专利名称：一种制备无水氢氟酸的方法
技术领域：
本发明属于有机氟化学工业技术领域，特别是涉及一种制备无水 氢氟酸的方法。
背景技术：
氟是不可再生资源，自然界存在的氟资源主要存在于萤石和磷灰 石中，是制造各类氟化物的原料。氟最重要的化合物是氟化氢，目前， 绝大多数是以萤石为原料，用硫酸分解，得到氢氟酸或无水氟化氢。
在有机氟工业生产中，不可避免的产生大量有机氟废物，这些有 机氟废物具有毒性大，难降解，裂解温度要求高等特点。目前较为先 进的处理方式是等离子焚烧，等离子体高温焚烧熔融处理技术是近十 多年发展起来的一项新技术，因等离子体弧温度极高、能量集中的特 性，对污染物有很高的处理效率，尤其适合难处理的污物和有特殊要
求的污染物，如低中放废物、PCBs、石棉废物等。美国、俄罗斯、 曰本、韩国等国家的研究和初步应用表明等离子体高温焚烧熔融处理
技术因其设备体积小，处理速度快，能够处理各种各样的废物，减容 比高且熔融产物稳定，投资运行费用相对较低等优势成为低放废物处 理领域最有发展前途的技术之一。
在目前的等离子焚烧处理有机氟废物工艺中，均釆用有氧焚烧工 艺，焚烧后的气体通过水喷淋吸收成有水氢氟酸。这种处理方法虽然 能达到无害化，并回收一定浓度的氩氟酸，但是，由于有些有机氟废 物中含有C1原子，并且由于有氧焚烧后的尾气中含有co2,因此水 洗后产生的有水氢氟酸常为含HC1、 H2C03、 HC103的混酸，并且目 前的水洗处理工艺中均只能得到较低浓度的有水氢氟酸，因而不能直 接作为有机氟工业的原料。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备无水氢氟酸的方法，以解决现有技 术存在的上述问题。
本发明提供一种制备无水氢氟酸的方法，包括将有机氟废物预 热后在无氧环境中经等离子体高温裂解，裂解气与注入的稀释氢气快 速混合和反应，反应气经急冷、深冷、精密过滤，制得无水氢氟酸。
所述有机氟废物预热的温度为60-200°C。
所述等离子体高温裂解的温度为3000-5000。C。
在反应室的较冷区域内注入稀释的氢气，氢气的流量根据处理废 物的流量确定。
使用惰性气体稀释氢气，所述惰性气体与氢气的体积比为25-30。 裂解气与注入的稀释氩气在10-60秒内快速混合和反应，通过控 制稀释氪气的流量实现。
将反应气在10-60秒内急冷至150-200°C。 将反应气在10-60秒内深冷至5-15'C。 过滤精度为200-400目。
本发明制备方法在负压下进行操作，可通过引风机进行。
本发明制备无水氢氟酸的方法，工艺原理如下
有机氟废物在无氧气氛中经过惰性气体(可以是氮气、稀有气体) 等离子电离区时，被分解成离子和原子态的C、 H、 F、 Cl,然后在反 应室的较冷区域内注入过量的惰性气体稀释后的H2， H原子与F、 C1原子在较冷区域化合生成简单的HF、HC1分子,C形成碳黑或CH4。 由于HF的沸点为19.5°C, HC1沸点为-85.(TC, CH4的沸点为-161。C， H2的沸点为-252.8-C，利用各组分的沸点差，将裂解反应气体急冷、 深冷至19.5'C以下，-85.0卩以上，HF被冷凝成液态，未被冷凝下来 的HC1、 CH4及H2经水、碱洗处理后高空排放。由于液态无水氢氟 酸夹带碳黑，将含碳黑的无水氢氟酸过滤后便得到了本发明所期望的无水氢氟酸。同时，高温裂解反应气经间接急冷副产蒸汽，具体为， 高温裂解气通过急冷器的盘管时，与盘管外的水进行热交换，盘管外 的水被加热汽化产生蒸汽。
本发明制备无水氢氟酸的方法具有以下有益效果
1) 裂解气经过急冷、深冷、精密过滤制取无水氢氟酸，可直接 作为氟化工原料；
2) 有机氟废物裂解气与氢气快速混合反应，可将氟元素充分转 化成氟化氢；
3) 有机氟废物在无氧环境中等离子高温裂解，减少了副产物的
产生；
4) 裂解气体中的氟气在稀释气体存在下与氢气反应，可有效降 低反应激烈度；
5) 高温裂解气体急冷制取蒸汽，可大大降低等离子裂解能耗；
6) 整个生产工艺为负压，避免了有毒物质的外泄，安全可靠；
7) 不凝性气体经水洗、碱洗后达标排放，不污染环境；
8) 本工艺釆用无氧裂解工艺，避免了 C02的产生，无C02排放。
图l利用有机氟废物等离子裂解制取无水氢氟酸的流程图。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 本发明方法使用的设备包括等离子裂解炉、急冷器、深冷器、精
密过滤器、水洗塔、风机、碱洗塔等(参加附图l);通过风机控制制
备过程在负压下进行。
本发明实施例中的有机氟废物来源为有机氟化工生产中产生的
高沸物，如四氟乙烯生产中产生的四氟残液，全氟丙烯生产中产生的
全氟丙烯残液，二氟一氯甲烷生产中产生的三氟甲烷等。将四氟乙烯残液(主要成分为全氟丙烯、四氟一氯乙烷、八氟环 丁烷、 一氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、偏氟乙烯、 一氟乙烯、全氟异
丁烯、八氟丙烷、双戊烯、四氟乙烯等)预热至60-200。C后，以60 -80kg/h的流量喷入等离子裂解炉，四氟乙烯残液在3000-5000°C 高温下裂解并分解成离子和原子态的C、 H、 F、 Cl，然后在反应室的 较冷区域内以650-780Nm3/h的流量注入氩气稀释后的H2 (氩气与 氢气的体积比为25 -30)， H原子与F、 Cl原子在较冷区域化合生成 简单的HF、 HC1分子，C形成碳黑或CH4。由于HF的沸点为19.5 。C， HC1沸点为-85.0'C， CH4的沸点为-l6rC， H2的沸点为-252.8。C， 利用各组分的沸点差，将裂解反应气体急冷至150-200°C、深冷至 5-15。C后，HF被冷凝成液态，未被冷凝下来的HC1、 CH4及H2经水、 碱洗处理后高空排放。由于液态无水氢氟酸夹带碳黑，将含碳黑的无 水氢氟酸经过200-400目的精密过滤器过滤后后得到质量含量为99.9 %的无水氢氟酸。 实施例2
将四氟乙烯残液(主要成分为全氟丙烯、四氟一氯乙烷、八氟环 丁烷、 一氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、偏氟乙烯、 一氟乙烯、全氟异 丁烯、八氟丙烷、双戊烯、四氟乙烯等)预热產12(TC后，以70kg/h 的流量喷入等离子裂解炉，四氟乙烯残液在400(TC高温下裂解并分 解成离子和原子态的C、 H、 F、 Cl，然后在反应室的较冷区域内以 700NmVh的流量注入氩气稀释后的H2 (氩气与氢气的体积比为 25-30)， H原子与F、 Cl原子在较冷区域化合生成简单的HF、 HC1 分子，C形成碳黑或CH4。由于HF的沸点为19.5'C， HC1沸点为 -85.0°C， CH4的沸点为-161。C, H2的沸点为-252.8X:,利用各组分的 沸点差，将裂解反应气体20秒内急冷至180°C、 30秒内深冷至l(TC 后，HF被冷凝成液态，未被冷凝下来的HC1、 CH4及H2经水、碱洗处理后高空排放。由于液态无水氢氟酸夹带碳黑，将含碳黑的无水氢
氟酸经过300目的精密过滤器过滤后后得到质量含量为99.95%的无
水氢氟酸。
实施例3
将四氟乙烯残液(主要成分为全氟丙烯、四氟一氯乙烷、八氟环 丁烷、一氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、偏氟乙烯、 一氟乙烯、全氟异 丁烯、八氟丙烷、双戊烯、四氟乙烯等)预热至6(TC后，以80kg/h 的流量喷入等离子裂解炉，四氟乙烯残液在300(TC高温下裂解并分 解成离子和原子态的C、 H、 F、 Cl，然后在反应室的较冷区域内以 780Nm3/h的流量注入氩气稀释后的H2 (氩气与氢气的体积比为30 )， H原子与F、 Cl原子在较冷区域化合生成简单的HF、 HC1分子，C 形成碳黑或CH4。由于HF的沸点为19.5°C， HC1沸点为-85.(TC， CH4 的沸点为-16rC， H2的沸点为-252.8'C,利用各组分的沸点差，将裂 解反应气体在10秒内急冷至150°C、 60秒内深冷至5-C后，HF被冷 凝成液态，未被冷凝下来的HC1、 CH4及H2经水、碱洗处理后高空 排放。由于液态无水氢氟酸夹带碳黑，将含碳黑的无水氢氟酸经过 400目的精密过滤器过滤后后得到质量含量为99.8%的无水氢氟酸。 实施例4
将四氟乙烯残液(主要成分为全氟丙烯、四氟一氯乙烷、八氟环 丁烷、 一氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、偏氟乙烯、 一氟乙烯、全氟异 丁烯、八氟丙烷、双戊烯、四氟乙烯等)预热至20(TC后，以60 - 80kg/h 的流量喷入等离子裂解炉，四氟乙烯残液在500(TC高温下裂解并分 解成离子和原子态的C、 H、 F、 Cl，然后在反应室的较冷区域内以 650-780Nm3/h的流量注入氩气稀释后的H2(氩气与氢气的体积比为 25 -30)， H原子与F、 C1原子在较冷区域化合生成简单的HF、 HC1 分子，C形成碳黑或CH4。由于HF的沸点为19.5°C, HC1沸点为 -85.0°C, CH4的沸点为-161。C， H2的沸点为-252.8。C，利用各组分的 沸点差，将裂解反应气体急冷至20(TC、深冷至5'C后，HF被冷凝成液态，未被冷凝下来的HC1、 CH4及H2经水、碱洗处理后高空排放。
由于液态无水氢氟酸夹带碳黑，将含碳黑的无水氢氟酸经过200目的 精密过滤器过滤后后得到质量含量为99.7%的无水氢氟酸。
权利要求
1、一种制备无水氢氟酸的方法，其特征在于，将有机氟废物预热后在无氧环境中经等离子体高温裂解，裂解气与注入的稀释氢气快速混合和反应，反应气经急冷、深冷、过滤，制得无水氢氟酸。
2、 根据权利要求l所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 所述有机氟废物预热的温度为60-20(TC。
3、 根据权利要求l所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 所述等离子体高温裂解的温度为3000-5000'C。
4、 根据权利要求1所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 在反应室的较冷区域内注入稀释的氢气。
5、 根据权利要求l所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 使用惰性气体稀释氢气，所述惰性气体与氢气的体积比为25-30。
6、 根据权利要求1所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于 裂解气与注入的稀释氢气在10-60秒内快速混合和反应。
7、 根据权利要求l所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 将反应气在10-60秒内急冷至150-200°C。
8、 根据权利要求1所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 将反应气在10-60秒内深冷至5-15°C。
9、 根据权利要求1所述的制备无水氢氟酸的方法，其特征在于， 过滤精度为200-400目。
全文摘要
本发明涉及一种制备无水氢氟酸的方法，包括将有机氟废物预热后在无氧环境中经等离子体高温裂解，裂解气与注入的稀释氢气快速混合和反应，反应气经急冷、深冷、精密过滤，制得无水氢氟酸。本发明制备无水氢氟酸的方法采用无氧裂解工艺，避免了CO<sub>2</sub>的产生，无CO<sub>2</sub>排放；可有效降低反应激烈度，大大降低等离子裂解能耗，并将氟元素充分转化成氟化氢；制备的无水氢氟酸可直接作为氟化工原料。
文档编号C01B7/00GK101659399SQ20091009306
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者张劲松, 张金刚, 曾本忠, 杨林茂, 谭建明 申请人:中昊晨光化工研究院