氟化工裝置的工藝設(shè)計(jì)研究

王克亮 張偉

摘要：氟化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，此產(chǎn)業(yè)是新興的高科技產(chǎn)業(yè)，得到國家的大力支持和引導(dǎo)，氟化工生產(chǎn)中由于材料屬性的特殊性，容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，此行業(yè)具有高腐蝕性特點(diǎn)，亟需加強(qiáng)氟化工裝置策劃和設(shè)計(jì)。因此，優(yōu)化氟化工裝置設(shè)計(jì)，可提升相關(guān)生產(chǎn)裝置的安全系數(shù)，保證氟化工生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：氟化工產(chǎn)業(yè);氟化工裝置;工藝設(shè)計(jì);有機(jī)氟材料

引言：國家當(dāng)前將氟化工生產(chǎn)安全性擺在重要戰(zhàn)略位置上，對氟化工相關(guān)運(yùn)行裝置和生產(chǎn)裝置安全性高度重視，要求加強(qiáng)對氟化工裝置優(yōu)化改造，加強(qiáng)對裝置安全性的把控，保證氟化工安全生產(chǎn)。因此，相關(guān)研究人員認(rèn)為，有必要結(jié)合氟化工裝置工藝設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而為氟化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障。

1 關(guān)于氟化工裝置原理

1.1 傳統(tǒng)工藝原理

研究傳統(tǒng)的氟碳化學(xué)工藝原理發(fā)現(xiàn)，使用氟代替C1～C3碳鏈上的氫或氯碳鏈，其中涉及到氫氯氟烴產(chǎn)物、全氟烴產(chǎn)物等，在物質(zhì)反應(yīng)過程中，需要在氟氣或氯烯烴介質(zhì)作用下，進(jìn)一步促進(jìn)物質(zhì)發(fā)生反映;上述反映機(jī)理表現(xiàn)如下：zHF+R-Clx-R-ClyFs+（x-y）HCl;在具體反應(yīng)中，展現(xiàn)了液相和氣相兩種工藝方式，前者反應(yīng)的進(jìn)料主要是液體，后者反應(yīng)的進(jìn)料主要是氣體形式，經(jīng)反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)生混合物，最終精餾可得到相應(yīng)的工藝產(chǎn)品。

1.2 工藝過程及原料應(yīng)用

傳統(tǒng)的氟碳化學(xué)使用的是無水氟化氫材料原料，或應(yīng)用到液氯原料，由于無水氟化氫歸屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危化品類，具有劇毒屬性，因此，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，無法保證安全生產(chǎn)。有研究指出，加強(qiáng)對工藝實(shí)施過程控制外，有必要安裝安全儀表系統(tǒng)，參照《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》中的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)置和操作，降低危險(xiǎn)系數(shù)，控制危險(xiǎn)范圍[1]。在原料準(zhǔn)備過程中，還應(yīng)用到含氯烷烴、烯烴等原料，原料具有易燃易爆屬性，存在運(yùn)輸和存儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)，因此，加強(qiáng)對原材料的優(yōu)選可降低工藝危險(xiǎn)。

1.3 氯化反應(yīng)分析

1.3.1 液相法

上文中提到液相法主要的反應(yīng)進(jìn)料為液相工藝形式，使用的是銻氯化物進(jìn)行催化，將催化劑加入反應(yīng)釜后，反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氟烴，并在混合反應(yīng)下，將氫和氯轉(zhuǎn)化和分離，經(jīng)由氯化塔處理后，有效去除反應(yīng)混合物中的氯化氫。氯化反應(yīng)中的液相工藝操作過程中，反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力較低，在反應(yīng)過程中，通過與催化劑充分接觸，更好進(jìn)行氫和氯轉(zhuǎn)化，并將未充分反應(yīng)的混合物傳輸至氯化塔塔頂部，在冷凝后，混合物沿著反應(yīng)塔進(jìn)行傳熱，并經(jīng)由塔底回流至反應(yīng)器中。

1.3.2 氣相法

此種工藝方法反應(yīng)后產(chǎn)生的是氣體，使用金屬鉻作為催化劑，主要依據(jù)反應(yīng)熱效應(yīng)高低，將反應(yīng)器進(jìn)行類型劃分。將固相催化劑填充在固定床反應(yīng)器列管中，在熱媒作用下，更好達(dá)到反應(yīng)溫度，此種反應(yīng)器反應(yīng)出來的混合物，經(jīng)過熱回收可有效去除氯化氫分離單元。

1.3.3 氯化氫干法分離

氯化氫干法分離方式，經(jīng)由反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫產(chǎn)物沸點(diǎn)與產(chǎn)物本身較為接近，為保證分離效果，期間采用的是低溫精餾方式，分離掉氯化氫以外的介質(zhì)，通過添加一定量的制冷劑，達(dá)到了蒸發(fā)制冷的效果，溫度適宜，此種工藝方式較比其他方式更具優(yōu)越性，提升了設(shè)備裝置的耐腐蝕性，保證分離后的氯化氫純度更高，此種工藝方式當(dāng)前應(yīng)用廣泛。

1.3.4 酸性介質(zhì)脫除方式

在氯化氫反應(yīng)后，得到的反應(yīng)混合物中含有部分氯化氫與氟化氫酸性介質(zhì)，采取常壓等方法進(jìn)行分離處理，主要根據(jù)鹽酸、氫氟酸等介質(zhì)之間的比重，進(jìn)行分配，使用萃取劑對含有氯化氫與氟化氫酸性介質(zhì)的混合物進(jìn)行洗滌處理，將洗滌后的萃取液傳輸?shù)剿此?，并?jīng)由水洗塔頂部流出，實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)，此種工藝方式應(yīng)用下，可大量排出氫氟物質(zhì)，將萃取后的物質(zhì)進(jìn)行再次洗滌，將稀堿液作為洗滌劑，最終可得到氟烴混合物。

1.3.5 精餾分離

完成上述工藝操作后，雖得到混合物，但混合物的精度有待提升，因此，在本環(huán)節(jié)中，采取精餾分離的方式提高混合物的純度和精度。

2 氟化工裝置的工藝設(shè)計(jì)研究

2.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.1.1 夾套釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)

根據(jù)氟化工裝置相關(guān)特點(diǎn)對反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)了夾套釜式的反應(yīng)器，將蒸汽作為主要的熱源，將反應(yīng)器的溫度控制在200攝氏度左右，深化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考量了原料在液相催化劑界面中的接觸時(shí)間和接觸方式，確保夾套釜式反應(yīng)器更好滿足氟化工裝置使用需要。

2.1.2 固定床氟化反應(yīng)器設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)此類型反應(yīng)器過程中，主要是根據(jù)反應(yīng)熱效應(yīng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，可將設(shè)計(jì)類型劃分為絕熱式固定床和列管式固定床，前者更適合應(yīng)用在熱效應(yīng)不大的反應(yīng)中;后者則更適合應(yīng)用在吸熱/放熱顯著的反應(yīng)中，并且列管式固定床使用的材料具有耐腐蝕特性，可耐高溫，在本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)把控了床層的停留時(shí)間和催化量，將操作時(shí)的溫度控制在300攝氏度，使用熔鹽作為熱媒。

2.2 氟化工裝置設(shè)計(jì)中考慮的關(guān)鍵點(diǎn)

設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化氟化工裝置設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)考慮了裝置布置有關(guān)因素，加強(qiáng)對功能作用的劃分，確保大大提升氟化工裝置工藝水平，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)考慮，需要將裝置劃分出原料準(zhǔn)備模塊、氟化反應(yīng)模塊、水堿洗模塊、精餾分離模塊、尾氣處理模塊等，保證充分發(fā)揮各個(gè)功能模塊的作用，保證氟化工裝置應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上，降低操作難度。同時(shí)，要加強(qiáng)防毒防護(hù)，將含有氟化氫或氯氣的介質(zhì)歸屬在一起，并制定具有針對性的氣體檢測方案，裝設(shè)報(bào)警裝置，加強(qiáng)對有毒氣體的防護(hù)，提高生產(chǎn)安全性。另外，要做好干濕分離工作，明確劃分出水堿洗區(qū)域、降膜吸收區(qū)域等，將較為潮濕的具有腐蝕性的區(qū)域劃分在一起，優(yōu)化干濕區(qū)域的規(guī)劃設(shè)計(jì)，保證干濕分離的效果，更好提升氟化工裝置布置的合理性和科學(xué)性，提升氟化工裝置工藝性能[2]。在布置氟化工裝置過程中，要充分考慮此裝置的獨(dú)立性，由于裝置應(yīng)用操作過程中，涉及到的環(huán)節(jié)和流程較多，如蒸汽加熱、熱媒加熱反應(yīng)器等高溫操作，因此，為提升氟化工裝置應(yīng)用安全性，必須科學(xué)合理地將此裝置與其余裝置分離開;由于氟化工裝置應(yīng)用到壓縮工藝，為此，裝置本身的性能較為特殊，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，所以在布置氟化工裝置過程中，必須與其余功能區(qū)分離。

2.3 對氟化工裝置安全環(huán)保設(shè)計(jì)的考量

基于安全環(huán)保視角，相關(guān)人員提倡加大對?；返谋O(jiān)管力度，制定監(jiān)督管理機(jī)制，對液氯進(jìn)行管控，對AHF、液氯等設(shè)備安裝安全儀表;同時(shí)，對?；に嚿a(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督和管理，參照相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行監(jiān)督機(jī)制，充分保障氟化工裝置應(yīng)用安全性。另外，對氯氣、氯化氫等含有劇毒的產(chǎn)品進(jìn)行防范和管理，安裝檢測報(bào)警儀器，將風(fēng)險(xiǎn)隱患控制到最小。加大對易燃易爆及產(chǎn)品中含有有機(jī)氟材料的產(chǎn)品進(jìn)行安全監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理[3]。為進(jìn)一步提升氟化工裝置工藝應(yīng)用性能，必須加強(qiáng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)，在氟化氫、氯氣等危險(xiǎn)區(qū)域，設(shè)計(jì)水霧噴淋裝置，進(jìn)而起到吸收毒性介質(zhì)的作用;并在污水氟化氫輸送管法蘭接頭處，安裝防噴罩，相關(guān)的操作人員，必須強(qiáng)化安全意識(shí)，做好個(gè)人安全防護(hù)工作。

結(jié)論：綜上所述，我國氟化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，創(chuàng)新設(shè)計(jì)氟化工裝置工藝流程，可優(yōu)化相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行方式，大大提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，保障整個(gè)生產(chǎn)過程安全、可靠。氟化工裝置本身具有易燃易爆等特性，深化裝置設(shè)計(jì)，可提升裝置實(shí)際應(yīng)用的安全性，更好滿足國家安全設(shè)備使用要求，促使氟化工產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金暉.氟化工裝置的工藝設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020，46（6）：97-98.

[2]吳海君.化工裝置HAZOP分析結(jié)果在工藝安全管理中的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2019，17（2）：22-25.

[3]張明亮，郟廣震，陳雪峰.化工裝置交付檢修前的工藝安全過程控制[J].化工管理，2019（20）：295-296.

作者簡介：張偉?1979.2?男?漢?山東 桓臺(tái)?大專

王克亮 1976.7?男?漢?山東 桓臺(tái)??？?/p>