無水氟化氫工藝流程比較

張海榮華陸工程科技有限公司 西安710065

氟化氫又稱氫氟酸，是氟化學工業(yè)的基礎，我國是全球氟化氫的最大生產(chǎn)國。

目前世界各國基本都是采用螢石與硫酸反應制取氟化氫，原因是螢石與硫酸原料易得、供應量大且穩(wěn)定、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)技術成熟可靠。

氟化氫生產(chǎn)技術路線分為常壓流程和加壓流程，區(qū)別是精餾塔、脫氣塔采用常壓操作和帶壓操作。由于氟化氫在常壓下沸點為19.5℃，因此常壓流程的精餾塔、脫氣塔塔頂冷凝器均需采用冷凍水進行冷凝，而冷凍水需消耗大量的電能，所以兩塔冷凝器在氟化氫裝置的能耗中占很大比例;加壓流程通過提高兩塔操作壓力，使氟化氫沸點升至50℃以上，故塔頂冷凝器可使用循環(huán)水對氟化氫進行冷凝，由于循環(huán)水能耗低，節(jié)能效果顯著。

國內(nèi)氟化氫企業(yè)通常采用常壓流程，其原因是氟化氫屬于高度危害性物質(zhì)，且腐蝕性較強，而常壓流程的技術難度相對較低，生產(chǎn)中操作比較容易。

常壓流程與加壓流程只在于精餾塔與脫氣塔操作壓力不同，所以只對這兩塔系統(tǒng)進行比較分析。由于脫氣塔和精餾塔的情況相同，比較精餾塔的能耗情況就可以知道總的能耗比例，下面以15 kt/a無水氟化氫裝置為例，通過計算比較常壓流程和加壓流程的能耗。

1 精餾塔再沸器能耗

1.1 常壓流程

由于氟化氫在常壓下沸點為19.5℃，所以采用70℃～80℃的熱水即可。通過再沸器管程的氟化氫質(zhì)量流量為3313kg/h，通過殼程的熱水流量為29.17t/h，再沸器的換熱面積為26.94m2，傳遞的熱量為34594W，傳熱系數(shù)630.14W/(m2·K)。

1.2 加壓流程

加壓流程中精餾塔的操作壓力為0.25MPa，氫氟酸的沸點為61.6℃，故選用0.3 MPa的飽和蒸汽作為熱媒體，通過再沸器管程的氟化氫質(zhì)量流量同樣為3313kg/h，通過殼程的蒸汽流量為13383kg/h，再沸器的換熱面積為14.8m2，傳遞的熱量為792508W，傳熱系數(shù)1073.73W/(m2·K)。

2 精餾塔冷凝器能耗

2.1 常壓流程

進入冷凝器的氫氟酸溫度為19.18℃，沸點是17.99℃。冷媒體選用乙二醇溶液，溫度為－10～－5℃，通過冷凝器管程的氟化氫質(zhì)量流量為3262.5kg/h，通過殼程的冷媒流量為149.66t/h，傳遞的熱量為787703W，傳熱系數(shù)574.23W/(m2·K)。

2.2 加壓流程

進入冷凝器的氫氟酸溫度為58.35℃，沸點是57.46℃。冷媒體選用循環(huán)水即可，溫度為33～38℃。通過冷凝器管程的氟化氫質(zhì)量流量為3262.5 kg/h，通過殼程的冷媒流量為129.79 t/h，傳遞的熱量為755259W，傳熱系數(shù)844.91W/(m2·K)。

3 常壓流程與加壓流程能耗比較

常壓操作流程精餾塔的能耗見表1。

表1 常壓操作流程精餾塔能耗

加壓操作流程精餾塔能耗見表2。

表2 加壓操作流程精餾塔能耗

通過表1和表2比較可知，加壓操作流程能耗較低。

4 常壓流程與加壓流程設備投資費用比較

4.1 塔頂冷凝器

常壓流程與加壓流程均采用碳鋼，且費用差不多，但從腐蝕角度看常壓流程的冷凝器使用年限長一些。

4.2 精餾塔與脫氣塔

常壓流程與加壓流程的塔身均采用碳鋼，填料均采用PTFE材質(zhì)，塔釜均部分內(nèi)襯PTFE，但加壓流程塔徑小一些，因此加壓流程投資略小。

4.3 精餾塔再沸器

常壓流程比加壓流程精餾塔再沸器換熱面積大，如果管程材質(zhì)均采用825合金，常壓流程投資比加壓流程大。

5 結語

相同規(guī)模下，加壓流程比常壓流程能耗低，設備投資費用小，所以在無水氟化氫生產(chǎn)中采用加壓流程工藝是可行的。