CN103011268A - 四氯化钛提纯系统及方法 - Google Patents

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李凌桥
史志强
肖红
刘玉花
方钊
张敬
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Abstract

本发明涉及四氯化钛提纯系统及方法；经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液经原料预热器换热后进入脱轻塔的中部，脱去SiCl4等杂质性轻组分并损失少量的四氯化钛，其塔釜物流含有较纯的四氯化钛进入脱重塔的中部，脱去AlCl3，FeCl3等重组分并损失少量的四氯化钛，其塔顶得高纯四氯化钛产品。脱轻塔塔顶操作压力为常压，回流比为60.0～80.0，理论级数共为16～22；脱重塔塔顶操作压力为常压，回流比为1.0～1.2，理论级数共为16～22。高纯四氯化钛产品纯度≥99.99%，过程的产品回收率大于97.0%。

Description

四氯化钛提纯系统及方法
技术领域
本发明涉及四氯化钛纯化方法，特别是四氯化钛提纯系统及方法，属于四氯化钛分离纯化领域。
背景技术
四氯化钛又称氯化钛，英文名称：titanium tetrachloride，分子式为TiCl4，溶于冷水、乙醇、稀盐酸。四氯化钛是一种具有无色或微黄色的液体，有刺激性酸味，在空气中发烟，是制取海绵钛（钛材等产品的原料）及其化合物的重要中间体；是制取氯化法钛白（用于涂料、塑料、油墨、造纸以及化妆品等行业）的主要原料，可用作乙烯聚合催化剂的重要组分，可用于制造颜料和钛有机化合物以及国防上用的烟幕剂，也可作为溶解合成树脂、橡胶、塑料等多种有机物的良好溶剂。而四氯化钛的纯度将直接关系到海绵钛的力学性能，特别是含氧、氮、铁、硅等杂质元素，所以随着钛工业以及其他相关工业的不断发展，四氯化钛产品的高纯度及低金属含量将成为必然趋势。
文献报道大多为四氯化钛的生产方法，且精馏分离工艺均为传统方法，能耗较大。如：专利201010297323.3报道的四氯化钛精馏工艺为单塔连续工艺，仅仅适用轻杂质组分较少的原料，对于组分复杂的原料处理有很大困难，在实际生产中很难得到高纯的四氯化钛产品；专利2001010161513.2报道的四氯化钛纯化方法，工艺比较复杂，且产品能达到的纯度也不详，同时整个装置的能耗也较大，整体上此工艺比较落后，以致产品质量不稳定。随着钛工业以及其他相关工业的不断发展，对高纯四氯化钛的需求量也在不断增大，所以生产高纯四氯化钛带来的经济效益和社会效益会更加显著。
本发明提供了一种高效热耦合精馏提纯四氯化钛的方法，获得了高纯四氯化钛产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯四氯化钛生产系统及方法，能够有效的提高四氯化钛的纯度，降低金属化合物的总含量，更为有效地得到质量更好的高纯四氯化钛产品（高纯四氯化钛产品的主要指标：产品纯度≥99.99%，SiCl4≤0.001%，VOCl3≤0.0012%，AlCl3≤0.005%，FeCl3≤0.001%，K2Cr2O7比色度≤5mg/L）。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：
一种四氯化钛提纯系统，包括脱轻塔和脱重塔，脱轻塔设有塔顶冷凝器和塔釜再沸器，脱重塔设有塔顶冷凝器和塔釜再沸器；经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液经原料预热器换热后进入脱轻塔的中部，脱去SiCl4等杂质性轻组分并损失少量的四氯化钛，其塔釜物流含有较纯的四氯化钛进入脱重塔的中部，脱去AlCl3，FeCl3等重组分并损失少量的四氯化钛，其塔顶得高纯四氯化钛产品。
所述的脱轻塔和脱重塔为填料塔或板式塔。
所述的脱轻塔和脱重塔塔内装有规整填料、散堆填料或筛板塔盘、泡罩塔盘、浮阀塔盘；脱重塔塔内装有规整填料、散堆填料或筛板塔盘、泡罩塔盘、浮阀塔盘。
本发明的四氯化钛提纯方法，脱轻塔塔顶操作压力为常压，回流比为60.0～80.0，理论级数共为16～22；脱重塔塔顶操作压力为常压，回流比为1.0～1.2，理论级数共为16～22。
本发明的经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液1通过与脱重塔塔顶部流出的高纯四氯化钛产品12经原料预热器2换热后进入脱轻塔3的中部，换热后的粗四氯化钛原料液1的入塔温度为115～125℃；利用脱重塔塔顶部流出的高纯四氯化钛产品经过换热器对进入脱轻塔中部的原料起到换热的作用，相对于传统的精馏分离工艺，过程总能耗降低约25%左右。
本发明的优点是：
（1）本发明采用连续操作，同时整个发明采用热耦合精馏分离工艺，降低了系统的能耗。
（2）本发明工艺生产的高纯四氯化钛产品纯度≥99.99%，SiCl4≤0.001%，VOCl3≤0.0012%，AlCl3≤0.005%，FeCl3≤0.001%，K2Cr2O7比色度≤5mg/L，可见本发明可有效提高产品纯度和降低金属化合物的总含量，保证产品的性能指标。
（3）本发明的整个精馏分离工艺不仅节能而且流程简单，同时回收率也较高，为其高纯四氯化钛的应用领域提供了必备的优势，且有较大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1：本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于此。
采用图1的连接方式，脱轻塔3设有塔顶冷凝器4和塔釜再沸器7，脱重塔9设有塔顶冷凝器10和塔釜再沸器13。经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液1由管线经原料预热器2换热后进入脱轻塔3的中部，脱去少量SiCl4等杂质性轻组分并损失少量的四氯化钛6，其塔釜物流8含有较纯的四氯化钛进入脱重塔9的中部，脱去AlCl3，FeCl3等重组分并损失少量的四氯化钛14，其塔顶得到高纯四氯化钛产品12。换热过程具体流程为：经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液1通过与脱重塔塔顶部流出的高纯四氯化钛产品12经原料预热器2换热后进入脱轻塔3的中部，换热后的粗四氯化钛原料液1的入塔温度为115～125℃。
实施例1：
以年产10万吨四氯化钛产品计算，进料组成如下：TiCl499.92%，SiCl40.005%，AlCl30.051%，FeCl30.022%，其他约0.002%。
工艺流程各塔操作条件
脱轻塔 脱重塔
塔类型 填料塔/板式塔 填料塔/板式塔
塔径(mm) 1600 1600
理论级数 16 16
塔顶操作压力 常压 常压
回流比 60.0 1.0
注：原料换热后进塔温度为115℃
上述工艺条件下生产的高纯四氯化钛产品主要指标如下：
主要指标
TiCl4产品纯度 99.9918%
SiCl4 1ppb
VOCl3 0.001%
AlCl3 0.0048%
FeCl3 0.0009%
K2Cr2O7比色度 ≤5mg/L
产品回收率 97.06%
实施例2：
以年产10万吨四氯化钛产品计算，进料组成如下：TiCl499.89%，SiCl40.015%，AlCl30.061%，FeCl30.032%，其他约0.002%。
工艺流程各塔操作条件
脱轻塔 脱重塔
塔类型 填料塔/板式塔 填料塔/板式塔
塔径(mm) 1600 1600
理论级数 18 18
塔顶操作压力 常压 常压
回流比 70.0 1.1
注：原料换热后进塔温度为120℃
上述工艺条件下生产的高纯四氯化钛产品主要指标如下：
主要指标
TiCl4产品纯度 99.9942%
SiCl4 1ppb
VOCl3 0.0009%
AlCl3 0.0035%
FeCl3 0.0008%
K2Cr2O7比色度 ≤5mg/L
产品回收率 97.10%
实施例3：
以年产10万吨四氯化钛产品计算，进料组成如下：TiCl499.71%，SiCl40.075%，AlCl30.121%，FeCl30.092%，其他约0.002%。
工艺流程各塔操作条件
脱轻塔 脱重塔
塔类型 填料塔/板式塔 填料塔/板式塔
塔径(mm) 1600 1600
理论级数 22 22
塔顶操作压力 常压 常压
回流比 80.0 1.2
注：原料换热后进塔温度为125℃
上述工艺条件下生产的高纯四氯化钛产品主要指标如下：
主要指标
TiCl4产品纯度 99.9930%
SiCl4 1ppb
VOCl3 0.001%
AlCl3 0.0038%
FeCl3 0.0007%
K2Cr2O7比色度 ≤5mg/L
产品回收率 97.08%
由上表可知，本发明是可行的，整个分离工艺过程不仅工艺操作简单、能耗较小，而且分离效率很高。
本发明提出的四氯化钛提纯系统及方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的系统和精馏提纯方法进行改动或适当变更与组合来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种四氯化钛提纯系统，包括脱轻塔和脱重塔，其特征是：脱轻塔设有塔顶冷凝器和塔釜再沸器，脱重塔设有塔顶冷凝器和塔釜再沸器；经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液经原料预热器换热后进入脱轻塔的中部，脱去SiCl4等杂质性轻组分并损失少量的四氯化钛，其塔釜物流含有较纯的四氯化钛进入脱重塔的中部，脱去AlCl3，FeCl3等重组分并损失少量的四氯化钛，其塔顶得高纯四氯化钛产品。
2.如权利要求1所述的系统，其特征是经除钒工序处理过的粗四氯化钛原料液1通过与脱重塔塔顶部流出的高纯四氯化钛产品（12）经原料预热器2换热后进入脱轻塔（3）的中部，换热后的粗四氯化钛原料液（1）的入塔温度为115～125℃。
3.如权利要求1所述的系统，其特征是所述的脱轻塔和脱重塔为填料塔或板式塔。
4.如权利要求2所述的系统，其特征是所述的脱轻塔和脱重塔塔内装有规整填料、散堆填料或筛板塔盘、泡罩塔盘、浮阀塔盘；脱重塔塔内装有规整填料、散堆填料或筛板塔盘、泡罩塔盘、浮阀塔盘。
5.一种权利要求1的四氯化钛提纯方法，其特征是脱轻塔塔顶操作压力为常压，回流比为60.0～80.0，理论级数共为16～22；脱重塔塔顶操作压力为常压，回流比为1.0～1.2，理论级数共为16～22。
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