无水氟化氢卸车及储存的安全设施设计研究

无水氟化氢卸车及储存的安全设施设计研究

林涛

36212419780622003X 厚成科技 (南通) 有限公司

摘要：随着科技的发展，化学用品的应用也越来越多，对其安全的使用也愈发严格，本文介绍无水氟化氢的性质及危险性，从无水氟化氢卸车、储存使用及输送方式、自动化控制、建筑消防、事故废气处理及应急救援等方面进行了针对性的安全设施设计，并提出相关建议。

关键词：无水氟化氢；卸车及储存；安全设施设计

引言

无水氟化氢是一种非常重要的高附加值氟化工产品和基础化工原料，广泛的应用于氟化工、电子气体工业、石化等行业。根据《危险化学品目录》(2015年版)，无水氟化氢属于危险化学品和高毒戒指。近年来化工行业安全事故频发，国家越来越关注企业的安全生产，无水氟化氢由于具有很强的毒性、腐蚀性，一旦发生泄漏，会发生人员中毒、环境污染等事故发生，将会对人和环境造成非常严重的后果，因此，从工程设计的源头出发，对无水氟化氢卸车及储存过程进行安全设施设计至关重要。

1含氟资源现状和无水氟化氢生产工艺简介

当前氟化工的含氟来源主要是萤石矿和含氟的磷矿石。萤石矿等氟资源具有不可再生性，使得萤石等氟资源成为宝贵的战略资源。国土资源部等多部门编制的《全国矿产资源规划（2016—2022年）》，首次将萤石等24种矿产列入战略性矿产目录，以提高资源安全供应能力和开发利用水平。据美国地质调查报告《MineralCommoditySummaries2022》估算统计，2021年世界萤石已探明储量为3.2亿t，中国储量为0.42亿t，位居世界第二；而中国2021年萤石产量达到540万t，占世界总产量的63%。为缓解天然萤石资源紧张，很多研究人员聚焦、开发出以Ca(NO3)2、CaCl2等原料的人工萤石制备技术。磷矿石中也蕴藏可观的含氟量。《MineralCommoditySummaries2022》中估计全球磷矿储量710亿t，中国储量32亿t，同样位居世界第二位。其中，2021年磷矿石中国产量为8500万t，约占世界总产量的38.6%；以3%的氟含量估算，将折合为510万tCaF2（约等于2021年中国的萤石矿产量）。磷矿石中伴生的氟占世界氟储量的90%以上，目前仅有实际开采价值的磷矿中就有8~14亿t氟，相当于16~28亿tCaF2。然而，2018年中国采用磷矿开发副产物氟硅酸生产的HF占比仅仅约为3%；而美国氟硅酸路线的氟化氢占其国内表观销量的15.6%。因此，中国磷矿中的氟资源亟待开发利用，从磷化工中回收氟资源转化为AHF、AAF等产品，提高氟资源的综合利用率，推动磷矿石清洁加工和高端氟材料产业的发展。此外，天然冰晶石也是含氟资源，但大都缺乏工业开采价值。而鉴于氟资源矿石的不可再生性，含氟“三废”的资源化利用也日渐被重点关注。比如铝材生产过程的铵冰渣废弃物，早已经有氟铝酸铵工艺回收、生产AlF3的方法，但尚未推广至工业开发应用。一些含氟废气也被用来回收、提纯，再生产AlF3或氟化盐产品。近来，采用含氟“三废”资源制备人工萤石的研究和工业实践受到广泛关注，有学者甚至探讨了在100~1000mgF-/L的极端浓度中萤石的结晶回收过程。

2氟化氢生产罐余热利用及节能措施

2.1转炉烟道气热量的利用

装置其他用热设备主要为精馏塔、脱轻塔，精馏塔、脱轻塔平均蒸汽用量分别约为1050、200kg/h，精馏塔、脱轻塔塔釜温度分别为(29±2)、(20±1)℃。脱轻塔蒸汽用量较小，若脱轻塔若塔釜温度控制不当，直接影响产品质量，且烟道气余热远大于脱轻塔所需热量，最终选择将烟道气余热用于加热精馏塔塔釜物料。在精馏塔塔釜增加1个换热器，换热面积约40m2，在烟道气排空前增加烟道气/热水换热器，管程走烟道气，壳程走热水，管程截面积之和不低于原烟道气管道截面积，利用烟道气加热热水，热水再加热精馏塔塔釜物料，形成闭路循环，精馏塔塔釜物料热量一部分来自蒸汽，另一部分来自烟道气余热。经过余热利用改造后，获取热水温度约50℃，烟道气出口温度降低至约65℃，精馏塔蒸汽用量降低至约400kg/h。同时因热水与精馏塔物料温差较小，塔釜液位稳定性增强，降低了精馏塔液位控制难度，AHF优等品率大大提高。通过烟道气余热利用，不仅可以大大降低产品蒸汽能耗，而且增强了精馏塔液位稳定性，提高了产品质量，提升了产品竞争力。

2.2转炉烟道气分布不均匀的控制

对比同类企业，发现烟道气两进四出的分配方式总体燃气消耗偏低，主要原因为进气量充足，出气位置分布广，能最大程度上满足热风的均匀分布。实际生产过程中，炉尾的温度确保不低于硫酸沸点即可，过高的炉尾温度只能增加炉渣的干燥，导致炉尾扬程偏大，同时炉渣带走过多热量，因此炉尾温度控制在335℃左右即可。转炉夹套中的测温仪，夹套热风出口风门定期检查，防止因测温不准，风门故障导致热量分布不均，从而造成产品燃气消耗偏高。两进四出的热风分配方式，335℃左右的炉尾温度一定程度上能降低燃气消耗。

3无水氟化氢安全设施设计及分析

3.1无水氟化氢卸车的设计

（1）无水氟化氢卸车建议设置在封闭房间内，采用鹤管和气体压料的方式，将槽车内的无水氟化氢压至无水氟化氢储罐内，压料介质可为空气或氮气。压料介质的压力须减压至0．3MPa以下，以保证无水氟化氢槽车的安全。

（2）封闭房间四周墙体采用固定窗，仅用于照明，卸车区域建议设置门(平时关闭)，从室外对门、窗处设置水喷淋系统，水喷淋管道上设置的开关阀与封闭房间内氟化氢有毒气体报警装置联锁，一旦有毒气体报警装置响起，立即启动水喷淋系统，对门、窗进行喷淋，喷淋水输送泵应为二级供电负荷。

3.2无水氟化氢物料输送的对比

常规无水氟化氢储罐出料的方式有底部出料、顶部出料两种，底部出料主要采用屏蔽泵或磁力泵的方式，顶部出料主要采用液下泵输送和气体压料两种方式。     

3.3无水氟化氢储存安全设施设计

（1）无水氟化氢储罐建议设置在封闭房间内，储罐进出口管道应设置双切断阀，并设置一台安全槽(平时空置)，并具备倒罐功能，容积不低于最大容积的无水氟化氢储罐，如一台储罐发生泄漏，可在泵或气体压料等外力作用下，输送至备用储槽内。

（2）提高无水氟化氢储罐的自动化控制水平。①无水氟化氢储罐应设置两种不同形式的液位计，均具备高低液位报警功能，信号远传至控制室内，储存量不高于无水氟化氢储罐容量的80%。其中一台液位计设置有高液位关闭无水氟化氢进口管道开关阀功能，防止过多无水氟化氢进入储罐而溢流出来，设置有低液位关闭出口管道开关阀、停出料泵的功能，防止储罐抽空和输送泵损坏。②无水氟化氢储罐应设置有温度计、压力表，具备高温报警、高压报警功能，储罐上设置有安全阀、爆破片等安全设施，安全阀出口接至尾气吸收系统，防止储罐内压力过高。

结语

本文对不同含氟资源生产无水氟化氢艺进行了总结，结合氟资源现状、不同工艺路线的研发、应用特点进行了总结。

（1）从含氟原料的制约导向作用看，萤石路线生产技术成熟，产品质量优异；但磷矿石氟蕴含量丰富，从磷化工中回收氟资源，生产无水氟化氢和无水氟化铝具有巨大潜力，既可提高氟资源的综合利用率，又可推动磷矿石清洁加工和高端氟材料产业的发展。

（2）萤石-无水氟化氢路线是目前主流、最优的无水氟化氢、无水氟化铝生产工艺，但在萤石资源受限的背景下，仍需进一步开拓低品位、伴生萤石的工艺应用，并从改进反应装置效率、原料利用率、含氟尾气高附加值利用、能量梯级回收利用等方面完善，促进工艺路线的节能降耗、可持续开发应用。

参考文献

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