[发明专利]一种生产氟化氢的喷动流化床‑流化床复合反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连续生产无水氟化氢的喷动流化床反应器及其工艺。

背景技术

无水氟化氢是一种重要的基础化工原料，所生产的有机氟化物、无机氟化盐等产品广泛应用于氟化工、石油化工、原子能工业等。我国的氟资源主要以萤石矿和磷矿的形式存在，其中萤石基础储量居世界第1位，萤石是我国生产氟化氢的主要原料。

长期以来，以萤石(Ca₂F)为原料的回转窑工艺是生产无水氢氟酸的主流工艺。在回转窑反应中主要发生以下反应：

CaF₂+H₂SO₄→CaSO₄+2HF

该工艺在国内外工业应用比较成熟。但该过程存在工艺过程复杂、设备笨重、腐蚀严重、投资大、热效率低、能耗高及处理低品位萤石矿时效率低等问题。

除此之外，以萤石为原料生产氟化氢的工艺还有淤浆法和气相法。CN201210489798.1公开了一种气-固-液三相联合生产氟化氢的淤浆工艺，萤石粉在流化状态下与高温氟化氢气体和硫酸蒸汽反应并热交换后，连续进入过量硫酸形成的液相搅拌反应器中反应。该工艺中液相还可为其它液相，但该工艺普遍存在的问题是液相溶剂损耗大，回收困难，成本较高。气相法工艺较其他两种工艺具有流程简单、耗能低和反应迅速等优点，具有一定优势。该工艺可以通过流化床以及移动床等反应器实现。US3278265中提出了一种气相法流化床制备氟化氢工艺，该工艺中采用多层流化床反应器，萤石从反应器顶部加入，流化气体(水蒸气、三氧化硫、硫酸的混合物)从反应器底部进入，两者逆流接触，萤石颗粒和硫酸钙颗粒在流化气体的作用下呈鼓泡流化状态，并在重力的作用下沿下降管逐层下移，最后从流化床底部出料。但由于反应物萤石颗粒的粒径较小，颗粒间强范德华力易导致团聚结块，反应器内萤石粉的流化和层间传递都极难实现，这也导致该工艺目前尚未有工业化应用实例。US4120939中提出了一种气相法移动床制备氟化氢工艺。萤石从反应器顶部加入，流化气体(水蒸气、三氧化硫、硫酸、氟化氢的混合物)从反应器底部进入，两者逆流接触。通过控制颗粒粒径和流化气速，使萤石颗粒以一定的速度下降并逐步反应变成硫酸钙，最后从反应器底部出料。萤石颗粒在反应器内的停留时间约为5～30s。但是移动床反应器对莹石颗粒、以及硫酸钙/莹石复合颗粒的球形度和流动性要求极高，否则极易造成团聚结块、沟流短路，进而导致转化率降低甚至系统崩溃。因此如果能够对粘结、聚团现象进行有效的调控和防止，将对气相法萤石生产工艺的进步起到至关重要的作用。

结合萤石颗粒的流化特性，其在流化床中为分层流态化，上层可以很好地流化，而下层萤石颗粒由于粘结团聚不能流化，形成固定床；且随着反应的逐步进行，固体颗粒会逐渐由氟化钙转变为产物硫酸钙，加之反应过程中通入水蒸气，颗粒之间粘性力显著增加，聚团变得更加明显。本发明以喷动床和流化床组合反应器为反应装置，可以有效地改善萤石颗粒分层流化中下层颗粒团聚结块的问题。在喷动床中，喷动区流股的强大剪切力可破碎床层底部聚团，同时也可通过在环隙区增加流化气体流股来控制和消除聚团。

综上所述，喷动流化床反应器可有效抑制颗粒团聚，改善萤石颗粒的流化形成，特别适用于气相法生产氟化氢技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生产氟化氢的喷动床-流化床复合反应器以及采用该反应器生产无水氟化氢的工艺。该反应装置及生产工艺能够在一个反应器中形成喷动流化床和流化床两个反应区域，达到调控和(或)消除结块、聚团的目的。

本发明提供的一种喷动流化床-流化床复合的反应器，包括：反应器下部的喷动流化床，包括直管段圆筒和所述圆筒下面的缩径段部分，缩径段具有向下逐渐减小的内径，并在其底部具有进气孔和从外向内穿过所述缩径段的多个小孔，且喷动床底部由封闭外壳封闭与外界隔开，此处所述的进气孔是喷动气入口，而缩径段的小孔是流化气入口；反应器上部的流化床，包括流化床直筒段及直筒段上部的扩大段，直筒段部分是作为主要的反应区域，而扩大段是防止颗粒夹带所设；喷动流化床设有产品出料口，流化床设有固体萤石进料口；反应器外部加热炉。

根据本发明所述的喷动流化床-流化床复合反应器，主要由喷动流化床和流化床两个反应区域连接而成，两个反应区域之间设有气体分布板，这样，就保证两反应区域之间的气体流动是连续的。根据本发明，所述的喷动流化床反应区域与流化床反应区域的高度比在1:5-5:1范围内变化，优选1:4-4:1，更优选1：2-2:1。