氟化工装置的工艺设计研究

王克亮 张伟

摘要：氟化工产业发展迅速，此产业是新兴的高科技产业，得到国家的大力支持和引导，氟化工生产中由于材料属性的特殊性，容易引发火灾、爆炸等安全事故，此行业具有高腐蚀性特点，亟需加强氟化工装置策划和设计。因此，优化氟化工装置设计，可提升相关生产装置的安全系数，保证氟化工生产安全。

关键词：氟化工产业;氟化工裝置;工艺设计;有机氟材料

引言：国家当前将氟化工生产安全性摆在重要战略位置上，对氟化工相关运行装置和生产装置安全性高度重视，要求加强对氟化工装置优化改造，加强对装置安全性的把控，保证氟化工安全生产。因此，相关研究人员认为，有必要结合氟化工装置工艺设计相关内容，进行深入的研究，进而为氟化工产业发展提供保障。

1 关于氟化工装置原理

1.1 传统工艺原理

研究传统的氟碳化学工艺原理发现，使用氟代替C1～C3碳链上的氢或氯碳链，其中涉及到氢氯氟烃产物、全氟烃产物等，在物质反应过程中，需要在氟气或氯烯烃介质作用下，进一步促进物质发生反映;上述反映机理表现如下：zHF+R-Clx-R-ClyFs+（x-y）HCl;在具体反应中，展现了液相和气相两种工艺方式，前者反应的进料主要是液体，后者反应的进料主要是气体形式，经反应后，反应产生混合物，最终精馏可得到相应的工艺产品。

1.2 工艺过程及原料应用

传统的氟碳化学使用的是无水氟化氢材料原料，或应用到液氯原料，由于无水氟化氢归属于重点监管的危化品类，具有剧毒属性，因此，在工业生产过程中，无法保证安全生产。有研究指出，加强对工艺实施过程控制外，有必要安装安全仪表系统，参照《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》中的相关要求进行设置和操作，降低危险系数，控制危险范围[1]。在原料准备过程中，还应用到含氯烷烃、烯烃等原料，原料具有易燃易爆属性，存在运输和存储风险，因此，加强对原材料的优选可降低工艺危险。

1.3 氯化反应分析

1.3.1 液相法

上文中提到液相法主要的反应进料为液相工艺形式，使用的是锑氯化物进行催化，将催化剂加入反应釜后，反应转化为氟烃，并在混合反应下，将氢和氯转化和分离，经由氯化塔处理后，有效去除反应混合物中的氯化氢。氯化反应中的液相工艺操作过程中，反应温度和反应压力较低，在反应过程中，通过与催化剂充分接触，更好进行氢和氯转化，并将未充分反应的混合物传输至氯化塔塔顶部，在冷凝后，混合物沿着反应塔进行传热，并经由塔底回流至反应器中。

1.3.2 气相法

此种工艺方法反应后产生的是气体，使用金属铬作为催化剂，主要依据反应热效应高低，将反应器进行类型划分。将固相催化剂填充在固定床反应器列管中，在热媒作用下，更好达到反应温度，此种反应器反应出来的混合物，经过热回收可有效去除氯化氢分离单元。

1.3.3 氯化氢干法分离

氯化氢干法分离方式，经由反应产生的氯化氢产物沸点与产物本身较为接近，为保证分离效果，期间采用的是低温精馏方式，分离掉氯化氢以外的介质，通过添加一定量的制冷剂，达到了蒸发制冷的效果，温度适宜，此种工艺方式较比其他方式更具优越性，提升了设备装置的耐腐蚀性，保证分离后的氯化氢纯度更高，此种工艺方式当前应用广泛。

1.3.4 酸性介质脱除方式

在氯化氢反应后，得到的反应混合物中含有部分氯化氢与氟化氢酸性介质，采取常压等方法进行分离处理，主要根据盐酸、氢氟酸等介质之间的比重，进行分配，使用萃取剂对含有氯化氢与氟化氢酸性介质的混合物进行洗涤处理，将洗涤后的萃取液传输到水洗塔中，并经由水洗塔顶部流出，实践操作中发现，此种工艺方式应用下，可大量排出氢氟物质，将萃取后的物质进行再次洗涤，将稀碱液作为洗涤剂，最终可得到氟烃混合物。

1.3.5 精馏分离

完成上述工艺操作后，虽得到混合物，但混合物的精度有待提升，因此，在本环节中，采取精馏分离的方式提高混合物的纯度和精度。

2 氟化工装置的工艺设计研究

2.1 反应器设计

2.1.1 夹套釜式反应器设计

根据氟化工装置相关特点对反应器进行优化设计，主要设计了夹套釜式的反应器，将蒸汽作为主要的热源，将反应器的温度控制在200摄氏度左右，深化设计过程中，设计人员重点考量了原料在液相催化剂界面中的接触时间和接触方式，确保夹套釜式反应器更好满足氟化工装置使用需要。

2.1.2 固定床氟化反应器设计

在设计此类型反应器过程中，主要是根据反应热效应原理进行设计，可将设计类型划分为绝热式固定床和列管式固定床，前者更适合应用在热效应不大的反应中;后者则更适合应用在吸热/放热显著的反应中，并且列管式固定床使用的材料具有耐腐蚀特性，可耐高温，在本环节设计中，设计人员重点把控了床层的停留时间和催化量，将操作时的温度控制在300摄氏度，使用熔盐作为热媒。

2.2 氟化工装置设计中考虑的关键点

设计人员在优化氟化工装置设计过程中，重点考虑了装置布置有关因素，加强对功能作用的划分，确保大大提升氟化工装置工艺水平，结合实际生产考虑，需要将装置划分出原料准备模块、氟化反应模块、水碱洗模块、精馏分离模块、尾气处理模块等，保证充分发挥各个功能模块的作用，保证氟化工装置应用性能的基础上，降低操作难度。同时，要加强防毒防护，将含有氟化氢或氯气的介质归属在一起，并制定具有针对性的气体检测方案，装设报警装置，加强对有毒气体的防护，提高生产安全性。另外，要做好干湿分离工作，明确划分出水碱洗区域、降膜吸收区域等，将较为潮湿的具有腐蚀性的区域划分在一起，优化干湿区域的规划设计，保证干湿分离的效果，更好提升氟化工装置布置的合理性和科学性，提升氟化工装置工艺性能[2]。在布置氟化工装置过程中，要充分考虑此装置的独立性，由于装置应用操作过程中，涉及到的环节和流程较多，如蒸汽加热、热媒加热反应器等高温操作，因此，为提升氟化工装置应用安全性，必须科学合理地将此装置与其余装置分离开;由于氟化工装置应用到压缩工艺，为此，装置本身的性能较为特殊，在运行过程中会产生较大的噪音，所以在布置氟化工装置过程中，必须与其余功能区分离。

2.3 对氟化工装置安全环保设计的考量

基于安全环保视角，相关人员提倡加大对危化品的监管力度，制定监督管理机制，对液氯进行管控，对AHF、液氯等设备安装安全仪表;同时，对危化工艺生产过程进行监督和管理，参照相关的规范和标准执行监督机制，充分保障氟化工装置应用安全性。另外，对氯气、氯化氢等含有剧毒的产品进行防范和管理，安装检测报警仪器，将风险隐患控制到最小。加大对易燃易爆及产品中含有有机氟材料的产品进行安全监控，发现异常，及时处理[3]。为进一步提升氟化工装置工艺应用性能，必须加强安全防护设计，在氟化氢、氯气等危险区域，设计水雾喷淋装置，进而起到吸收毒性介质的作用;并在污水氟化氢输送管法兰接头处，安装防喷罩，相关的操作人员，必须强化安全意识，做好个人安全防护工作。

结论：综上所述，我国氟化工产业发展壮大，创新设计氟化工装置工艺流程，可优化相关生产设备的运行方式，大大提高生产效率，保证产品质量，保障整个生产过程安全、可靠。氟化工装置本身具有易燃易爆等特性，深化装置设计，可提升装置实际应用的安全性，更好满足国家安全设备使用要求，促使氟化工产业安全生产。

参考文献：

[1]金晖.氟化工装置的工艺设计[J].化工设计通讯，2020，46（6）：97-98.

[2]吴海君.化工装置HAZOP分析结果在工艺安全管理中的应用[J].安全、健康和环境，2019，17（2）：22-25.

[3]张明亮，郏广震，陈雪峰.化工装置交付检修前的工艺安全过程控制[J].化工管理，2019（20）：295-296.

作者简介：张伟 1979.2 男 汉 山东 桓台 大专

王克亮 1976.7 男 汉 山东 桓台 专科