氟化工裝置的工藝設計研究

王克亮 張偉

摘要：氟化工產業發展迅速，此產業是新興的高科技產業，得到國家的大力支持和引導，氟化工生產中由于材料屬性的特殊性，容易引發火災、爆炸等安全事故，此行業具有高腐蝕性特點，亟需加強氟化工裝置策劃和設計。因此，優化氟化工裝置設計，可提升相關生產裝置的安全系數，保證氟化工生產安全。

關鍵詞：氟化工產業;氟化工裝置;工藝設計;有機氟材料

引言：國家當前將氟化工生產安全性擺在重要戰略位置上，對氟化工相關運行裝置和生產裝置安全性高度重視，要求加強對氟化工裝置優化改造，加強對裝置安全性的把控，保證氟化工安全生產。因此，相關研究人員認為，有必要結合氟化工裝置工藝設計相關內容，進行深入的研究，進而為氟化工產業發展提供保障。

1 關于氟化工裝置原理

1.1 傳統工藝原理

研究傳統的氟碳化學工藝原理發現，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物、全氟烴產物等，在物質反應過程中，需要在氟氣或氯烯烴介質作用下，進一步促進物質發生反映;上述反映機理表現如下：zHF+R-Clx-R-ClyFs+（x-y）HCl;在具體反應中，展現了液相和氣相兩種工藝方式，前者反應的進料主要是液體，后者反應的進料主要是氣體形式，經反應后，反應產生混合物，最終精餾可得到相應的工藝產品。

1.2 工藝過程及原料應用

傳統的氟碳化學使用的是無水氟化氫材料原料，或應用到液氯原料，由于無水氟化氫歸屬于重點監管的?；奉?，具有劇毒屬性，因此，在工業生產過程中，無法保證安全生產。有研究指出，加強對工藝實施過程控制外，有必要安裝安全儀表系統，參照《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》中的相關要求進行設置和操作，降低危險系數，控制危險范圍[1]。在原料準備過程中，還應用到含氯烷烴、烯烴等原料，原料具有易燃易爆屬性，存在運輸和存儲風險，因此，加強對原材料的優選可降低工藝危險。

1.3 氯化反應分析

1.3.1 液相法

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

1.3.2 氣相法

此種工藝方法反應后產生的是氣體，使用金屬鉻作為催化劑，主要依據反應熱效應高低，將反應器進行類型劃分。將固相催化劑填充在固定床反應器列管中，在熱媒作用下，更好達到反應溫度，此種反應器反應出來的混合物，經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，經由反應產生的氯化氫產物沸點與產物本身較為接近，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，通過添加一定量的制冷劑，達到了蒸發制冷的效果，溫度適宜，此種工藝方式較比其他方式更具優越性，提升了設備裝置的耐腐蝕性，保證分離后的氯化氫純度更高，此種工藝方式當前應用廣泛。

1.3.4 酸性介質脫除方式

在氯化氫反應后，得到的反應混合物中含有部分氯化氫與氟化氫酸性介質，采取常壓等方法進行分離處理，主要根據鹽酸、氫氟酸等介質之間的比重，進行分配，使用萃取劑對含有氯化氫與氟化氫酸性介質的混合物進行洗滌處理，將洗滌后的萃取液傳輸到水洗塔中，并經由水洗塔頂部流出，實踐操作中發現，此種工藝方式應用下，可大量排出氫氟物質，將萃取后的物質進行再次洗滌，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，在本環節中，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計研究

2.1 反應器設計

2.1.1 夾套釜式反應器設計

根據氟化工裝置相關特點對反應器進行優化設計，主要設計了夾套釜式的反應器，將蒸汽作為主要的熱源，將反應器的溫度控制在200攝氏度左右，深化設計過程中，設計人員重點考量了原料在液相催化劑界面中的接觸時間和接觸方式，確保夾套釜式反應器更好滿足氟化工裝置使用需要。

2.1.2 固定床氟化反應器設計

在設計此類型反應器過程中，主要是根據反應熱效應原理進行設計，可將設計類型劃分為絕熱式固定床和列管式固定床，前者更適合應用在熱效應不大的反應中;后者則更適合應用在吸熱/放熱顯著的反應中，并且列管式固定床使用的材料具有耐腐蝕特性，可耐高溫，在本環節設計中，設計人員重點把控了床層的停留時間和催化量，將操作時的溫度控制在300攝氏度，使用熔鹽作為熱媒。

2.2 氟化工裝置設計中考慮的關鍵點

設計人員在優化氟化工裝置設計過程中，重點考慮了裝置布置有關因素，加強對功能作用的劃分，確保大大提升氟化工裝置工藝水平，結合實際生產考慮，需要將裝置劃分出原料準備模塊、氟化反應模塊、水堿洗模塊、精餾分離模塊、尾氣處理模塊等，保證充分發揮各個功能模塊的作用，保證氟化工裝置應用性能的基礎上，降低操作難度。同時，要加強防毒防護，將含有氟化氫或氯氣的介質歸屬在一起，并制定具有針對性的氣體檢測方案，裝設報警裝置，加強對有毒氣體的防護，提高生產安全性。另外，要做好干濕分離工作，明確劃分出水堿洗區域、降膜吸收區域等，將較為潮濕的具有腐蝕性的區域劃分在一起，優化干濕區域的規劃設計，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立性，由于裝置應用操作過程中，涉及到的環節和流程較多，如蒸汽加熱、熱媒加熱反應器等高溫操作，因此，為提升氟化工裝置應用安全性，必須科學合理地將此裝置與其余裝置分離開;由于氟化工裝置應用到壓縮工藝，為此，裝置本身的性能較為特殊，在運行過程中會產生較大的噪音，所以在布置氟化工裝置過程中，必須與其余功能區分離。

2.3 對氟化工裝置安全環保設計的考量

基于安全環保視角，相關人員提倡加大對?；返谋O管力度，制定監督管理機制，對液氯進行管控，對AHF、液氯等設備安裝安全儀表;同時，對?；に嚿a過程進行監督和管理，參照相關的規范和標準執行監督機制，充分保障氟化工裝置應用安全性。另外，對氯氣、氯化氫等含有劇毒的產品進行防范和管理，安裝檢測報警儀器，將風險隱患控制到最小。加大對易燃易爆及產品中含有有機氟材料的產品進行安全監控，發現異常，及時處理[3]。為進一步提升氟化工裝置工藝應用性能，必須加強安全防護設計，在氟化氫、氯氣等危險區域，設計水霧噴淋裝置，進而起到吸收毒性介質的作用;并在污水氟化氫輸送管法蘭接頭處，安裝防噴罩，相關的操作人員，必須強化安全意識，做好個人安全防護工作。

結論：綜上所述，我國氟化工產業發展壯大，創新設計氟化工裝置工藝流程，可優化相關生產設備的運行方式，大大提高生產效率，保證產品質量，保障整個生產過程安全、可靠。氟化工裝置本身具有易燃易爆等特性，深化裝置設計，可提升裝置實際應用的安全性，更好滿足國家安全設備使用要求，促使氟化工產業安全生產。

參考文獻：

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

[2]吳海君.化工裝置HAZOP分析結果在工藝安全管理中的應用[J].安全、健康和環境，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?大專

王克亮 1976.7?男?漢?山東 桓臺??？?/p>