劉禹明，王 偉，錢 鑫

(撫順鈦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113001)

大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)及裝備的研發(fā)與應(yīng)用

劉禹明，王 偉，錢 鑫

(撫順鈦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113001)

為適應(yīng)國(guó)家生產(chǎn)政策的要求及世界先進(jìn)四氯化鈦生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，撫順鈦業(yè)有限公司結(jié)合對(duì)國(guó)外沸騰氯化技術(shù)的了解，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐技術(shù)，淘汰小氯化爐，以降低成本。 介紹了撫鈦φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的研究?jī)?nèi)容及在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，并且詳細(xì)介紹了部分生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及生產(chǎn)過(guò)程中的控制措施，同時(shí)對(duì)φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐在生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。大型無(wú)篩板沸騰氯化爐技術(shù)在撫鈦的成功應(yīng)用為我國(guó)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

大型無(wú)篩板沸騰氯化爐；實(shí)際應(yīng)用；原料單耗

0 引 言

目前，國(guó)外海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)普遍采用φ2 000～3 000 mm的大型沸騰氯化爐生產(chǎn)四氯化鈦，產(chǎn)能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。為適應(yīng)我國(guó)鈦工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)沸騰氯化爐的大型化勢(shì)在必行。發(fā)展大型沸騰氯化技術(shù)，不僅可以降低單位產(chǎn)能投資，還可以有效地降低物料單耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而降低鈦及鈦合金的制造成本，不僅有利于企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，也有利于擴(kuò)大鈦的應(yīng)用領(lǐng)域。 但是，由于我國(guó)的鈦礦資源鈣鎂雜質(zhì)含量高，國(guó)外以金紅石為原料的有篩板沸騰氯化技術(shù)不能為我國(guó)所用。因此，必須探索適合我國(guó)原料特點(diǎn)的大型沸騰氯化爐及其生產(chǎn)工藝技術(shù)。

2007年12月，在國(guó)家科技部、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的支持下，撫順鈦業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱撫鈦)針對(duì)我國(guó)鈦礦資源的特點(diǎn)，承擔(dān)了《大型無(wú)篩板沸騰氯化工藝技術(shù)及裝備研究開(kāi)發(fā)》課題。經(jīng)過(guò)3年多持續(xù)深入研究，成功地完成了φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的論證、設(shè)計(jì)及制造，并于2011年順利試生產(chǎn)。

1 大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的研究

φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的研制工作是圍繞著提高氯化爐產(chǎn)能和鈦資源利用率、降低單位產(chǎn)能投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和原料單耗展開(kāi)的。具體研究?jī)?nèi)容包括：φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐爐底的氣體分布器研究、φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)研究以及四氯化鈦淋洗回收技術(shù)研究。

1.1 大型無(wú)篩板沸騰氯化爐氣體分布研究

為了避免固體物料進(jìn)入氣體分布器內(nèi)導(dǎo)致的堵塞現(xiàn)象發(fā)生以及氯化爐內(nèi)氯氣分布不均勻的現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)分布器開(kāi)孔率以及氯氣在爐內(nèi)的分布方式進(jìn)行了研究，發(fā)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(jiàn)圖1)，且采用直通管與斜通管交替分布(見(jiàn)圖2)，以保證通入的氯氣均勻分布。該氣體分布器操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)穩(wěn)定，適用于大爐型，并且已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)201210011685.0[1]，并已獲得授權(quán)。

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(wú)篩板沸騰氯化爐結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

為了使生產(chǎn)過(guò)程中氯化爐的沸騰效果更加理想且使用壽命更長(zhǎng)，對(duì)沸騰氯化爐的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了周密的計(jì)算與研究，并且對(duì)爐內(nèi)襯的砌筑材料、砌筑方式以及烘爐方式進(jìn)行了詳細(xì)的研究與考證，最終確定沸騰爐流態(tài)化床段的直徑為φ2 600 mm，其高度與直徑比為1.3～1.5。該設(shè)計(jì)可以有效地避免騰涌現(xiàn)象的發(fā)生，降低原料的單耗。并且爐體內(nèi)襯砌筑及烘烤合理，使用周期長(zhǎng)，目前已經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行18個(gè)月未進(jìn)行修理。該新型無(wú)篩板沸騰氯化爐也申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)201210011683.1[2]，并已獲得授權(quán)。

圖3 大型無(wú)篩板沸騰氯化爐結(jié)構(gòu)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(shù)研究

為了提高四氯化鈦的回收率，研究人員結(jié)合公司原有小型氯化爐的回收方式，對(duì)四氯化鈦氣體的冷凝回收技術(shù)進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，最終確定采用1級(jí)水冷、2級(jí)-10 ℃乙二醇冷卻、2級(jí)-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(jīng)過(guò)改進(jìn)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(wú)篩板沸騰氯化爐應(yīng)用狀況

自2008年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)三年的研究、論證、設(shè)計(jì)及建造，φ2 600 mm無(wú)篩板沸騰氯化爐于2011年10月7日在撫鈦開(kāi)始試生產(chǎn)。由于各方面的研究工作做得深入細(xì)致，設(shè)計(jì)考慮得周到，爐體的砌筑和烘烤得當(dāng)，僅經(jīng)過(guò)一個(gè)月的調(diào)試，氯化爐的運(yùn)行就趨于穩(wěn)定，氯氣流量從3 500 kg/h提高到4 000 kg/h，粗四氯化鈦產(chǎn)量從70 t/d提高到90 t/d以上，成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)產(chǎn)能。各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)較原小型氯化爐有較大的提高，生產(chǎn)1 t粗四氯化鈦所需的原料及能源的消耗量對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)1 t粗四氯化鈦所需的原料及能源消耗量的對(duì)比

3 生產(chǎn)過(guò)程中的控制措施

撫鈦在φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐運(yùn)行過(guò)程中，仍在不斷地完善生產(chǎn)技術(shù)，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(yōu)化工藝，將氯化控制系統(tǒng)全面升級(jí)為自動(dòng)控制系統(tǒng)，徹底解決了由于氯氣流量及加料量不穩(wěn)定而導(dǎo)致的氯化生產(chǎn)中的一系列問(wèn)題；

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

(3)減少停氯時(shí)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(shí)間約1 h；

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

4 生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題

4.1 收塵器

收塵器是采用3級(jí)重力收塵。當(dāng)氯氣流量達(dá)到4 500 kg/h、粗四氯化鈦固體雜質(zhì)含量小于0.5%時(shí)，

收塵器的收塵效果較好；但是當(dāng)氯氣流量大于5 000 kg/h、粗四氯化鈦固體雜質(zhì)含量大于0.5%時(shí)，收塵效果難以達(dá)到最佳狀態(tài)。生產(chǎn)操作時(shí)需靠頻繁更換過(guò)濾罐來(lái)降低粗四氯化鈦固體雜質(zhì)含量，以達(dá)到較好的收塵效果。

4.2 淋洗回收

當(dāng)氯氣流量為4 500 kg/h時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；但當(dāng)氯氣流量增加到5 000 kg/h時(shí)，四氯化鈦氣體從氯化爐經(jīng)收塵器到達(dá)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(tǒng)帶來(lái)了較大的壓力，四氯化鈦的回收效率以及尾氣回收系統(tǒng)均難以達(dá)到最佳狀態(tài)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)的先河。撫鈦由于φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的成功應(yīng)用，獲得了撫順市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2013年將繼續(xù)申報(bào)國(guó)家有色行業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

φ2 600 mm大型無(wú)篩板沸騰氯化爐的成功投產(chǎn)運(yùn)行，標(biāo)志著撫鈦的大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)已經(jīng)居于國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際領(lǐng)先的地位。但由于整體系統(tǒng)仍存在部分不完善之處，撫鈦將繼續(xù)針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，繼續(xù)提高產(chǎn)能，降低消耗，完善工藝技術(shù)，力爭(zhēng)將本項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)全方位推廣，為我國(guó)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)大型無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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

[2] 撫順鈦業(yè)有限公司. 一種新型無(wú)篩板沸騰氯化爐：中國(guó)，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(jí)工程師。