侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

预反应器在氢氟酸生产中的应用

侯利芳

(多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454006 )

对原有基础法无水氟化氢生产工艺进行对比分析，介绍了预反应法生产工艺的流程及特点，并阐述了预反应器在生产中的应用效果。

无水氟化氢；生产工艺；预反应器

0 前言

氢氟酸是氟化学工业的基础，而我国则是全球氟化氢的最大生产国， 国内无水氟化氢生产线(AHF)居多，随着社会需求的增加，增加了许多小型生产线，然而面对市场需求，产品质量成了各个厂家竞争的热点，技术创新是一条必须走的捷径，而氢氟酸的反应装置是产品质量的源头，提高前端反应质量成为了大家所关注的话题。 原有的直接混合物料进行反应属于基础法生产工艺，在一些生产单位，对装置改造后，在混合物料过程配置了预反应器，被大家称为预反应法生产工艺，取得了良好的效果。本文通过将两种生产工艺进行分析对比，明确预反应器在氢氟酸生产应用的重要性。

1 基础法生产工艺

未经过预反应阶段，将萤石和硫酸投入炉体内进行反应的工艺，称为基础法生产工艺。它又分为内混法、外混法和内返渣三种工艺。

1.1 内混法

内混法是将萤石和硫酸直接注入炉内进行混合，它具有工艺简单，投资少的特点。但是，内混料存在两大缺点：①由于直接混合，原料混合不均匀，未反应完全的形成了渣包酸，粉尘容易导入后系统。渣包酸的出现，造成原料消耗大，能源大量浪费，同时过多的酸使炉体内部腐蚀严重，大大降低了炉体使用寿命。②投料愈多炉体腐蚀愈快，20 mm厚的炉内衬板一般只能使用3个月左右，甚至会更短。

1.2 外混法

在反应炉炉头前端增加一个外混器，萤石和硫酸先经外混器混合后，再输送进入炉体前段进行二次反应，此为外混法。外混器由于没有刮料机构，经常出现因堵塞外混器而造成装置停车，其从性质判断仍是属于基础法的范畴，反应不完全，且后续问题逐渐增加，增加了投资成本，浪费原料和能源。

1.3 内返渣

在基础法生产工艺中，后又出现在炉内安装内返渣装置的的方案，使一部分物料返回至炉头重新反应，破解渣包酸的含量。从原理上说，这对降低残渣中氟化钙成分有一定的效果。但是，一套内返渣装置重达30 t左右，炉子的附加质量大大增加了，驱动功率须增大一倍左右，减速机也需增大，不但能耗高，还要降低了炉子传动系统的使用寿命。

2 预反应法生产工艺

经过研究和技改实践，研制出预反应装置，配合炉体进行反应，获得了可观的效果，并有效地增加了生产量，被称为预反应法生产工艺。

根据氢氟酸反应工况及其强腐蚀介质的特点，炉体内温度控制在500 ℃左右，为了保证工艺可控，将萤石和硫酸先经过预反应器预反应后，再进入炉内进行反应的AHF生产装置。其过程有两个特点，分为前期反应和后期反应。前期反应叫作快速反应，在预反应器中反应，它根据料温条件能在短时间内反应，并转化出30%～40%的HF气体，由于副反应水分也在前期反应这一阶段产生，对设备产生强烈腐蚀；后期在炉体前段反应，也叫作慢速反应，需在2～3 h内反应完毕，因腐蚀高峰已过，降低了对炉体内部的腐蚀，增加了炉体的使用寿命，提高了资源利用率。

预反应法生产工艺，重点是预反应器装置，此装置由主轴螺旋，延伸段、筒体、加热系统、液压控制等构成，主轴螺旋的搅拌器壳体内壁面沿轴向设3行清洁销，圆周方向呈120°均布，每行14个，随着螺旋搅拌转动，螺旋桨叶片在所对应的清洁销之间穿行，其清洁销相对位置是在30°(根据工况选定角度)，其中的一行清洁销与桨叶侧面的最小间隙约为10 mm，帮助清除螺旋桨叶片黏结的物料。被混合的物料进入到延伸段，此段作用是将混合的物料运送至反应炉内。延伸段螺旋跟随主轴转动旋转的360°作轴向往复运动，其桨叶在推动物料的过程中外表面会遗留下部分沉积物料，清洁销能起到清洁桨叶上堆积物料的作用。

采用预反应法生产工艺的目的，就是利用HF两个阶段的反应特点，使前期反应在预反应器内进行，由镍基合金材料制作的预反应器承担腐蚀高峰，因炉子只承担后期反应，从而得到了有效的保护，延长了使用寿命，炉内也不必设衬板。从它的反应性质看，预反应法反应是当前最先进、最合理的AHF生产手段，比基础法反应速度快，效率高。

3 预反应法生产工艺特点

内返料装置位于炉体前端主反应区域属于固—液反应器，投料时萤石和浓硫酸在此混合，通过加热系统达到反应温度进行预反应，然后被推进反应炉。即把反应引起对炉体腐蚀最严重阶段放在了预反应器中进行，减轻对反应炉的腐蚀，如此，预反应器就承担了腐蚀高峰阶段防腐压力，整个反应过程是一个快速反应。根据料温条件在短时间内反应，并转化出30%～40%的氢氟酸气体，而此时形成的物料混合物状态对炉体的腐蚀量已经降到最低。为了做好预反应器防腐，预反应器采用了镍基合金材料[1]。

优点如下：①从预反应器观察口可以直接观察反应情况，使反应处于受控状态。②设置了萤石和硫酸预热系统，确保前期反应顺利进行，有效地保护炉子。③设置了洗涤循环系统，炉气经大流量循环洗涤后，粉尘和高沸物已基本洗净，精馏残酸大为减少，这是和基础法生产工艺最根本的区别。④设置了硫酸吸收循环系统，不但提高了HF回收率，更确保安全检修环境。

4 在预反应法生产工艺中的应用效果

从预反应器使用情况看，开车一个月以后装置负荷率便达到了140%左右，投入和产出比、产品质量、单位消耗等指标都已基本达标。在制冷、蒸汽等条件稳定情况下，一台万吨炉可实现年产AHF 1.4万t左右，一年增效350万～400万元，当年就可收回预反应器投资，三年回收装置改造的全部费用，投资回报率远比基础法生产工艺高。就生产环境而言，预反应法生产工艺无论从安全和环境保护等方面，都有着诸多的优势。因此，预反应法生产工艺已是氢氟酸行业发展的方向。预反应器的镍基合金材料虽然大多还需从国外引进，但国内整机造价只为国外引进价的20%左右，可为国家节省大量外汇，意义非常重大。

近几年，国内新增的预反应器生产线诸多，但应用不是都理想，应用效果不佳的主要原因有以下几条：①由基础法工艺改造为预反应法工艺的，由于原基础法装置设备布局已定，存在先天原因造成应用效果不理想。②新上的预反应法装置虽是新设计的，由于缺少实践经验，开车后效果不理想，需要整改。③预反应器是预反应法生产工艺中的关键设备，制造质量的好坏直接影响装置正常运行。

5 结束语

采用预反应法法生产工艺，能延长炉子的使用寿命，增产潜力得以充分发挥。工艺设计和预反应器制造技术是预反应法法生产工艺中的关键技术。公司现生产线都在使用此装置，反应炉的使用寿命已达五年没，有任何腐蚀损耗，维修率大大延长了，物料得到充分反应，石膏渣原料残余量很低，带来了可观的经济效益，已成功走向产量化生产，本方案仅供行业借鉴参考。

2017-01-19

侯利芳(1986- )，女，工程师，从事无机氟化物研发、生产及非标设备设计工作，E-mail：houlifang18@163.com。

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