CN104099482B - 钛精矿流态化反应装置及钛精矿流态化反应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛精矿流态化反应装置及方法。该装置包括预热单元和流态化反应炉，预热单元包括料仓、螺旋送料装置、旋风除尘器、以及由上向下依次串联连接的第一、第二和第三旋风预热器；流态化反应炉包括炉体、流态化气体入口、气体分布器、进、出料口、上、下挡板，进料口设置在炉壁上并位于气体分布器之上且与第三旋风预热器的出料口连通，上、下挡板沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中、并位于进料口和出料口之间，上、下挡板之间的距离为0.5～1.5m，其直径与炉体内腔的直径之比均为0.8～0.9：1，且开孔率都为15％～40％。本发明能够提高钛精矿在整个流态化体系中的反应效率，且结构简单、控制容易、功能可靠。

Description

钛精矿流态化反应装置及钛精矿流态化反应方法

技术领域

本发明属于气固流态化反应技术领域，具体地讲，涉及一种钛精矿流态化反应装置以及一种能够提高反应效率的钛精矿流态化反应方法。

背景技术

工业生产中，在反应温度较高的气固流态化反应体系中，一般要对物料进行预热。有些系统的预热和反应会采用旋风预热方式和流化床反应来完成。

然而，对于钛精矿而言，其气固流态化反应体系常常存在热效率低、成本高、反应效率低等情况。

例如，发明人经过研究发现：当钛精矿的粒径区间分布较宽时，在旋风预热单元中，一些粒径较小的物料会被预热气体带出系统，此部分物料俗称返料。由于返料的存在，整个预热单元的热量会有一部分被损失掉，从而整个预热单元的预热效率就会大大降低。特别是在对热量平衡要求比较高的流态化体系中，较大返料的存在会严重影响整个流态化系统的稳定性，从而影响整个流态化系统的反应效率。而且，返料不能作为合格的原料再利用，相对于所述工艺来说就变成了废料，往往不能得到利用，其处理过程还要增加相应的成本。另外，流态化体系在实际运用中由于流化风本身的分布均匀度有限，会导致流化床产生一定的波动性，主要表现为流化床的压差波动大，并且流态化体系的反应效率也会产生相应的波动。因此，在流态化系统本身调节能力有限的情况下，需要一种辅助措施来提高整个流化床的稳定性，从而提高钛精矿在流态化系统中的反应效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高钛精矿流化反应的反应效率的装置和方法。

本发明一方面提供一种钛精矿流态化反应装置。钛精矿流态化反应装置包括预热单元和流态化反应炉，其中，预热单元包括料仓、螺旋送料装置、旋风除尘器、以及由上向下依次串联连接的第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，料仓通过螺旋送料装置与第一旋风预热器连接，以使物料顺序经过第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，第三旋风预热器的下端与高温气体管道连通，以使高温气体依次经过第三旋风预热器、第二旋风预热器和第一旋风预热器，旋风除尘器的进气口与第一旋风预热器上方的排气口连接，旋风除尘器的出尘口与第一旋风预热器的进料口或第二旋风预热器的进料口连接；流态化反应炉包括由炉壁围成的密闭炉体、流态化气体入口、气体分布器、进料口、出料口、上挡板、下挡板，其中，流态化气体入口设置在炉体底部，气体分布器沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中且位于流态化气体入口上方，进料口设置在炉壁上并位于气体分布器之上且与第三旋风预热器的出料口连通，出料口设置在炉壁上且位于进料口之上，上挡板和下挡板沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中、并位于进料口和出料口之间、且开孔率都在15％～40％的范围内，上挡板和下挡板之间的距离为0.5～1.5m，上挡板的直径与炉体内腔的上挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1，下挡板的直径与炉体内腔的下挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1。

本发明的另一方面提供了一种具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法。所述方法包括以下步骤：控制钛精矿物料的粒度分布为粒径不小于100目筛所对应尺寸的占70％以上、且粒径不小于160目筛所对应尺寸的占90％以上；使用如上所述的钛精矿流态化反应装置中的括预热单元和流态化反应炉来分别对钛精矿物料进行预热和流态化反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过改变钛精矿的平均粒径来提高钛精矿的预热效率，从而提高钛精矿在整个流态化体系中的反应效率；通过在反应炉床内增加隔板来稳定炉床的压差并且提高物料的平均停留时间，从而提高整个流化床的反应效率。此外，本发明还具有结构简单、控制容易、功能可靠等优点。

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和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的钛精矿流态化反应装置的流态化反应炉的结构示意图；

图2示出了本发明的钛精矿流态化反应装置的预热单元的结构示意图；

图3示出了图2的流态化反应炉中的上挡板或下挡板的俯视图。

附图标记说明如下：

1-炉体、2-流态化气体入口、3-进料口、4-出料口、5-上挡板、6-下挡板、7-高强度异形耐火砖、8、预埋螺栓、9-气体分布器、10-预热单元、11-料仓、12-螺旋送料装置、13-第一旋风预热器、14-第二旋风预热器、15-第三旋风预热器、以及16-旋风除尘器。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细说明本发明的钛精矿流态化反应装置及钛精矿流态化反应方法。

如图1至图3所示，在本发明的一个钛精矿流态化反应装置包括预热单元和流态化反应炉。

预热单元10包括料仓11、螺旋送料装置12、旋风除尘器16、以及由上向下依次串联连接的第一旋风预热器13、第二旋风预热器14和第三旋风预热器15。料仓通过螺旋送料装置与第一旋风预热器连接，以使物料顺序经过第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，第三旋风预热器的下端与高温气体管道连通，以使高温气体依次经过第三旋风预热器、第二旋风预热器和第一旋风预热器，也就是说，物料从上向下依次流经第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，并能够与由下往上依次经过第三旋风预热器、第二旋风预热器和第一旋风预热器的高温气体进行逆流接触。旋风除尘器的进气口与第一旋风预热器上方的排气口连接，旋风除尘器的出尘口与第一旋风预热器的进料口或第二旋风预热器的进料口连接。

流态化反应炉包括由炉壁围成的密闭炉体1、流态化气体入口2、气体分布器9、进料口3、出料口4、上挡板5、下挡板6。其中，流态化气体入口设置在炉体底部，以供流态化气体进入炉体内部。气体分布器沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中且位于流态化气体入口上方。流态化反应炉的进料口设置在炉壁上，并位于气体分布器之上且与第三旋风预热器的出料口连通。流态化反应炉的出料口设置在炉壁上且位于进料口之上，流态化反应炉的进料口和出料口可位于炉体的同侧(如图1所示)或异侧(例如，进料口位于炉体的左下侧和出料口位于炉体的右上侧)。上挡板(也可称为上隔板、第一道隔板)和下挡板(也可称为下隔板、第二道隔板)沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中、并位于进料口和出料口之间、且开孔率都在15％～40％的范围内，优选地，在22％～35％的范围内；上挡板和下挡板之间的距离L为0.5～1.5m，优选为0.8～1.2m；上挡板的直径与炉体内腔的上挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1，下挡板的直径与炉体内腔的下挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1，例如，上挡板和下挡板的直径与反应炉直径比均为0.8～0.9。可通过炉内打孔与炉壁外焊接支撑点的方式将两块挡板固定好，也可以在炉内下部增加支撑位置以安装固定上挡板和下挡板。如图1所示，可通过在炉体的高强度异形耐火砖7上设置预埋螺栓8以固定上挡板和下挡板。上挡板和下挡板的材质可以为2520耐热不锈钢、陶瓷铸件等。

在本示例性实施例中，流态化反应炉可以为氧化炉或还原炉。

此外，本示例性实施例的钛精矿流态化反应装置还可包括机械振动筛选装置或风选系统分选装置，机械振动筛选装置或风选系统分选装置的出料口与预热单元的料仓的进料口连通，从而能够对进入预热单元的物料粒径进行有效控制。

在本发明的另一个示例性实施例中，钛精矿流态化反应方法包括以下步骤：控制钛精矿物料的粒度分布为粒径不小于100目筛所对应尺寸的占70％以上、且粒径不小于160目筛所对应尺寸的占90％以上；使用如上所述的钛精矿流态化反应装置中的括预热单元和流态化反应炉来分别对钛精矿物料进行预热和流态化反应。

优选地，预热单元中的第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器分别将钛精矿的温度提高30～60℃。

本方法所涉及钛精矿的反应过程分为两段，前半段是在流态化系统的物料输送过程中的预热单元完成的，整个预热单元分为三级旋风预热器加一级旋风除尘器构成，物料自上而下，高温尾气从下而上，物料与尾气产生热交换，可将入炉物料预热至较高温度，同时尾气温度降低到较低温度。同时，一部分粒径较小的钛精矿物料会随着尾气离开预热单元，成为除尘返料，返料量的大小主要跟物料的粒径范围及预热单元的气量与风速有关，本发明专利所涉及的系统返料量一般在20％～30％。而在通过机械振动筛选或风选系统分选后，所得钛精矿的粒度分布为+100目≥70％，+160目≥90％，整个物料的平均粒径得到提高，返料量一般能够控制在10％以下。返料量降低，整个系统损失的热量降低，而整个三级旋风预热单元的各级温度均有30～60℃左右的提高，从而使整个物料在预热单元的预热效率得到较大提高，从而当物料在进入反应炉内时，由于其预热基准温度高，物料的反应效率就会得到提高，而且反应效率更稳定。而整个流态化体系的后半段是在反应炉内进行，在反应炉的物料的进口和出口之间横向加入两块隔板，此隔板的材质为2520耐热不锈钢或陶瓷铸件，隔板直径与所对应的反应炉直径比例为0.8～0.9，开孔率为15％～40％，通过炉内打孔与炉壁外焊接支撑点的方式将两块隔板固定好。隔板安装完全，在物料进出整个反应炉体系过程中，物料从进口处经过第一道隔板，整体流化气体分布更均匀，物料分布均匀度也能够得到提高。物料在出口处离开反应炉前经过第二道隔板，会有部分物料被隔板阻挡回来继续呆在两层隔板之间，钛精矿在反应炉内的停留时间更均匀，杜绝了部分物料刚进入反应炉即刻被带出的现象，物料的反应效率会得到提高，整个流态化体系的稳定性也会得到大大提高，流化床的压差波动范围也会在之前的基础上缩小2～5kpa，物料的反应率也在更小范围内波动。

示例1和示例2中钛精矿(攀枝花细粒级钛精矿)筛分前的粒度分布情况如下表1所示。

表1 攀枝花细粒级钛精矿的粒度分布情况

示例1

本示例的钛精矿流态化反应装置包括预热单元和流态化反应炉。流态化反应炉为富钛料氧化炉，该氧化炉是物料进行流态化氧化反应的炉床，氧化炉的直径为1.25m。

对表1中的钛精矿物料进行筛分处理，得到钛精矿的粒度分布为：粒径不小于100目筛所对应尺寸的占75％～80％，其中，粒径不小于160目筛所对应尺寸的占90％～95％。

使用预热单元来对经过筛分处理后的钛精矿进行预热。通过预热单元将钛精矿的温度提高约40℃，此时钛精矿温度为600～650℃。返料能够控制在5％左右。

在氧化炉的物料进口和出口之间沿氧化炉的横截面方向设置两个平行的隔板。两个隔板的材质为2520耐热不锈钢，直径为1.085m，开孔率为20％。通过炉内打孔与炉壁外焊接支撑点的方式将两块隔板固定好。在物料进入整个氧化炉体系过程中，物料从进口处经过第一道隔板，然后在炉内进行氧化反应，经过第二道隔板后物料离开氧化炉，钛精矿在反应炉内的平均停留时间更长，在此氧化炉中加隔板前的炉内压差波动范围在5kpa左右，而加上隔板之后炉内压差波动在1～2kpa，物料的氧化率也仅在2个百分点内波动。

示例2

本示例的钛精矿流态化反应装置包括预热单元和流态化反应炉。流态化反应炉为富钛料还原炉，该还原炉是物料进行流态化还原反应的炉床，还原炉的直径为1.2m。

对表1中的钛精矿物料进行筛分处理，得到钛精矿的粒度分布为：粒径不小于100目筛所对应尺寸的占75％～80％，其中，粒径不小于160目筛所对应尺寸的占90％～95％。

使用预热单元来对经过筛分处理后的钛精矿进行预热。通过预热单元将钛精矿的温度提高约40℃，此时钛精矿温度为600～650℃。返料能够控制在5％左右。

在还原炉的物料进口和出口之间横向设置两块隔板，此隔板的材质为2520耐热不锈钢，直径1.1m，开孔率为25％。通过炉内打孔与炉壁外焊接支撑点的方式将两块隔板固定好。在物料进入整个还原炉体系过程中，物料从进口处经过第一道隔板，然后在炉内进行还原反应，经过第二道隔板后物料离开还原炉，钛精矿在反应炉内的平均停留时间更长，在此还原炉中加隔板前的炉内压差波动范围在5kpa左右，而加上隔板之后炉内压差波动在2～3kpa，物料的还原率也仅在5个百分点内波动。

综上所述，本发明的钛精矿流态化反应装置及方法包括以下优点：

(1)通过反应炉中物料进口处所加隔板，可以大大提高流态化系统中所加入流化风的均匀度，以便于物料在系统中的分布均匀度也能得到提高，从而气固两相反应结合更为精密，整个流化状况得到改善，反应效率就能得到提高。

(2)通过反应炉中物料出口处所加隔板，物料在体系中的整体平均停留时间就能得到较大提高，从而钛精矿物料与气体的反应时间也能得到较大提高，从而提高了整体物料的反应效率。

(3)能够提高反应效率高，且三级预热能够提高预热效率(例如，预热效率可提高10～20％)，节约了成本。

尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.一种具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

控制钛精矿物料的粒度分布为粒径不小于100目筛所对应尺寸的占70％以上、且粒径不小于160目筛所对应尺寸的占90％以上；

使用钛精矿流态化反应装置中的预热单元和流态化反应炉来分别对钛精矿物料进行预热和流态化反应，

其中，钛精矿流态化反应装置中的预热单元包括料仓、螺旋送料装置、旋风除尘器、以及由上向下依次串联连接的第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，料仓通过螺旋送料装置与第一旋风预热器连接，以使物料顺序经过第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器，第三旋风预热器的下端与高温气体管道连通，以使高温气体依次经过第三旋风预热器、第二旋风预热器和第一旋风预热器，旋风除尘器的进气口与第一旋风预热器上方的排气口连接，旋风除尘器的出尘口与第一旋风预热器的进料口或第二旋风预热器的进料口连接；

钛精矿流态化反应装置中的流态化反应炉包括由炉壁围成的密闭炉体、流态化气体入口、气体分布器、进料口、出料口、上挡板、下挡板，其中，流态化气体入口设置在炉体底部，气体分布器沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中且位于流态化气体入口上方，进料口设置在炉壁上并位于气体分布器之上且与第三旋风预热器的出料口连通，出料口设置在炉壁上且位于进料口之上，上挡板和下挡板沿炉体横截面方向设置在炉体的内腔中、并位于进料口和出料口之间、且开孔率都在15％～40％的范围内，上挡板和下挡板之间的距离为0.5～1.5m，上挡板的直径与炉体内腔的上挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1，下挡板的直径与炉体内腔的下挡板所在位置处的横截面直径之比为0.8～0.9：1，通过炉内打孔与炉壁外焊接支撑点的方式将上挡板和下挡板固定，或者在炉内下部增加支撑位置以安装固定上挡板和下挡板。

2.根据权利要求1所述的具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，所述流态化反应炉为氧化炉或还原炉。

3.根据权利要求1所述的具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，所述上挡板和下挡板的开孔率都在22％～35％的范围内。

4.根据权利要求1所述的具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，所述上挡板和下挡板之间的距离为0.8～1.2m。

5.根据权利要求1所述的具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，所述钛精矿流态化反应装置还包括机械振动筛选装置或风选系统分选装置，所述机械振动筛选装置或风选系统分选装置的出料口与预热单元的料仓的进料口连通。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有良好反应效率的钛精矿流态化反应方法，所述预热单元中的第一旋风预热器、第二旋风预热器和第三旋风预热器分别将钛精矿的温度提高30～60℃。