Φ2560沸腾氯化炉工艺浅谈
Φ2560沸腾氯化炉工艺浅谈
Φ2560沸腾氯化炉工艺浅谈抚顺钛业有限公司四氯化钛车间任绪坤一、摘要本文通过总结生产实践，详细论述了Φ2560沸腾氯化炉“尾气Cl2含量与炉温的关系”、“石油焦的选择”以及“炉底的重新设计思路与选择”。
为生产工艺参数设定提供了科学的依据。
二、关键词氯化炉筛板氯气石油焦沸腾氯化三、前言大型沸腾氯化炉，在国外已经应用多年，是我国钛行业多年想要攻关的项目。
因为，大型沸腾炉，不仅降低成本。
而且，降低劳动强度、减少劳动力、大大降低环境污染。
但由于很长一段时间钛的行业不景气，实验大型炉计划未能早日实现。
直到2006年，中国抚顺钛业有限公司在新扩产的项目中，大胆选用了Φ2560沸腾氯化炉，经过技术工程和现场操作人员的共同摸索总结，现已经实现连续生产，产量由原有的20吨/天·台炉，提高到70-80吨/天·台炉，可使吨海绵钛的Cl2单耗降低0.5吨、电耗降低1000Kwh，如果按年产5000吨海绵钛计算，每年可节约1000万元。
下面就“尾气Cl2含量与炉温的关系”、“石油焦的选择”以及“炉底的重新设计思路与选择”等问题，做简要的论述四、实验内容1、尾气Cl2含量与炉温的关系新Φ2560沸腾氯化炉共启动3次，从前两次启动含氯情况分析，以及第3次的统计数据来看，我们不难得出如下结论。
见表----1表----1尾气Cl2含量与炉温的关系时间炉中温度℃氯气含量% 备注7月29日1：00-12：00 平均610 微从12：00 7月30日开始频繁出现1：00 529 0.9 故障，平均温21：00 526 3.1 度不过500℃23：00 577 5.87月30日3：00 500 3.65：00 544 5.47：00 575 1.18月1日9：00 456 3.813：00 595 7.817：00 575 7.21 9：00 634 5.121：00 649 4.723：597 2.98月2日1：00 585 2.03：00 501 5.45：00 541 7.87：00 627 9.0 2班处理13：00 501 6.3 氯气管路17：00 531 4.521：695 0.923：00 532 0.78月3日1：00 603 微9：00 720 微现象的出现；因此，新氯化炉应极力缩短非正常停氯时间，处理故障或排渣后，温度在650℃以上通氯，正常运行时的温度在800℃以上为宜。
沸腾氯化炉自动控制技术探析
沸腾氯化炉自动控制技术探析一、引言随着钛冶金技术的迅猛发展，我国万吨级海绵钛生产所需的沸腾氯化炉和还原-蒸馏联合炉等装备基本实现了大型化。
但是需要提高生产工艺技术水平，降低环境污染。
主要通过研究大型化高钙镁钛渣沸腾氯化制造四氯化钛技术研究，进一步提高氯化率、氯气的利用率、TiCl4的回收率；四氯化钛精制除钒工艺技术；大型镁还原-蒸馏联合炉提高海绵化率技术；高效的废料处理新技术和综合回收技术；氯化和精制过程中的自动控制技术。
形成先进的大规模（万吨级）海绵钛的生产技术。
本文主要探讨沸腾氯化过程中的自动控制技术。
二、控制难点沸腾氯化又称流态化氯化，其生产工艺流程是：石油焦通过破碎达到一定的粒度，并按照一定的配比与高钛渣混合，得到混合料；然后将混合料加入氯化炉，通入一定量的氯气进行氯化；将沸腾炉顶排出的炉气通过除尘，再通过冷凝、冷却而得到粗四氯化钛液体，此粗四氯化钛液体的悬浮物较多，不能直接进入下一道工序，所以要通过沉降过滤得到工艺粗四氯化钛。
从炉底排出的炉渣返回钛渣电炉进行回收处理：沉降渣、过滤渣返回氯化炉内回收四氯化钛，尾气送入尾气处理站回收盐酸。
沸腾氯化炉作为氯化生产中的一个重要环节，其在生产中的控制是一个难题，目前国际上仅有少数一两个国家具有较为成熟的沸腾氯化炉自动控制技术，可供参考的技术文献几乎没有。
而我国的氯化炉基本采用的人工手动控制，控制效果不是十分理想，难于满足连续大规模生产的需要。
通过分析沸腾氯化炉的控制，主要有以下几个难点：1、混合物料的加料速度—控制混合物料的适宜加料速度，就可以保持合适的炉内料层堆积高度（即固定层高度），合适的料层高度，就可以加长氯气在料层中的停留时间，提高氯气的利用率，但料层太高，容易出现不正常流化状态；料层太矮，氯气在料层中的停留时间太短，会降低氯气的利用率，增加尾气中的含氯量。
因此，控制混合物料的合适加入速度是正常氯化操作的重要工艺条件之一。
具体大小要由进入炉内的氯气实际流量与料量和氯气流量的比值来决定。
谈谈海绵钛厂氯化车间工艺的优化设计
谈谈海绵钛厂氯化车间工艺的优化设计杨鑫【摘要】针对海绵钛厂氯化车间的两种不同工艺方法,阐述了科学合理地选择氯化方法的重要性,并对氯化车间优化设计的必要性进行了探讨.【期刊名称】《有色金属设计》【年(卷),期】2011(038)002【总页数】4页(P20-23)【关键词】海绵钛;沸腾氯化;熔盐氯化;优化设计【作者】杨鑫【作者单位】中铝国际工程有限责任公司贵阳分公司,贵州贵阳550081【正文语种】中文【中图分类】TF823现代工业海绵钛的生产主要是将富钛料氯化生成粗四氯化钛，再将粗四氯化钛提纯后用金属镁还原。
因此，氯化反应的顺利进行直接影响到了最终海绵钛的质量及产量。
氯化系统的工艺方法主要有沸腾氯化和熔盐氯化两种，这和富态料中的TiO2含量和MgO、CaO等杂质含量有关。
MgO、CaO杂质合量＜2.5%，同时TiO2含量＞90%采用沸腾氯化法较为适宜，反之则采用熔盐氯化法。
沸腾氯化及熔盐氯化在流程上除了原料准备部分区别较大，其余基本相同，如图1。
图1虚线表示的工业盐是熔盐氯化所需的熔体介质，而沸腾氯化是流态化氯化，不需要盐作为熔体介质。
熔盐氯化适用于高钙镁富钛料的氯化，是将富钛料和石油焦悬浮在熔盐(主要由KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2组成)介质中与氯气反应制取 TiCl4的方法。
其反应方程如下:TiO2+2Cl2=TiCl4+O2TiO2+2Cl2+C=TiCl4+CO2TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO富钛料和石油焦按一定比例加入到熔盐介质中，氯气以一定速度喷入到熔盐中，使物料在熔体中上下翻腾，形成良好的传质、传热条件。
当高速的氯气流喷入熔盐后对熔盐和反应物产生了强烈的搅动。
氯气流本身分散成许多小泡，逐渐由底部向上移动。
在表面张力作用下，悬浮于熔盐中的固体粒子粘附在熔盐与氯气泡的界面上，随熔盐和气泡的流动而分散于整个熔体中，使反应物之间有良好接触，为氯化反应过程创造了必要条件。
沸腾氯化
沸腾氯化近年来，国内氯碱工业迅速发展，但生产过程中氯平衡问题制约着企业的发展，很多企业为此开发多晶硅、钛白粉、海绵钛等耗氯产品。
生产1 t海绵，钛耗4t多的氯气，氯气可采用管道直供，节省液化、运输等成本，所以，氯化法海绵钛是有助于氯碱企业解决氯平衡问题的一种高科技精细化工产品。
目前，美国、日本、俄罗斯、德国等国家拥有自己的氯化法海绵钛或氯化法钛白粉生产技术，但对我国实行严密的技术封锁。
我国通过40年的艰苦努力在厦门、天津、遵义、锦州等地已建成万吨级的生产线，掌握了成熟的氯化法海绵钛和氯化法钛白粉生产工艺技术。
在氯化法海绵钛和氯化法钛白粉生产过程中都采用氯化法生产四氯化钛中间产品，所不同的是各部分的细节，如设备结构、操作方法、自动化程度，各家公司均持有自己的秘密技术，很少报道。
本文中着重探讨无筛板沸腾氯化法生产四氯化钛的工艺、设备。
1沸腾氯化法的原理沸腾氯化又称流态化氯化，是利用流体的作用将固体颗粒悬浮起来，使固体颗粒具有流体的某些表观特征，强化了气-固、液-固、气-液-固间的接触，在特定的条件下完成化学反应。
这种使固体颗粒具有流体的某些特征的技术称为流态化技术，应用于氯化工艺过程称为沸腾氯化，如富钛矿沸腾氯化生产四氯化钛，锆英砂沸腾氯化生产四氯化锆。
沸腾氯化生产四氯化钛的关键设备是氯化炉，它通常被设计为圆柱状，带有扩大段、过渡段和沸腾段。
沸腾段与扩大段的内径之比通常为1：(2-4)，过渡段的炉腹角(βX2)应小于物料的安息余角。
其内部的沸腾是靠从炉底部通人氯气的初始速度来创造良好的流态化条件，从而实现沸腾氯化过程。
氯化炉中沸腾床压降卸、流体流速u和物料颗粒空隙度是确保正常生产的关键。
沸腾床压降卸可按下式计算：⊿p=lmf(1-?mf)(ρs-ρt)。
式中：lmf 、?mf分别为床层颗粒开始流态化时的床层高度和空隙度，ρs为固体颗粒密度，ρt为流体密度。
从该公式中可以看出：当?mf、ρs、ρt 值一定时，⊿p取决于床层高度lmf。
氯化工艺描述
氯化工艺氯化工艺主要有沸腾氯化、熔盐氯化和竖炉氯化三种方法。
沸腾氯化是现行生产四氯化钛的主要方法( 中国、1 3本、美国采用) ，其次是熔盐氯化( 主要是独联体国家采用) ，而竖炉氯化已被淘汰。
沸腾氯化一般是以钙镁含量低的高品位富钛料为原料，而熔盐氯化则可使用含高钙镁的原料。
工业试验用攀枝花钛渣、两广矿钛渣、原苏联熔盐氯化钛渣的化学成分见表1攀枝花镘渣的特点是含钙镁高，其氧化物含量为9.18 % ，是两广矿钛渣的13.5倍，是原苏联钛渣的1.53倍。
攀枝花钛渣的另一个特点是Mg O／ C a O高(5.33 ) ，比两广矿钛渣(1.43) 、原苏联钛渣(2.33) 高得多。
1．沸腾氯化沸腾氯化是海绵钛沸腾氯化又叫流态化氯化，是采用细粒度富钛物料与固体碳质还原剂，在高温、氯气流作用下呈现流态化状态，同时进行氯化反应制取Ti C1 的方法。
该法具有加速气一固相间传质和传热过程、强化生产的特点。
流态化氯化的操作温度一般控制在1000—10500C，在此温度下富钛料发生加碳氯化反应，主要反应方程式如下：T i O2+ 2 C 12 +C= T i C 1 4+C O 2( 1 )T i O2 +2 C 12+ 2 C=T i C 14 + 2 C O ( 2 )T i O2 +2 C 12 + 2 C O= T i C 14 + 2 C O2( 3 )在实际生产中，准确的配炭比、氯料比、混合料粒度以及合适的氯化温度是影响沸腾氯化的关键因素。
1.1工艺简介沸腾氯化工艺流程见图I 。
工艺条件( 1 ) 氯气流量5 0 0 k g／h ~5 3 4 k g／h( 2 ) 配料比( 质量比)石油焦粒度：0 ．1 0 4 mm～O ．2 4 6 r i l m 混合料配料比；高钛渣：石油焦= 1 0 0 ：3 5 ～40 氯料比：氯气’：混合料=1 0 0： 6 9 ( 3 ) 液氯挥发器水温：7 O ℃±℃( 4 ) 加料量：3 1 0 k g ／h～3 5 5 k g ／h( 棍合料)( 5 ) 沸腾压差：△P一7 2 0 0 P a～1 2 6 0 0 P a( 6 ) 氯化反应温度：8 0 0 ℃～9 0 0 ℃1 收尘器温度：5 0 0 ℃2 收尘器温度：<3 8 0 ℃3 收尘器温度：1 5 O ℃～1 8 0 " C( 7 ) 尾气含氯量：<1 %( 8 ) 玲冻盐水温度：一1 O℃～一1 5 ℃1.2生产操作( 1 ) 当炉底和炉中的温度达到8 0 0 ℃以上时，经过恒温后停止烤炉，装上筛板，筛板上填粒度为2 0 mm 左右的钢砖块一层，盏住全部筛眼，厚度为1 0 0 mm左右，周围用石油焦粉铺满，高度低于胶圈高度2 0mm 左右( 筛板孔眼3mm～4mm，开孔率0．9 %～1% ) ，接通氯气管道及炉阻管。
沸腾氯化炉[实用新型专利]
![沸腾氯化炉[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/10979af7fc4ffe473268abe1.png)
专利名称：沸腾氯化炉
专利类型：实用新型专利
发明人：王德英,张伟,石政君,赵福岐申请号：CN99224931.7
申请日：19990830
公开号：CN2389714Y
公开日：
20000802
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：沸腾氯化炉涉及一种用锆英砂生产四氯化锆的设备。
主要是为解决目前生产四氯化锆需要两套设备,工艺流程长等问题而设计的,它包括通氯管、炉底、反应室、感应圈、炉内衬、保护罩、保温层及加料管、测温管,还有水冷套、过渡段、扩大段、炉气出口等。
优点是用来生产四氯化锆能一次完成,工艺流程短,耗电少,氧化硅能回收利用,减少环境污染。
申请人：王德英,张伟,石政君,赵福岐
地址：111000 辽宁省辽阳市白塔区铁西路152-1号辽阳市真空泵厂
国籍：CN
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沸腾氯化炉[实用新型专利]
![沸腾氯化炉[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/74af6ed943323968001c9247.png)
专利名称：沸腾氯化炉
专利类型：实用新型专利
发明人：成瑞清,丁锦明
申请号：CN201822251854.3申请日：20181229
公开号：CN209828991U
公开日：
20191224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种沸腾氯化炉。
该氯化炉包括：炉体，以及设置于炉体内部的氯气喷嘴装置和设置于炉体一侧的温度可调节装置、排放装置，温度可调节装置用于调节炉体内部温度，氯气喷嘴装置用于防堵塞和氯气均匀分布，排放装置用于控制排放废渣。
本申请解决了由于沸腾氯化炉容易出现堵塞、氯气分布不均匀、温度不可调节以及排放困难的技术问题。
申请人：南通晶朋新材料科技有限公司
地址：226000 江苏省南通市锡通科技产业园蒲公英路18号
国籍：CN
代理机构：北京商专永信知识产权代理事务所(普通合伙)
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我国最大无筛板沸腾氯化炉试产成功
我国最大无筛板沸腾氯化炉试产成功
佚名
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2005()1
【摘要】我国最大的无筛板沸腾氯化炉在贵州遵义试产成功。
这标志着我国沸腾氯化炉生产技术已经达到国际先进水平。
【总页数】2页(P75-76)
【关键词】试产成功;沸腾氯化;筛板;国际先进水平;生产技术;标志
【正文语种】中文
【中图分类】TG385.8;TF823
【相关文献】
1.无筛板沸腾氯化炉生产TiCl4工艺研究 [J], 罗在国;杨振;杨晓东;冯炜光;赵丽娟;吉立明
2.国内最大沸腾氯化炉试产成功 [J],
3.我国最大沸腾氯化炉在贵州试产成功 [J],
4.我国最大沸腾氯化炉在贵州试产成功 [J],
5.大型无筛板沸腾氯化炉炉况研究 [J], 王佳林;吉立明;邹正伟
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Φ2560沸腾氯化炉工艺浅谈
抚顺钛业有限公司四氯化钛车间任绪坤
一、摘要
本文通过总结生产实践，详细论述了Φ2560沸腾氯化炉“尾气Cl2含量与炉温的关系”、“石油焦的选择”以及“炉底的重新设计思路与选择”。
为生产工艺参数设定提供了科学的依据。
二、关键词
氯化炉筛板氯气石油焦沸腾氯化
三、前言
大型沸腾氯化炉，在国外已经应用多年，是我国钛行业多年想要攻关的项目。
因为，大型沸腾炉，不仅降低成本。
而且，降低劳动强度、减少劳动力、大大降低环境污染。
但由于很长一段时间钛的行业不景气，实验大型炉计划未能早日实现。
直到2006年，中国抚顺钛业有限公司在新扩产的项目中，大胆选用了Φ2560沸腾氯化炉，经过技术工程和现场操作人员的共同摸索总结，现已经实现连续生产，产量由原有的20吨/天·台炉，提高到70-80吨/天·台炉，可使吨海绵钛的Cl2单耗降低0.5吨、电耗降低1000Kwh，如果按年产5000吨海绵钛计算，每年可节约1000万元。
下面就“尾气Cl2含量与炉温的关系”、“石油焦的选择”以及“炉底的重新设计思路与选择”等问题，做简要的论述
四、实验内容
1、尾气Cl2含量与炉温的关系
新Φ2560沸腾氯化炉共启动3次，从前两次启动含氯情况分析，以及第3次的
统计数据来看，我们不难得出如下结论。
见表----1
表----1尾气Cl2含量与炉温的关系
时间炉中温度℃氯气含量% 备注7月29日
1：00-12：00 平均610 微从12：00 7月30日开始频繁出现1：00 529 0.9 故障，平均温21：00 526 3.1 度不过500℃23：00 577 5.8
7月30日
3：00 500 3.6
5：00 544 5.4
7：00 575 1.1
8月1日
9：00 456 3.8
13：00 595 7.8
17：00 575 7.2
1 9：00 634 5.1
21：00 649 4.7
23：597 2.9
8月2日
1：00 585 2.0
3：00 501 5.4
5：00 541 7.8
7：00 627 9.0 2班处理
13：00 501 6.3 氯气管路
17：00 531 4.5
21：695 0.9
23：00 532 0.7
8月3日
1：00 603 微
9：00 720 微
现象的出现；因此，新氯化炉应极力缩短非正常停氯时间，处理故障或排渣后，温度在650℃以上通氯，正常运行时的温度在800℃以上为宜。
要定期检查氯气入口，防止堵塞。
2、石油焦的选择
原工艺设计，选择煅后石油焦。
但煅后石油焦的热值低，生产过程中一旦排渣或处理设备故障时，炉温降下去以后，再通氯升温，速度非常慢,从300--400℃提到600℃大约要4-5小时，炉内沸腾反应差，尾气含氯超标。
经过工程技术人员共同分析论述，决定用普通石油焦代替煅后焦，因为普通石油焦热值高，结果炉温提升速度提高很快，每小时可提温180-200℃，从300--400℃提到600℃，约1个小时即可，很快使反应达到最佳状态。
所以，选用普通石油焦作为大型氯化炉的还原剂，即为反应提供C原料，又可以作为提升炉温的燃料，以满足工艺要求。
另外，石油焦价格比煅后焦低，每吨要低500-600元，吨海绵钛的石油焦单耗降低2000-2400元。
但石油焦的缺点是水分和挥发份较大，对后期设备腐蚀严重，且宜在炉底结瘤，影响反应及堵塞氯气管路。
所以，在实际生产中可以按一定的配比混合使用。
也可以在提温阶段用石油焦，当反应温度达到900-1000℃时，改用断后焦。
这要经过长时间生产试验，进行成本比较。
现我们按5：1配比加入。
3、炉底的重新设计思路与选择
原设计是有筛板炉底，但启动后不到2天，反应就开始出现炉温升不上去，尾气
含氯现象，直至停氯。
如图1
图1 筛板炉底图2无筛板炉底有筛板炉底优点：氯气能够通过筛板孔与混合料均匀接触，使氯化反应更充分更完全，降低各种物料单耗。
该炉底底部是氯气分布室，也使通过各个筛孔的氯气压力、流量一致。
硫化效果好。
这些在启动的第一天都得到证实。
有筛板炉底缺点：因为，目前国内的高钛渣的Ca 和Mg的含量较高（8-9%），在高温下Ca 和Mg在筛板上结瘤，堵死筛板孔，致使反应无法继续进行。
实际上也是这样，这种炉底，不到一周的时间，堵孔率达到75%。
实践证明，这种炉底不适合低品位的高钛渣生产。
通过总结多年生产TiCl4的经验，我们决定还是使用无筛板炉底，见图2所示，和在用老式炉底大致相同，只是设置了1个分汽罐、8个氯气管路。
无筛板炉底优点：氯气管路不容易堵塞，1个分汽罐、8个氯气管路，也达到了氯气与混合料均匀接触，使氯化反应更充分更完全，降低各种物料单耗的目的，经过2个月来的连续生产，也证明无筛板炉底能够适应大型氯化炉的生产。
无筛板炉底缺点：炉膛有轻微结壳现象，因有结瘤，要时常通透氯气管路，增加炉底拆卸次数，增大劳动强度。
这些，都有待于继续改进。
五、结束语
Φ2560沸腾氯化炉的成功，不仅对抚顺钛业公司具有深远的意义，对我国的整个海绵钛，乃至钛白行业都将产生重大影响。
目前，这台炉连续生产，已经没有问题。
但产量和单耗指标来看，还不够理想，这还需要工程技术与现场操作人员共同配合，对整个新系统不断摸索，找到最佳的工艺参数，确保单耗指标达到设计要求。
从炉子反应来看，以及排渣情况分析。
我们认为，现在的问题点在淋洗系统。
下一步，我们将找到充分的证据，确认确实是淋洗问题。
马上着手对其改进。
总之，新系统还有很多技术工作，需要我们坚持不懈的努力，争取早日实现达产达标。
抚顺钛业有限公司
2007年9月
晋技师论文
Φ2560沸腾氯化炉工艺浅谈
四氯化钛车间新氯化厂房大组长
任绪坤
2007年8月。