[发明专利]一种以萤石粉和硫酸生产氟化氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氟化氢的方法，更具体地说是一种以萤石粉和硫酸为原料生产氟化氢的方法。

背景技术

氟化氢是氟化工的基础原料，分子式HF；氟化氢以及它的水溶液可用于制造有机或无机氟化物，如氟碳化合物、各种氟致冷剂、氟树脂、氟化铝、氟化钾、冰晶石等，可用于玻璃蚀刻、电镀、陶瓷处理、石油工业催化剂、磨沙灯泡制造、金属铸件除砂、石墨灰份去除、金属清洗(黄铜、不锈钢)和半导体(锗、硅)制造等；也是制造元素氟的主要原料。

氟化氢的传统生产方法是以萤石粉和硫酸为原料，按照接近理论值(萤石粉和硫酸的摩尔比值为1∶1)的配比混合后，进入一个非常庞大的回转式反应炉里，产生化学反应；由于反应是一个吸热过程，转炉的外侧必须连续不断地强加高温气体加热，才能保证转炉内的物料充分反应。萤石粉和硫酸反应后生成氟化氢气体和石膏(硫酸钙)渣；氟化氢气体经过洗涤、冷凝、精馏、脱气等工序，成为氟化氢产品，石膏渣经过中和、尾气吸收、冷却等工序，成为粉状固体废渣。这种传统生产方法存在以下缺点：

1、为了达到一定的产能和保证物料的化学反应充分，转炉必须非常庞大；例如年产1万吨氟化氢的转炉内径为3.2米，长度为32米，炉壁厚度为80毫米；这样一个转炉的自重超过200吨；如果需要更大的产能，转炉也就更大。因此转炉的制造成本很高。在生产过程中，转炉自重加上内部物料重量，总重量达到300～500吨，带动它转动的动力消耗很大。由于萤石粉和硫酸是按照接近理论值的配比混合，反应过程发生了浆料状、凝固状、稀粘状、粉状等形态的变化；在稀粘状时，对转炉内壁的腐蚀很大，使得转炉的维修成本很高。

2、由于萤石粉和硫酸的化学反应是吸热反应，为了保证反应的进行，必须连续提供热能，因此要在转炉外侧加热，把热量传给转炉内部的物料，保证反应的进行。加热时通过高温气体来实现的，高温气体先把热能传递给转炉炉壁，炉壁再把热能传递给物料，这样的加热方式热效率很低，其热能利用率只有约25％。本来反应温度只要保持90℃以上就能进行，但为了保证物料在转炉里行进的过程和时间内得到完全反应，只有把反应温度提高到200℃～500℃(不然反应不完全，没反应的物料将随石膏渣排出，成为危险固废，同时也浪费了宝贵的原材料)，使得高温气体的温度必须达到550℃～650℃。高温反应生产的氟化氢气体温度也较高，在通过冷凝器制成氟化氢液体时消耗的冷媒量很大，能耗很高。

3、从理论上来说，萤石粉越细，与硫酸的反应越快，保证充分反应的时间越短，所需的反应温度也不必太高。但太细的萤石粉在转炉里会扬尘很大，氟化氢气体从转炉出来时夹带的粉尘就会更多，使得氟化氢气体的后续处理难以进行，或者纯化精制成本很高。因此，用转炉这样的反应系统来生产氟化氢，萤石粉不能太细；而正是由于萤石粉既不能太细，但又要保证反应完全，不得不把转炉设计成体积庞大，不得不提高反应温度。

因此，传统工艺设备投资大，生产过程能耗大，设备寿命低，产品生产成本高。

为此，专利申请号为200710166276.7的中国专利申请《一种环保低温液态条件下生产氟化氢的方法》，公开了一种以液态冰醋酸或浓磷酸为介质，把硫酸和萤石粉加到介质中，通过萤石粉在介质中的微量溶解，在90℃～100℃与硫酸反应，来达到生产氟化氢的方法。但是，冰醋酸属于易挥发的原料，回收难度大，回收成本高，而且冰醋酸与氟化氢互溶性很大，使得氟化氢产品的精制成本高；以磷酸为介质时，磷酸与萤石粉、氟化氢发生反应，生成氟磷酸和氟磷酸盐，既消耗磷酸也消耗氟化氢；也使得氟化氢的精制难度大或精制成本高，而且磷酸价格也昂贵，将使氟化氢的生产成本很高；因此目前未有形成工业化生产线。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种设备简单、反应效率高的低成本且易形成工业化生产的氟化氢的生产工艺，该方法以萤石粉和硫酸为原料。

本发明采用的技术方案如下：一种以萤石粉和硫酸生产氟化氢的方法，具体步骤如下：将硫酸溶液和萤石粉分别加入带搅拌的反应器中，加料比例为氟化钙与硫酸的摩尔比值为1∶3～1∶30；且萤石粉的细度为280目～1220目；反应温度控制在90℃～300℃；反应后产生氟化氢气体与硫酸钙固体；氟化氢气体经纯化、冷凝、精馏得到无水氟化氢；或经纯化、吸收得到氢氟酸；硫酸钙固体与硫酸一起从反应器转入到过滤系统，进行固液分离，分离出来的硫酸溶液重新回到反应器中；硫酸钙固体从硫酸中分离出来后，经过洗涤和烘干，成为副产品。

优选的，萤石粉和硫酸的混合比例为氟化钙∶硫酸的摩尔比值为1∶10～1∶17。