高纯氟化氢铵的制备装置及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高纯氟化氢铵的制备装置及制备方法，采用包括上部直筒反应段和下部块孔石墨换热段的石墨反应器,直筒反应段及块孔石墨换热段侧边设有水循环系统。制备时改变冷却方式，由用冷水循环冷却改为用热水循环冷却，通过严格控制气氨温度及压力稳定实现精确计量。本发明充分利用反应热，实现蒸汽自给，生产稳定性好，成品质量高。
【专利说明】高纯氟化氢铵的制备装置及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工生产领域，具体是一种高纯氟化氢铵的制备装置及制备方法。
【背景技术】
[0002] 氟化氢铵常用于石油、冶金、建材、纺织、电子、食品、医药工业作为清洗剂、蚀刻 齐U、处理剂、杀菌剂等。常压常温状态为白色片状晶体，相对密度1. 52,熔点126. 1°C，沸点 239. 1。。。
[0003] 以氨和氟化氢反应制备氟化氢铵是制备氟化氢铵的主要途径。化学反应式为：NH3 + 2 HF ? NH4HF2 +Q，目前通行的制备方法有液相法和气相法。液相法生产方法简单，但不 能连续生产，产品纯度低，环境污染严重，物耗高。气相法工艺相对复杂，但能够连续生产， 产品纯度高，环境污染少，物耗低。
[0004] 传统的气相法生产工艺如下：用计量泵计量HF与液氨，经汽化器汽化后送反应器 合成熔融氟化氢铵，熔融氟化氢铵经制片机冷却，制成片状氟化氢铵成品。气态HF与气态 NH3在合成反应器中反应放出的反应热由循环冷却水冷却移走。汽化器所需蒸汽由锅炉房 提供。本方法操作相对简单，但仍存在许多问题： (1)氟化氢及氨计量不精确，产品质量波动大。
[0005] (2)反应器产能低，物料转化率不足，物耗较高。
[0006] (3)生产稳定性较差。由于氟化氢铵熔点为126. 1°C，而循环冷却水温度彡35°C， 运行过程中容易产生结晶堵塞设备，需定期停车进行清洗处理。
[0007] (4)反应热没有充分利用。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种高纯氟化氢铵的制备装置及制备方法，以保证生产的 稳定性，提高物料转化率。
[0009] 为实现上述目的，本发明公开了一种抗高纯氟化氢铵的制备装置，高纯氟化氢铵 的制备装置，包括依次连接的原料槽、中间计量槽、计量泵、HF气化器、氨气化器、反应器、制 片机、成品储罐，所述的制片机下端设有盛液盘，所述的盛液盘与循环风机连接，所述的反 应器为石墨反应器，所述的石墨反应器包括上部直筒反应段和下部块孔石墨换热段，所述 直筒反应段及块孔石墨换热段侧边设有水循环系统。
[0010] 因物料为强腐蚀介质，本发明采用石墨反应器，石墨材料耐腐蚀性能好。由于反应 段与冷却段温差较大，容易造成石墨内件脆裂而影响反应器生产安全及稳定性，因此本发 明采用上、下两段式石墨反应器，上段采用直筒反应段，夹套走水换热。下段采用块孔石墨 换热器的形式，块孔结构石墨强度高，同时采用多孔形式，有利于物料接触，提高物料转化 率。
[0011] 优选地，还包括气氨缓冲罐，其与所述的氨气化器连接。气氨缓冲罐可稳定进氨气 化器的气氨压力。
[0012] 还包括尾气洗涤塔，其与所述的制片机连接。通过尾气洗涤塔，可将尾气气除，减 小环境污染，实现绿色生产。
[0013] 还包括不合格品熔解槽，其与所述的制片机连接。在出现水分含量偏高的不合格 产品时，不合格品熔解槽能将其重新熔解加工成水分含量合格的产品，提高成品率。
[0014] 还包括若干冷却设备，所述的冷却设备与制片机及反应器连接。
[0015] 其中，所述的冷却设备为与制片机依次连接的冰水储罐、冰水机、冰水机凉水塔， 及与反应器连接的余热回收器。
[0016] 本发明还公开了运用该制备装置制备高纯氟化氢铵的方法，其制备步骤如下： 51. 开启热水循环系统，按1°C /min的升温速度对反应器进行循环升温，最终使直筒反 应段温度升至l〇5°C，块孔石墨换热段温度升至130°C，反应器的压力控制在0. 6Mpa以下； 52. 向原料槽中加入无水氢氟酸至2/3液位； 53. 开启中间计量槽，原料槽向中间计量槽送入无水氢氟酸至1/2液位，开启计量泵进 行调试，检查流量计量是否稳定，流量计量稳定后，等待投料； 54. 送气氨进氨气化器加热，待气氨温度升至45°C时控制压力为0. 08MPa，等待投料； 55. 开启制片机，开启与盛液盘连接的循环风机，将盛液盘温度提至140°C ; 56. 待反应器块孔石墨换热段出口热水温度达到130°C后，将步骤S3的中间计量槽内 的无水氢氟酸送至气化器，并控制气态氟化氢的温度达到45°C ; 57. 向反应器投料，先投步骤S6产生的气态氟化氢，再投步骤S4产生的气氨，调节水蒸 汽量确保块孔石墨换热段出口热水温度控制在130°C?135°C;控制这一温度范围可实现出 料不结晶堵塞设备。
[0017] S8.出料后，在制片机结晶得到氟化氢铵产品，并收集至成品储罐内。
[0018] 其中，步骤S6中先投气态氟化氢，待反应器出口有白烟冒出时，再投气氨，控制气态 氟化氢的流量为4. 5 L/min?6 L/min,控制气氨的流量为152. 2战3 /&?202. 9战3 /&
[0019] 其中，步骤S4中气氨的压力控制采用二级调压方式，先控压至一级气氨压力 0.2Mpa，再控压至二级气氨压力为0.08Mpa。
[0020] 采用上述制备方法，有如下有益效果： (1)改变冷却方式，由用冷水循环冷却改为用热水循环冷却。降低反应器石墨内件反 应段与冷却段温差，确保反应器热应力变化稳定。根据反应器的特点，反应器上段采用? l〇5°C的热水进行循环冷却，提高冷却效率，同时产生?0. IMpa的蒸汽供氟化氢及氨汽化 器使用。下段采用?130°C (高于氟化氢铵熔点126. ΓΟ的热水循环冷却，确保出料不结 晶堵塞，同时付产?〇. 2Mpa的低压蒸汽供氟化氢、氨汽化器及外送其他产品使用。以此实 现设备长周期稳定运行，充分利用反应热，实现蒸汽自给，降低生产成本的目的。
[0021] (2)投料时先投气态氟化氢，待反应器出口有白烟冒出时，再投气氨，控制气态氟 化氢及气氨的流量比例，可保证反应物料的均匀混合及充分反应，生产出高质量的高纯氟 化氢铵产品，投料速度快，物料转化率高。
[0022] (3)步骤S4中通过严格控制气氨温度及压力稳定实现精确计量。压力控制由一级 控压0. 08Mpa，优化为先控压至0. 2MPa，再控压至0. 08Ma的二级控压方式，确保进反应器气 氨压力与温度精确控制，从而实现进反应器气氨计量精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明装置的结构示意图。
[0024] 图2为本发明反应器的结构示意图。
[0025] 主要组件符号说明：1 :原料槽，2 :中间计量槽，3:计量泵，4 :HF气化器，5:氨气 化器，6 :气氨缓冲罐，7 :反应器，71 :直筒反应段，72 :块孔石墨换热段，8 :制片机，81 :盛液 盘，82 :循环风机，9 :成品储罐，10 :尾气洗涤塔，11 :不合格品熔解槽，12 :冰水储罐，13 :冰 水机，14 :冰水机凉水塔，15 :余热回收器。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。
[0027] 如图1所示，本发明公开了一种高纯氟化氢铵的制备装置，包括依次连接的原料 槽1、中间计量槽2、计量泵3、HF气化器4、氨气化器5、气氨缓冲罐6、反应器7、制片机8、成 品储罐9。还包括尾气洗涤塔10、不合格品熔解槽11及冷却设备，尾气洗涤塔10、不合格品 熔解槽11均与制片机8连接。冷却设备为与制片机8依次连接的冰水储罐12、冰水机13、 冰水机凉水塔14,及与反应器7连接的余热回收器15。制片机8下端设有盛液盘81，盛液 盘81与循环风机82连接。
[0028] 如图2所示，本发明的反应器7为石墨反应器7,石墨反应器7包括上部直筒反应 段71和下部块孔石墨换热段72,直筒反应段71及块孔石墨换热段72侧边设有水循环系 统。石墨反应器7采用两段式，换热效果突出，同时保证了反应物料的均匀混合及充分反 应，具有投料速度快、操作简单、物料转化率高、生产能力大、产品品质高、安全性及环保性 优越、运行成本低等优点。采用热水为换热介质，有效的保证了设备的运行稳定性，并有效 的利用了反应热。生产系统操作简单、稳定，生产成本较低。
[0029] 本发明还公开了运用上述制备装置制备高纯氟化氢铵的方法，【具体实施方式】如 下： 实施例一 制备高纯氟化氢铵的具体过程步骤如下： (1)开车准备，检查各设备、管道完好情况。
[0030] (2)向尾气吸收槽加水至合格液位，开启冷却水，开启尾气洗涤塔10上的风机及 循环泵。
[0031] (3)开启热水循环系统，将105°C及130°C热水气包送入脱盐水至1/2液位，开启 加热蒸汽，开启循环泵送水至石墨反应器7,按1°C /min的升温速度对反应器7进行循环升 温，最终使直筒反应段71温度升至105°C，块孔石墨换热段72温度升至130°C，反应器7的 压力控制在〇· 6Mpa以下； (4)开启原料槽1冷却盐水。向原料槽1送入无水氢氟酸至2/3液位。
[0032] (5)开启中间计量槽2冷却盐水。原料槽1向中间计量槽2送入无水氢氟酸至1/2 液位，开启计量泵3进行调试，检查流量计量是否稳定，流量计量稳定后，等待投料； (6)送气氨进氨气化器5加热，待气氨温度升至45°C时开启一级、二级稳压器气氨阀， 控制一级二级压力分别稳定在〇. 2Mpa及0. 08Mpa，等待投料； (7) 开启制片机8,开启盛液盘81连接的循环风机82,将盛液盘81温度提至140°C ; (8) 待反应器7块孔石墨换热段72出口热水温度达到130°C后，开启HF气化器4阀门， 将步骤中间计量槽内的无水氢氟酸送至HF气化器，并控制气态氟化氢的温度达到45°C，开 启阀门送反应器7投料生产。观察反应器7的出料口情况，发现反应器7出口有白烟出来 后，开启气氨投料阀进行气氨投料。
[0033] (9)双物料投料后，关阀计量泵3循环付线，控制HF投料量为4. 5L/min，控制气氨 投料量为152. 2 /||,观察出料情况，调节热水循环量，控制出料温度至130°C，通过取样 分析出料氟化氢铵含量，微调气铵流量，实现快速品质达标。
[0034] (10)出料后，在制片机8结晶得到氟化氢铵产品，并收集至成品储罐9内。
[0035] 实施例二 投料的前期工作与实施例一相同，双物料投料后，关阀计量泵循环付线，控制HF投料 量为5L/min，控制气氨投料量为169. 1_3/纟,观察出料情况，调节热水循环量，控制出料温 度至132°C，通过取样分析出料氟化氢铵含量，微调气铵流量，实现快速品质达标。
[0036] 实施例三 投料的前期工作与实施例一相同，双物料投料后，关阀计量泵循环付线，控制HF投料 量为6L/min，控制气氨投料量为202. 9?3 观察出料情况，调节热水循环量，控制出料温 度至135°C，通过取样分析出料氟化氢铵含量，微调气铵流量，实现快速品质达标。
[0037] 通过本发明方法所制备高纯氟化氢铵所需的原料物耗见表1所示，从表1可以看 出通过本发明的方法制备高纯氟化氢铵，物耗低于现有的液相法和传统的气相法，实现了 资源的更大利用。
[0038] 表1.本发明物耗情况与其它方法对比
【权利要求】
1. 高纯氟化氢铵的制备装置，包括依次连接的原料槽、中间计量槽、计量泵、HF气化 器、氨气化器、反应器、制片机、成品储罐，其特征在于：所述的制片机下端设有盛液盘，所述 的盛液盘与循环风机连接，所述的反应器为石墨反应器，所述的石墨反应器包括上部直筒 反应段和下部块孔石墨换热段，所述直筒反应段及块孔石墨换热段侧边设有水循环系统。
2. 如权利要求1所述的高纯氟化氢铵的制备装置，其特征在于：还包括气氨缓冲罐，其 与所述的氨气化器连接。
3. 如权利要求1所述的高纯氟化氢铵的制备装置，其特征在于：还包括尾气洗涤塔，其 与所述的制片机连接。
4. 如权利要求1所述的高纯氟化氢铵的制备装置，其特征在于：还包括不合格品熔解 槽，其与所述的制片机连接。
5. 如权利要求1所述的高纯氟化氢铵的制备装置，其特征在于：还包括若干冷却设备， 所述的冷却设备与制片机及反应器连接。
6. 如权利要求5所述的高纯氟化氢铵的制备装置，其特征在于：所述的冷却设备为与 制片机依次连接的冰水储罐、冰水机、冰水机凉水塔，及与反应器连接的余热回收器。
7. 应用如权利要求1-6任一项装置制备高纯氟化氢铵的方法，其特征在于，包括以下 步骤：
51. 开启热水循环系统，按1°C /min的升温速度对反应器进行循环升温，最终使直筒反 应段温度升至l〇5°C，块孔石墨换热段温度升至130°C，反应器的压力控制在0. 6Mpa以下；
52. 向原料槽中加入无水氢氟酸至2/3液位；
53. 开启中间计量槽，原料槽向中间计量槽送入无水氢氟酸至1/2液位，开启计量泵进 行调试，检查流量计量是否稳定，流量计量稳定后，等待投料；
54. 送气氨进氨气化器加热，待气氨温度升至45 °C时控制压力为0. 08MPa，等待投料；
55. 开启制片机，开启与盛液盘连接的循环风机，将盛液盘温度提至140°C ;
56. 待反应器块孔石墨换热段出口热水温度达到130°C后，将步骤S3的中间计量槽内 的无水氢氟酸送至气化器，并控制气态氟化氢的温度达到45°C ;
57. 向反应器投料，先投步骤S6产生的气态氟化氢，再投步骤S4产生的气氨，调节水蒸 汽量确保块孔石墨换热段出口热水温度控制在130°C?135°C ;
58. 出料后，在制片机结晶得到氟化氢铵产品，并收集至成品储罐内。
8. 如权利要求7所述的制备高纯氟化氢铵的方法，其特征在于：步骤S7中先 投步骤S6产生的气态氟化氢，待反应器出口有白烟冒出时，再投步骤S4产生的 气氨，控制气态氟化氢的流量为4.5 L/min?6 L/min，控制气氨的流量为152. 2 ·3/Α? 203·9·3/Α。
9. 如权利要求7所述的制备高纯氟化氢铵的方法，其特征在于：步骤S4中气氨的 压力控制采用二级调压方式，先控压至一级气氨压力〇.2Mpa，再控压至二级气氨压力为 0. 08Mpa〇
【文档编号】C01C1/16GK104192864SQ201410426775
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】王忠臣, 林坤民, 吴培宏, 叶志平, 余水升, 付子良, 饶然奇 申请人:福建省顺昌富宝腾达化工有限公司