浅析氟化氢生产设备问题分析与优化论文

浅析氟化氢生产设备问题分析与优化

小飞

(延长石油集团氟硅化工， 726000，中国)

摘要：无水氟化氢（AHF）是化学工业及国防工业的重要原料，主要用于生产氟盐、制冷剂、氟塑料等。在我国原子能工业、电子工业中发挥着重要作用，在国民经济中具有重要地位。现国外普遍采用萤石和硫酸作用制得。

工业氢氟酸的理化性质决定，氟化氢的水溶液为无色易流动液体，在空气中发烟，有强烈的腐蚀性和毒性，能侵蚀玻璃和碳钢设备，所以氟化氢生产过程中有大量的碳钢设备被其腐蚀损坏，产生的副产品含有大量的氟化氢气体和硫酸的挥发气体，对周围环境造成较大影响，给企业生产带来巨大的经济损失。

为了解决以上问题，我们对再沸器（冷凝器）、罐区液下泵、出渣系统予以改进和优化。从稳定生产、经济运行等方面为企业谋求更大的利润，全面提升企业市场竞争力。

关键词：腐蚀，环境污染，再沸器，系统优化

1 前言

无水氟化氢（AHF）是化学工业及国防工业的重要原料，主要用于生产氟盐、制冷剂、氟塑料等。现国外普遍采用萤石和硫酸作用制得。主化学反应方程式如下：CaF2(s)+H2SO4(1)=2HF(g)+CaSO4(s)，该反应是吸热反应，当反应温度为125℃时，△H=11.309kcal/mol；当反应温度为275℃时，△H=10.027kcal/mol。反应体系中同时存在气、固、液三相，所以又是复杂的多相反应。

生产中氟化氢几乎一直和水伴生，对生产设备有极大的腐蚀性，最快1台再沸器只能耐腐蚀仅有48小时；液下泵可在几小时由于腐蚀抱死而烧坏；系统出渣更是扬尘四起，对周围环境造成极大的破坏。这些问题氟化氢生产企业一般都会面临，有时会给企业带来上千万元的损失。针对以上问题我们将一一的进行分析和优化。

作者简介：小飞(1983-),男，工程师，从事设备管理研究工作，：

参考文献：

[1]陆祖勋.论萤石和硫酸的反应及其工艺[J].轻金属,2006, 4.

[2]UBEmiMe Mexa maNO9，1983．

[3]Edinburgh University Hydrogen fluoride Chemical engineering design presentation 2002-05-02

[4]化工基础/振坤，淑荣主编-北京：化学工业出版

[5]吴德荣.化工工艺设计手册.北京：化学工业，2009.

[6]王金荣.五金实用手册.北京：机械工业，2011.

[7]化工仪表及自动化/乐建波主编.-3版.北京：化学工业，2010.1.

[8]无机盐工艺手册第二版[M].天津化工研究院编.化学工业，2006.

[9]陆祖勋.干法氟化铝工艺简析[J].轻金属,2007,10.

[10]机械制图/朝儒，高政一主编-4版.北京：高等教育，2001.8.

2 简述无水氟化氢生产工艺

2.1 工艺流程

将萤石粉和硫酸、发烟硫酸按照一定的配比，在反应器外加热的条件下，生成粗氟化氢气体和固态硫酸钙。由于萤石中含有杂质二氧化硅、碳酸钙、金属氧化物、金属硫化物和浮选剂油酸等，同时反应中有四氟化硅、二氧化碳、二氧化硫的生成，粗氟化氢气体中还夹有萤石粉、硫酸和水，这些组分之间（除固体组分外）沸点相差较大，利用洗涤、冷凝、净化、精馏等工序除去杂质后，产出纯度较高的无水氟化氢。尾气经水吸收，产出纯度较高的氟硅酸后经碱洗吸收，达标排放[1]。

2.2 反应机理

2.2.1 主化学反应方程式

CaF2(s)+H2SO4(1)=2HF(g)+CaSO4(s)

该反应是吸热反应，当反应温度为125℃时，△H=11.309kcal/mol；当反应温度为275℃时，△H=10.027kcal/mol。反应体系中同时存在气、固、液三相，所以又是复杂的多相反应[2]。

2.2.2 具体反应步骤

CaF2(s)+2H2SO4(1)=2HF(g)+Ca(HSO4)2(s)

CaF2(s)+Ca(HSO4)2(s)=2HF(g)+2CaSO4(s)

由于萤石粉中含有SiO2、CaCO3、硫化物等杂质,会产生如下副反应：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2SiF6

CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2

CaS+H2SO4=H2S+CaSO4

2Fe+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O

SO2+2H2S= 2H2O+3S

其他副反应有：

H2SO4+HF=HSO3F+H2O

2HSO3F=2HF+2SO2+O2

氟磺酸（FSO3H）是一种腐蚀性很强的酸，在80℃时，HF转化为FSO3H的量高达7％，但随温度的升高而减少，在100℃时已接近于零。

理论生产配比：

CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4

78.08 98.07 40.22 136.14

配比 CaF2/H2SO4=78.08/98.07=1:1.26

（当有腐蚀介质存在时：浓硫酸2Fe+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O 稀硫酸Fe+H2SO4﹦FeSO4+H2↑）

在日常生产中考虑到萤石原料杂质及产地的影响，操作和设备情况，瞬间的损失等因素，操作配比可根据炉渣分析情况及时进行调节，一般萤石稍过量。

2.3 影响反应的因素

2.3.1 萤石和硫酸配料比

萤石和硫酸的相互作用遵循当量定律为CaF2：H2SO4 ≈ 0.8（重量比）。萤石和硫酸的合理配料很重要，硫酸配量过少会造成炉物料稠度高、萤石单耗高、萤石浪费；硫酸配料过多会造成炉物料过稀、粘壁、HF反应气体中硫酸浓度及氟磺酸浓度增加，从而影响产品质量，同时浪费硫酸。重要的是，硫酸配料过多会加剧反应炉（R-101A/B）壁的腐蚀，影响反应炉（R-101A/B）的使用寿命[3]。

2.3.2 发烟硫酸及98%硫酸的配料比