一种低耗节能的双流化床无水氟化铝生产工艺

李长明，刘正锋

(宁夏盈氟金和有限责任公司 ，宁夏 石嘴山 753000)

0 前言

无水氟化铝是重要的无机化工产品，多氟多自主研发了一种利用99.5%以上的无水酸和氢氧化铝流态化进行反应制得无水氟化铝工艺，是当前比较先进的制取无水氟化铝的一种工艺。随着科技的进步以及行业间竞争压力的不断增强，环保形势日益严峻，如何降低生产成本，提高反应效率已成为当前氟化工行业面临的重要难题。

文章在多氟多自主研发的无水氟化铝工艺的基础上进行创新改造，采取双流化床的反应装置，优化工艺；前端以活性较好的氧化铝与氟化氢气体进行反应，降低维持反应温度所消耗的天然气，后端利用前端产生的高温气体烘干转型氢氧化铝原料，以提高原料反应活性，顺带降低尾气中所含的氟化氢气体含量，使其与氢铝进行二次反应，形成良性循环[1]。此工艺不仅提高了能源利用率，同时也降低了尾气中的氟含量，对无水氟化铝尾气治理有着深远的意义。

1 流程简述

1.1 生产工艺

使用萤石和硫酸在反应炉中反应制得无水氟化氢(简称AHF)，AHF和经烘干转型的氢氧化铝(活性氧化铝)在双层膨化流化床中进行反应，最终制得无水氟化铝，反应产生的400～500 ℃高温尾气在双层膨化流化床中与氢氧化铝进行脱水反应并吸附前端未反应完的HF气体，使尾气温度降至200 ℃以下，有效降低尾气中氟化氢含量；200 ℃的尾气经过文丘里洗涤塔吸收降温后，再次经过电除尘设备，使尾气达标排放。反应方程式如下：

1.2 工艺流程(见图1)

图1 双流化床生产工艺简图

2 过程控制

2.1 设计思路

以提高前端收益为岀发点，以能量守恒为理论基础，新增一级流化床，提高一次反应效率；降低后端尾气中的氟含量和固含量，减少氟资源的浪费；同时利用余热将氢铝加热提温；降低尾气温度，提高尾气洗涤吸收效果，使尾气达标排放。

多氟多自主研发的无水氟化铝生产工艺，采用的单流化床进行反应生产，即氢氧化铝的脱水转型吸热反应与氢氟酸反应生成无水氟化铝的放热反应在同一空间进行，热量抵消严重，需要对整个反应系统进行能源补充，以防止由于反应温度过低、反应不充分而造成的产品氟含量不均匀的质量事故。

解决措施：釆取折流板、筛板分散物料的方式，使尾气与氢铝原料充分接触，达到氢铝脱水、吸氟的目的(HF气体与氢铝二次反应)，以提高前端收益，降低后续副产品的产出率，同时还能进一步降低蒸汽及天然气的消耗。

2.2 氢氧化铝转变为活性氧化铝的过程

氢氧化铝经过高温煅烧脱去附着水和结晶水，适宜的温度可使其晶型发生良心改变，提高原料活性[2]。

工业生产的氢氧化铝含有3%～7%的结晶水，脱除附着水温度在100～110 ℃。而结晶水的脱除往往伴随着晶型的转变，氢氧化铝在1 200 ℃下全部转化为α-Al2O3，脱水主要在100～300 ℃完成，在240 ℃脱水过程中氧化铝比表面积急剧增加，到400 ℃左右达到极大值，反应活性最好。

利用双流化床生产无水氟化铝工艺，恰巧利用了氢氧化铝在400 ℃左右比表面积达到最大值的这一特性，充分利用2#流化床产生的400～500 ℃的高温含氟尾气对氢氧化铝进行脱水、吸氟处理，避免了因单一流化床氢氧化铝反应活性低，内部反应达不到最佳反应温度，需要增加天然气、蒸汽换热器、氢氟酸蒸发器等设备对氢氟酸进行汽化增加活化能，对配风进行预热以提高反应温度等耗能措施，使生产成本得到有效控制。

3 内部结构

3.1 新增流化床的结构设计

内部结构设计参考多氟多自主研发的无水氟化铝工艺和现有的三种类型的流态化焙烧技术和装置：第一代回转炉，第二代稀相与浓液相态化相结合的流态化焙烧，第三代稀相流态化的气态悬浮焙烧。自制一种气体与固体充分接触的流态化烘干氢氧化铝转型吸氟的流化装置(采用折流板、筛板分散物料、气固充分接触)[3]。

3.2 内部结构

1#流化床内部平面结构示意图见图2。

图2 1#流化床内部平面结构示意图

高温含氟尾气从流化床底部进入，氢氧化铝通过申克称计量设备从顶部均匀稳定进入膨胀流化床内部，随着高温尾气对湿氢氧化铝进行烘干，气体温度逐渐降低至200 ℃后进入文丘里洗涤系统，经过洗涤降温、电除尘等设备达标排放。

4 小结

双流化床无水氟化铝生产工艺是在多氟多自主研发的无水氟化铝工艺的基础上一次重大突破，它的研究与实施，将进一步提高反应效率，热能得到高效的梯级利用，生产更加绿色、节能。在实施过程中，对尾气温度、料比、风量及风速的控制非常关键。

随着科技的进步及市场竞争力的不断提升，无水氟化铝的绿色生产必定要紧紧围绕节约能源、降低原料和辅材消耗、减少污染物的产生和排放。无水氟化铝采取双流化床生产工艺和双流化床双层膨胀流化床技术，能够更加充分地利用系统能源，降低生产成本和能耗，使无水氟化铝生产工艺在市场竞争中更具有优势。