大型無篩板沸騰氯化技術及裝備的研發與應用

劉禹明，王 偉，錢 鑫

(撫順鈦業有限公司，遼寧 撫順 113001)

大型無篩板沸騰氯化技術及裝備的研發與應用

劉禹明，王 偉，錢 鑫

(撫順鈦業有限公司，遼寧 撫順 113001)

為適應國家生產政策的要求及世界先進四氯化鈦生產技術的發展趨勢，撫順鈦業有限公司結合對國外沸騰氯化技術的了解，在現有技術基礎上，開發φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐技術，淘汰小氯化爐，以降低成本。 介紹了撫鈦φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐的研究內容及在實際生產中的應用情況，并且詳細介紹了部分生產技術指標及生產過程中的控制措施，同時對φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐在生產中遇到的問題進行了相應的闡述。大型無篩板沸騰氯化爐技術在撫鈦的成功應用為我國進一步開發大型無篩板沸騰氯化技術奠定了堅實的基礎。

大型無篩板沸騰氯化爐；實際應用；原料單耗

0 引 言

目前，國外海綿鈦生產企業普遍采用φ2 000～3 000 mm的大型沸騰氯化爐生產四氯化鈦，產能和各項技術指標均具有較明顯的優勢。為適應我國鈦工業的迅猛發展，國內沸騰氯化爐的大型化勢在必行。發展大型沸騰氯化技術，不僅可以降低單位產能投資，還可以有效地降低物料單耗，提高勞動生產率，從而降低鈦及鈦合金的制造成本，不僅有利于企業參與國際競爭，也有利于擴大鈦的應用領域。 但是，由于我國的鈦礦資源鈣鎂雜質含量高，國外以金紅石為原料的有篩板沸騰氯化技術不能為我國所用。因此，必須探索適合我國原料特點的大型沸騰氯化爐及其生產工藝技術。

2007年12月，在國家科技部、中國有色金屬工業協會的支持下，撫順鈦業有限公司(以下簡稱撫鈦)針對我國鈦礦資源的特點，承擔了《大型無篩板沸騰氯化工藝技術及裝備研究開發》課題。經過3年多持續深入研究，成功地完成了φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐的論證、設計及制造，并于2011年順利試生產。

1 大型無篩板沸騰氯化爐的研究

φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐的研制工作是圍繞著提高氯化爐產能和鈦資源利用率、降低單位產能投資及運轉費用和原料單耗展開的。具體研究內容包括：φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐爐底的氣體分布器研究、φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐結構參數的設計研究以及四氯化鈦淋洗回收技術研究。

1.1 大型無篩板沸騰氯化爐氣體分布研究

為了避免固體物料進入氣體分布器內導致的堵塞現象發生以及氯化爐內氯氣分布不均勻的現象發生，對分布器開孔率以及氯氣在爐內的分布方式進行了研究，發明了一種新型氣體分布器。該氣體分布器主要采用盆型外殼(見圖1)，且采用直通管與斜通管交替分布(見圖2)，以保證通入的氯氣均勻分布。該氣體分布器操作簡便，生產穩定，適用于大爐型，并且已經申請了國家發明專利，專利號201210011685.0[1]，并已獲得授權。

圖1 氣體分布器盆型外殼示意圖Fig.1 Pot shell sketch of gas distributor

圖2 氣體分布器直通管分布示意圖Fig.2 Straight pipe distribution diagram of gas distributor

1.2 大型無篩板沸騰氯化爐結構參數設計

為了使生產過程中氯化爐的沸騰效果更加理想且使用壽命更長，對沸騰氯化爐的結構尺寸進行了周密的計算與研究，并且對爐內襯的砌筑材料、砌筑方式以及烘爐方式進行了詳細的研究與考證，最終確定沸騰爐流態化床段的直徑為φ2 600 mm，其高度與直徑比為1.3～1.5。該設計可以有效地避免騰涌現象的發生，降低原料的單耗。并且爐體內襯砌筑及烘烤合理，使用周期長，目前已經生產運行18個月未進行修理。該新型無篩板沸騰氯化爐也申請了國家發明專利，專利號201210011683.1[2]，并已獲得授權。

圖3 大型無篩板沸騰氯化爐結構圖Fig.3 The structure of large scale boiling chlorinated furnace without sieve plate

1.3 四氯化鈦淋洗回收技術研究

為了提高四氯化鈦的回收率，研究人員結合公司原有小型氯化爐的回收方式，對四氯化鈦氣體的冷凝回收技術進行了模擬實驗，最終確定采用1級水冷、2級-10 ℃乙二醇冷卻、2級-20 ℃乙二醇冷卻的階梯式冷卻方式噴淋回收四氯化鈦，并摒棄了老式噴頭。老式噴頭噴淋效果差，四氯化鈦回收率低，而采用了新型的螺旋噴頭，并將其合理地分布在淋洗塔上。經過改進后，四氯化鈦的回收率得到了有效提高，尾氣回收的壓力大大降低。

2 大型無篩板沸騰氯化爐應用狀況

自2008年開始，經過三年的研究、論證、設計及建造，φ2 600 mm無篩板沸騰氯化爐于2011年10月7日在撫鈦開始試生產。由于各方面的研究工作做得深入細致，設計考慮得周到，爐體的砌筑和烘烤得當，僅經過一個月的調試，氯化爐的運行就趨于穩定，氯氣流量從3 500 kg/h提高到4 000 kg/h，粗四氯化鈦產量從70 t/d提高到90 t/d以上，成功地實現了設計產能。各項生產技術指標較原小型氯化爐有較大的提高，生產1 t粗四氯化鈦所需的原料及能源的消耗量對比見表1。

表1 生產1 t粗四氯化鈦所需的原料及能源消耗量的對比

3 生產過程中的控制措施

撫鈦在φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐運行過程中，仍在不斷地完善生產技術，采取了一系列控制措施，具體如下：

(1)2012年下半年至今，為了優化工藝，將氯化控制系統全面升級為自動控制系統，徹底解決了由于氯氣流量及加料量不穩定而導致的氯化生產中的一系列問題；

(2)嚴格控制加料量及配碳比(石油焦與高鈦渣的質量比嚴格控制在0.28～0.32之間)；

(3)減少停氯時間，在收塵渣罐改型后，加快排渣換罐的速度，平均每天減少停氯時間約1 h；

(4)將濃密機排出的泥漿及礦物油除釩后的泥漿產物返回氯化系統回收，平均每月增加四氯化鈦產量50～60 t。

4 生產過程中存在的問題

4.1 收塵器

收塵器是采用3級重力收塵。當氯氣流量達到4 500 kg/h、粗四氯化鈦固體雜質含量小于0.5%時，

收塵器的收塵效果較好；但是當氯氣流量大于5 000 kg/h、粗四氯化鈦固體雜質含量大于0.5%時，收塵效果難以達到最佳狀態。生產操作時需靠頻繁更換過濾罐來降低粗四氯化鈦固體雜質含量，以達到較好的收塵效果。

4.2 淋洗回收

當氯氣流量為4 500 kg/h時，生產系統各項指標均可以達到設計要求；但當氯氣流量增加到5 000 kg/h時，四氯化鈦氣體從氯化爐經收塵器到達淋洗塔后的溫度偏高，且流量加大，淋洗回收的效率有所降低，最終給尾氣回收系統帶來了較大的壓力，四氯化鈦的回收效率以及尾氣回收系統均難以達到最佳狀態。

5 結 語

大型無篩板沸騰氯化技術具有自主知識產權，填補了國內空白，開創了我國大型無篩板沸騰氯化技術的先河。撫鈦由于φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐的成功應用，獲得了撫順市科學技術進步獎一等獎，2013年將繼續申報國家有色行業科技進步獎。

φ2 600 mm大型無篩板沸騰氯化爐的成功投產運行，標志著撫鈦的大型無篩板沸騰氯化技術已經居于國內乃至國際領先的地位。但由于整體系統仍存在部分不完善之處，撫鈦將繼續針對生產中出現的問題進行優化，繼續提高產能，降低消耗，完善工藝技術，力爭將本項技術在國內全方位推廣，為我國進一步開發大型無篩板沸騰氯化技術奠定堅實的基礎。

[1] 撫順鈦業有限公司. 新型無篩板沸騰氯化爐爐底氯氣分布器：中國，201210011685.0[P]. 2012-07-11.

[2] 撫順鈦業有限公司. 一種新型無篩板沸騰氯化爐：中國，201210011683.1[P]. 2012-07-04.

Development and Application of Technology and Equipment of Large Boiling Chlorination Without Sieve Plate

Liu Yuming, Wang Wei, Qian Xin

(Fushun Titanium Co., Ltd., Fushun 113001,China)

In order to adapt the request of policy in the country and the trend of TiCl4production technology in the world, the Fushun Titanium Co., Ltd. decided to develop theφ2 600 mm large boiling chlorination furnace without sieve plate based on existing technology and understanding of the overseas ebullition chlorination technology, and this technology could eliminate the small chlorination furnace and reduce the cost. The research contents, application conditions, control measures and problems in the productive process of large boiling chlorination furnace without sieve plate are introduced in this paper. It will lay a firm foundation to further development of large boiling chlorination without sieve plate technology in our country.

large boiling chlorination furnace without sieve plate; application conditions; raw material consumption

2013-08-13

劉禹明(1961—)，男，高級工程師。