[發明專利]一種使用氟硅酸鈉制備氟化氫的方法

在審

• 申請號: 201811066627.1
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN108862201A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 楊遙;林王旻;黃正梁;孫婧元;王靖岱;廖祖維;蔣斌波;陽永榮;葉健
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B7/19
• 分類號: C01B7/19
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種使用氟硅酸鈉制備氟化氫的方法。使用三氧化硫與水蒸汽混合氣或者硫酸蒸氣作為反應氣，在流化床反應器中將氟硅酸鈉固體流化并進行反應。該方法相比于現有的液固混合反應能夠強化傳質傳熱效率，減小反應器體積，降低能耗，減少成本。

技術領域

本發明涉及一種使用氟硅酸鈉制備氟化氫的方法。

技術背景

無水氟化氫是一種重要的基礎化工原料，可用于生產有機氟化物、無機氟化鹽等，廣泛應用于氟化工、石油化工、原子能工業等行業，近年來我國對無水氟化氫的需求量不斷增加。目前生產氟化氫的氟主要來源于螢石，隨著人們環保意識的增強以及螢石資源的日益緊缺，氟化氫生產原料正逐漸成為一個重要的問題。鑒于螢石生產氟化氫工藝的成本高、能耗大、工藝復雜等種種弊端，特別是用來生產氟化氫的不可再生的螢石資源極為有限，而用資源豐富的磷礦生產磷肥又副產氟硅酸及氟硅酸鹽，因此利用其他原料生產氟化氫將開拓氟資源利用的新途徑。

目前尚在研究階段的螢石替代品有氟化銨、氟氫化鈉、氟化氫銨、氟硅酸和氟硅酸鈉等。中國專利CN108439340A公開了一種無水氫氟酸的制備方法，將氟硅酸鈉與濃硫酸混合均勻，反應后得到氟化氫氣體。該方法使得氟硅酸鈉中的氟利用率高，相比于其他反應路線，可以簡化工藝流程，降低生產成本。但是該專利使用的反應方法僅為液固混合，存在混合不均勻、傳質困難、難以傳熱等問題。

本發明在現有專利基礎上，提出來使用流態化方法處理該反應。使用三氧化硫與水蒸汽混合氣或者硫酸蒸氣作為反應氣，在流化床反應器中將氟硅酸鈉固體流化并進行反應。該方法相比于現有的液固混合反應能夠強化傳質傳熱效率，減小反應器體積，降低能耗，減少成本。

發明內容

本發明利用流化床反應器進行氟硅酸鈉制備氟化氫的反應，包括以下步驟：

(1)將氟硅酸鈉粉末加入到流化床反應器中。

(2)使用反應氣將氟硅酸鈉粉末流化，同時在反應器中發生反應，生成氟化氫。

(3)氣體排出反應器，經分離提純后得到氟化氫產品。

為保證固體顆粒能夠在流化床反應器中流化，步驟1中使用的氟硅酸鈉粒徑分布介于0.1μm-1000μm，優選5μm-500μm。氟硅酸鈉制備氟化氫的反應為吸熱反應，反應器在高溫下進行反應，其溫度為150℃-800℃，優選200℃-650℃。

該制備方法的原理為：氣相中的硫酸冷凝在氟硅酸鈉固體表面并發生反應，生成氟化氫氣體和硫酸鈉，其中氟化氫氣體逸出，硫酸鈉固體留在表面最終形成排渣。氣相中的硫酸來源可以直接使用硫酸蒸氣，也可以使用三氧化硫與水蒸汽混合后反應生成。為保證硫酸能夠存在于氣相中并且能夠冷凝在氟硅酸鈉表面，需要控制反應器在略低于硫酸露點的溫度下進行反應。為控制氣相露點，需要在氣體中添加合適的惰性氣體調節硫酸分壓。因此使用的反應氣一種選擇為硫酸蒸氣與惰性氣體的混合氣，通過調節其中惰性氣體的含量以調節硫酸的分壓，使其能夠在反應溫度下在固體表面冷凝，繼而發生反應。優選質量分數95％以上的硫酸蒸汽。另一種選擇為三氧化硫與水蒸汽混合氣，同樣調節其中惰性氣體的含量以調節分壓，使得產生的硫酸冷凝在固體表面進行反應。為保證混合氣混合反應后生成的硫酸有足夠的分壓，優選摩爾比4:1-1:4的三氧化硫與水蒸氣混合氣作為原料。上述原料氣中的惰性氣體可選擇氮氣、氟化氫氣體等，優選氟化氫氣體，以降低后續分離提純工段負荷。適當添加惰性氣體可以降低硫酸分壓，使其露點上升，反應器溫度操作區間升高，能夠加快反應進行。但是惰性氣體含量過高會降低硫酸含量，降低反應速率，因此添加量需控制在摩爾分率30％以下。