HF和F22装置工艺说明.doc

氢氟酸装置工艺说明

AHF：2,5000吨／年 90吨／天

HF/F22控制室

2010-1-1

1.2.1 - HF装置工艺说明

1.2.1.1化学过程

HF是通过硫酸与氟化钙反应制得的：

CaF2+ H2SO4= CaSO4+ 2HF - Q1 Kcal

(固体) (液体) (固体) (气体)

Q1 ≈ 382 kcal／kg (300 0C)

许多研究者已经对该反应的机理进行了研究，其中之一是很有可能会产生如下所述的中间组分：

-第一步：硫酸在萤石杂物(碳酸盐等)上反应

-第二步：根据下列反应式，硫酸与一部分萤石反应：

CaF2+ H2SO4= CaSO4+ 2HF

CaSO4+ H2SO4= CaSO4•H2SO4

酸性硫酸钙(如上所述)事实上是一个较为复杂的产品混和物。这一步反应首先能够在低温下很快进行，并可达到50％的总转化率。

-第三步：酸性硫酸钙在较高温度(150～170 0C)下分解，释放出的硫酸与未转化的氟化钙反应。

CaSO4•H2SO4= CaSO4+ H2SO4

复杂反应的简化叙述表明有几个物相产生，它们中的每一个都有不同的速度、动力学，每段混和物有不同的流变性能。

与第一步和第二步反应相对应的混合物状态依次为液态、泥浆状物质、粘稠物质、糊状物质，接下来是湿的粉末。在此过程中产生腐蚀和冲蚀，限制了反应器壁上的传热。

第三步反应有一种重新液化的物相产生(酸性硫酸盐的分解…)，也为粘糊状物，有腐蚀性。反应结束时通常产生砂状、自由流动的产物。

从转窑里产生的气体包括所有生成的氢氟酸和少量的水和硫酸(或氟磺酸)。

水主要来自于：

-送入转窑的98.5％的硫酸

-转窑中的副反应，如下所述：

. 由于萤石中不可避免地存在SiO2而引起的反应，即：

4HF + SiO2= SiF4+ 2H2O

(气体) (固体) (气体) (气体)

. 由于萤石中存在铁和铝的氧化物而引起的反应，产生相应的硫酸盐和水：

Fe2O3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3+ 3H2O

(固体) (液体) (固体) (气体)

Al2O3+ 3H2SO4= Al2(SO4)3+ 3H2O

(固体) (液体) (固体) (气体)

另外，在反应器出口的气体中存在SO2，SO2是由下列反应产生的：

MeS + H2SO4= MeSO4+ H2S

(金属硫化物)

H2SO4+ H2S = S + SO2+ 2H2O

Fe (窑壳) + 2H2SO4= FeSO4+ SO2+ 2H2O 注：上述反应中产生的单质硫在气体处理和精馏工序中会进一步沉淀。

硫酸还与萤石浮选时带来的有机残余物纤维等反应，也可产生SO2、CO2、、、、碳墨等。

xC2H5OH+H2SO4→xC2H4+ H2SO4.xH2O(x=1,2,6,8)

XC12H22O11+H2SO4→12xC+11 H2SO4.xH2O

C+H2SO4→2SO2+2H2O+CO2

CO2它也可能来自于萤石含有的微量CaCO3：

CaCO3+ H2SO4= CaSO4+ H2O + CO2

(固体)(液体)(固体)(气体)(气体)

因此，在反应器出口的气体中，除氢氟酸外，还含有SiF4，水，SO2，H2S，CO2，硫，灰尘、硫酸酸雾和一些因填料圈泄漏、特别是萤石加入时带入的微量空气

1.2.1.2总的工艺说明

(参照所附的工艺方框图)

在两只封闭的、外部加热的转窑中加入硫酸、发烟硫酸和称为“萤石”的天然高CaF2含量的粉末矿物的混合物。

反应产生的气体混和物(主要为HF)被收集起来，在气体处理和精馏工序净化。在获得无水氟化氢的同时，杂物如SiF4以稀溶液形式被回收。

硫酸钙以粉末形态从转窑中排出，它含有少量的硫酸及HF，用氢氧化钙中和。

因为本工艺中大多数的产品是有害的，因此工厂的设计和设备的选择必须十分小心。

本装置由以下几个工序组成：

-1100号工序原料贮存

-700号工序萤石干燥

-100号工序粗HF的产生

粗气体净化和进料酸制备

粗HF回收

排空气处理

CaSO4处理

CaSO4贮存和装运站

-200号工序粗HF贮存

HF精馏

-2000号工序无水HF贮存和输送

1.2.1.3 1100号工序：原料贮存

硫酸储存

从船运来的98%H2SO4贮存在用普通碳钢制作的贮槽(R1151A/B)内，在该贮槽内设有一个用于此产品的常规排放系统(S1151A/B)

一台泵(P1151)将酸输送到100号工序(加到HF回收塔D151中)，或HCFC22装置，在此用来回收HF并再循环到HF/H2SO4贮槽(R151)。

注：因该酸有98％的浓度，所以在冬天有必要注意冻结的可能性。

发烟硫酸

从船上来的20%的发烟硫酸贮存在一只用普通的碳钢制作的贮槽(R1121)内，该贮槽也与S1151A相连。

一台泵(P1121)将酸输送到100-1-2号工序，在与来自HF气体处理工序的HF/H2SO4混和后加到转窑内。

萤石

从K720来的干燥产品贮存在直立料仓R100-1-2中，其上装有一个布袋过滤器(S100-1—-2)，称量装置(Z100-1-2)能使加入到反应系统中的萤石得到控制。

螺旋输送器(T100-1-2/T101-1-2)将萤石粉末送至转窑加料系统。

1.2.1.4 700号工序 - 萤石干燥

成套装置K720

以下说明是对一干燥转窑而言的，该转窑采用直接并流加热系统。湿萤石(10％湿度)被安装在干燥器进料侧的燃烧器产生的热气体干燥。

干燥的产品从转窑的排出端排出，还有一部分从除尘器底部回收得到。

湿空气经除尘后排入大气。

干燥的萤石一般含有少于0.1%的湿度。

在K720中干燥后回收的产品用气动输送机(T730)运送到转窑料仓(R100)里。