【文章內(nèi)容簡介】 化氫銨的 過程中產(chǎn)生 副產(chǎn)品白炭黑。 白炭黑為白色無定形微細粉末 , 其化學(xué)組成為SiO2 nH2O。本可研報告所產(chǎn) 白炭黑為 粗產(chǎn)品，需企業(yè)自定企業(yè)標準。 原料方案 ● 本項目原料方案 是自主研發(fā)以 包頭市 多家 稀土 廠家 產(chǎn) 出的 尾氣酸為主要原料 。 利用該尾氣酸不僅原料充足，而且 該 尾氣廢酸 是 稀土 行業(yè)的 廢棄物 ，最主要是變廢為寶，治理環(huán)境， 將 有很好的經(jīng)濟及社會效益 。 ● 本項目在生產(chǎn)氟化氫胺過程中 用氫氟酸與氟化銨反應(yīng) 生成氟化 氫銨， 該公司有自產(chǎn)氫氟酸，該原料供應(yīng)有保障。 ● 生產(chǎn) 氟化氫銨 的另一種原料 —— 液氨 ， 在 包頭周邊 地區(qū) 有 多 家化肥 生 產(chǎn)廠家 ，所以原料液氨供應(yīng)充足。 生產(chǎn)規(guī)模的確定 根據(jù)市場調(diào)查，目前國內(nèi)外氟化氫銨產(chǎn)品需求不斷增加，就國內(nèi)每年的消耗量約在數(shù)萬噸以上，該產(chǎn)品將有非 常好的發(fā)展前景，并且由于廠址所在地現(xiàn)有極豐富的電力煤炭資源，又是以當?shù)毓I(yè)產(chǎn)品為主要原料之一，是國家及當?shù)卣e極鼓勵發(fā)展的產(chǎn)品，故本項目產(chǎn)品方案符合國家產(chǎn)業(yè)政策，行業(yè)發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)政策及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求。 近年來， 國內(nèi) 生產(chǎn)氟化氫銨的生產(chǎn) 技術(shù) 在不斷提高 ， 氟化氫銨 的產(chǎn)量不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，而又不斷尋求新的原料路線 和工藝方法 ，目前基本形成了相當?shù)纳a(chǎn)規(guī)模。根據(jù)市場預(yù)測及 各股東 的集資現(xiàn)狀，確定 建設(shè) 規(guī)模為： 2020 噸 /年 氟化氫銨 。 300 噸 /年粗白炭黑。 4 工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案的選擇 原料路線確定的原則和依據(jù) 原料路線確定的原則 在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，原料的費用占整個產(chǎn)品成本很大的比例。因此，合理的選擇原料就顯得非常重要了。通常，在選擇原料時應(yīng)遵循如下的原則。 1） 原料的價格低廉，能保證產(chǎn)品具有較大的利潤空間； 2） 選擇的原料能夠 有 充足的供應(yīng)，不致因原料的短缺而影響生產(chǎn)； 3） 采用的原料能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量； 4） 最好能實現(xiàn)物料循環(huán)，不產(chǎn)生副產(chǎn)品或少產(chǎn)生廢物。 原料路線確定的依據(jù) 目前，國內(nèi)外生產(chǎn) 氟化氫銨 所用的主要原料 為 氫氟酸 、 液氨 ，但該項目 為自主研發(fā)用稀土焙燒尾氣酸、氫氟酸 為自產(chǎn)產(chǎn)品 、液氨為 外購 原料 生產(chǎn)氟化氫銨 。 原料路線的確定 綜上所述，采用 稀土焙燒尾氣酸、 氫氟酸 和 液氨 為原料可以滿足原料選擇的原則，而且可實現(xiàn)工業(yè)廢物化害為利，在環(huán)保方面具有雙重意義和作用。所以，確 定選擇尾氣酸、 氫氟酸 和 液氨 作為生產(chǎn) 氟化氫銨 的原料。 原料的確定 本項目原料方案是自主研發(fā)以包頭市多家稀土廠家產(chǎn)出的尾氣酸為主要原料。利用該尾氣酸不僅原料充足，而且該尾氣廢酸是稀土行業(yè)的 廢棄物，最主要是變廢為寶，治理環(huán)境，將有很好的經(jīng)濟及社會效益 。 1）尾氣酸 該公司自主研發(fā)生產(chǎn)氟化氫銨用到的尾氣酸來源于包頭地區(qū)多家稀土企業(yè)，此尾氣酸由水吸收稀土焙燒尾氣所得。其主要成分為 19%的 HF、8%的 SiF 4及 73%的 H2O。 2）氫氟酸 該公司有自產(chǎn)氫氟酸 3）液氨 在 包頭周邊 地區(qū)有多家化肥生產(chǎn)廠家，所以原料液氨供應(yīng)充足。 工藝技術(shù)概況 氟 化氫 銨 合成工藝可以分為直接合成和間接合成 ， 直接合成可分為液相法和氣相法，間接合成 有 氟 化 銨 水溶液脫水制備 法。 英杰化工自主開發(fā)的工藝為液相法。 液相 法 反應(yīng) 原理 : NH3+2HF NH4HF2 制法及工藝 :在鉛或塑料容器中 ， 投入定 量 40%氫 氟 酸，在攪拌下緩慢通入氨氣，使之充 分反應(yīng)。在容器夾套中用冷水冷卻。操作中隨時用剛果紅試劑測定，至試劑剛呈棕色為終點停止通氨。將反應(yīng)液蒸發(fā)濃縮至液面呈現(xiàn)結(jié)晶膜為止，然后冷卻結(jié)晶，離心分離，制得氟化氫銨成品。 氣 相法 反應(yīng) 原理 : NH3+2HF NH4HF2 制法及工藝 ：氣化的將無水氟化氫氣化后和氨氣以 2∶ 1(mol)的比例分別導(dǎo)入氣相反應(yīng)器中進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度保持在 250℃ 左右。反應(yīng)得到的高溫氟化氫銨氣體經(jīng)噴嘴在凝華器中與大量干燥 的冷空氣急劇混合，迅速冷卻形成粉末狀固體顆粒，經(jīng)旋風(fēng)分離器收集產(chǎn)品?？諝饨?jīng)冷卻后 循環(huán)使用。 工藝流程圖見圖 41。 圖 41 氣相法 工藝流程示意圖 氟化銨水溶液脫水制氟化氫銨 將氟化銨溶液與循環(huán)母液混合，在溫度 130℃ ,真空度 33～ 40kPa 下蒸發(fā)，得到熔融物。將熔融物于 60～ 80℃的水中重新溶解、過濾除去雜質(zhì) 。 濾液冷卻到 25℃再過濾。產(chǎn)物在過濾器上用 60～ 90℃的熱空氣于負壓下進行干燥。生成的 NH4HF2純度≥ 99%,母液循環(huán)使用 。蒸發(fā)出來的 NH3 可回收再用于制備 NH4F。 英杰化工液相法合成氟化氫銨 將尾氣酸與液氨在反應(yīng)罐內(nèi)混合，在常溫下反應(yīng)生成氟化銨溶液。沉淀分離得到 粗 白炭黑，上層清夜打到蒸發(fā)器，蒸發(fā)的同時加入氫氟酸反應(yīng)生成氟化氫銨。 工藝流程和消耗定額 反應(yīng)原理 1） SiF4＋ 6NH3 ＋ 2HF＋ 2H2O 6NH4F＋ SiO2 2） NH3+HF NH4F 3） NH4F+HF NH4HF2 全廠工藝流程簡述 原料尾氣酸由隔膜泵 從原料罐打入 攪拌式反應(yīng)釜中，同時將液氨通NH3 冷卻 AHF 反應(yīng) FAN 凝華 分離 成品 FAN 入反應(yīng)釜，在反應(yīng)釜中攪拌、中和約一小時左右完成中和，為使反應(yīng)完全，參加反應(yīng)的液氨 應(yīng) 過量， 在反應(yīng)綜合液 PH=8的條件下 生成白炭黑和NH4F的混合料 ，然后將反應(yīng)料排入澄清池自然沉降 24 小時后 將 料液中 沉淀于沉淀池底部 的 白炭黑 與 含少量 清夜的混合物用泥漿泵抽送至壓濾機過濾分離 得固體 粗 白炭黑，清夜重新返回澄清池，澄清池上層的清夜用清夜泵送至清夜池， 清夜通過管路與蒸發(fā)器相連在蒸發(fā)器負壓的作用下自動吸入蒸發(fā)器， 同時加入 20%的 HF,反應(yīng)生成 NH4HF2同時 蒸發(fā)掉溶液中含微量 NH3的水蒸汽 后 ， 溶液 變?yōu)闇囟容^高的 NH4HF2過飽和溶液，從蒸發(fā)器 底部出料口放入小車內(nèi) 自然冷卻 24 小時后隨著溫度的降低， NH4HF2由于溶解度變小而析出大量結(jié)晶，用離心機分離所得固體即為產(chǎn)品 NH4HF2，濾液進入濾液池后重新打入蒸發(fā)器蒸發(fā)。 整個過程產(chǎn)生的冷凝氨水定期外售，生產(chǎn)的產(chǎn)品 NH4HF2含水率＜ 3％， SiO2＜ 6％。流程圖見圖 4－ 2。 尾氣酸 液氨 清夜 圖 4－ 2 工藝流程圖 反應(yīng)罐 澄清池 蒸發(fā)合成 真空系統(tǒng) 過濾機 冷卻 氫氟酸 分離 成品 NH4HF2 清夜 白炭黑 全廠物料平衡方案 以 1 噸 氟化氫銨 為基準，全廠物料平衡如圖 43 所示 ： 圖 43 全廠物料平衡簡圖 自控技術(shù)方案 自控水平和主要控制方案 為了使生產(chǎn)平衡、安全、便于管理，自控儀表主要是 崗位就地 設(shè)置，控制儀表按工藝過程集中在相應(yīng)的 工段內(nèi) ，以便于檢測、控制和操作。 本項目是一 較 小 型企業(yè)，自控水平及控制方案在滿足生產(chǎn)的前提，盡量采用簡單 易行、安全可靠并便于操作的常規(guī)檢測儀表 ，測控系統(tǒng)及故障保護系統(tǒng) 。 儀表類型的選擇 現(xiàn)場儀表種類和型號的選擇應(yīng)盡可能減少品種，以利于備品備件的采購及維護。 溫度測量儀表 ● 就地溫度測量 一般選雙金屬溫度計 ● 集中溫度測量 選分度號為 Pt100 鉑熱電阻 熱電阻應(yīng)符合 IEC751標準或選用熱電偶 分度號根據(jù)工藝條件選擇，熱電尾氣酸 噸 蒸 發(fā) 合 成 澄清池 反應(yīng) 罐 液氨 噸 NH4HF2 噸 噸 噸 H2O 噸 偶應(yīng)符合 IEC584 標準 壓力測量儀表 ● 就地壓力測量 一般選彈簧管壓力表，對腐蝕性較強的介質(zhì)應(yīng)選用隔膜壓力表 ● 集 中壓力測量 均選用電子式儀表，二線制、 4— 20mA DC 標準信號。壓力和差壓變送器均為智能型變送器 流量測量儀表 一般選用孔板配差壓變送器，對腐蝕性的介質(zhì)選電磁流量計。根據(jù)工藝介質(zhì)測量要求也可選用其它類型流量儀表。對于原料和成品的流量測量使用高精度的流量儀表，氣體流量應(yīng)加溫度和壓力補償。 液位測量儀表 一般液位測量選用差壓式儀表，對腐蝕性的介質(zhì)選用法蘭式差壓儀表，根據(jù)工藝要求也可選用其它類型液位計，儲罐類選用浮標液面計。 固體物料一般用地衡式計量。 儀表防護 電子 /電氣儀表應(yīng)滿足相應(yīng)區(qū)域的防爆等級。遵循 GB50058— 92《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的要求。 電子控制系統(tǒng)應(yīng)是本安型，以確保在危險區(qū)域與非危險區(qū)域電氣的隔離。 現(xiàn)場安裝的電子 /電動儀表應(yīng)為全天候，符合 IP54（ IEC529）或以上等級。以滿足現(xiàn)場氣候條件要求。 儀表信號： 4～ 20mA DC 儀表供電 儀表電源由電氣專業(yè)提供雙回路 220V 50HZ 交流電。 DCS， PLC 和一些重要現(xiàn)場儀表電源應(yīng)由 UPS（不間斷電源裝置）提供 220V 50HZ交流電 源?，F(xiàn)場電 子式儀器變送器采用 24V DC 電源，可由 DCS系統(tǒng)提供。 UPS 應(yīng)配用高性能蓄電池，蓄電池容量應(yīng)考慮 30 分鐘備用時間。 主要設(shè)備的選擇 本項目設(shè)備選型按 2020 噸 /年 氟化氫銨 生產(chǎn)能力計算，生產(chǎn)天數(shù)按330 天計，全年按 8000小時計。 本項目主要設(shè)備有 蒸發(fā)器 、 反應(yīng) 罐、 過 濾機 、離心機 ，環(huán)保設(shè)施、輔助設(shè)施 等 。 選用的主要設(shè)備一覽表見表 4— 1。 表 41 主要設(shè)備一覽表 序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 操作條件 數(shù)量 材質(zhì) 溫度 （℃） 壓力（ MPa） 容積（ M3） 物料 1 水池 φ 常溫 常壓 300 水 1座 砼 2 酸儲罐 φ 3000 2020 常溫 常壓 15 尾氣酸 4臺 PP 3 液氨儲 罐 常溫 100 液氨 1臺 16MnR 4 反應(yīng)釜 φ 1200 1500 常溫 常壓 中和液 6臺 PP 5 澄清池 8000 50003000 常溫 常壓 100 中和液 2臺 砼＋ PP 6 過 濾機 HOL31000 常溫 常壓 白炭黑 沉淀 1臺 組合 件 7 清液池 8000 50003000 常溫 常壓 100 中和液 1臺 砼＋ PP 8 蒸發(fā)器 SWZ13505 6070 常壓 氟化氫銨溶液 2臺 組合 件 9 離心機 SS1000 常溫 常壓 氟化氫銨溶液 4臺 組合 件 10 冷凝器 6070 常壓 氨溶液 2套 組合 件 11 結(jié)晶機 SGJ400 常溫 MPa 氟化氫銨溶液 3臺 組合 件 標準化 本項目 為自主研發(fā)的新技術(shù)，具 有一定的創(chuàng)新性，但 各 生產(chǎn) 單元 是 較成熟的工藝，采用的大部分設(shè)備為非標設(shè)備，從結(jié)構(gòu)形式上 有 反應(yīng)器、換熱器、貯罐 等，由于有 較 強腐蝕性，設(shè)備均需內(nèi)襯 非金屬材料 或 防腐材料。 對壓力容器 設(shè)計制造應(yīng)遵循《壓力 容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《鋼制壓力容器》、 《鋼制管殼式換熱器》、 《鋼制焊接常壓容器技術(shù)條件》 及防腐 規(guī)范，對設(shè)備上的法蘭、封頭、人孔、視鏡、液位計、工藝管道、管件、等零部件，采用國家或部頒標準。 5 原材料、輔助材料及燃料的供應(yīng) 原材料供應(yīng) 主要原料的品種、規(guī)格、年需求量、來源及運輸條件