必须利用合适的装置以避免局部过浓和发生腐蚀。