CN103641160A

CN103641160A - 一种粗四氯化钛除钒装置和方法

Info

Publication number: CN103641160A
Application number: CN201310633133.8A
Authority: CN
Inventors: 龙盘忠; 杨仰军; 陆平; 李良; 杜明; 刘森林; 王建鑫
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN103641160B

Abstract

本发明提供了一种粗四氯化钛除钒装置和方法。所述装置包括加热釜、反应器、冷凝收集单元、喷头、管道和有机物，加热釜能够将粗四氯化钛加热到TiCl₄的沸点至150℃之间以形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽；反应器包括密闭的容器本体，设置在容器本体下部的混合蒸汽入口，设置在容器本体上部的有机物入口和第二混合蒸汽出口，以及设置在容器本体底部的排渣口；有机物盛装在容器本体中并能够与混合蒸汽中的VOCl₃气体反应生成含钒沉淀；管道的一端与第一混合蒸汽出口连通，另一端与混合蒸汽入口连通并延伸至反应器内；喷头设置在管道的另一端上以将混合蒸汽雾化并沿不同方向喷淋至容器本体内的有机物下部；冷凝收集单元与第二混合蒸汽出口连通。

Description

一种粗四氯化钛除钒装置和方法

技术领域

本发明涉及四氯化钛的冶炼领域，更具体地讲，涉及一种精制四氯化钛的装置和方法。

背景技术

国内外厂家所生产的四氯化钛（TiCl₄）是生产颜料钛白、海绵钛及钛系列产品的最重要的中间产品，工业粗TiCl₄通常含有多种有害杂质，成份十分复杂。

粗TiCl₄除钒是精制TiCl₄的一个重要工艺过程。不仅为了脱色而除杂质钒，也是为了除氧。在粗TiCl₄中，钒主要以VOCl₃形式存在，它的沸点127.2℃，与TiCl₄的沸点136.4℃相接近，TiCl₄—VOCl₃系沸点差为9.2℃，它们的相对挥发度为α=1.22。因此，采用一般的物理精馏方法分离较困难，目前均采用化学的方法除钒。国内外较先进的除钒方法为有机物除钒，也有硫化氢除钒法、铝粉除钒法、铜丝除钒法等。

目前国内大多数厂家均采用铝粉除钒法与紫铜除钒法。铝粉除钒法必须先除钒，然后依次除钒TiCl₄中的低沸点、高沸点杂质，在除钒过程中产生的AlCl₃在下步除高沸点杂质时可一同去除。除钒浆液的制备是一个间歇过程，并且细铝粉是易爆物，需对建构筑物及其设备采取严格的安全防护措施。紫铜除钒法其除钒用量为（2～4Kg/t，TiCl₄），成本较高，很不经济。而有机物除钒的优点在于有机试剂来源广，价格低，无毒。

在2005年中国化工学会无机盐学术年会上，王军和杨鸿发表了会议论文“国内外四氯化钛除钒工艺技术及发展状况”，在该会议论文里，详细记载了目前国内外广泛采用的有机物除钒工艺，它们的主要技术思路均是：在粗TiCl₄液体中加入有机物，搅拌均匀，将混合液加热至120～138℃，有机物逐渐裂解为高度分散高活性的微细碳粒，这些新生碳颗粒可以选择性还原VOCl₃，使其沉淀出来，然后采用固液分离的方法出去钒渣。申请人按照上述方法进行了实验，发现在除钒过程中残渣比较多，残渣易结垢设备，严重影响传热，需要经常处理，并且除钒效果较差。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

例如，本发明目的之一在于提供一种除钒效果好的粗四氯化钛除钒装置及方法。

本发明的一方面提供了一种粗四氯化钛除钒装置。所述装置包括加热釜、反应器、冷凝收集单元、喷头、管道和有机物，其中，所述加热釜包括：密闭的釜体，通入釜体的粗四氯化钛进料口，设置在釜体顶部的第一混合蒸汽出口，设置在釜体底部的排料口，以及围绕釜体设置以对釜体进行加热的加热单元，所述加热釜能够将粗四氯化钛加热到TiCl₄的沸点至150℃之间以形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽；所述反应器包括：密闭的容器本体，设置在容器本体下部的混合蒸汽入口，分别设置在容器本体上部的有机物入口和第二混合蒸汽出口，以及设置在容器本体底部的排渣口；所述有机物通过有机物入口盛装在容器本体中，所述有机物能够与混合蒸汽中的VOCl₃气体反应生成含钒沉淀；所述管道的一端与加热釜的第一混合蒸汽出口连通，其另一端与反应器的混合蒸汽入口连通并延伸至反应器内；所述喷头设置在管道的所述另一端上，以将混合蒸汽雾化并沿不同方向喷淋至容器本体内的有机物下部；所述冷凝收集单元与第二混合蒸汽出口连通，用于冷凝回收从第二混合蒸汽出口中排出的TiCl₄。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述装置还包括用于储存粗四氯化钛的第一储料罐，第一储料罐的出料口与所述加热釜的粗四氯化钛进料口连通，并且第一储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述装置还包括用于储存有机物的第二储料罐，第二储料罐的出料口与所述反应器的有机物入口连通，并且第二储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述装置还包括排渣单元，排渣单元的进料口与所述反应器的排渣口连通，并且排渣单元的进料口和出料口处均设置有阀门。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述装置还包括与所述加热釜的排料口连通的卸料单元。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述加热单元包括套装于所述釜体外的壳体和位于壳体和釜体之间的密封空间内的加热介质。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述冷凝收集单元包括第一管道、套装于第一管道之外的第二管道以及位于第一管道和第二管道之间的冷却介质，其中，所述第一管道和第二管道为S形。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述管道的另一端为封闭端，所述喷头由沿周向设置在所述管道另一端上的多个喷孔形成。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述装置还包括位于所述容器本体上部并靠近所述第二混合蒸汽出口设置的烟气折流组件，所述烟气折流组件包括倾斜固定在所述反应器内壁上的多块折流板，所述多块折流板沿所述反应器的高度方向错落布置并且相邻两块折流板之间形成供混合蒸汽通过的通道。

根据本发明粗四氯化钛除钒装置的一个实施例，所述有机物为脂肪酸。

本发明的另一方面提供一种粗四氯化钛除钒方法。所述方法包括以下步骤：将粗四氯化钛加热至四氯化钛的沸点至150℃之间，形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽；所述混合蒸汽经雾化喷淋至有机物下部并在有机物中自下向上运动，混合蒸汽中的VOCl₃气体与有机物充分接触并发生化学反应生成含钒沉淀，混合蒸汽中的TiCl₄气体和气体夹杂从有机物中逃逸后经冷凝回收得到TiCl₄。

根据本发明粗四氯化钛除钒方法的一个实施例，所述有机物的用量为2～3Kg/t_TiCl4。

根据本发明粗四氯化钛除钒方法的一个实施例，所述有机物为脂肪酸。

根据本发明粗四氯化钛除钒方法的一个实施例，所述方法采用如上所述的粗四氯化钛除钒装置对粗四氯化钛进行除钒处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的粗四氯化钛装置具有结构简单、连续性较强、维护便易等优点，应用于除钒工艺后能够将粗四氯化钛中的主要杂质VOCl₃除去，得到钒含量小于0.001g/L的四氯化钛产品，并且解决了残渣（除钒污泥）难分离的问题，降低了残渣粘稠物对设备的侵蚀。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的及特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例粗四氯化钛除钒装置的结构示意图。

附图标记说明如下：

10-第一储料罐、20-加热釜、21-釜体、22-加热单元的壳体、30-卸料单元、40-反应器、50-管道、60-排渣单元、70-第二储料罐、80-冷凝收集单元。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的粗四氯化钛除钒装置和方法。

图1示出了根据本发明示例性实施例粗四氯化钛除钒装置的结构示意图。如图1所示，根据本发明示例性实施例粗四氯化钛除钒装置包括第一储料罐10、加热釜20、卸料单元30、反应器40、管道50、排渣单元60、第二储料罐70和冷凝收集单元80。

其中，加热釜20包括：密闭的釜体21，通入釜体的粗四氯化钛进料口，设置在釜体顶部的第一混合蒸汽出口，设置在釜体底部的排料口，以及围绕釜体设置以对釜体进行加热的加热单元。通过所述加热釜能够将粗四氯化钛加热到TiCl₄的沸点至150℃之间以形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽。在本实施例中，加热单元包括套装于釜体外的壳体22和位于壳体和釜体之间的密封空间内的加热介质（例如高温蒸汽），为防止热量流失，壳体外部加设有保温层。采用蒸汽加热可以使得加热釜内的四氯化钛受热均匀，且温度可控性强。此外，在加热釜20内配置有温度计、压力表和液位表。

第一储料罐10用于储存粗四氯化钛，第一储料罐10的出料口与加热釜20的粗四氯化钛进料口连通，并且第一储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门，通过调节阀门的开合，便于将粗四氯化钛（TiCl₄）不间断地加入加热釜20内。

卸料单元30设置在加热釜20的下方并与加热釜20的排料口连通。

反应器40包括：密闭的容器本体，密闭的容器本体，设置在容器本体下部的混合蒸汽入口，分别设置在容器本体上部的有机物入口和第二混合蒸汽出口，以及设置在容器本体底部的排渣口。在对所述混合蒸汽进行除钒处理时，有机物通过有机物入口盛装在容器本体中，所述有机物能够与混合蒸汽中的VOCl₃气体反应生成含钒沉淀（含钒固化物）。此外，反应器需要具备一定的保温功能或加热功能，以保证混合蒸汽中的TiCl₄气体经过反应器后不被液化。反应器40内配置有温度计和液位计。

管道50的一端与加热釜20的第一混合蒸汽出口连通，另一端与反应器40的混合蒸汽入口连通并伸入反应器内，在防止管道堵塞的情况下，将管道尽可能伸入反应器中。在管道伸入反应器内的所述另一端上设置有喷头，喷头所起到的作用是对混合蒸汽进行雾化，并将雾化后的混合蒸汽沿不同方向喷射至反应器内与有机物接触反应。限定混合蒸汽从不同方向喷至有机物下部的目的是为了使混合蒸汽与有机物接触更加充分，若以单股射流的方式将混合蒸汽喷入有机物中，混合蒸汽与有机物的接触面积小，反应不充分，除钒效果不理想。

在一个示例性实施例中，管道50的所述另一端为封闭端，喷头由沿周向均匀设置在所述管道另一端上的多个孔径1～2mm的喷孔形成。但本发明不限于此，还可以采用其它能够实现雾化并沿不同方向喷射功能的喷头。进一步地，喷头可采用可拆卸的方式安装在管道上，以便于将喷头拆卸下来进行清理更换，当然，为便于更换操作，可以在管道50上相应地设置阀门。

混合蒸汽从喷头喷出的动力与反应器40的大小、反应器40内有机物储量以及加热釜20内的压力相关。具体地，反应器40内装有一定液位高度的有机物；液态粗四氯化钛在加热釜20内加热形成混合蒸汽，随着混合蒸汽量的增加，加热釜20内的压力变大，当加热釜20内的压力增加到一定程度后，混合蒸汽从管道50中喷入反应器40内，并与反应器40内的有机物接触。

排渣单元60设置在反应器40的下方，其进料口与反应器40的排渣口连通，并且排渣单元的进料口和出料口处均设置有阀门。通过控制排渣单元上的阀门，可以在适当地时候进行排渣作业，保证反应器内的反应连续性。

第二储料罐70用于储存有机物并向反应器中提供有机物（例如包含脂肪酸的动植物油），第二储料罐的70出料口与反应器40的有机物入口连通，并且第二储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门。通过调节第二储料罐70的相应阀门，可以实现对反应器进行补料作业。

冷凝收集单元80与反应器40上的第二混合蒸汽出口连通，只要能够起到冷凝回收混合混合蒸汽中的TiCl₄的作用即可。在本实施例中，冷凝收集单元80采用S型双层管道冷却水冷却，即包括第一管道、套装于第一管道之外的第二管道以及位于第一管道和第二管道之间的冷却介质（冷却水），第一管道和第二管道为S形，该结构冷凝效果好且不占空间。

此外，还可以在反应器40的容器本体上部靠近第二混合蒸汽出口处设置烟气折流组件，烟气折流组件包括倾斜固定在反应器40内壁上的多块折流板，每块折流板与反应器40内壁之间的夹角相同并为锐角，多块折流板沿反应器40的高度方向错落布置在反应器内并且相邻两块折流板之间形成供混合蒸汽通过的通道。混合蒸汽经过烟气折流组件后从第二混合蒸汽出口进入冷凝回收单元，在烟气折流组件的引流方式下，混合烟气中的一部分杂质得以去除，也就是说，设置烟气折流组件的作用是起到避免混合蒸汽将有机物反应生成的碳化合物以及含钒固化物等带入冷凝收集单元80的管道中，进而提高四氯化钛产品的品质。

以下，结合附图详细描述采用上述粗四氯化钛除钒装置对粗四氯化钛进行除钒的具体操作过程。

首先，通过第一储料罐10将粗四氯化钛加入至加热釜20中，在高温蒸汽的作用下，加热釜20内的粗四氯化钛被加热到TiCl₄的沸点（136.4℃）至150℃之间形成混合蒸汽并从釜体顶部的第一混合蒸汽出口排出，而其他高沸点物质沉积于釜体底部并被卸料单元30收集，由于加热温度在上述温度范围内使得混合蒸汽基本上由TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂构成，初步实现了TiCl₄与其它杂质的分离。混合蒸汽经管道50输送至装有有机物的反应器40中进行除钒处理，在喷头的雾化喷淋作用下，混合蒸汽被喷射至反应器40内的有机物下部并自下向上运动，混合蒸汽中的VOCl₃气体与有机物充分接触并发生一系列化学反应生成含钒沉淀并沉积于反应器40底部形成含钒污泥，排渣单元60根据反应器40中的含钒污泥量进行排渣清理作业，而去除VOCl₃气体后的混合蒸汽中基本只包含TiCl₄气体和气体夹杂（例如，空气、CO、CO₂），其从有机物中逃逸后经第二混合蒸汽出口进入冷凝收集单元80。在冷凝收集单元80的冷却降温作用下，混合蒸汽中的TiCl₄被冷凝回收。其中，所述有机物的用量为2～3Kg/t_TiCl4，即每生产得到1吨TiCl₄需要2～3Kg的有机物。在一个实施例中，粗四氯化钛中的钒含量为0.3～0.5g/L，而采用本申请的除钒装置后，经检测得到的四氯化钛中的钒含量小于0.001g/L。

以下，将本发明与工业中常见的三种除钒工艺（即硫化氢除钒、铝粉除钒和铜丝除钒）进行了详细比较，表1是本发明与三种工业除钒方法的比较。

表1本发明与三种工业除钒方法的比较结果

可以看出，本发明的粗四氯化钛装置装置结构紧凑、简单易维护，应用于除钒工艺后能够将粗四氯化钛中的主要杂质VOCl₃除去且除钒效果好，并且，将粗四氯化钛在加热釜中进行初步分离，使得反应器中残渣（除钒污泥）主要由VOCl₃和有机物反应生成的含钒杂质构成，解决了现有有机物除钒工艺中残渣难分离的问题，并且降低残渣粘稠物对设备的侵蚀。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述装置包括加热釜、反应器、冷凝收集单元、喷头、管道和有机物，其中，

所述加热釜包括：密闭的釜体，通入釜体的粗四氯化钛进料口，设置在釜体顶部的第一混合蒸汽出口，设置在釜体底部的排料口，以及围绕釜体设置以对釜体进行加热的加热单元，所述加热釜能够将粗四氯化钛加热到TiCl₄的沸点至150℃之间以形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽；

所述反应器包括：密闭的容器本体，设置在容器本体下部的混合蒸汽入口，分别设置在容器本体上部的有机物入口和第二混合蒸汽出口，以及设置在容器本体底部的排渣口；

所述有机物通过有机物入口盛装在容器本体中，并且所述有机物能够与混合蒸汽中的VOCl₃气体反应生成含钒沉淀；

所述管道的一端与加热釜的第一混合蒸汽出口连通，其另一端与反应器的混合蒸汽入口连通并延伸至反应器内；

所述喷头设置在管道的所述另一端上，以将混合蒸汽雾化并沿不同方向喷淋至容器本体内的有机物下部；

所述冷凝收集单元与第二混合蒸汽出口连通，用于冷凝回收从第二混合蒸汽出口中排出的TiCl₄。

2.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述装置还包括用于储存粗四氯化钛的第一储料罐，第一储料罐的出料口与所述加热釜的粗四氯化钛进料口连通，并且第一储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述装置还包括用于储存有机物的第二储料罐，第二储料罐的出料口与所述反应器的有机物入口连通，并且第二储料罐的进料口和出料口处均设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述装置还包括排渣单元，排渣单元的进料口与所述反应器的排渣口连通，并且排渣单元的进料口和出料口处均设置有阀门。

5.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述管道的另一端为封闭端，所述喷头由沿周向设置在所述管道另一端上的多个喷孔形成。

6.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述装置还包括位于所述容器本体上部并靠近所述第二混合蒸汽出口设置的烟气折流组件，所述烟气折流组件包括倾斜固定在所述反应器内壁上的多块折流板，所述多块折流板沿所述反应器的高度方向错落布置并且相邻两块折流板之间形成供混合蒸汽通过的通道。

7.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒装置，其特征在于，所述冷凝收集单元包括第一管道、套装于第一管道之外的第二管道以及位于第一管道和第二管道之间的冷却介质，其中，所述第一管道和第二管道为S形。

8.一种粗四氯化钛除钒方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将粗四氯化钛加热至四氯化钛的沸点至150℃之间，形成包含TiCl₄气体、VOCl₃气体和气体夹杂的混合蒸汽；

所述混合蒸汽经雾化喷淋至有机物下部并在有机物中自下向上运动，混合蒸汽中的VOCl₃气体与有机物充分接触并发生化学反应生成含钒沉淀，混合蒸汽中的TiCl₄气体和气体夹杂从有机物中逃逸后经冷凝回收得到TiCl₄。

9.根据权利要求8所述的粗四氯化钛除钒方法，其特征在于，所述有机物的用量为2～3Kg/t_TiCl4。

10.根据权利要求8所述的粗四氯化钛除钒方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1至7中任意一项所述的粗四氯化钛除钒装置对粗四氯化钛进行除钒处理。