精洗煤代替石油焦作還原劑用于沸騰氯化生產試驗

陳 輝

(遵義鈦業股份有限公司一廠,貴州遵義 563004)

精洗煤代替石油焦作還原劑用于沸騰氯化生產試驗

陳 輝

(遵義鈦業股份有限公司一廠,貴州遵義 563004)

沸騰氯化是氯化冶金中的一種氯化方式,是海綿鈦生產工序的重要工藝之一。文章主要介紹了沸騰氯化工藝技術在實際生產過程中,對沸騰氯化工藝中還原劑原料的替代品選擇,使沸騰氯化生產四氯化鈦的生產成本得到有效控制,降低四氯化鈦生產成本,從而降低海綿鈦生產總成本。通過生產試驗,得到切實有效的生產數據,實現參數的有效控制,從而達到優化生產的目的。

沸騰氯化;替代;還原劑;成本

貴州省遵義市遵義鈦業股份有限公司一廠沸騰氯化生產中固體原料主要包括高鈦渣和石油焦,石油焦作為還原劑在沸騰氯化中特別重要,石油焦的粒度大小、配料多少關系整個沸騰氯化生產是否正常和各項經濟技術指標是否良好。因此,還原劑作為沸騰氯化生產四氯化鈦工藝中不可缺少的重要組成部分。隨著國內海綿鈦生產廠家的逐漸增多,海綿鈦市場競爭大,質量和成本已成為決定勝負的關鍵所在。

石油焦作為炭質還原劑中的一種,是原油經蒸餾后的重油或其它重油為原料,高溫使其裂解和縮合反應得出的產品,其中含有大量的灰分、揮發份及一些有機物雜質。在其價格上較其它的一些還原劑貴,該廠以優質煤代替石油焦作為氯化生產的還原劑,作生產性研究試驗。

1 目的及意義

1.在價格上,優質煤比石油焦便宜,有利于生產成本控制。

2.從采購的角度出發,煤的采購渠道選擇更多,選擇更具主動性。

2 理論依據

沸騰氯化工藝制取粗四氯化鈦的基本原理[2]是把高鈦渣與石油焦在一定粒度范圍按一定比例配制成混合料,加入沸騰爐內與氯氣在流態化的狀態下進行氯化反應,其主要反應[3]如下:

當氯化溫度低于707℃時,反應主要按(1)和(3)式進行,高于707℃時,反應主要按(2)式進行。

高鈦渣的加碳氯化是放熱反應,只要開始時從外部供熱達到反應起始溫度,氯化反應就可以靠自熱進行,在727℃時,反應(1)、(2)式的熱效應分別為218 kJ和46 kJ。

在沸騰氯化實際生產中,起還原劑作用的主要以碳來實現的,準確的配碳比,是沸騰氯化生產控制的關鍵所在。

3 生產試驗方案

煤的選擇:由于該廠沸騰氯化生產中主要生產用氯是電解氯氣,而電解氯的濃度在60%左右,帶入大量的非氯氣體,總氣體流量相對較大,沸騰氯化爐的生產中,會產生較快氣流速度,很多細小微粒的石油焦和高鈦渣未參加反應便被高速氣流帶走,造成收塵渣量大、泥漿過多。因此煤的選擇上,要求控制好以下幾個重要參數:

1.煤中細小微粒所占比例不能太大,特別是180目以下最好不要超過8%。

2.煤的主體碳含量最好控制在85%以上。

3.灰分是煤中雜質的主要來源,控制灰分的量,可適當減少粗四氯化鈦中雜質物質的比例。石油焦中灰分的含量:煅燒焦一般在1%左右,3#焦在1.5%左右;而精煤的灰分含量一般在7%左右,平均每噸煤的灰分含量比石油焦高出5.5%以上。在冶煉過程中,由于灰分的主體是一些金屬元素及其鹽類,在一定程度上會消耗一定量的氯氣,會增加氯氣消耗,使氯耗指標升高;另外,灰分的主體金屬含量品種達60多種,在沸騰氯化反應過程中大部分都會和氯氣發生反應生成氯化物,生產的粗四氯化鈦的雜質含量品種會增多,同樣雜質含量也會有一定的升高。

4.水分含量不能太高,要求不超過3%。

煤的破碎:由于煤較石油焦比較而言,煤顆粒相對較脆,在破碎過程中又會有大量的細小微粒產生,采購合格粒度成品精洗煤,可避免再次破碎造成細小微粒增多,減小細小微粒對氯化生產不利影響。

煤和石油焦的配比選擇:精煤和石油焦的主要成分差別不大,起還原劑作用的主要成分都是碳,而且碳的含量差別不大,在一定程度上存在一定的共性。煤和石油焦的生產試驗配比選擇以下幾個比值,煤∶石油焦=1∶1/1∶2/2∶1和全煤。

煤與石油焦的混合:做生產試驗,找出較為理想的煤與石油焦的配比適合沸騰氯化生產要求,煤與石油焦的混合必須嚴格按照既定配比進行混合,混合可采用兩種方式:一是破碎成合格粒度的煤與石油焦再進行混合;二是先按照比例配制成合格料后再進行破碎;兩種混合方式都可用,避免細小微粒二次破碎,第一種方式更為合理。故此,需一條精煤破碎的生產線和一條石油焦破碎的生產線,破碎合格粒度的煤與石油焦,通過量設備計量,再按照配比直接混合,得到合格的混合還原劑直接運往氯化加入還原劑料倉,用于沸騰氯化生產。

在生產控制過程中,由于精煤與石油焦相比較,起還原作用的主體碳含量煤比石油焦要低3%～5%,在爐前加料過程中混合還原劑的加入量比完全用石油焦需適當提高。

試驗生產過程中必須嚴格、認真監控沸騰氯化爐的一些重要生產控制指標和經濟技術指標:爐頂溫度、爐底壓差、2#收塵器出口溫度、產量、爐渣和收塵渣的渣量及氯耗、高鈦渣消耗、還原劑消耗等技術經濟指標,只有當這些指標都在沸騰氯化正常生產的范圍之內,還原劑的替代試驗才算成功。各項指標在生產試驗中按照表格設計要求認真填寫。

在生產試驗過程中應對部分關鍵環節多加強一些檢測,如循環淋洗后的尾氣中的氯氣含量的檢測結果,與完全石油焦正常生產中的氯氣檢測結果作對比,可有效判斷氯氣的利用率,也可判斷煤與石油焦的混合還原劑對沸騰氯化生產是否有影響,影響有多大;每種配比值條件下的檢測數據也可作對比,可判斷那個比值更利于氯化生產。

每種配比的試驗時間可盡量長一些,對每個配比值在生產試驗中是否適合沸騰氯化生產,各項指標是否達到氯化生產要求提供可靠依據。

試驗時間:4個月試驗

4 試驗情況

生產試驗初期,高鈦渣與煤和石油焦的比例按原工藝比例不變(煤的全分析結果如表1),在生產使用過程中,出現爐渣排放較多,但產量幾乎沒有發生明顯變化。

表1 煤的全分析結果表

生產試驗調整期,考慮煤和石油焦的比重存在一定的區別,相同量的石油焦與煤和石油焦的混合料在炭質含量上存在區別,調整高鈦渣與煤和石油焦混合料的配比。將高鈦渣和石油焦的配比調整后,生產使用過程中,發現爐渣排放量明顯減少,產量幾乎沒有發生明顯變化。

在此試驗期間,通過對爐前預熱烘干混合料作了檢測,發現爐前混合料預熱溫度有較大區別,全用石油焦時爐前混合料預熱溫度為38℃,而采用煤和石油焦時,爐前混合料預熱溫度為49℃,說明煤的干燥、預熱效果較好。在配料破碎過程中,由于煤的干燥效果較好,比石油焦脆性較強,破碎機的機械密封較差,破碎時伴有大量的粉塵產生,較全用石油焦時粉塵更多,生產操作條件惡化,因此煤破碎過程中應加強設備的機械密封。生產中還對預熱烘干前的還原劑取樣分析水分,水分含量幾乎都在2.7,達到氯化生產要求。

從爐渣的顏色分析,爐渣顏色呈灰白色,屬于碳反應完全后剩余的灰,說明沸騰氯化反應良好,原料在沸騰爐內反應充分,剩余未反應的高鈦渣和還原劑很少。取一定量的爐渣樣用水稀釋、攪拌,發現有部分黑色顆粒出現,說明還有部分因顆粒過大未反應完全的煤顆粒。于是對爐渣進行取樣分析,主要分析二氧化鈦和還原劑碳,其分析結果列于表2。

表2 二氧化鈦和還原劑碳分析結果表%

從表2數據中可看出:經沸騰氯化反應后,排出的爐渣主體原料碳和二氧化鈦的含量不高,證明煤作為還原劑在沸騰氯化爐內的反應良好,原料利用率較高,因此,煤代替石油焦作為還原劑在沸騰氯化生產中的應用是完全可行的。

通過對使用煤前后高鈦渣和還原劑的重量計算,測定一個高鈦渣∶還原劑的一個重量比值,進行比較。計算中以達到正常生產時的數據為準。其中,高鈦渣以每轉7 kg計算;石油焦以每轉2.5 kg計算。

用煤之前:

1#爐:高鈦渣∶石油焦=31.5/9.18=3.43

2#爐:高鈦渣∶石油焦=31.5/10.53=2.99

用煤之后(假定還原劑每轉還是2.5kg):

1#爐:高鈦渣∶石油焦=32.9/8.91=3.69

2#爐:高鈦渣∶石油焦=32.2/9.45=3.41

從上面數據可以得出以下結論:用煤以后高鈦渣的用量比用煤之前高,反而還原劑的用量較少,氯化生產完全正常,說明高鈦渣和還原劑的配比值比較合適,還原劑中的碳含量是充足的。而且爐前加料機的轉速總體下降了0.1轉,從3.6 r/min降到3.5 r/min。綜上分析煤的單位體積重量較石油焦重(顆粒粒度控制在一定目數的情況下)。

5 試驗結果

5.1 反應溫度

沸騰氯化爐實際生產中,整個生產過程屬于自給式供熱方式(重新起動生產和新修建的除外),于是爐頂溫度是沸騰氯化生產的重要控制參數,要求爐頂溫度不能低于500℃,當溫度過低說明流態化氯化效果不好。試驗期間,沸騰爐爐頂溫度保持在730℃左右,能達到沸騰氯化反應溫度控制要求。

5.2 沸騰爐爐底壓差

沸騰氯化爐底壓差是氯化生產中氯料比(氯氣和固體原料的比例)、固體物料粒度、固體物料活性等是否匹配的重要控制參數,準確氯料比條件下,壓差偏高,說明固體物料的顆粒度較大或固體物料的活性較差,因此沸騰氯化生產中,爐底壓差可檢驗顆粒物料的粗細和活性是否達到要求。試驗期間,爐底壓差在15～27 Pa之間,滿足壓差低于30 Pa的要求。

5.3 產品粗四氯化鈦成分

為了準確判斷煤在沸騰氯化的生產中是否可行,生產出的粗四氯化鈦在成分上能否滿足海綿鈦精制工序要求,隨機抽取了幾個粗四氯化鈦樣品分析其雜質含量,看是否能達到精制要求,樣品分析結果列于表3。

表3 粗四氯化鈦樣品中雜質含量分析表

從表3粗四氯化鈦成分表可看出,各項主要雜質成分達到精制工序對粗四氯化鈦要求,可用于精制生產。

6 結 論

從試驗的全部過程看,滿足沸騰生產參數控制要求,生產出的粗四氯化鈦成分滿足下道工序精制要求,因此煤代替石油焦用于沸騰氯化生產是完全可行的,按目前石油焦與煤的差價約1 100元/t,每噸四氯化鈦生產節約100元左右,每年有幾萬噸粗四氯化鈦產量,直接經濟效益可觀。

[1] 鄧國珠,羅方承.鈦冶金[M].北京:冶金工業出版社,1998.

[2] 傅崇說.有色冶金原理[M].北京:冶金工業出版社,1987.

[3] 孫康.鈦提取物理化學[M].北京:冶金工業出版社,2001.

Abstract:Boiling chlorination is a manner of chlorination in chlorination metallurgy,and is one of the important process of titanium sponge production process.This article discusses mainly the substitute reductant material choice in the process of boiling chlorination to control effectively the production cost of tetrachloride titanium sponge.It can get the effective production data through the experiment,and realize the effective control over the data to optimize the production.

Key words:boiling chlorination;substitute;reductant;cost

Fine Coal Substituting for Petroleum Cokes as Reductant in Boiling Chlorination Trial-production

CHEN Hui
(The First Branch of Zunyi Titanium Co.,Ltd,Zunyi563004,China)

TF803.11+4

A

1003-5540(2011)04-0032-03

2011-03-26

陳 輝(1979-),男,助理工程師,主要從事冶金化學工程研究。