一种生产固相氟化物的移动床设备及方法与流程

本发明属于固相氟化物生产领域，具体为一种生产固相氟化物的移动床设备及方法。

背景技术

固相氟化物在电池材料、润滑材料、防腐材料等领域具有极其优异的性能，同时也可作为生产高纯气体氟化物的优良氟化剂，常见的氟化碳、氟化钴、氟化铁、氟化镍、氟化银、氟化铝等。在制备上述固相氟化物过程中，通常使用碳原料、钴系、铁系及镍系的各类氧化物，氯化物，低价氟化物、银、氧化铝等密度差异较大、粒径差异较大的原料，但是在工业规模化生产过程中，目前并没有能够同时满足这些原料生产要求的反应器。

现有技术中，工业上所采用的生产设备主要为管式炉等固定床类装置，这些反应器中前端与尾端（或底部与顶部）的氟化剂浓度不均匀、物料采用人工装卸料的堆积或薄层平铺的方式与氟化剂接触，存在着氟化反应时间周期长、机械化程度不高、氟化不均匀、生产效率低等问题。

技术实现要素：

本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一种生产固相氟化物的移动床设备及方法。本发明采用移动床反应器，对于不同尺寸粒度、不同密度的固相物料适应性较好，能够较好地实现物料的机械化均匀平铺且厚度可控，可通过履带移动速度控制反应的时间与反应量，得到不同氟化度的氟化物，将物料传送至集料槽卸料口，对产品进行收集，解决人工装卸料、反应器中温度不均匀、浓度不可控等问题，连续化机械化程度高，反应效率高，产品氟化度可控，易实现固相氟化物的高效率、高质量，连续化生产。

本发明的一种生产固相氟化物的移动床设备及方法技术方案为，一种生产固相氟化物的移动床设备，包括移动床外壳，移动床外壳内部设置有水平方向传送的传送带，传送带进料端上方设置有固体物料布料器，传送带上方的移动床外壳顶部设置有氟化剂/稀释气进气及布气系统，传送带出料端下方的移动床外壳上设置有出料口，输送带下方的移动床外壳底部均匀设置有若干尾气出气口。

氟化剂/稀释气进气及布气系统设置有多个进气口，其中进气口均匀设置于传送带上物料的正上方，进气口的进气方向与传送带垂直或者略微朝向传送带进料端，进气口的浓度可相同或不同；尾气出气口均与传送带垂直，尾气出气口数量与位置与进气口一一对应，通过对每个出气口的开关引导气相流向。

固体物料布料器上方为设置于移动床外壳上的进料口，进料口与原料罐连接，原料罐与氮气置换密封系统连接。

传送带出料端下方的移动床外壳上设置有漏斗状的集料槽，集料槽底部设置有出料口，出料口与产品罐连接。

移动床外壳表面设置有加热装置。

移动床外壳为回形结构，回形结构包括外层外壳和贯穿外层外壳中央的内层外壳，传送带呈环形位于外层外壳和内层外壳之间，接近传送带输送物料段的内层外壳上设置有加热装置，传送带正上方的移动床外壳上表面上设置有加热装置。可以使用电加热、电磁加热、热媒加热等。

加热装置对传送带上的固体物料进行加热，设置有多处温度测量点，填装新原料后在氮气氛围下进行加热200~400℃脱除原料中的水蒸气及其它杂质。

传送带通过主动辊和从动辊驱动，主动辊与电机连接。电机通过转轴与主动辊连接，转轴穿过旋转床外壳的位置设置有密封部件。

移动床外壳下方设置有用于支撑移动床设备的支架。

所述固体物料布料器，采用管道螺旋输送机、星型螺旋输送机、刮板式输送机、气力输送机、直接重力输送的任意一种，设置有物料计量器、厚度控制器、分布口，可以控制物料的加入量、物料层厚度。

尾气出气口与尾气回收及处理装置连接。

移动床接触氟气部分的部件由碳钢、不锈钢、镍铜合金、紫铜合金中的至少一种制成。

一种使用所述的移动床设备生产固相氟化物的方法，包括以下步骤：

（1）原料装入原料罐时通入氮气并进行烘料，除去原料中的水分及其它杂质，烘料结束后保持氮气气氛；

（2）通过传送带缓慢传送，原料罐中的物料经固体物料布料器均匀平铺在传送带上；

（3）移动床设备升温加热，通入氟化剂/稀释气混合气，平铺在传送带上的固相原料通过高温反应区，物料最终在加热装置传送下落入出料口中并进入产品罐；

（4）对产品罐里的物料进行提纯，烘干后得到不同氟含量的固相氟化物材料产品。

步骤（1）中原料为10目~15000目，相对密度为1~10的碳原料、钴系、铁系及镍系的氧化物，氯化物，低价氟化物、银、氧化铝中的至少一种，投料量为0.1~100kg。

步骤（1）中烘料温度为200~400℃。

步骤（3）中氟化剂为氟气、氟化氢、二氟化氧、三氟化氮和五氟化锑中的至少一种，稀释气为氮气、氩气、氦气、四氟化碳、含氟烷烃及全氟烷烃中的至少一种，反应温度150~600℃；反应时间0.5~8h；氟化剂在混合气中的体积浓度0.1~60%；混合气总流量0.1~1000nm³/h。

本发明的有益效果为：

（1）本发明采用移动床反应器，对于不同尺寸粒度、不同密度的固相物料适应性较好，能够较好地实现物料的机械化均匀平铺且厚度可控，可通过履带移动速度控制反应的时间与反应量，得到不同氟化度的氟化物，将物料传送至集料槽卸料口，对产品进行收集，连续化机械化程度高，反应效率高，产品氟化度可控，易实现固相氟化物的高效率、高质量，连续化生产。

（2）本发明移动床反应器结构简单，反应器制作维修方便快捷；设备改变了人工进卸料的方式，可实现连续进料与出料，节省进卸料过程中的置换与降温环节，极大提升了生产效率。

（3）进气口固定在移动床的外壳上，物料跟随履带移动过程中，可随时与进气中高浓度氟化剂接触，极大地提升了产品的氟化均匀度。

（4）回收气系统的设置，与传统氟化反应器相比，能够提升氟化剂利用率，提高反应器的工作效率，实现氟化碳材料的大规模量产及有效的降低氟化碳材料的生产成本。

附图说明：

图1所示为本发明移动床设备的结构示意图；

图中，1-氮气置换密封系统,2-原料罐，3-固体物料布料器，4-移动床外壳，5-从动辊，6-主动辊，7-氟化剂/稀释气进气及布气系统，8-尾气回收及处理装置，9-尾气出气口，10-卸料口，11-传送带，12-支架，13-加热装置,14-产品罐。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

一种生产固相氟化物的移动床设备，包括移动床外壳4，移动床外壳4内部设置有水平方向传送的传送带11，传送带11进料端上方设置有固体物料布料器3，传送带11上方的移动床外壳4顶部设置有氟化剂/稀释气进气及布气系统7，传送带出料端下方的移动床外壳4上设置有出料口10，输送带下方的移动床外壳4底部均匀设置有若干尾气出气口9。

实施例2

如说明书附图图1所示，一种生产固相氟化物的移动床设备，包括移动床外壳4，移动床外壳4内部设置有水平方向传送的传送带11，传送带11进料端上方设置有固体物料布料器3，传送带11上方的移动床外壳4顶部设置有氟化剂/稀释气进气及布气系统7，传送带出料端下方的移动床外壳4上设置有出料口10，输送带下方的移动床外壳4底部均匀设置有若干尾气出气口9。

氟化剂/稀释气进气及布气系统7设置有多个进气口，其中进气口均匀设置于传送带11上物料的正上方，进气口的进气方向与传送带11垂直或者略微朝向传送带11进料端，进气口的浓度可相同或不同；尾气出气口9均与传送带11垂直，尾气出气口9数量与位置与进气口一一对应，通过对每个出气口的开关引导气相流向。

固体物料布料器3上方为设置于移动床外壳4上的进料口，进料口与原料罐2连接，原料罐2与氮气置换密封系统(1)连接。

传送带出料端下方的移动床外壳4上设置有漏斗状的集料槽，集料槽底部设置有出料口10，出料口10与产品罐14连接。

移动床外壳4为回形结构，回形结构包括外层外壳和贯穿外层外壳中央的内层外壳，传送带11呈环形位于外层外壳和内层外壳之间，接近传送带11输送物料段的内层外壳上设置有加热装置13，传送带11正上方的移动床外壳4上表面上设置有加热装置13，可以使用电加热、电磁加热、热媒加热等。

加热装置13对传送带11上的固体物料进行加热，设置有多处温度测量点，填装新原料后在氮气氛围下进行加热200~400℃脱除原料中的水蒸气及其它杂质。

传送带11通过主动辊6和从动辊5驱动，主动辊6与电机8连接。电机8通过转轴与主动辊6连接，转轴穿过旋转床外壳4的位置设置有密封部件。

移动床外壳4下方设置有用于支撑移动床设备的支架12。

所述固体物料布料器3，采用管道螺旋输送机、星型螺旋输送机、刮板式输送机、气力输送机、直接重力输送的任意一种，设置有物料计量器、厚度控制器、分布口，可以控制物料的加入量、物料层厚度。

尾气出气口9与尾气回收及处理装置8连接。

移动床接触氟气部分的部件由碳钢、不锈钢、镍铜合金、紫铜合金中的至少一种制成。

实施例3

一种使用实施例2所述的移动床设备生产固相氟化物的方法，包括以下步骤：

（1）原料装入原料罐2时通入氮气并进行烘料，烘料温度为200~400℃。除去原料中的水分及其它杂质，烘料结束后保持氮气气氛；原料为10目~15000目，相对密度为1~10的碳原料、钴系、铁系及镍系的氧化物，氯化物，低价氟化物、银、氧化铝中的至少一种，投料量为0.1~100kg。

（2）通过传送带11缓慢传送，原料罐2中的物料经固体物料布料器3均匀平铺在传送带11上；

（3）移动床设备升温加热，通入氟化剂/稀释气混合气，平铺在传送带11上的固相原料通过高温反应区，物料最终在加热装置13传送下落入出料口10中并进入产品罐14；

（4）对产品罐14里的物料进行提纯，烘干后得到不同氟含量的固相氟化物材料产品。

步骤（3）中氟化剂为氟气、氟化氢、二氟化氧、三氟化氮和五氟化锑中的至少一种，稀释气为氮气、氩气、氦气、四氟化碳、含氟烷烃及全氟烷烃中的至少一种，反应温度150~600℃；反应时间0.5~8h；氟化剂在混合气中的体积浓度0.1~60%；混合气总流量0.1~1000nm³/h。

实施例4

如实施例2所述的一种移动床固相氟化物的生产设备，用于生产氟化石墨，即将石墨原料投入原料罐2，通入氮气并在200℃下恒温进行烘料，除去原料中的水分及其它杂质。烘料结束后原料罐2内保持氮气气氛。原料罐2中的物料经固体物料布料器3均匀平铺在传送带11上，厚度大约在0.5~20mm。进气总管通入1~20nm³/h的10%浓度的f2/n2混合气，升温至520℃，进行反应，产品罐14收集产品。

经多次去离子水水洗提纯后，通过测试表征氟含量为56%。

实施例5

本发明的一种移动床固相氟化物的生产设备，用于生产三氟化钴，即将氯化钴原料投入原料罐2，通入氮气并在200℃下恒温进行烘料，除去原料中的水分及其它杂质。烘料结束后原料罐2内保持氮气气氛。原料罐2中的物料经固体物料布料器3均匀平铺在传送带11上，厚度大约在1~50mm。进气总管通入25~60nm³/h的35%浓度的f2/n2混合气，升温至350℃，进行反应，产品罐14收集产品。

通过测试表征纯度为98%。