制备氟化氢的方法和设备的制作方法

专利名称：制备氟化氢的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备氟化氢的设备和方法。更详细地说，本发明涉及用于使金属氟化物与硫酸、发烟硫酸和水或者与它们的混合物反应来以工业规模制备氟化氢的反应器，包括所述反应器的制备设备，以及采用所述设备的制备方法。
背景技术：
目前，作为氟化氢(HF)的工业制备方法，可以使用使金属氟化物与硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应的方法。这些方法中最熟知的方法的例子如下。首先，以硫酸(H2SO4)与金属氟化物萤石(以CaF2为主要成份)作为原料，分别加入到能够固液混练的外部加热式捏合机等预反应器(或者混练机)中。通过用所述预反应器将原料加热同时进行混练，使反应部分地进行，生成氟化氢。接着，从预反应器将生成的反应混合物转移到外热式回转炉中。通过用所述外热式回转炉加热所述反应混合物同时将反应混合物进行滚动，使反应进一步进行，进一步生成氟化氢，以气态生成物的形式得到氟化氢。所述预反应器和回转炉通常是由Ni、Cr、Mo、Fe等构成的耐腐蚀性合金，例如哈斯特洛伊耐蚀高镍合金制成，或者由所述耐腐蚀性合金衬里。作为这类氟化氢的制备方法，可举出例如特公平4-40282号公报中所述的方法。
所述方法使用的由硫酸(或者发烟硫酸或水，或者其与硫酸的混合物)和金属氟化物萤石制备氟化氢的反应(以下，简单称为“氟化氢生成反应”)是吸热反应，而且，为了进行所述吸热反应，需要高温加热，因此，这种含有硫酸的反应体系的腐蚀性极强。又由于反应混合物(包括原料和反应生成物)含有在氟化氢生成反应中作为副产物生成的石膏(CaSO4)、未反应的萤石和硫酸，因此，呈浆料状或者糊状的状态，对反应器的内表面等具有很高的附着性。因此，不仅要求用于实施所述反应的反应器(预反应器和回转炉)能够加热反应混合物，而且还需要暴露于反应体系的反应器的内表面和与反应器组合的其它元件(例如搅拌叶片等)具有足够的耐腐蚀性，并能够处理浆料状或者糊状的高附着性反应混合物。
在所述预反应器和回转炉中，向反应混合物提供热是通过在反应混合物接触反应器和回转炉的内表面时从内表面传热来进行，反应混合物不仅与内表面(即传热表面)接触，而且不断附着在内表面上，发生残留不被转移，而在内表面上形成附着物。如果在内表面上形成厚的附着物，从预反应器或者回转炉的内表面向反应混合物本体(即未形成附着物的反应混合物)传热的效率降低，而使反应速度降低，因此，存在制备能力明显降低的问题。
为了防止形成厚的附着物，通常，分别用搅拌叶片和/或刮取装置(或者刮刀)的顶端部分刮取在预反应器和/或回转炉的内表面上附着的反应混合物。这样，存在于所述顶端部分和内表面之间的间隙(下面简称为“间隙”)中的、根据不同情况部分附着的反应混合物(或者内容物)，通过顶端部分相对于内表面进行相对移动产生的剪切力的作用，提前防止附着，或者在已经附着的情况下，从内表面上将附着的反应混合物刮下来。
这些搅拌叶片或者刮取装置的顶端部分，对所述顶端部分和内表面之间的间隙中的反应混合物提供足够的剪切力，可有效地刮取附着的反应混合物，并且这些搅拌叶片或者刮取装置的顶端部分可以与所述内表面接触设置，但需要提供相当于接触所承受的剩余的动力；或者与内表面不接触以极小的间隙设置，以便不损伤内表面。更详细地，在预反应器中，为了使混练用搅拌叶片的顶端部分刮取附着在预反应器内表面的反应混合物，应设计使搅拌叶片顶端部分和内表面之间具有较小的间隙。另一方面，在回转炉中，为了使刮取装置的顶端部分刮取回转炉内表面上附着的反应混合物，刮取装置以与预反应器相同程度大小的间隙设置，有时与内表面接触设置。
但是，所述由Ni、Cr、Mo、Fe等构成的哈斯特洛伊耐蚀高镍合金材料具有高耐腐蚀性，但不一定具有足够的耐磨性，因此如果作为内表面或者与所述内表面间隙小(根据情况与所述内表面接触)的顶端部分材料使用，存在短时间内顶端部分和/或内表面严重磨耗的问题。这是因为，如果减小顶端部分与内表面的间隙，所述间隙附近的顶端部分和/或内表面受到由反应混合物产生的摩擦阻力增大。随着顶端部分和内表面磨耗的进行，它们之间的间隙逐渐增加，因此，刮取附着在内表面上的反应混合物的能力不足，在内表面上形成厚的附着物。
因此，随着设备运行时间的增加，在内表面上形成更厚的附着物，从所述内表面向反应混合物本体供给的热量减少，传热效率减小，氟化氢的制备设备整体的制备能力降低。结果，为了恢复氟化氢的制备设备的制备能力，对预反应器的搅拌叶片和/或内表面、和/或回转炉的刮取装置和/或内表面，特别是对预反应器的搅拌叶片进行修补、更换等维护，必须定期频繁的停机。

发明内容
本发明的目的在于解决上述现有的问题。更详细地说，本发明提供一种反应器，该反应器用于使金属氟化物与硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法，所述反应器具有提供剪切力的装置(例如搅拌叶片和刮取装置)，该装置对其与反应器的内表面之间的内容物(反应混合物)提供剪切力，并能够有效地降低所述装置顶端部分的磨耗。本发明还提供包括所述反应器的制备设备和采用所述设备的制备方法。
本发明提供的反应器用于使金属氟化物与硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法，所述反应器具有提供剪切力的装置，该装置对其与反应器内表面之间的内容物(反应混合物)提供剪切力。与反应器内表面相对的所述装置部分的至少一部分，优选全部由含有(I)选自镍、铬、钴、铁、钨和碳中的至少一种元素的材料，特别是两种以上元素的合金，和(II)30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。这些金属材料具有在氟化氢生成反应体系中提高的耐磨性和耐腐蚀性，通过采用所述金属材料制备与内表面相对的提供剪切力的装置的部分，例如，顶端部分的至少一部分，能够有效地降低所述部分的磨耗。下面，将具有所述组成的金属材料简单地称为“耐磨性、耐腐蚀性金属材料”。
例如，作为所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料，可以采用含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳中至少一种元素的材料，特别是在含有两种以上元素的合金构成的金属基体中分散由碳化钨构成的微粒的材料。
所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料包括含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳中的至少一种元素的材料或者含有两种以上元素的合金，优选以钴为基的合金，更优选含有钴和铬的合金，和碳化钨。碳化钨的含量基于耐磨性、耐腐蚀性金属材料的总量为30～90重量％，优选50～70重量％。而且，基于耐磨性、耐腐蚀性金属材料的总量优选钴含量为5～40重量％，铬含量为5～20重量％。
更详细地说，本发明通过在提供剪切力的装置的顶端部分(或者缘部分或边缘部分)的至少一部分，优选整体上，通过焊接等接合所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料来实施，由此，可以有效地降低所述反应器中设置的所述装置的磨耗。在提供剪切力的装置的顶端部分的一部分采用耐磨性、耐腐蚀性金属材料时，耐磨性、耐腐蚀性金属材料相对于接合前本来的顶端部分可以是突出的，或者也可以是与本来顶端部分齐平的面(例如埋入接合前本来的顶端部分中)。特别是，为了覆盖整个接合前本来的顶端部分，或者在整个本来顶端部分上增长，提供剪切力装置的整个顶端部分可以采用耐磨性、耐腐蚀性金属材料。
另外，除提供剪切力的装置采用耐磨性、耐腐蚀性金属材料之外，优选用所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料形成反应器的内表面的至少一部分。由此，能够有效地降低反应器内表面的磨耗。具体地说，由哈斯特洛伊耐蚀高镍合金等一般的耐腐蚀性金属材料构成，或者在由所述耐腐蚀性金属材料衬里的现有反应器的内表面上通过焊接等接合由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成的多个条带，部分覆盖反应器内表面，更优选地，通过用所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料整体覆盖反应器的内表面，能够增强反应器内表面。与内表面接合的条带可设置成条状、格子(锯齿状格子)状或者点状等规则的或者不规则的任意适当的形状。
本发明特别适合于提供剪切力的装置的顶端部分具有能将附着在反应器内表面上的内容物(或者反应混合物)刮下的功能和作为所述装置整体上混练内容物的功能的情况。
本发明氟化氢的制备方法所采用的氟化氢生成反应可以利用(1)金属氟化物与硫酸的反应，(2)金属氟化物与发烟硫酸和水的反应，和(3)金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水的混合物的反应中的任意一个反应。
在优选的方案中，反应器是混合金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物并使它们部分反应的预反应器。这时，更详细地说，提供剪切力的装置是搅拌叶片，所述装置与反应器内表面相对的部分是搅拌叶片的顶端部分。在所述预反应器中，所述顶端部分的至少一部分，优选全部由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成。替代地，除此之外，优选内表面的至少一部分，更优选全部由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料构成。
本发明所采用的预反应器是设置有短轴式或者多轴式的任意适当数量的搅拌叶片、搅拌叶片的顶端部分和反应器内表面之间的间隙足够小的外部加热式反应器。例如，可以采用能混练高粘度物质的、设置有螺旋型、螺旋叶片型、柱栓型、∑型、Z型和鱼尾型等的一种或者一种以上的搅拌叶片的外热式混练器(混合机或者捏合机等)等。在两个或者两个以上的轴上分别设置一对∑型、Z型和鱼尾型等搅拌叶片的混合器中，搅拌叶片可以以切线形式或者重叠形式等任意合适的形式操作。
在其它方案中，反应器是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成的反应混合物进一步反应的回转炉。这时，更详细地，提供剪切力的装置是刮取装置，所述装置与内表面相对的部分是刮取装置的顶端部分。在所述回转炉中，所述顶端部分的至少一部分，优选全部可由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成。替代地，除此之外，优选内表面的至少一部分，更优选全部由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成。在回转炉中，通过其圆筒形的内表面在圆周方向上转动，可滚动内容物(反应混合物)进行混合。
本发明所采用的回转炉可以使用通常具有圆筒形内表面、刮取装置的顶端部分和内表面之间的间隙足够小、或者所述顶端部分与内表面接触的外部加热式反应器。而且，回转炉具备的刮取装置可以是例如螺旋叶片、柱栓或者带叶片的棒状内插物等。通过在回转炉内表面转动的同时刮取装置(棒状内插物)转动，螺旋叶片、柱栓或者叶片等的顶端部分刮取附着在回转炉内表面上的反应混合物。但是，采用沿着回转炉的长度方向延伸的叶片时，还可以固定刮取装置。而且，刮取装置的转动轴相对于回转炉的转动轴，可以同轴配置，也可以偏心配置。
本发明的另一个要点是提供一种制备设备，其特征在于在使金属氟化物与硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的设备中采用本发明的反应器。在所述制备设备中，提供剪切力的装置相对于反应器内表面的部分的至少一部分，优选全部，由所述耐腐蚀性、耐磨性金属材料制成。替代地，除此之外，优选内表面的至少一部分，更优选全部由所述耐腐蚀性、耐磨性金属材料制成。
特别是，在制备氟化氢的设备包括预反应器和回转炉时，优选将预反应器和回转炉的至少其中之一，优选二者作为本发明的反应器。例如，预反应器的搅拌叶片和/或回转炉的刮取装置，优选二者顶端部分的至少一部分，更优选全部由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成。替代地，除此之外，优选预反应器和/或回转炉，更优选该二者的内表面的至少一部分，再更优选全部由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成。
本发明的另一要点是提供一种方法，其特征在于在使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法中采用本发明的反应器，提供剪切力的装置相对于反应器内表面的部分的至少一部分和/或内表面的至少一部分，优选其二者由所述耐腐蚀性、耐磨性金属材料制成。
特别是，使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法，该方法包括金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物发生部分反应的第1反应工序，使第1反应工序得到的反应混合物进一步反应，基本上完成反应的第2反应工序，其中在本发明的预反应器中实施第1反应工序，或者在本发明的回转炉中实施第2反应工序，优选采用二者。
更详细地说，在所述第1反应工序中，用预反应器加热含有作为原料的金属氟化物和硫酸(或者发烟硫酸和水的混合物，或者硫酸、发烟硫酸和水的混合物)的反应混合物，和在用预反应器内配置的搅拌叶片混练反应混合物的同时，刮取附着在预反应器内表面的反应混合物，由此，部分地进行氟化氢的生成反应，生成氟化氢。而在第2反应工序中，在回转炉中，优选用刮取回转炉内表面附着的反应混合物的刮取装置的顶端部分刮取第1反应工序得到的反应混合物，同时，进行加热和滚动，进一步进行氟化氢的生成反应，生成氟化氢，最终，基本上完成反应。由此，可制备氟化氢。
在本发明的制备方法和制备设备中，预反应器的搅拌叶片、回转炉的刮取装置或者它们内表面的任意一个地方，是否采用所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料，可适当选择。例如，在通常的运行条件下，由于预反应器与回转炉相比，提供剪切力的装置(搅拌叶片)和内表面摩擦的频率高，因此，优选预反应器的搅拌叶片和内表面都采用所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料来增强。除此之外，更优选同样对回转炉的刮取装置和内表面二者进行增强。
上面对特别是采用预反应器类型的制备氟化氢的设备和制备方法进行了详细的说明，但是，本发明并不限于此，可广泛用于采用具有搅拌叶片等提供剪切力的装置的反应器使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的反应器。
作为所述可用于本发明的金属氟化物的具体的例子包括萤石、氟化钠、氟化钾、合成氟化钙或者氟硅酸钠等。而且，能与所述金属氟化物反应的原料是硫酸或者可以生成硫酸的原料，不仅可以使用硫酸，还可以使用发烟硫酸(SO3或H2SO4)和水，三氧化硫(SO3)和水，或者硫酸和发烟硫酸和/或含有三氧化硫和水的混合物等任意合适的混合物。
本发明包括以下的方案1～13。
(方案1)一种反应器，该反应器用于使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法，该反应器具有提供剪切力的装置，该装置对其与反应器内壁(或者内表面)之间的内容物提供剪切力，与反应器内壁相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
(方案2)如方案1所述的反应器，该反应器内壁的至少一部分由所述金属材料制成。
(方案3)如方案1或者2所述的反应器，其中所述金属材料是烧结含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金和碳化钨形成的。
(方案4)如方案1～3的任意一项所述的反应器，其中所述金属材料含有5～40重量％的钴。
(方案5)如方案1～4的任意一项所述的反应器，其中所述金属材料含有5～20重量％的铬。
(方案6)如方案1～5的任意一项所述的反应器，该反应器是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物混合并发生部分反应的预反应器。
(方案7)如方案6所述的反应器，其中所述提供剪切力的装置是搅拌叶片，所述装置与反应器内壁相对的部分是搅拌叶片的顶端部分。
(方案8)如方案1～5的任意一项所述的反应器，该反应器是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成的反应混合物进一步发生反应的回转炉。
(方案9)如方案8所述的反应器，其中所述提供剪切力的装置是刮取装置，所述装置与反应器内壁相对的部分是刮取装置的顶端部分。
(方案10)制备氟化氢的设备，其特征在于，在使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的设备中，采用如方案1～5的任意一项所述的反应器。
(方案11)制备氟化氢的设备，其特征在于，使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的设备包括预反应器和回转炉，其中至少预反应器采用如方案6或者7所述的反应器，或者回转炉采用如方案8或者9所述的反应器。
(方案12)一种制备方法，其特征在于，在使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的设备中，使用如方案1～5的任意一项所述的反应器。
(方案13)一种制备方法，其中使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的方法包括使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物部分反应的第1反应工序和使通过第1反应工序得到的反应混合物进一步反应基本上完成反应的第2反应工序，其中第1反应工序采用预反应器即如方案6或者7所述的反应器进行，或者第2反应工序采用回转炉即如方案8或者9所述的反应器进行，或者既采用所述预反应器又采用所述回转炉。


图1是表示本发明一个实施方案中制备氟化氢的设备的示意简图。
图2(a)是图1实施方案的制备氟化氢的设备具备的预反应器的纵向示意简图；图2(b)是沿着图2(a)的X-X线横向截面图。
图3是同图1实施方案的制备氟化氢的设备具备的回转炉的纵向示意简图。
而且，在参照附图时，与图1示意图纸面在同一平面上的截面叫做纵向截面，与其垂直方向的截面叫做横向截面。
具体实施例方式
下面参照图1～3对本发明的一个实施方案进行详细的说明。
如图1所示，本实施方案中的制备氟化氢的设备20包括通过各自的配管1或者2供给作为原料的粉末状萤石(CaF2)和浓硫酸(H2SO4)的预反应器(或者混练器，例如捏合机)3和通过配管4接受预反应器3得到的反应混合物(包括原料和反应生成物)的回转炉5。氟化氢生成反应经过采用预反应器3进行部分反应的第1反应工序和采用回转炉5进一步进行反应基本上完成反应的第2反应工序。在预反应器3和回转炉5中生成的氟化氢通过配管4和6以气态生成物的形式作为粗氟化氢被回收。另一方面，含有副产物石膏(CaSO4)作为主要成份的剩余粉末状反应混合物通过配管7从回转炉5取出。所述得到的粗氟化氢根据需要通过洗涤和/或蒸馏操作进行分离或精制，生成高纯度的氟化氢。
预反应器3通常具有圆筒形内表面，如图2(a)和(b)所示，含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金和30～90重量％的碳化钨的耐磨性、耐腐蚀性金属材料构成的多个条带8a通过例如所谓“堆焊”等方法设置在内表面上，以使内表面的至少一部分由耐磨性、耐腐蚀性金属材料构成。在本实施方案中，表示内表面上以条状配置的条带(图中，带斜线的区域表示由耐磨性、耐腐蚀性金属材料构成)，可以以格子(锯齿格子)状或者点状等规则的或者不规则的任意合适的形状配置。而且，本发明并不限于反应器内表面的一部分由耐磨性、耐腐蚀性金属材料构成，优选预反应器的整个内表面用耐磨性、耐腐蚀性金属材料覆盖。而且，在图2(a)或(b)中，夸张地表示了条带8a的厚度，实际上，通过焊接条带8a在内表面上产生的凹凸，条带的厚度例如最大可设计为5mm以下，以将传热效果的减小充分降低。
而且，在预反应器3中，根据原料和进行反应的情况，设置有用于加热反应生成物(在本说明书中，这里简单称为“反应混合物”)的套管等加热装置(未图示)和用于混练反应混合物并刮取附着在预反应器3内表面的反应混合物的安装在旋转轴9上的柱栓等搅拌叶片10。所述搅拌叶片10是通过旋转轴9的转动向所述搅拌叶片10顶端部分和内表面之间的内容物(即反应混合物)提供剪切力的装置。在搅拌叶片10的顶端部分通过例如堆焊等方法接合由耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成的条带8b，以使原来的顶端部分整体接长。所述搅拌叶片10对内表面相对的顶端部分和预反应器3的内表面以极小的间隙设置。而且，图中表示安装一对单轴式的(参照图2(a))柱栓型搅拌叶片的预反应器，但是，本发明并不限于此，也可以采用多轴式的，至于搅拌叶片，可以采用螺旋形等任意合适的形式。
另一方面，在回转炉5中，通过圆筒状内表面在圆周方向上旋转，回转炉5内放置的反应混合物滚动。在回转炉5中，设置有用于加热反应混合物的套管等加热装置(未图示)，和如图3所示的用于刮取附着在内表面上的反应混合物的刮取装置(或者刮刀)13，即螺旋桨12等安装在旋转轴11上的装置。所述螺旋桨12与内表面相对的顶端部分和回转炉5的内表面以极小的间隙设置或者接触。刮取装置13是向所述刮取装置13顶端部分(即螺旋桨12的顶端部分)和内表面之间的内容物(即反应混合物)提供剪切力的装置。所述刮取装置13只要通过回转炉5的内表面在圆周方向上转动就能够刮取整个内表面上附着的反应混合物，旋转轴11的轴可以相对于图3所示的回转炉3的转动轴(图中以点线表示)向下方偏心，也可以与回转炉3的转动轴同轴。而且，刮取装置13优选是可转动的，但本发明并不限于此。
螺旋桨12和回转炉5的内表面例如由哈斯特洛伊耐蚀高镍合金等耐腐蚀性金属材料制成。但是，优选地是，螺旋桨12的顶端部分的至少一部分由耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成，和/或回转炉5内表面的至少一部分由耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成，更优选整个内表面由耐磨性、耐腐蚀性材料构成。
接着，下面对采用本实施方案的制备氟化氢的设备的方法进行详细的说明。
首先，作为原料，将预先加热到约40～200℃的粒径约0.1微米～2毫米的粉末状萤石(CaF2)和预先加热到约40～200℃的98重量％的浓硫酸(H2SO4)以CaF2∶H2SO4的摩尔比约1∶0.9～1∶1.1从各自的配管1和2供给到预反应器3中。接着，在预反应器3内，通过套管等外部加热装置将反应混合物加热并保持在约40～200℃的温度。同时，通过转动旋转轴9来转动固定在其上的搅拌叶片10，混练反应混合物，同时，刮取附着在内表面上的反应混合物。由此，使氟化氢生成反应部分进行，作为反应生成物生成目的物质氟化氢和副产物的石膏(CaSO4)。氟化氢以气态形式生成，石膏以粉末状态生成，因此，目的物质氟化氢很容易从含有石膏的反应混合物中分离。气态的氟化氢和剩余的反应混合物通过配管4从预反应器3中取出。预反应器3中的反应混合物的平均滞留时间约为2～30分钟。这时，预反应器3的出口处的萤石的转化率约为15～55％。从预反应器3取出的反应混合物通常为浆液状或者糊状。
从预反应器3得到的浆料状或者糊状反应混合物通过配管4转移到回转炉5中。在回转炉5中，反应混合物通过套管等外部加热装置加热并保持在约150～350℃的温度。而且，通过使回转炉5内表面在圆周方向上旋转来滚动反应混合物，同时，通过转动刮取装置13(旋转轴11和固定在其上的螺旋桨12)，刮取内表面上附着的反应混合物。由此，进一步进行氟化氢生成反应，作为反应生成物生成目的物质氟化氢和副产物石膏。与预反应器3中的反应同样，氟化氢以气态物质生成，石膏以粉末状态生成，因此，目的物质氟化氢很容易从含有石膏的反应混合物中分离。剩余的反应混合物通过配管7从回转炉5取出。回转炉5中的反应混合物的平均滞留时间约为1～10小时。这时，回转炉5出口处的萤石的转化率约为93～100％，氟化氢生成反应可以说基本上完成了。通常，从回转炉5取出的反应混合物主要由石膏构成，呈粉末状。
预反应器3和回转炉5中生成的目的物质氟化氢(HF)是以气态生成物的形式生成的粗氟化氢，通过配管4和6回收。得到的粗氟化氢优选进行洗涤和/或蒸馏操作。
所述氟化氢的制备方法优选连续实施，但是，也可以间歇式地进行。
根据本实施方案，可提供能在更长的时间内保持高制备能力的反应器，该反应器在使萤石和硫酸反应生成氟化氢的反应和采用所述反应器的氟化氢的制备设备和制备方法中，可有效降低提供剪切力的装置(搅拌叶片，优选刮取装置)的顶端部分的磨耗，所述装置向其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力。
而且，本发明并不限于所述实施方案，本发明的反应器可广泛用于存在腐蚀问题的反应体系中采用提供剪切力的装置例如搅拌叶片等向其与反应器内表面之间的内容物(例如浆料状或者糊状反应混合物)提供剪切力的情况。例如，还可适用于在由萤石和三氧化硫或者无水硫酸和水制备氟化氢的反应体系中，在单一反应器中用搅拌叶片搅拌反应混合物同时生成氟化氢的方法。
本发明提供使萤石和硫酸反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法所采用的具有提供剪切力的装置的反应器，所述装置向其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力，该反应器可有效降低提供剪切力的装置的顶端部分的磨耗，经过更长时间也能够维持高的制备能力。本发明还提供包括所述反应器的制备设备和采用所述设备的制备方法。
实施例在本实施例中，作为耐磨性、耐腐蚀性金属材料，采用含有(I)约67重量％的Co、约28重量％的Cr、约4重量％的W和约1重量％的C的合金(各重量比例基于合计总重量)和(II)基于所述金属材料总量的约60重量％的碳化钨的金属材料。
如所述实施方案的说明，在由商品名MA-20Nb-3(相当于Carpenter-20cb3、日本的三菱材料株式会社制)的材料制成的预反应器的内表面上以100mm的间隔呈条状焊接由所述耐磨性、耐腐蚀性材料制成的厚度约3mm、宽度约30mm的条带，并且在预反应器中设置的搅拌叶片的顶端部分同样堆焊由所述耐磨性、耐腐蚀性金属制成的条带，使顶端部分的厚度约为3mm，使所述搅拌叶片的顶端部分和预反应器内表面之间的间隙在没有条带的部分为13mm，在有条带的部分为10mm，组装预反应器，准备包括所述预反应器和常规回转炉的制备氟化氢的设备。采用所述设备，与所述实施方案同样，连续制备氟化氢。
半年的连续运行后，研究预反应器内表面的所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成的部分以及同样由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成的搅拌叶片顶端部分的磨耗，磨耗都为0.1mm以下。而且，预反应器内表面的所述耐磨性、耐腐蚀性材料部分之外的部分(即MA-20Nb-3(商品名)制成的)，与没有设置由所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料制成的条带的情况相比，磨耗明显减小。
比较例在所述实施例中，除了不使用所述耐磨性、耐腐蚀性金属材料，并且预反应器内表面和其中设置的搅拌叶片仅由所述MA-20Nb-3(商品名)构成之外，在与实施例同样的条件下连续制备氟化氢。
半年的连续运转后，研究由MA-20Nb-3(商品名)制成的预反应器的内表面和搅拌叶片顶端部分的磨耗，磨耗均为10mm左右，是所述实施例中的磨耗厚度的100倍以上。
本申请根据“巴黎条约”提出，以发明名称为“制备氟化氢的设备和方法”，申请号为2000-208172号(2000年7月10日申请)的日本专利申请为优先权。所述申请的内容整体在本说明书中引用作为参考。
权利要求
1.一种反应器，该反应器用于使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法，其特征在于，所述反应器具有提供剪切力的装置，该装置对其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力，与反应器内表面相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器内表面的至少一部分由所述金属材料制成。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述金属材料是烧结含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金和碳化钨形成的。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述金属材料含有5～40重量％的钴。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述金属材料含有5～20重量％的铬。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物混合并发生部分反应的预反应器。
7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述提供剪切力的装置是搅拌叶片，所述装置与反应器内表面相对的部分是搅拌叶片的顶端部分。
8.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应生成的反应混合物进一步发生反应的回转炉。
9.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述提供剪切力的装置是刮取装置，所述装置与反应器内表面相对的部分是刮取装置的顶端部分。
10.一种制备氟化氢的设备，其特征在于，所述设备是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的设备，该设备具有提供剪切力的装置，该装置对其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力；与反应器内表面相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
11.一种制备氟化氢的设备，其特征在于，所述设备是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的设备，该设备包括预反应器和回转炉，预反应器和回转炉的至少其中之一具有提供剪切力的装置，该装置对其与预反应器和/或回转炉内表面之间的内容物提供剪切力，与所述内表面相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
12.一种制备方法，其特征在于，所述方法是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物在反应器内反应并生成氟化氢的制备氟化氢的方法，所述反应器具有提供剪切力的装置，该装置对其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力，与反应器内表面相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
13.一种制备方法，其特征在于，所述方法是使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物反应并生成氟化氢的制备氟化氢的方法，该方法包括使金属氟化物和硫酸、发烟硫酸和水或者它们的混合物在预反应器内部反应的第1反应工序和使由第1反应工序得到的反应混合物在回转炉中进一步反应并基本上完成反应的第2反应工序，预反应器和回转炉的至少其中之一具有提供剪切力的装置，该装置对其与预反应器和回转炉的内表面之间的内容物提供剪切力，与所述内表面相对的所述装置部分的至少一部分由含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金，和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。
全文摘要
本发明提供使萤石和硫酸反应生成氟化氢的制备氟化氢的方法所采用的反应器，该反应器具有提供剪切力的装置，该装置向其与反应器内表面之间的内容物提供剪切力，与反应器内表面相对的所述装置的至少一部分采用含有选自镍、铬、钴、铁、钨和碳的至少一种元素的材料或者两种以上元素的合金和30～90重量％的碳化钨的金属材料制成。由此，可以有效地降低提供剪切力的装置的顶端部分的磨耗。
文档编号B01F7/00GK1450976SQ01812358
公开日2003年10月22日 申请日期2001年7月6日 优先权日2000年7月10日
发明者西村启伸, 穗本幸生, 江间规雄, 竹内俊顺 申请人:大金工业株式会社