專利名稱：生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統及其方法。
背景技術：
一、氟化氫、氟化鋁的生產概述1.無水氟化氫(AHF)生產裝置敘述用干螢石(97% CaF2)和濃硫酸以及20 %的發煙硫酸在高溫和低壓下，在一個有 外加熱的回轉窯內進行反應，產成氟化氫氣體，經冷凝器冷凝就生成了液態氟化氫產品。反應方程式如下CaF2+H2S04 — 2HF+CaS04+13. 4Kcal/Kmol反應為吸熱反應，因此回轉窯需連續不斷的加熱。CaF2、H2SO4在3501的高溫低 壓下，在回轉窯內反應，生成粗HF氣體送到洗滌塔中洗滌并除去粉塵、脫硫、分離出高沸點 雜質，如H2SO4和HSO3F,在冷凝器中HF氣經過冷凍水冷卻液化，從液態粗HF逸出的S02_、 SiF4-和惰性氣體在脫氣塔中去除，在精餾塔凈化H2SO4和H20。2.氟化鋁生產裝置敘述液態的氟化氫經再沸器氣化后與500°C的熱空氣混合，混合后的氣體通過氣體分 布器進入流化床與氫氧化鋁進行反應，生成氟化鋁。反應方程式如下 2A1 (OH) 3 — A1203+3H20 (吸熱)A1203+6HF — 2A1F3+3H20 (放熱)整個反應分為兩步第一步反應為吸熱反應，蒸發化學水。第二步反應為放熱反應，由氫氧化鋁和 氣態氟化氫反應生成氟化鋁。氟化氫以氣態形式加入，整個反應總體為放熱反應，理論上反應溫度在400 600°C，超過600°C水解反應開始，成為逆反應。因此控制在500 550°C為好。二、關于工業生產1.氟化氫裝置的熱能供給前述CaF2和濃硫酸在回轉窯內反應是個吸熱反應，需連續不斷地提供450 500°C的熱量下(約450萬大卡/小時)。所在氟化氫裝置中有一套熱風循環系統，在此系 統中有燃燒爐，氣體燃燒器、空氣預熱器、煙 、熱風循環風機，燃燒空氣送風等設備，設備 之間采用熱風管道進行連接。熱風系統的目的是為回轉爐提供高溫熱能維待HF的正常生 產反應所需的熱能。燃料氣(煤氣或吐氣、天然氣等)在燃燒爐的燃燒室中燃燒后產生高溫煙氣，進入 混合室后與系統返回的低溫煙氣混合達到回轉爐所需的450°C左右，然后進入回轉爐生產。 該煙氣經過回轉爐后溫度降到350°C，在此溫度下，熱風還具有很高熱焓，為了充分利用其溫至450°C進入循環系統。同時為了提供整個系統的熱 效率，對要排放的煙氣進行余熱回收。用煙氣余熱加熱燃料燃燒時所需的空氣，使最終排放 的煙氣溫度降至200°C左右后進入煙囪排放到大氣中。這樣既提高了能源的利用率，又可有 效地防止煙氣中所含硫對管道及設備的露點腐蝕。(注這里浪費大量熱量，為保設備，怕 產生露點造成腐蝕，而且大量的熱能、200°C煙氣、SiO2等氣體排入大氣。接下來就是我們著 手創新的切入點)另外對整個系統管路及設備進行外保溫或內襯，進一步地減小熱損使熱 風系統的熱效率達到了 80%左右。燃燒爐是熱風系統的關鍵設備，它的熱負荷為每小時450萬大卡(針對2萬t/a AHF而言)，每小時消耗燃氣約4140標準立方米。燃燒爐在結構上采用臥式，為了保證穩定的燃燒，燃燒爐由燃燒室與混合室兩個 相對獨立的部分組成，燃燒室配用強制供風燃燒器，并在殼體內采用較高檔次的耐火隔熱 材料，混合室采用較底檔次的耐火材料，這樣既滿足生產要求，降底燃燒爐的成本。2.氟化鋁生產裝置，熱能供給敘述在氟化鋁生產裝置中，為了配合開車時系統的升溫，也設置了一臺燃燒爐，它是將 燃料氣送入爐內進行燃燒后，并配入一定量的冷空氣進行混合，使混合煙氣出口溫度達到 工藝要求的500°C。燃燒爐的熱負荷每小時510萬大卡(針對年產3. 1萬t/a氟化鋁而 言)，燃料氣的消耗量為每小時4700標準立方米。3.螢石粉的干燥，氫氧化鋁的干燥由于氟化氫的生產對螢石料的含水量有嚴格要求，所必須對螢石粉進行干燥。干 燥過程中，螢石粉需要一定的熱煙氣與螢石粉接觸對其加熱，使螢石粉中的含水量達到工 藝要求。在此需要一臺燃燒爐將煤氣燃燒后產生高溫煙氣，并加入一定的冷空氣使高溫煙 氣的溫度降到工藝要求50(TC后進入干燥裝置，燃燒爐高熱負荷為每小時185萬大卡，燃料 氣的消耗每小時1700標準立方。氫氧化鋁在投流化床前，也需進行烘干，一般用清凈的熱空氣或蒸汽進行烘干。三、問題的提出氟化氫的生產必須用到螢石及硫酸和大量連續供給高溫熱能，而氟化鋁生產必須 用液態的氟化氫氣化，氣化后的氣態HF氣體遇氫氧化鋁進行反應，即需1、烘干后的氫氧化 鋁；2、烘干后的螢石；3、濃硫酸、發煙酸；4、連續供給的熱能。硫酸是個危化品，具有強腐蝕和強烈的刺激作用。蒸汽或霧氣可引起結膜炎，結膜 水腫等，以致失明。引起呼吸道刺激，重者發生呼吸困難和肺氣腫，高濃度引起喉痙攣或聲 門水腫而窒息死亡。發煙硫酸具有強刺激臭，對皮膚粘膜等組織有強烈刺激和腐蝕作用。可引起結膜 炎、水腫、角膜混濁，以致失明，引起呼吸道刺激癥狀，重者發生呼吸困難和肺氣腫，高濃度 引起喉痙攣或聲門水腫而死亡。年產2萬t/a氟化氫的裝置，發煙硫酸29370t/a，濃硫酸30570t/a，每天消耗 200t/天硫酸(按7200小時計算)，這些硫酸都是通過汽車貯槽車運輸，一路上危險性極 大。生產氟化氫由于是吸熱反應，需不間斷地供熱及烘干螢石、氫氧化鋁。氟化氫每小 時需熱量450萬大卡，消耗燃氣4140標準立方米。螢石粉在550°C的高溫下干燥，需185萬
4大卡/小時，燃氣1700Nm3/h，而這些燃氣是用煤制成煤氣的(大部分地區沒有天然氣)每 年用煤1. 8萬噸/年需優質白煤。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種生產無水氟化氫、干法氟化鋁的 能源綜合利用系統及其方法。生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統包括氟化氫反應爐、高溫風機、 換熱器、熔硫槽、焚硫爐、觸媒轉化器、余熱鍋爐、吸收裝置、再沸器、混合器、流化床；熔硫槽 與焚硫爐、換熱器的放熱管、觸媒轉化器、余熱鍋爐、吸收裝置依次相連，氟化氫反應爐、高 溫風機、換熱器的吸熱管一路串聯連接；余熱鍋爐經再沸器與混合器相連，換熱器的吸熱管 另一路經混合器與流化床連接。生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用方法包括1)硫磺通過熔硫槽，經0. 6MPa飽和蒸汽加熱使硫磺熔化，經焚硫爐燃燒，在焚硫 爐內產生900 1100°C的高溫SO2氣體，高溫SO2氣體經換熱器放熱管，使SO2氣體溫度降 到430 450°C，通過觸媒轉器生成SO3氣體，經余熱鍋爐吸熱，通過吸收裝置生成H2SO4,再 通過循環吸收產生質量百分比濃度為98%的濃硫酸及質量百分比濃度為105%發煙酸，余 熱鍋爐產生0. 6MPa飽和蒸汽循環使用；2)氟化氫反應爐夾套、高溫風機、出口溫度為450 500°C的換熱器吸熱管一路串 聯連接，將質量百分比含量為97%干螢石和質量百分比濃度為98%的濃硫酸以及質量百 分比濃度為105%的發煙硫酸加入氟化氫反應爐進行反應，反應溫度為350°C，生成氟化氫 氣體，經冷凝器冷凝就生成液態氟化氫產品；3)液態氟化氫經再沸器與來自換熱器的吸熱管另一路的450 500°C的熱空氣混 合進入混合器，混合氣體進入流化床與氫氧化鋁進行反應，生產氟化鋁。本發明與現有技術相比具有的有益效果1)節省土地使用面積，不會因煤氣爐制煤氣產生危險原，設備與設備之間，設備與 人之間沒有嚴格的距離安全要求；2)不會因煤氣爐制煤氣產生大量的二氧化硫(約336噸)及二氧化碳(約30800 噸)等廢氣排入大氣；3)降低生產成本，實現循環經濟；4)企業結束了燃煤的歷史。
附圖是產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統結構示意圖。
具體實施例方式針對生產裝置的特點及響應國家節能減排，低碳生產的精神，降低生產成本，減輕 公路運輸，提高安全。分析問題解決問題，即生產裝置所需H2SO4和大量的熱能，熱能由煤轉 化成煤氣，再由煤氣燃燒后產生熱量，因此產生大量的二氧化硫等氣體排入大氣。我們了解到硫磺制酸，在燃燒硫磺的同時產9000大卡/公斤的熱量，(而優質煤約
57000大卡/公斤，而且又有大量的S02、C02等氣體產生進入大氣，)燃燒硫磺產生9000大卡 /公斤的熱量，產成的SO2通過觸媒轉化，轉換成SO3，經吸收裝置生成H2SO3。通過改燃煤為 燃燒硫磺自供了 H2SO3，和熱能。更可喜的是在SO2轉化SO3的同時產生大量熱量，加設一個 余熱鍋爐，這樣蒸汽也解決了，從而使企業結束了燃煤的歷史。這就是我們技術的要點。如圖所示，生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統包括氟化氫反應爐 1、高溫風機2、換熱器3、熔硫槽4、焚硫爐5、觸媒轉化器6、余熱鍋爐7、吸收裝置8、再沸器 9、混合器10、流化床11 ；熔硫槽4與焚硫爐5、換熱器3的放熱管、觸媒轉化器6、余熱鍋爐 7、吸收裝置8依次相連，氟化氫反應爐1、高溫風機2、換熱器3的吸熱管一路串聯連接；余 熱鍋爐7經再沸器9與混合器10相連，換熱器3的吸熱管另一路經混合器10與流化床11。生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用方法包括1)硫磺通過熔硫槽4，經0. 6MPa飽和蒸汽加熱使硫磺熔化，經焚硫爐5燃燒，在焚 硫爐內產生900 1100°C的高溫SO2氣體，高溫SO2氣體經換熱器3放熱管，使SO2氣體溫 度降到430 450°C，通過觸媒轉器6生成SO3氣體，經余熱鍋爐7吸熱，通過吸收裝置8生 成H2SO4，再通過循環吸收產生質量百分比濃度為98%的濃硫酸及質量百分比濃度為105% 發煙酸，余熱鍋爐7產生0. 6MPa飽和蒸汽循環使用；2)氟化氫反應爐1夾套、高溫風機2、出口溫度為450 500°C的換熱器3吸熱管 一路串聯連接，將質量百分比含量為97%干螢石和質量百分比濃度為98%的濃硫酸以及 質量百分比濃度為105%的發煙硫酸加入氟化氫反應爐1進行反應，反應溫度為350°C，生 成氟化氫氣體，經冷凝器冷凝就生成液態氟化氫產品；3)液態氟化氫經再沸器9與來自換熱器3的吸熱管另一路的450 500°C的熱空 氣混合進入混合器10，混合氣體進入流化床11與氫氧化鋁進行反應，生產氟化鋁。
實施例整個原氟化氫裝置基本不作變動，新建一個10萬t/a的硫磺制酸工藝。將氟化氫 原有的燃燒爐改造成焚硫爐，新增一個換熱器，焚硫爐產生900 iioo°c的高溫so2通過換 器將熱量傳遞給空氣，將空氣升溫到500°c送入到氟化氫反應爐加熱，回風通過高溫風機將 350°c高熱風送回換熱器再次升溫到50(TC，循環使用，使熱量極大高利用，不浪費能源。而 多余的熱量，送到氫氧化鋁、CaF2的烘干。余熱鍋爐所產生的蒸汽供給生產和生活用熱能基 本無浪費，全部回收。節能、每年節能及降低生產成本8136萬元的效益。經濟分析在生產氟化氫的過程中需要大量的硫酸，考慮利用生產硫磺硫酸所產生的熱能來 提供熱風、蒸汽。目前國內還沒有生產廠家嘗試過。浙江中螢實業集團2萬噸氟化氫生產線為例1.所需硫酸6萬噸/年2.所需熱風500°C風量2500m2/分鐘3.所需蒸汽0· 6Mpa. 4t/h。現氟化氫生產時間按8000小時計算1.硫酸采購或銷售按400元/噸計，輸費(運輸半經150公考慮).0. 8元/噸公 里計算。
2.所需熱風按7000大卡標準煤，單價按1350元/噸計，輸費(運輸半經150公考 慮)150公里.0.8元/噸公里計算，需要每小時耗7000大卡標準煤2219. 12kg/hX2/3 = 1479. 4 ^ 1500kg/h 計。3.所需蒸汽按5500大卡標準煤，單價按750元/噸計，每噸標準煤產7噸蒸汽計。 輸費150公里.0. 8元/噸公里計算。4.硫磺按1650元/噸計。其硫酸和能源消耗成本見下表一和表二新老裝置效益對比見下表三消耗和能源消耗成本表表一 10萬噸硫磺制酸產能表表二 新老裝置效益對比表三 注1) 2萬噸氟化氫裝置年耗煤約16000噸(按7000大卡計算)2)硫磺制酸投資2500萬元，生產100天可回收投資。節能減排二氧化硫及二氧化碳1)折算產生熱量7000大卡標煤，參考含碳60%，含硫每年可減排C02為17600噸每年可減排S02為160噸2)折算產生熱量5000大卡標煤，參考含碳50%，含硫每年可減排C02為20533噸每年可減排S02為224噸從上兩張表格對比可看出如果生產2萬噸氟化氫用傳統的方法，每年需要消耗 在購買硫酸和采購能源上需要花費6336千萬元。如果上一套10萬噸硫磺制酸配套，每年 可創造8136萬元的經濟效益。這是個很符合國情，利國利民節能減排的好項目。
8
權利要求
一種生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統，其特征在于包括氟化氫反應爐(1)、高溫風機(2)、換熱器(3)、熔硫槽(4)、焚硫爐(5)、觸媒轉化器(6)、余熱鍋爐(7)、吸收裝置(8)、再沸器(9)、混合器(10)、流化床(11)；熔硫槽(4)與焚硫爐(5)、換熱器(3)的放熱管、觸媒轉化器(6)、余熱鍋爐(7)、吸收裝置(8)依次相連，氟化氫反應爐(1)、高溫風機(2)、換熱器(3)的吸熱管一路串聯連接；余熱鍋爐(7)經再沸器(9)與混合器(10)相連，換熱器(3)的吸熱管另一路經混合器(10)與流化床(11)連接。
2.一種如權利要求1所述系統的生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用方法， 其特征在于包括1)硫磺通過熔硫槽(4)，經0.6MPa飽和蒸汽加熱使硫磺熔化，經焚硫爐(5)燃燒，在焚 硫爐內產生900 1100°C的高溫SO2氣體，高溫SO2氣體經換熱器(3)放熱管，使SO2氣體 溫度降到430 450°C，通過觸媒轉器(6)生成SO3氣體，經余熱鍋爐(7)吸熱，通過吸收裝 置(8)生成H2SO4，再通過循環吸收產生質量百分比濃度為98%的濃硫酸及質量百分比濃度 為105%發煙硫酸，余熱鍋爐(7)產生0.6MPa飽和蒸汽循環使用；2)氟化氫反應爐(1)夾套、高溫風機(2)、出口溫度為450 500°C的換熱器(3)吸熱管 一路串聯連接，將質量百分比含量為97%干螢石和質量百分比濃度為98%的濃硫酸以及 質量百分比濃度為105%的發煙硫酸加入氟化氫反應爐(1)進行反應，反應溫度為350°C， 生成氟化氫氣體，經洗滌器、冷凝器冷凝就生成液態氟化氫產品；3)液態氟化氫經再沸器(9)與來自換熱器(3)的吸熱管另一路的450 500°C的熱空 氣混合進入混合器(10)，混合氣體進入流化床(11)與氫氧化鋁進行反應，生產氟化鋁。
全文摘要
本發明公開了一種生產無水氟化氫、干法氟化鋁的能源綜合利用系統及其方法。它包括氟化氫反應爐、高溫風機、換熱器、熔硫槽、焚硫爐、觸媒轉化器、余熱鍋爐、吸收裝置、再沸器、混合器、流化床；熔硫槽與焚硫爐、換熱器的放熱管、觸媒轉化器、余熱鍋爐、吸收裝置依次相連，氟化氫反應爐、高溫風機、換熱器的吸熱管一路串聯連接；余熱鍋爐經再沸器與混合器相連，換熱器的吸熱管另一路經混合器與流化床。本發明節省土地使用面積，不會因煤氣爐制煤氣產生危險原，設備與設備之間，設備與人之間沒有嚴格的距離安全要求；不會因煤氣爐制煤氣產生大量的二氧化硫及二氧化碳等廢氣排入大氣；降低生產成本；企業結束了燃煤的歷史。
文檔編號C01F7/50GK101920980SQ20101017621
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者唐土棟, 程志龍 申請人:中螢集團有限公司