專利名稱：立式氣流法氟化氫氣體發(fā)生爐的制作方法
一、發(fā)明名稱立式氣流法HF氣體發(fā)生爐二、本發(fā)明是一種生產(chǎn)氟化氫氣體的新方法——立式氣流法HF氣體發(fā)生爐，它屬于氟化鹽技術(shù)領(lǐng)域。
三、氟化氫是一切氟化物的基礎(chǔ)原料。在國防與民用工業(yè)上均有著極為廣泛的用途，如大量用于原子工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、制造氟利昂、氟塑料、金屬表面處理，蝕刻玻璃、陶瓷處理和制造元素氟；制造煉鋁氟化鹽及其它無機(jī)氟化物等。目前國內(nèi)外氟化氫氣體的生產(chǎn)方法有兩類。一類是預(yù)反應(yīng)器法，另一類是回轉(zhuǎn)爐法。
(1)、我國目前普遍采用陳舊落后技術(shù)——轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)HF。該法物料在爐內(nèi)反應(yīng)緩慢，開始時呈粘稠狀，它粘在爐壁上，降低了傳熱效率，從而影響反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。故普遍在爐內(nèi)放一活動螺旋，隨著爐子旋轉(zhuǎn)，螺旋在爐子內(nèi)滑動，使物料不粘壁。然而粘稠物料中游離酸很高，而排渣口因無法密封而進(jìn)入冷空氣在爐內(nèi)形成水珠，嚴(yán)重腐蝕爐體和螺旋，故反應(yīng)爐體和螺旋使用受命極短，20mm厚鋼板的爐體使用受命僅為一年。由于爐體排渣部位無法密封，故在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)形成的負(fù)壓極底。物料處于堆積狀態(tài)隨爐回轉(zhuǎn)，在排出的過程中物料中含有大量的HF氣體排出爐外，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，影響工人身體健康。
(2)、預(yù)反應(yīng)器生產(chǎn)工藝反應(yīng)式如下
該工藝是利用高品位螢石和濃硫酸及部分發(fā)煙硫酸預(yù)熱后分別經(jīng)連續(xù)計量同時加入特殊合金鋼制成的的預(yù)反應(yīng)器中，反應(yīng)器中溫度控制在120℃左右。
瑞士布斯公司的氫氟酸生產(chǎn)工藝居世界領(lǐng)先地位，主要是1960年研制成功了預(yù)反應(yīng)器。這臺設(shè)備的問世把氫氟酸生產(chǎn)技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。
該工藝的核心是三段反應(yīng)器；即予反應(yīng)器、脫氣器和最終反應(yīng)器。關(guān)鍵部位是預(yù)反應(yīng)器，它是由一個帶螺旋葉片并作往復(fù)運(yùn)動的軸、氣封裝置和加熱外套的外殼組成。
該設(shè)備將HF生產(chǎn)腐蝕最嚴(yán)重的階段局限在一臺小的預(yù)反應(yīng)器中，將腐蝕問題降到最小。從而延長了回轉(zhuǎn)爐的使用壽命。
該系統(tǒng)由于使用回轉(zhuǎn)爐做為反應(yīng)爐，物料處于堆積狀態(tài)排放，所以排放出的物料中含有大量的HF氣體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。解決此問題需用濕法或其它方法重新處理，設(shè)備造價極高，回收效率極底。
該系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，工藝控制點多，生產(chǎn)操作困難，設(shè)備造價極為昂貴，僅一臺預(yù)反應(yīng)器系統(tǒng)造價就1500萬元左右，如此昂貴的設(shè)備國內(nèi)使用廠家都難以承受，國內(nèi)僅有湘鄉(xiāng)鋁廠等三家大型國營企業(yè)進(jìn)口。
美國、日本、德國等發(fā)達(dá)的資本主義國家都在布斯公司預(yù)反應(yīng)器的基礎(chǔ)上局部做了一些簡單的改進(jìn)，但工藝流程基本柑同。而我國目前普遍仍然采用蘇聯(lián)50年代的落后流程回轉(zhuǎn)爐法。
針對上述問題，本發(fā)明提出一種用螢石和硫酸為原料生產(chǎn)HF氣體的新方法——立式氣流法HF氣體發(fā)生爐。該法是以螢石和濃硫酸為原料直接合成HF氣體，全過程在完全封閉的立式反應(yīng)爐中進(jìn)行，既無冷空氣進(jìn)入也無HF氣體外泄。副產(chǎn)品為松散多孔的粒狀無水石膏?？捎糜谒嗌a(chǎn)的緩凝劑或礦化劑。生產(chǎn)過程易于控制，系統(tǒng)封閉生產(chǎn)，徹底解決了HF生產(chǎn)過程中污染嚴(yán)重的難題，并從本質(zhì)上解決了設(shè)備嚴(yán)重腐蝕的國際課題。本工藝可使用低品位螢石生產(chǎn)HF氣體，其HF制造成本遠(yuǎn)低于國際上最先進(jìn)的預(yù)反應(yīng)器系統(tǒng)。相同產(chǎn)量的生產(chǎn)設(shè)備投資，本工藝僅為預(yù)反應(yīng)器系統(tǒng)的1/60倍。與國內(nèi)目前回轉(zhuǎn)爐法生產(chǎn)工藝相比，設(shè)備投資相同條件下，本工藝設(shè)備產(chǎn)量為回轉(zhuǎn)爐法產(chǎn)量的10倍。
本發(fā)明是利用螢石和濃硫酸合成HF氣體，其反應(yīng)式如下
其生產(chǎn)工藝方法如下將螢石通過夾層螺旋加熱到350℃，再將硫酸通過夾層管道預(yù)熱到140℃，分別通過螺旋定量輸送和電磁流量計計量(螢石和硫酸重量比為1∶1.3)同時送入錐型擴(kuò)散螺弦(螺弦和螺距均為擴(kuò)散式且管壁夾層)，在此立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成HF和多孔石膏渣，控制混合物料在高速螺旋中停留時間為5秒左右，此時實際轉(zhuǎn)化率已達(dá)到75％以上，即形成多了固體狀物料，經(jīng)高速螺旋粗碎后進(jìn)入立式氣體發(fā)生爐。高壓風(fēng)機(jī)將HF氣體以45米/秒的速度由入風(fēng)口射入反應(yīng)爐將反應(yīng)后的物料強(qiáng)制打散，氣體在導(dǎo)流葉片的作用下協(xié)帶物料成螺旋狀旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的過程中相互碰撞被細(xì)碎，在此過程中HF氣體迅速從細(xì)碎的顆粒內(nèi)部移至物料表面，當(dāng)物料移至反應(yīng)爐上半部時出現(xiàn)較高的負(fù)壓區(qū)，此時顆粒內(nèi)的HF氣體迅速揮發(fā)到反應(yīng)爐內(nèi)，物料在爐內(nèi)停留時間為30秒左右，此時反應(yīng)率已達(dá)96％以上，系統(tǒng)最高負(fù)壓區(qū)將HF氣體和物料同時吸入旋風(fēng)收粉器，經(jīng)旋風(fēng)收粉器分離后，固體顆粒落入集料箱。在集料箱底部設(shè)置有錐形螺旋，用于封閉HF氣體和連續(xù)卸料。在旋風(fēng)收粉器出口位置設(shè)置有三通，反應(yīng)過程生成的氣體被高于風(fēng)機(jī)負(fù)壓的壓力吸出，去粗餾、精餾制得高純HF。由于風(fēng)機(jī)的作用有一定量的HF氣體在系統(tǒng)中循環(huán)輸送反應(yīng)物料，形成整體封閉送料系統(tǒng)。
圖一為立式流法HF氣體發(fā)生爐工藝流程圖。
立式氣流法HF氣體發(fā)生爐其特點在于1、HF生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕最嚴(yán)重的階段局現(xiàn)在行程僅有5秒的擴(kuò)散螺距螺旋中，這就可使用特殊金屬材料制造，使腐蝕降到最小。
2、反應(yīng)螺旋可使用12個月，氣體發(fā)生爐為來層內(nèi)通高溫?zé)釟怏w。爐體、循環(huán)管、風(fēng)機(jī)、收粉器及送料螺旋等均作保溫處理。
3、反應(yīng)螺旋與立式爐是活連接，在一小時內(nèi)即可更換結(jié)束，不需要停產(chǎn)，因此該工藝每年生產(chǎn)天數(shù)可達(dá)330天左右。
4、可使用低品位螢石，原料價格低、消耗低、制造成本低，且可生產(chǎn)高質(zhì)量的HF。
5、提高了反應(yīng)效率；螢石的利用率可達(dá)到96％以上。國內(nèi)目前回轉(zhuǎn)爐法螢石利用率最高僅有85％。瑞士布斯公司預(yù)反應(yīng)器法螢石利用率為93％左右。直徑Ф1200mm的立式反應(yīng)爐是普通回轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量的10倍，設(shè)備價格僅為其1/2倍。
6、該系統(tǒng)生產(chǎn)的石膏渣是多孔微粒，是很好的水泥緩凝劑。
實施實例每小時生產(chǎn)330Kg的生產(chǎn)裝置設(shè)備組成如下①、螢石升溫螺旋；螺旋直徑Ф100mm螺距為40mm，煙氣層厚度50mm，外壁采用內(nèi)徑為Ф259mm厚度100mm的延棉管道保溫。
②、硫酸；硫酸泵一臺，輸送管道為Ф59×4.5的高硅鑄鐵管，夾層保溫厚度為50mm，長為3500mm。
③、螺距擴(kuò)散式混料螺旋；螺旋直徑為Ф100mm小螺距為30mm，最大螺距為120mm，長為1500mm，材質(zhì)為高硅鑄鐵，與反應(yīng)爐接，外壁用延棉管保溫④、立式氣流反應(yīng)爐；直徑Ф700mm鋼板卷制而成，爐體外壁夾層內(nèi)通熱氣，爐體筒高為8500mm，外壁用延棉保溫。
⑤、旋風(fēng)收粉器采用CLT/A 5.5四聯(lián)旋風(fēng)收粉器。外壁用延棉保溫。
⑥、石膏渣集料箱；箱體直徑為Ф1500mm，錐體內(nèi)設(shè)置錐形螺旋。
⑦、引風(fēng)機(jī)形號Y48-6.3c
實施工藝將CaF2含量為97％的螢石，用來自反射爐600℃的高溫氣體通過螺旋夾層管道升溫至350℃，再將其尾氣通過混料螺旋后送入硫酸夾層管道，將含量為98％的H2SO4升溫至140℃后排入大氣。將硫酸和螢石分別通過電磁流量計和螺旋計量后同時送入螺旋混料器，二者在混料器中急速反應(yīng)，在反應(yīng)的過程中物料急速排放氣體，固不會粘結(jié)螺旋，可在5秒內(nèi)將其送入立式反應(yīng)爐。混合物料被來自高壓離心通風(fēng)機(jī)以45米/秒速度的HF打散并揚(yáng)起，在反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有旋流葉片，在旋流葉片的作用下，氣流攜帶物料旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在運(yùn)動的過程中物料相互碰撞被粉碎，細(xì)碎后物料內(nèi)部的HF迅速移至顆粒表面，并失放出去，物料在反應(yīng)爐內(nèi)停留30秒左右，反應(yīng)效率達(dá)到96％以上。反應(yīng)后的物料被來自風(fēng)機(jī)和HF吸收裝置的負(fù)壓共同作用下，將HF氣體和物料同時吸入四聯(lián)旋風(fēng)收粉器，經(jīng)分離后固體物料被收集于集料箱中，反應(yīng)過程排出的氣體去粗餾、精餾制得高純度的HF氣體。石膏渣集料箱底部錐形處設(shè)置有錐形螺旋，用于定量連續(xù)排放石膏渣和封閉HF氣體。具有和風(fēng)機(jī)風(fēng)量相當(dāng)?shù)腍F氣體在風(fēng)機(jī)的作用下連續(xù)不斷地在封閉系統(tǒng)中循環(huán)輸送HF氣體，這樣就形成系統(tǒng)封閉無污染的HF氣體生產(chǎn)工藝。
立式氣流HF氣體發(fā)生爐排渣成份分析數(shù)據(jù)如下CaF2含量0.8％ H2SO4含量0.98％瑞士布斯公司預(yù)反應(yīng)器排渣成分如下CaF2含量2％ H2SO4含量0.5％國內(nèi)回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝排渣成分如下CaF2含量6.7％ H2SO4含量11％由上述排渣成分分析可知本生產(chǎn)工藝原料利用率和反應(yīng)效率均優(yōu)于目前國內(nèi)外現(xiàn)有水平。
權(quán)利要求
1.一種HF氣體的制造方法——立式氣流法HF氣體發(fā)生爐。其特征在于①、原料為螢石和硫酸。②、將螢石和硫酸分別升溫。③、兩種原料分別經(jīng)加熱后同時送入擴(kuò)散式螺距的螺旋中快速混合，迅速反應(yīng)，在5秒內(nèi)將混合物送入氣流發(fā)生爐。④、HF氣體生成工藝過程在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，解決了HF生產(chǎn)過程中污染嚴(yán)重的國際難題。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述其特征在于螢石和硫酸分別升溫到350℃和140℃。
3.快速反應(yīng)螺弦為錐型擴(kuò)散式螺距與立式爐相連。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述其特征在于反應(yīng)爐為立式靜止的外壁夾層，內(nèi)通熱氣體。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述其特征在于在風(fēng)機(jī)的作用下與風(fēng)機(jī)風(fēng)量相當(dāng)?shù)腍F氣體循環(huán)輸送混合物料。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述其特征在于由于高負(fù)壓狀態(tài)下排渣，所排的石膏渣不含HF氣體。
全文摘要
本發(fā)明是利用螢石和硫酸生產(chǎn)HF氣體的一種新方法。它是把硫酸和螢石分別通過計量并加熱至140℃和350℃后,同時送入混料器中,控制物料在5秒內(nèi)送入立式氣流發(fā)生爐,高速HF氣流和導(dǎo)流葉片的作用下物料呈旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動,在運(yùn)動的過程中物料相互碰撞被粉碎,并迅速釋放出其內(nèi)部的HF氣體,氣體攜帶物料進(jìn)入旋風(fēng)收粉器,固體物料落入集料箱中,經(jīng)錐形螺旋作用排出爐外。反應(yīng)生成的HF氣體經(jīng)凈化、精餾即得產(chǎn)品。與風(fēng)機(jī)風(fēng)量相當(dāng)?shù)腍F氣體循環(huán)輸送物料,形成無污染的封閉式HF生產(chǎn)工藝。
文檔編號C01B7/19GK1369429SQ01130559
公開日2002年9月18日 申請日期2001年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月2日
發(fā)明者張國臣 申請人:張國臣