无水氟化氢工艺流程比较

张海荣华陆工程科技有限公司 西安710065

氟化氢又称氢氟酸，是氟化学工业的基础，我国是全球氟化氢的最大生产国。

目前世界各国基本都是采用萤石与硫酸反应制取氟化氢，原因是萤石与硫酸原料易得、供应量大且稳定、大规模工业生产技术成熟可靠。

氟化氢生产技术路线分为常压流程和加压流程，区别是精馏塔、脱气塔采用常压操作和带压操作。由于氟化氢在常压下沸点为19.5℃，因此常压流程的精馏塔、脱气塔塔顶冷凝器均需采用冷冻水进行冷凝，而冷冻水需消耗大量的电能，所以两塔冷凝器在氟化氢装置的能耗中占很大比例;加压流程通过提高两塔操作压力，使氟化氢沸点升至50℃以上，故塔顶冷凝器可使用循环水对氟化氢进行冷凝，由于循环水能耗低，节能效果显著。

国内氟化氢企业通常采用常压流程，其原因是氟化氢属于高度危害性物质，且腐蚀性较强，而常压流程的技术难度相对较低，生产中操作比较容易。

常压流程与加压流程只在于精馏塔与脱气塔操作压力不同，所以只对这两塔系统进行比较分析。由于脱气塔和精馏塔的情况相同，比较精馏塔的能耗情况就可以知道总的能耗比例，下面以15 kt/a无水氟化氢装置为例，通过计算比较常压流程和加压流程的能耗。

1 精馏塔再沸器能耗

1.1 常压流程

由于氟化氢在常压下沸点为19.5℃，所以采用70℃～80℃的热水即可。通过再沸器管程的氟化氢质量流量为3313kg/h，通过壳程的热水流量为29.17t/h，再沸器的换热面积为26.94m2，传递的热量为34594W，传热系数630.14W/(m2·K)。

1.2 加压流程

加压流程中精馏塔的操作压力为0.25MPa，氢氟酸的沸点为61.6℃，故选用0.3 MPa的饱和蒸汽作为热媒体，通过再沸器管程的氟化氢质量流量同样为3313kg/h，通过壳程的蒸汽流量为13383kg/h，再沸器的换热面积为14.8m2，传递的热量为792508W，传热系数1073.73W/(m2·K)。

2 精馏塔冷凝器能耗

2.1 常压流程

进入冷凝器的氢氟酸温度为19.18℃，沸点是17.99℃。冷媒体选用乙二醇溶液，温度为－10～－5℃，通过冷凝器管程的氟化氢质量流量为3262.5kg/h，通过壳程的冷媒流量为149.66t/h，传递的热量为787703W，传热系数574.23W/(m2·K)。

2.2 加压流程

进入冷凝器的氢氟酸温度为58.35℃，沸点是57.46℃。冷媒体选用循环水即可，温度为33～38℃。通过冷凝器管程的氟化氢质量流量为3262.5 kg/h，通过壳程的冷媒流量为129.79 t/h，传递的热量为755259W，传热系数844.91W/(m2·K)。

3 常压流程与加压流程能耗比较

常压操作流程精馏塔的能耗见表1。

表1 常压操作流程精馏塔能耗

加压操作流程精馏塔能耗见表2。

表2 加压操作流程精馏塔能耗

通过表1和表2比较可知，加压操作流程能耗较低。

4 常压流程与加压流程设备投资费用比较

4.1 塔顶冷凝器

常压流程与加压流程均采用碳钢，且费用差不多，但从腐蚀角度看常压流程的冷凝器使用年限长一些。

4.2 精馏塔与脱气塔

常压流程与加压流程的塔身均采用碳钢，填料均采用PTFE材质，塔釜均部分内衬PTFE，但加压流程塔径小一些，因此加压流程投资略小。

4.3 精馏塔再沸器

常压流程比加压流程精馏塔再沸器换热面积大，如果管程材质均采用825合金，常压流程投资比加压流程大。

5 结语

相同规模下，加压流程比常压流程能耗低，设备投资费用小，所以在无水氟化氢生产中采用加压流程工艺是可行的。