高純氟化氫銨的制備裝置及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高純氟化氫銨的制備裝置及制備方法，采用包括上部直筒反應(yīng)段和下部塊孔石墨換熱段的石墨反應(yīng)器,直筒反應(yīng)段及塊孔石墨換熱段側(cè)邊設(shè)有水循環(huán)系統(tǒng)。制備時改變冷卻方式，由用冷水循環(huán)冷卻改為用熱水循環(huán)冷卻，通過嚴(yán)格控制氣氨溫度及壓力穩(wěn)定實現(xiàn)精確計量。本發(fā)明充分利用反應(yīng)熱，實現(xiàn)蒸汽自給，生產(chǎn)穩(wěn)定性好，成品質(zhì)量高。
【專利說明】高純氟化氫銨的制備裝置及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工生產(chǎn)領(lǐng)域，具體是一種高純氟化氫銨的制備裝置及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氟化氫銨常用于石油、冶金、建材、紡織、電子、食品、醫(yī)藥工業(yè)作為清洗劑、蝕刻 齊U、處理劑、殺菌劑等。常壓常溫狀態(tài)為白色片狀晶體，相對密度1. 52,熔點(diǎn)126. 1°C，沸點(diǎn) 239. 1。。。
[0003] 以氨和氟化氫反應(yīng)制備氟化氫銨是制備氟化氫銨的主要途徑?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：NH3 + 2 HF ? NH4HF2 +Q，目前通行的制備方法有液相法和氣相法。液相法生產(chǎn)方法簡單，但不 能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)品純度低，環(huán)境污染嚴(yán)重，物耗高。氣相法工藝相對復(fù)雜，但能夠連續(xù)生產(chǎn)， 產(chǎn)品純度高，環(huán)境污染少，物耗低。
[0004] 傳統(tǒng)的氣相法生產(chǎn)工藝如下：用計量泵計量HF與液氨，經(jīng)汽化器汽化后送反應(yīng)器 合成熔融氟化氫銨，熔融氟化氫銨經(jīng)制片機(jī)冷卻，制成片狀氟化氫銨成品。氣態(tài)HF與氣態(tài) NH3在合成反應(yīng)器中反應(yīng)放出的反應(yīng)熱由循環(huán)冷卻水冷卻移走。汽化器所需蒸汽由鍋爐房 提供。本方法操作相對簡單，但仍存在許多問題： (1)氟化氫及氨計量不精確，產(chǎn)品質(zhì)量波動大。
[0005] (2)反應(yīng)器產(chǎn)能低，物料轉(zhuǎn)化率不足，物耗較高。
[0006] (3)生產(chǎn)穩(wěn)定性較差。由于氟化氫銨熔點(diǎn)為126. 1°C，而循環(huán)冷卻水溫度彡35°C， 運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生結(jié)晶堵塞設(shè)備，需定期停車進(jìn)行清洗處理。
[0007] (4)反應(yīng)熱沒有充分利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種高純氟化氫銨的制備裝置及制備方法，以保證生產(chǎn)的 穩(wěn)定性，提高物料轉(zhuǎn)化率。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種抗高純氟化氫銨的制備裝置，高純氟化氫銨 的制備裝置，包括依次連接的原料槽、中間計量槽、計量泵、HF氣化器、氨氣化器、反應(yīng)器、制 片機(jī)、成品儲罐，所述的制片機(jī)下端設(shè)有盛液盤，所述的盛液盤與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，所述的反 應(yīng)器為石墨反應(yīng)器，所述的石墨反應(yīng)器包括上部直筒反應(yīng)段和下部塊孔石墨換熱段，所述 直筒反應(yīng)段及塊孔石墨換熱段側(cè)邊設(shè)有水循環(huán)系統(tǒng)。
[0010] 因物料為強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，本發(fā)明采用石墨反應(yīng)器，石墨材料耐腐蝕性能好。由于反應(yīng) 段與冷卻段溫差較大，容易造成石墨內(nèi)件脆裂而影響反應(yīng)器生產(chǎn)安全及穩(wěn)定性，因此本發(fā) 明采用上、下兩段式石墨反應(yīng)器，上段采用直筒反應(yīng)段，夾套走水換熱。下段采用塊孔石墨 換熱器的形式，塊孔結(jié)構(gòu)石墨強(qiáng)度高，同時采用多孔形式，有利于物料接觸，提高物料轉(zhuǎn)化 率。
[0011] 優(yōu)選地，還包括氣氨緩沖罐，其與所述的氨氣化器連接。氣氨緩沖罐可穩(wěn)定進(jìn)氨氣 化器的氣氨壓力。
[0012] 還包括尾氣洗滌塔，其與所述的制片機(jī)連接。通過尾氣洗滌塔，可將尾氣氣除，減 小環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。
[0013] 還包括不合格品熔解槽，其與所述的制片機(jī)連接。在出現(xiàn)水分含量偏高的不合格 產(chǎn)品時，不合格品熔解槽能將其重新熔解加工成水分含量合格的產(chǎn)品，提高成品率。
[0014] 還包括若干冷卻設(shè)備，所述的冷卻設(shè)備與制片機(jī)及反應(yīng)器連接。
[0015] 其中，所述的冷卻設(shè)備為與制片機(jī)依次連接的冰水儲罐、冰水機(jī)、冰水機(jī)涼水塔， 及與反應(yīng)器連接的余熱回收器。
[0016] 本發(fā)明還公開了運(yùn)用該制備裝置制備高純氟化氫銨的方法，其制備步驟如下： 51. 開啟熱水循環(huán)系統(tǒng)，按1°C /min的升溫速度對反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)升溫，最終使直筒反 應(yīng)段溫度升至l〇5°C，塊孔石墨換熱段溫度升至130°C，反應(yīng)器的壓力控制在0. 6Mpa以下； 52. 向原料槽中加入無水氫氟酸至2/3液位； 53. 開啟中間計量槽，原料槽向中間計量槽送入無水氫氟酸至1/2液位，開啟計量泵進(jìn) 行調(diào)試，檢查流量計量是否穩(wěn)定，流量計量穩(wěn)定后，等待投料； 54. 送氣氨進(jìn)氨氣化器加熱，待氣氨溫度升至45°C時控制壓力為0. 08MPa，等待投料； 55. 開啟制片機(jī)，開啟與盛液盤連接的循環(huán)風(fēng)機(jī)，將盛液盤溫度提至140°C ; 56. 待反應(yīng)器塊孔石墨換熱段出口熱水溫度達(dá)到130°C后，將步驟S3的中間計量槽內(nèi) 的無水氫氟酸送至氣化器，并控制氣態(tài)氟化氫的溫度達(dá)到45°C ; 57. 向反應(yīng)器投料，先投步驟S6產(chǎn)生的氣態(tài)氟化氫，再投步驟S4產(chǎn)生的氣氨，調(diào)節(jié)水蒸 汽量確保塊孔石墨換熱段出口熱水溫度控制在130°C?135°C;控制這一溫度范圍可實現(xiàn)出 料不結(jié)晶堵塞設(shè)備。
[0017] S8.出料后，在制片機(jī)結(jié)晶得到氟化氫銨產(chǎn)品，并收集至成品儲罐內(nèi)。
[0018] 其中，步驟S6中先投氣態(tài)氟化氫，待反應(yīng)器出口有白煙冒出時，再投氣氨，控制氣態(tài) 氟化氫的流量為4. 5 L/min?6 L/min,控制氣氨的流量為152. 2戰(zhàn)3 /&?202. 9戰(zhàn)3 /&
[0019] 其中，步驟S4中氣氨的壓力控制采用二級調(diào)壓方式，先控壓至一級氣氨壓力 0.2Mpa，再控壓至二級氣氨壓力為0.08Mpa。
[0020] 采用上述制備方法，有如下有益效果： (1)改變冷卻方式，由用冷水循環(huán)冷卻改為用熱水循環(huán)冷卻。降低反應(yīng)器石墨內(nèi)件反 應(yīng)段與冷卻段溫差，確保反應(yīng)器熱應(yīng)力變化穩(wěn)定。根據(jù)反應(yīng)器的特點(diǎn)，反應(yīng)器上段采用? l〇5°C的熱水進(jìn)行循環(huán)冷卻，提高冷卻效率，同時產(chǎn)生?0. IMpa的蒸汽供氟化氫及氨汽化 器使用。下段采用?130°C (高于氟化氫銨熔點(diǎn)126. ΓΟ的熱水循環(huán)冷卻，確保出料不結(jié) 晶堵塞，同時付產(chǎn)?〇. 2Mpa的低壓蒸汽供氟化氫、氨汽化器及外送其他產(chǎn)品使用。以此實 現(xiàn)設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行，充分利用反應(yīng)熱，實現(xiàn)蒸汽自給，降低生產(chǎn)成本的目的。
[0021] (2)投料時先投氣態(tài)氟化氫，待反應(yīng)器出口有白煙冒出時，再投氣氨，控制氣態(tài)氟 化氫及氣氨的流量比例，可保證反應(yīng)物料的均勻混合及充分反應(yīng)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的高純氟 化氫銨產(chǎn)品，投料速度快，物料轉(zhuǎn)化率高。
[0022] (3)步驟S4中通過嚴(yán)格控制氣氨溫度及壓力穩(wěn)定實現(xiàn)精確計量。壓力控制由一級 控壓0. 08Mpa，優(yōu)化為先控壓至0. 2MPa，再控壓至0. 08Ma的二級控壓方式，確保進(jìn)反應(yīng)器氣 氨壓力與溫度精確控制，從而實現(xiàn)進(jìn)反應(yīng)器氣氨計量精確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 主要組件符號說明：1 :原料槽，2 :中間計量槽，3:計量泵，4 :HF氣化器，5:氨氣 化器，6 :氣氨緩沖罐，7 :反應(yīng)器，71 :直筒反應(yīng)段，72 :塊孔石墨換熱段，8 :制片機(jī)，81 :盛液 盤，82 :循環(huán)風(fēng)機(jī)，9 :成品儲罐，10 :尾氣洗滌塔，11 :不合格品熔解槽，12 :冰水儲罐，13 :冰 水機(jī)，14 :冰水機(jī)涼水塔，15 :余熱回收器。

【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種高純氟化氫銨的制備裝置，包括依次連接的原料 槽1、中間計量槽2、計量泵3、HF氣化器4、氨氣化器5、氣氨緩沖罐6、反應(yīng)器7、制片機(jī)8、成 品儲罐9。還包括尾氣洗滌塔10、不合格品熔解槽11及冷卻設(shè)備，尾氣洗滌塔10、不合格品 熔解槽11均與制片機(jī)8連接。冷卻設(shè)備為與制片機(jī)8依次連接的冰水儲罐12、冰水機(jī)13、 冰水機(jī)涼水塔14,及與反應(yīng)器7連接的余熱回收器15。制片機(jī)8下端設(shè)有盛液盤81，盛液 盤81與循環(huán)風(fēng)機(jī)82連接。
[0028] 如圖2所示，本發(fā)明的反應(yīng)器7為石墨反應(yīng)器7,石墨反應(yīng)器7包括上部直筒反應(yīng) 段71和下部塊孔石墨換熱段72,直筒反應(yīng)段71及塊孔石墨換熱段72側(cè)邊設(shè)有水循環(huán)系 統(tǒng)。石墨反應(yīng)器7采用兩段式，換熱效果突出，同時保證了反應(yīng)物料的均勻混合及充分反 應(yīng)，具有投料速度快、操作簡單、物料轉(zhuǎn)化率高、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品品質(zhì)高、安全性及環(huán)保性 優(yōu)越、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。采用熱水為換熱介質(zhì)，有效的保證了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，并有效 的利用了反應(yīng)熱。生產(chǎn)系統(tǒng)操作簡單、穩(wěn)定，生產(chǎn)成本較低。
[0029] 本發(fā)明還公開了運(yùn)用上述制備裝置制備高純氟化氫銨的方法，【具體實施方式】如 下： 實施例一 制備高純氟化氫銨的具體過程步驟如下： (1)開車準(zhǔn)備，檢查各設(shè)備、管道完好情況。
[0030] (2)向尾氣吸收槽加水至合格液位，開啟冷卻水，開啟尾氣洗滌塔10上的風(fēng)機(jī)及 循環(huán)泵。
[0031] (3)開啟熱水循環(huán)系統(tǒng)，將105°C及130°C熱水氣包送入脫鹽水至1/2液位，開啟 加熱蒸汽，開啟循環(huán)泵送水至石墨反應(yīng)器7,按1°C /min的升溫速度對反應(yīng)器7進(jìn)行循環(huán)升 溫，最終使直筒反應(yīng)段71溫度升至105°C，塊孔石墨換熱段72溫度升至130°C，反應(yīng)器7的 壓力控制在〇· 6Mpa以下； (4)開啟原料槽1冷卻鹽水。向原料槽1送入無水氫氟酸至2/3液位。
[0032] (5)開啟中間計量槽2冷卻鹽水。原料槽1向中間計量槽2送入無水氫氟酸至1/2 液位，開啟計量泵3進(jìn)行調(diào)試，檢查流量計量是否穩(wěn)定，流量計量穩(wěn)定后，等待投料； (6)送氣氨進(jìn)氨氣化器5加熱，待氣氨溫度升至45°C時開啟一級、二級穩(wěn)壓器氣氨閥， 控制一級二級壓力分別穩(wěn)定在〇. 2Mpa及0. 08Mpa，等待投料； (7) 開啟制片機(jī)8,開啟盛液盤81連接的循環(huán)風(fēng)機(jī)82,將盛液盤81溫度提至140°C ; (8) 待反應(yīng)器7塊孔石墨換熱段72出口熱水溫度達(dá)到130°C后，開啟HF氣化器4閥門， 將步驟中間計量槽內(nèi)的無水氫氟酸送至HF氣化器，并控制氣態(tài)氟化氫的溫度達(dá)到45°C，開 啟閥門送反應(yīng)器7投料生產(chǎn)。觀察反應(yīng)器7的出料口情況，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器7出口有白煙出來 后，開啟氣氨投料閥進(jìn)行氣氨投料。
[0033] (9)雙物料投料后，關(guān)閥計量泵3循環(huán)付線，控制HF投料量為4. 5L/min，控制氣氨 投料量為152. 2 /||,觀察出料情況，調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量，控制出料溫度至130°C，通過取樣 分析出料氟化氫銨含量，微調(diào)氣銨流量，實現(xiàn)快速品質(zhì)達(dá)標(biāo)。
[0034] (10)出料后，在制片機(jī)8結(jié)晶得到氟化氫銨產(chǎn)品，并收集至成品儲罐9內(nèi)。
[0035] 實施例二 投料的前期工作與實施例一相同，雙物料投料后，關(guān)閥計量泵循環(huán)付線，控制HF投料 量為5L/min，控制氣氨投料量為169. 1_3/纟,觀察出料情況，調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量，控制出料溫 度至132°C，通過取樣分析出料氟化氫銨含量，微調(diào)氣銨流量，實現(xiàn)快速品質(zhì)達(dá)標(biāo)。
[0036] 實施例三 投料的前期工作與實施例一相同，雙物料投料后，關(guān)閥計量泵循環(huán)付線，控制HF投料 量為6L/min，控制氣氨投料量為202. 9?3 觀察出料情況，調(diào)節(jié)熱水循環(huán)量，控制出料溫 度至135°C，通過取樣分析出料氟化氫銨含量，微調(diào)氣銨流量，實現(xiàn)快速品質(zhì)達(dá)標(biāo)。
[0037] 通過本發(fā)明方法所制備高純氟化氫銨所需的原料物耗見表1所示，從表1可以看 出通過本發(fā)明的方法制備高純氟化氫銨，物耗低于現(xiàn)有的液相法和傳統(tǒng)的氣相法，實現(xiàn)了 資源的更大利用。
[0038] 表1.本發(fā)明物耗情況與其它方法對比

【權(quán)利要求】
1. 高純氟化氫銨的制備裝置，包括依次連接的原料槽、中間計量槽、計量泵、HF氣化 器、氨氣化器、反應(yīng)器、制片機(jī)、成品儲罐，其特征在于：所述的制片機(jī)下端設(shè)有盛液盤，所述 的盛液盤與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，所述的反應(yīng)器為石墨反應(yīng)器，所述的石墨反應(yīng)器包括上部直筒 反應(yīng)段和下部塊孔石墨換熱段，所述直筒反應(yīng)段及塊孔石墨換熱段側(cè)邊設(shè)有水循環(huán)系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的高純氟化氫銨的制備裝置，其特征在于：還包括氣氨緩沖罐，其 與所述的氨氣化器連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的高純氟化氫銨的制備裝置，其特征在于：還包括尾氣洗滌塔，其 與所述的制片機(jī)連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的高純氟化氫銨的制備裝置，其特征在于：還包括不合格品熔解 槽，其與所述的制片機(jī)連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的高純氟化氫銨的制備裝置，其特征在于：還包括若干冷卻設(shè)備， 所述的冷卻設(shè)備與制片機(jī)及反應(yīng)器連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的高純氟化氫銨的制備裝置，其特征在于：所述的冷卻設(shè)備為與 制片機(jī)依次連接的冰水儲罐、冰水機(jī)、冰水機(jī)涼水塔，及與反應(yīng)器連接的余熱回收器。
7. 應(yīng)用如權(quán)利要求1-6任一項裝置制備高純氟化氫銨的方法，其特征在于，包括以下 步驟：
51. 開啟熱水循環(huán)系統(tǒng)，按1°C /min的升溫速度對反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)升溫，最終使直筒反 應(yīng)段溫度升至l〇5°C，塊孔石墨換熱段溫度升至130°C，反應(yīng)器的壓力控制在0. 6Mpa以下；
52. 向原料槽中加入無水氫氟酸至2/3液位；
53. 開啟中間計量槽，原料槽向中間計量槽送入無水氫氟酸至1/2液位，開啟計量泵進(jìn) 行調(diào)試，檢查流量計量是否穩(wěn)定，流量計量穩(wěn)定后，等待投料；
54. 送氣氨進(jìn)氨氣化器加熱，待氣氨溫度升至45 °C時控制壓力為0. 08MPa，等待投料；
55. 開啟制片機(jī)，開啟與盛液盤連接的循環(huán)風(fēng)機(jī)，將盛液盤溫度提至140°C ;
56. 待反應(yīng)器塊孔石墨換熱段出口熱水溫度達(dá)到130°C后，將步驟S3的中間計量槽內(nèi) 的無水氫氟酸送至氣化器，并控制氣態(tài)氟化氫的溫度達(dá)到45°C ;
57. 向反應(yīng)器投料，先投步驟S6產(chǎn)生的氣態(tài)氟化氫，再投步驟S4產(chǎn)生的氣氨，調(diào)節(jié)水蒸 汽量確保塊孔石墨換熱段出口熱水溫度控制在130°C?135°C ;
58. 出料后，在制片機(jī)結(jié)晶得到氟化氫銨產(chǎn)品，并收集至成品儲罐內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述的制備高純氟化氫銨的方法，其特征在于：步驟S7中先 投步驟S6產(chǎn)生的氣態(tài)氟化氫，待反應(yīng)器出口有白煙冒出時，再投步驟S4產(chǎn)生的 氣氨，控制氣態(tài)氟化氫的流量為4.5 L/min?6 L/min，控制氣氨的流量為152. 2 ·3/Α? 203·9·3/Α。
9. 如權(quán)利要求7所述的制備高純氟化氫銨的方法，其特征在于：步驟S4中氣氨的 壓力控制采用二級調(diào)壓方式，先控壓至一級氣氨壓力〇.2Mpa，再控壓至二級氣氨壓力為 0. 08Mpa〇
【文檔編號】C01C1/16GK104192864SQ201410426775
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】王忠臣, 林坤民, 吳培宏, 葉志平, 余水升, 付子良, 饒然奇 申請人:福建省順昌富寶騰達(dá)化工有限公司