羰基鐵粉生產(chǎn)技術(shù)的提升改造

張歲利，魯博穎

(陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 興平 713100)

技 改 節(jié) 能

羰基鐵粉生產(chǎn)技術(shù)的提升改造

張歲利，魯博穎

(陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 興平 713100)

介紹了羰基鐵粉生產(chǎn)工藝中的兩大關(guān)鍵技術(shù)改造：原料CO來源改造和汽化裝置改造，將傳統(tǒng)工藝的焦炭制氣間歇式生產(chǎn)模式變?yōu)檫B續(xù)式生產(chǎn)，同時解決了汽化器結(jié)垢難以清理的問題。改造結(jié)果表明：該技術(shù)每年可節(jié)約成本193萬元，同時新型汽化裝置獲得國家實(shí)用新型技術(shù)專利。

羰基鐵粉；CO制備；汽化器改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.013

羰基鐵粉是一種利用羰基合成法生產(chǎn)的產(chǎn)品，其外觀呈灰黑色粉末狀，顆粒表面呈圓球形，內(nèi)部為層狀結(jié)構(gòu)，具有純度高、粒度細(xì)、球形外觀好、比表面積大、電磁性能優(yōu)良等特點(diǎn)。目前羰基鐵粉主要應(yīng)用于國防工業(yè)、電子工業(yè)、硬質(zhì)合金制造業(yè)、粉末冶金工業(yè)、電子材料、通訊及化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域等，市場前景廣闊。

1 國內(nèi)羰基鐵粉生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)羰基鐵粉的生產(chǎn)主要有3個階段：①一氧化碳制備階段。氧氣和焦炭在造氣爐內(nèi)反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w；②五羰基鐵制備階段。壓縮后的高壓一氧化碳?xì)怏w與合成塔內(nèi)的一次還原鐵塊在高溫(150～200℃)、高壓(10～20MPa(g))下發(fā)生羰基合成反應(yīng)，生成五羰基鐵液體；③羰基鐵粉生成階段。Fe(CO)5液體進(jìn)入汽化器汽化后與高溫預(yù)熱的氨氣同時進(jìn)入裂解爐，在爐內(nèi)高溫(240～280℃)條件下發(fā)生熱分解反應(yīng)生成羰基鐵粉。

在傳統(tǒng)工藝中，一氧化碳制備采用固定床間歇式生產(chǎn)法，由氧氣和焦炭在造氣爐內(nèi)生成一氧化碳?xì)怏w。具體過程為：經(jīng)3臺轉(zhuǎn)子流量計(jì)分別計(jì)量的氧氣，通過3個噴嘴進(jìn)入造氣爐，與爐內(nèi)熾熱的焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的氣體經(jīng)雙豎管洗滌、降溫，再經(jīng)水洗塔，除去氣體中的灰分。除塵后的氣體經(jīng)堿洗除去其中的二氧化碳，凈化后的一氧化碳?xì)怏w經(jīng)分析合格后送入氣柜。原料焦炭通過短停從爐口加入。生產(chǎn)一個周期后，停車出渣。采用此法制取一氧化碳，生產(chǎn)效率低，環(huán)境污染大，灰分較大，難以清除干凈。

在羰基鐵粉生成階段，羰基鐵粉的制備主要是由五羰基鐵經(jīng)過汽化、熱解后制得。而汽化過程主要在汽化器中進(jìn)行，在五羰基鐵的汽化過程中，由于五羰基鐵的分解沉積，逐漸將鐵化合物殘?jiān)逊e在汽化器的內(nèi)壁上，隨著熱解爐運(yùn)行時間的增加，堆積在汽化器內(nèi)壁的結(jié)疤會越來越厚，可達(dá)到5cm，蒸汽耗量會逐漸增大，當(dāng)系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行超過800h時，為保證汽化器的正常工作能力，必須對結(jié)疤處進(jìn)行清理，但清理時操作難度大，耗時較長。

2 生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)

2.1 原料改進(jìn)

在研究陜西興化集團(tuán)有限公司生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)的煤氣化系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，水煤漿氣化反應(yīng)生成的CO和H2經(jīng)過進(jìn)一步的膜分離，可得到純度為99%以上的CO，其氣體純度等各項(xiàng)指標(biāo)完全可滿足羰基鐵粉生產(chǎn)工藝的要求。于是，直接將水煤漿氣化反應(yīng)生成的CO作為制備羰基鐵粉的原料，改良后的工藝見圖1。

圖1 CO制備流程1—除霧器；2—過濾器；3—回?zé)崞鳎?—膜分離器

水煤漿氣化反應(yīng)生成的原料氣，經(jīng)除霧器除去大部分液體和固體顆粒，除霧器出來的氣體進(jìn)入2個并聯(lián)的凝結(jié)性過濾器，進(jìn)一步除去油霧及大于0.01mm的顆粒。分離后的氣體進(jìn)入加熱器，并通過溫度調(diào)節(jié)，使原料氣的溫度恒定在膜分離系統(tǒng)的操作溫度。加熱后的原料氣進(jìn)入膜分離器，在非滲透側(cè)得到CO氣體，該氣體經(jīng)減壓至0.1MPa(g)以下后，再經(jīng)緩沖器進(jìn)入氣柜，可直接用于羰基化合成反應(yīng)。但是，在原焦炭制氣反應(yīng)過程中生成的CO氣體里，含有少量的硫化物，硫化物在羰基合成反應(yīng)中起一定的催化作用，使得合成反應(yīng)速率提高。而在利用水煤漿制氣生成的CO氣體中，不含有硫化物，使得羰基合成反應(yīng)速率受限。為提高五羰基鐵產(chǎn)率，我們從一次還原海綿鐵塊中尋找突破，特別加工出含硫量為0.2%的海綿鐵塊，用于羰基合成反應(yīng)。

使用來自該公司煤氣化系統(tǒng)高純度、清潔的CO氣體，免去了O2和焦炭在造氣爐制備CO的工序，每年可節(jié)約設(shè)備維運(yùn)成本165萬元，并使車間安全、環(huán)保形勢發(fā)生根本性好轉(zhuǎn)。

2.2 設(shè)備改進(jìn)

在五羰基鐵的汽化過程中，由于五羰基鐵的分解沉積，逐漸將鐵化合物殘?jiān)逊e在汽化器的內(nèi)壁上結(jié)疤。為改變這種傳統(tǒng)的汽化模式，該公司設(shè)計(jì)、開發(fā)出全新的汽化裝置，此裝置將汽化分為預(yù)熱分布與汽化2個過程，將蒸汽加熱分為傳導(dǎo)加熱和輻射加熱2個過程，五羰基鐵的汽化在蒸汽加熱器的外壁進(jìn)行。汽化中的五羰基鐵分解物僅在蒸汽加熱器的外壁結(jié)疤，待生產(chǎn)800h后，熱交換效率下降，需要清理結(jié)疤時，只需更換蒸汽加熱器內(nèi)芯即可。改進(jìn)后的汽化裝置見圖2。

圖2 改進(jìn)后的汽化裝置1—計(jì)量泵；2—鋸齒預(yù)熱分布器；3—蒸汽加熱器

五羰基鐵進(jìn)入汽化室，落入鋸齒預(yù)熱分布器中，在鋸齒預(yù)熱分布器中吸熱后，均勻地溢流在蒸汽加熱器的外壁完成汽化。汽化過程的五羰基鐵分解物在蒸汽加熱器的外壁結(jié)疤，待生產(chǎn)4個周期(480h)后，更換蒸汽加熱器內(nèi)芯即可。來自蒸汽管網(wǎng)的1.3MPa(g)，180℃蒸汽在蒸汽加熱器里與之換熱。

經(jīng)過一年多的運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)新CO原料系統(tǒng)操作簡單，氣體清潔程度高。其連續(xù)送氣的運(yùn)行模式，使壓縮機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)而縮短了合成塔的運(yùn)行時間，提高了五羰基鐵的生產(chǎn)效率，合成塔運(yùn)行周期每塔由原先的15d縮短到11d，單塔產(chǎn)量由原先的24t提高到28t。同時，為分廠每年節(jié)約了上百萬的原材料、水、電、汽消耗，也降低了人員成本，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益顯著。

新型汽化裝置汽化效果良好，工藝穩(wěn)定，設(shè)備可靠，節(jié)能突出，基本上解決了汽化器結(jié)疤對生產(chǎn)造成的各種影響，如清理汽化器時投入的大量人力、物力，清理汽化器時對設(shè)備的損壞及清理過程中可能產(chǎn)生的多種安全隱患等，且延長了生產(chǎn)時間，使系統(tǒng)需清理汽化器結(jié)疤的時間，由原先的運(yùn)行800h延長至運(yùn)行1 200h。而蒸汽傳導(dǎo)與輻射的加熱模式，使得每噸產(chǎn)品可節(jié)約蒸汽20t，此設(shè)備的改進(jìn)于2014年11月獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)。

3 結(jié)語

水煤漿制氣法生成的CO用于羰基鐵粉合成反應(yīng)，陜西興化在國內(nèi)是首家應(yīng)用，具有技術(shù)前瞻性。焦炭制氣技術(shù)的淘汰，終止了污水與堿液的排放，解決了環(huán)保問題。同時，杜絕了在生產(chǎn)過程中高溫、強(qiáng)堿、起重、粉塵、CO泄漏等帶來的多項(xiàng)安全隱患。

新式汽化器的開發(fā)使用，也是羰基鐵粉生產(chǎn)領(lǐng)域的一項(xiàng)新發(fā)明，改變了傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)模式，因?yàn)檎羝闹貜?fù)利用，提高了熱能的利用率，降低了蒸汽的消耗，對節(jié)能環(huán)保起到積極的作用。同時消除了清理汽化器過程中可能產(chǎn)生的多種安全隱患，解放了勞動力，推動了科技的進(jìn)步。

羰基鐵粉關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)的提升改造，使得車間生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本大幅下降，每年可節(jié)約成本共193萬元。在2014年和2015年產(chǎn)品價格下降30%的情況下，新技術(shù)的使用，使車間依舊取得贏利，并且改變了羰基鐵粉廠自建廠以來傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)模式，是一項(xiàng)具有重大意義的技術(shù)改革，為陜西興化的科技創(chuàng)新、節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)增長提供了有力保障。

修改稿日期： 2017-01-04

Upgrading of Carbonyl Iron Powder Production Technology

ZHANG Sui-li，LU Bo-ying

(ShaanxiXinghuaGroupCo.，Ltd.，XingpingShannxi713100，China)

This essay introduces two key technological transformation in the carbonyl iron powder production process：the transformation of raw materials CO and the transformation of vaporization plant，which turn the traditional coke gas production process into a continuous production，thus solving the problem of difficult cleaning of carburetor scale at the same time.The results presents that the technology can save the cost of 1.93 million Yuan each year，meanwhile，the new type of vaporization device obtains national utility model patents.

Carbonyl iron powder；CO preparation；carburetor transformation

張歲利(1961年—)，男，陜西楊凌人，1983年畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)任陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司副總，主要從事項(xiàng)目建設(shè)與工藝改造等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.013

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1004-8901(2017)02-0046-03