CN104495914B - 用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，包括烘炉,加料控制、氯化反应控制、尾气排渣,旋风收尘五个步骤。本发明实现了直接利用细粒级人造金红石制备四氯化钛，同时还实现对尘渣中的末完全反应的人造金红石颗粒收集再利用。

Description

用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺

技术领域

本发明涉及化工冶金技术领域，具体涉及一种及用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺。

背景技术

沸腾氯化法是生产四氯化钛的主要工艺。它是将含钛料和石油焦的混合料通过设置在沸腾氯化炉上的加料口加入到沸腾氯化炉的反应段,在从反应段底部通入的氯气作用下，混合料在反应段变成流态化状态，在800～1000℃的温度下,氯气和钛原料进行氯化反应。

沸腾氯化炉是进行沸腾氯化的关键设备。现有的沸腾氯化炉，如图4所示,包括炉体和由炉体围成的炉腔A1，炉腔A1从上至下被划分为沉降段A101、扩大段A102、反应段A103、炉底封头A104，其中反应段A103为直段结构，在反应段A103和炉底封头A104分头之间设置有流态化气体分布器A106(氯气、空气、氮气或惰性气体共用一个气体分布器)，在炉底封头A104的炉体上设置有与炉腔A1相连通的氯气供气管A108和流态化气体供气管A109，氯气气体分布器A106通过管道与氯气供气管A108和流态化气体供气管A109相连通；在反应段A103的炉体上设置与反应段相连通的加料管A111和下排渣管A105，加料管A111和炉体外的加料系统A2相连通；沉降段A101顶部的炉体上设置有与炉腔A1相连通的排气管A110。通常加料管A111设置在靠近扩大段A102的反应段A103炉体上。

采用上述沸腾氯化炉生产四氯化钛,需要先烘炉，通常是在沸腾氯化炉底部燃烧木柴、焦炭或者煤炭，向沸腾氯化炉内提供热量，待沸腾氯化炉内部温度达到起炉温度后封闭炉底完成烘炉，然后通过加料管向反应段加料，进行四氯化钛生产。采用上述烘炉方案，能源利用率低，烘炉周期长，一般为15-21天，操作复杂，稳定性差，且烘炉时大量尾气和粉尘直接溢出，存在一定的环保问题。

采用上述沸腾氯化炉进行四氯化钛生产时，钛料和石油焦的混合料在沸腾炉内呈流态化状态，如果钛料的粒度小于0.12mm，容易造成料粒在上升气流的作用下直接逸出氯化炉，没有在反应段进行氯化反应，造成钛料损耗；如果钛料的粒度大于0.85mm，钛料会沉降到氯化炉底部，造成物料堆积，从而破坏沸腾层；因此，现有的沸腾氯化工艺要求钛料粒度为0.1mm～0.25mm之间，钛料中TiO2含量＞90％，(CaO+MgO)含量不能超过1.5％，最好少于1.0％。目前，原料中TiO2含量＞90％的只有高钛渣、人造金红石、天然金红石。

国内钛矿资源中，天然金红石资源日益枯竭，而绝大多数钛精矿中含有较多的CaO、MgO、SiO2等杂质，TiO2含量低，熔炼后的钛渣品位较低，达不到沸腾氯化工艺的要求。为了得到TiO2含量较高的钛料，产业上可以通过硫酸法和盐酸浸取法制作钛料。

其中，硫酸法是将钛精矿采用硫酸处理工艺制成钛白原料，再将钛白原料冶炼成TiO2钛渣，但通过该方法生成的钛渣，其TiO2含量仅70～80％，CaO+MgO的含量高达7％～11％，仍无法直接作用为沸腾氯化生产四氯化钛的原料。

盐酸浸取法是指将钛精矿采用盐酸浸泡制备人造金红石法。如公开号为CN102139918A的中国专利文献公开了一种制备高品位人造金红石的方法，该方法将钛渣经过碱浸、预氧化、活化改性、酸浸后得到TiO2含量大于93％的人造金红石产品。盐酸浸取法具有浸出速度快，除杂能力强，产品品位高，盐酸可以循环利用等优点，是目前采用钛精矿制备优质人造金红石的主要方法之一。但是该方法由于采用含磷的化合物作为活化改性剂生产成本高，生成的人造金红石，粒径小于＜0.1mm的细颗粒约占75％左右，其中粒径小于0.074mm的细颗粒约占40％左右。细粒级人造金红石就是指采用盐酸浸取法制成的人造金红石，该种人造金红石微孔多、堆积密度小，如果采用现有的沸腾氯化法法生产四氯化钛，粒度过细的人造金红石，不易建立良好的流态化，易发生沟流、腾涌等技术问题，导致人造金红石颗粒和氯气接触不好，氯化效率偏低；同时，还会造成细粒级人造金红石大量被气体带出，造成大量的原料浪费。

综上所述，现有的人造金红石方法，硫酸法生产的人造金红石，TiO2含量仅70～80％，CaO+MgO的含量高达7％～11％，达不到沸腾氯化工艺要求的原料中TiO2含量＞90％；盐酸浸取法生成的细粒级人造金红石，粒径小于＜0.1mm的细颗粒约占75％左右，其中粒径小于0.074mm的细颗粒约占40％左右，达不到沸腾氯化工艺要求的原料粒度为0.1mm～0.25mm之间，也即现有的人造金红石不能采用现有的沸腾氯化工艺生产四氯化钛。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直接利用细粒级人造金红石制备四氯化钛的细用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，从而降低沸腾氯化工艺对高品质钛原料的粒度要求，节约生产成本。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，沸腾氯化炉的反应段由倒锥台形结构的下锥反应段，和与下锥反应段直通的直反应段构成，在下锥反应段的炉体上设置有至少一个朝向下锥反应段开口的加料管，在下锥反应段的底部和外周壁体上均设置有气体分布器，气体分布器的通气孔为从进气口向出气口收缩的圆台形结构；沸腾氯化炉的气体预混室的炉体上设置有与气体预混室相连通的氯气供气管、氮气供气管、空气供气管，氯气供气管、氮气供气管、空气供气管的入气口均为切向入气口结构；加料管包括用于向下锥反应段加入石油焦的石油焦加料管和用于向下锥反应段加入人造金红石和石油焦混合料的混合料加料管；工艺包括烘炉、加料控制、氯化反应控制、排渣、收尘五个步骤，

加料控制包括预加料控制和正常加料控制两个阶段；

预加料控制为完成烘炉后，通过具有切向入气口的氯气供气管和空气供气管分别向气体预混室通入涡旋氯气流和涡旋空气流，氯气和空气混合后，经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的涡漩流化气层；通过混合料加料管向下锥反应段浓相区加入人造金红石和石油焦混合料，混合料在下锥反应段浓相区形成流态化沸腾层，人造金红石和氯气产生氯化反应；逐渐降低空气通入流量，逐渐增加混合料加入流量，直到反应段的氯化反应稳定；

正常加料控制为当反应段的氯化反应稳定后，持续向下锥反应段通入足够维持正常氯化反应的混合料流量、空气通入流量和流化气通入流量。

进一步，通过混合料加料管向下锥反应段浓相区加入人造金红石和石油焦混合料的方法为，通过混合料加料管向下锥反应段浓相区喷射混合料，混合料加料管的炉腔内开口端为喇叭形开口结构，在炉体外的混合料加料管上设置有与加料管相连通的气体吹扫管，加料时，向气体吹扫管中通入氮气或者惰性气体，氮气或者惰性气体吹扫混合料，混合料沿着加料管喇叭形开口呈圆锥台分布喷射向下锥反应段浓相区。

进一步，烘炉包括低温烘炉和高温烘炉两个阶段；低温烘炉为燃气燃烧供热烘炉，在气体预混室的炉体上设置向气体预混室喷射高温燃烧气体的烧嘴，烧嘴与燃气供气管和空气供气管相连通，低温烘炉时，向烧嘴通入燃气和空气的混合气体，点燃烧嘴，烧嘴向气体预混室喷射高温燃烧气体，高温燃烧气体经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，逐渐将炉腔内的温度提升到400～500℃；高温烘炉为石油焦燃烧供热烘炉，加料管还包括用于向下锥反应段加入石油焦的石油焦加料管，当炉腔内的温度稳定在400～500℃后，停止向烧嘴通入燃气，熄灭烧嘴，通过石油焦加料管向下锥反应段加入石油焦，向具有切向入气口的空气供气管通入空气，进入气体预混室的涡旋空气经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，石油焦和空气反应释放热量，逐渐将炉腔内的温度提升到850～950℃。

进一步，氯化反应控制为根据炉腔内温度和压力情况，通过调节空气流入量、氯气流入量，使氯化反应回到正常状态；当下锥反应段或者直反应段温度低于正常氯化反应温度时，加大空气通入流量，通过氧气和石油焦反应释放热量，提高下锥反应段或者直反应段的温度；当氯化反应过快，造成下锥反应段或者直反应段温度高于正常氯化反应温度时，通过具有切向入气口的氮气供气管向下锥反应段注入涡旋的氮气或者惰性气体，降低氯气通入流量，降低氯化反应速度，直到下锥反应段或者直反应段的温度稳定。

进一步，排渣为尾气排渣，在沸腾氯化炉顶部设置与沸腾氯化炉炉腔相连通的尾气管，尾气管与收尘系统连通，排渣时，人造金红石中的杂质颗粒和极细人造金红石颗粒被上冲氯气气流带着经直反应段、扩大段、沉降段、尾气管进入收尘系统。

进一步，收尘为旋风收尘，收尘系统对进入收尘系统的人造金红石中杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒进行旋风收尘，捕集末完全反应的人造金红石颗粒，末完全反应的人造金红石颗粒经收尘系统的收尘口收集。

进一步，旋风收尘为双旋风收尘，在与尾气管连接的排渣管上沿物料流出方向依次设置第一旋风收尘装置和第二旋风收尘装置，收尘时，杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒经第一旋风收尘装置进行第一次收尘作业后，再进入第二旋风收尘装置进行第二次收尘作业，经第二次收尘作业剩下的杂质颗粒经排渣管流出。

进一步，旋风收尘后还包括，将收尘系统的收尘口与混合料加料管连通，捕集到的末完全反应的人造金红石颗粒经收尘口进入混合料加料管，再经混合料加料管的喇叭形结构开口进入下锥反应段浓相区。

进一步，燃气为高炉煤气。

本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，特别适用于采用细粒级人造金红石制备四氯化钛，当然其也适用于采用复合现有沸腾氯化工艺的人造金红石制备四氯化钛。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，由于采用涡旋通气技术向下锥反应段通入氯气、空气、氮气/惰性气体组成的多向涡漩扰动流化气，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的多向涡漩扰动流化气层，人造金红石和石油焦混合料散布在流化气层中，形成流态化沸腾层；在上述具有强剪切作用的多向涡漩扰动流化气气流的搅拌作用下，细粒级人造金红石和石油焦颗粒间发生碰撞和剪切摩擦，将粘性聚团碰碎，细粒级人造金红石在流态化沸腾层内翻滚，氯气和人造金红石快速掺混，充分接触，产生反应释放出热量；本发明的细粒级人造金红石，由于流化气的多向涡漩扰动分布及气流强度随着气流轴向推送距离增加成倍下降，能保证绝大多数细粒级人造金红石处于流态化沸腾层，而不被带到沸腾氯化炉的扩大段，或者被氯气气流经尾气管带出沸腾氯化炉。

2、本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，由于采用氮气或者惰性气体沿混合料加料管的喇叭形结构开口吹扫混合料，混合料呈圆锥台分布喷射向下锥反应段浓相区从而使进入到流态化沸腾层的混合料更分散，更均匀，有利于人造金红石和氯气的快速掺混，充分接触，提高氯化反应的效率和质量，同时该方法还能有效防止混合料加料管堵塞；由于采用采用燃气和空气混合燃烧进行低温烘炉，再采用石油焦和空气反应进行高温烘炉的方法，极大缩短烘炉时间，烘炉作业简单，能源利用率高，稳定性好，无环境污染伴生。

3、本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，由于采用尾气排渣，降低了排渣难度，同时也避免了反应段排渣容易造成氯气泄漏的技术问题，同时由于没有在反应段进行排渣作业，稳定了人造金红石氯化反应，提升了沸腾氯化炉效率；由于采用收尘装置进行末完全反应的人造金红石颗粒的收集再利用，从而提高人造金红石沸腾氯化反应的产出效率；由于采用将收尘口收集的末完全反应的人造金红石颗粒直接通过与加料管连接的管道加入到下锥反应段的方法，便于收集的末完全反应的人造金红石颗粒，实现尘渣的再利用，从而提高工艺的投入产出效率。

附图说明

图1为本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺的实施流程图。

图2为本发明用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺采用的氯化反应器的结构示意图。

图3为本发明沸腾氯化炉的反应段的结构示意图。

图4为现有技术的沸腾氯化炉结构示意图。

图2、图3中附图标记分别表示为：1-沸腾氯化炉，2-加料系统,3-收尘系统,101-沉降段,102-扩大段,103-直反应段,104-下锥反应段，105-气体预混室,106-气体分布器，107-加料管，108-气体吹扫管，109-氯气供气管，110-氮气供气管，111-空气供气管，112-烧嘴，113-尾气管，301-收尘口。

图4中附图标记分别表示为：A1-沸腾氯化炉,A2-加料系统,A101-沉降段,A102-扩大段,A103-反应段,A104-封头,A105-下排渣管，A106-气体分布器，A107-流化气体分布器，A108-氯气供气管，A109-流化气体供气管，A110-排气管，A111-加料管。

图中箭头标记分别表示为：反应物料的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图2、图3所示，本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，实施时采用的沸腾氯化炉1包括炉体和由炉体围成的炉腔，炉腔从上至下被划分为沉降段101、扩大段102、反应段、气体预混室105，沸腾氯化炉1的反应段由倒锥台形结构的下锥反应段104，和与下锥反应段104直通的直反应段103构成，在下锥反应段104的炉体上设置有至少一个朝向下锥反应段104开口的加料管107，在下锥反应段104的底部和外周壁体上均设置有气体分布器106，气体分布器106的通气孔为从进气口向出气口收缩的圆台形结构；沸腾氯化炉1的气体预混室105的炉体上设置有与气体预混室105相连通的氯气供气管109、氮气供气管110、空气供气管111，氯气供气管109、氮气供气管110、空气供气管111的入气口均为切向入气口结构；加料管107和加料系统2相连通；加料管107包括用于向下锥反应段加入人造金红石和石油焦混合料的混合料加料管。

切向入气口结构，是指在供气管圆型混合室切线方向开设入气口，气流进入混合室后形成旋向气流。

本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺实施时，在沉降段101、扩大段102、直反应段103、锥反应段104、气体预混室105均设置有测温装置和测压装置，分别用于测量各区段的温度和压力参数，通过测温装置和测压装置可以及时了解炉腔内各区段的温度、压力分布。

本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺实施时，氯气供气管109通过设置有氯气供气管阀的管道和氯气气源相连通，氮气供气管110通过设置有氮气供气管阀的管道和惰性气体气源或者氮气气源相连通。

如图1所示，本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，包括烘炉,加料控制、氯化反应控制、排渣,收尘五个步骤，其中，加料控制包括预加料控制和正常加料控制两个阶段；

预加料控制为完成烘炉后，通过具有切向入气口的氯气供气管109和空气供气管111分别向气体预混室105通入涡旋氯气流和涡旋空气流，氯气和空气混合后，经气体分布器106以旋流方式进入下锥反应段104，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的涡漩流化气层；通过混合料加料管107向下锥反应段104浓相区加入人造金红石和石油焦混合料，混合料在下锥反应段104浓相区形成流态化沸腾层，人造金红石和氯气产生氯化反应；逐渐降低空气通入流量，逐渐增加混合料加入流量，直到反应段的氯化反应稳定；具体为，

完成烘炉后，开启氯气供气管阀和空气管阀，通过具有切向入气口的氯气供气管109和空气供气管111分别向气体预混室105通入涡旋氯气流和涡旋空气流，氯气和空气混合后，经气体分布器106以旋流方式进入下锥反应段104，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的多向扰动涡漩流化气层；使用加料系统2向混合料加料管缓慢加入人造金红石和石油焦混合料，混合料经混合料加料管的喇叭形结构开口注入下锥反应段104浓相区，在多向扰动涡漩扰动的流化气层的作用下，混合料在下锥反应段104浓相区形成流态化沸腾层，逐渐降低经空气供气管111流入的空气流量，逐渐增加经混合料加料管加入到下锥反应段104的混合料流量，直到反应段的氯化反应稳定。

预加料控制实施时，经具有切向入气口的氯气供气管109进入气体预混室105的涡旋氯气和经具有切向入气口的空气供气管111进入气体预混室105的涡旋空气混合，混合气体在从进气口向出气口收缩的圆台形结构的气体分布器106的通气孔进一步涡旋，氯气和空气进一步混合，涡旋注入下锥反应段104后，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的多向涡漩扰动流化气层；该多方向涡漩扰动流化气层具有强剪切作用，在其搅拌下，细粒级人造金红石和石油焦颗粒间发生碰撞和剪切摩擦，将粘性聚团碰碎，细粒级人造金红石在流化气内沸腾翻滚，形成流态化沸腾层，氯气和人造金红石快速掺混，充分接触，产生反应释放出热量，石油焦和空气中的氧气产生反应释放出热量。

为了让混合料均布在浓相区的流态化沸腾层，通过混合料加料管107向下锥反应段104浓相区加入人造金红石和石油焦混合料的方法，优选的实施方式为通过混合料加料管107向下锥反应段104浓相区喷射混合料，混合料加料管107的炉腔内开口端为喇叭形开口结构，在炉体外的混合料加料管107上设置有与加料管107相连通的气体吹扫管108，加料时，向气体吹扫管108中通入氮气或者惰性气体，氮气或者惰性气体吹扫混合料，混合料沿着加料管107喇叭形开口呈圆锥台分布喷射向下锥反应段104下部浓相区。通过该方法，混合料可被喷射到下锥反应段104下部浓相区面积的10～30％，从而使进入到流态化沸腾层的混合料更分散，更均匀，有利于人造金红石和氯气的快速掺混，充分接触，提高氯化反应的效率和质量。

通过本发明的预加料控制，在反应段内形成的气流线速度随着气流轴向推送距离的增加成倍下降的多向漩涡扰动流化气流，相较于现有技术的从反应段底部直吹到反应段顶部的氯气气流，能保证绝大多数细粒级人造金红石均布在流态化沸腾层中，而不被带到沸腾氯化炉1的扩大段102，或者被流化气流经尾气管115带出沸腾氯化炉1，从而确保绝大多数细粒级人造金红石能在炉腔内进行氯化反应，也就降低沸腾氯化工艺对高品质钛原料的粒度要求；强剪切作用的多方向涡旋扰动流化气流，具有很强的搅拌能力，使细粒级人造金红石和石油焦颗粒间的碰撞和摩擦加强，粘性聚团容易破碎，既有利于均布有细粒级人造金红石的流态化沸腾层形成，也有利于氯气气流和细粒级人造金红石快速掺混，充分接触，从而确保细粒级人造金红石快速沸腾氯化。该方法还能有效防止混合料加料管堵塞。

正常加料控制为当反应段的氯化反应稳定后，持续向下锥反应段104通入足够维持正常氯化反应的混合料流量、空气通入流量和流化气通入流量。

当从测温装置和测压装置了解到的温度、压力参数稳定后，反应段的氯化反应就进入稳定状态。

现有技术的烘炉，通常是在沸腾氯化炉1底部燃烧木柴、焦炭或者煤炭，向沸腾氯化炉内提供热量，通过沸腾氯化炉1炉腔内的空气流动进行烘炉，现有技术的烘炉技术方案存在能源利用率低，烘炉周期长，一般为15-21天，操作复杂，稳定性差的技术问题。

为了缩短烘炉周期，提高能源利用率，降低烘炉成本，本发明的烘炉包括低温烘炉和高温烘炉两个阶段，具体为：

低温烘炉为燃气燃烧供热烘炉，在气体预混室105的炉体上设置向气体预混室105喷射高温燃烧气体的烧嘴112，烧嘴112与燃气供气管和空气供气管111相连通，低温烘炉时，向烧嘴112通入燃气和空气的混合气体，点燃烧嘴112，烧嘴112向气体预混室105喷射高温燃烧气体，高温燃烧气体经气体分布器106以旋流方式进入下锥反应段104，逐渐将炉腔内的温度提升到400～500℃；

低温烘炉实施时，还包括设置在燃气供气管上的用于开启或者关闭燃气供气管的燃气供气管阀。

根据实验，低温烘炉的温度上限控制在400～500℃内，能在最小燃气消耗的情况下排尽沸腾氯化炉1内的耐火材料中的水，低于400℃，沸腾氯化炉1内的耐火材料中的水可能无法排尽，温度高于500℃，每增加1℃需要耗费更多的燃气，采用燃气烘炉的经济性快速下降。

实施时，通过测温装置和测压装置可以及时了解炉腔内各区段的温度、压力分布，从而判断炉腔内各区段的温度分布，以便及时调整燃气流量和流化气注入流量。

低温烘炉采用的燃气为工业燃气，可以是高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气中一种或者它们的混合气体，为了降低燃气使用成本通常采用高炉煤气。

低温烘炉的技术作用是排尽沸腾氯化炉1内的耐火材料中的水，同时将炉腔内的温度提升到400～500℃。其特别适用于对新投入使用或者大修后的沸腾氯化炉1进行烘炉作业。

高温烘炉为石油焦燃烧供热烘炉，加料管还包括用于向下锥反应段加入石油焦的石油焦加料管，当炉腔内的温度稳定在400～500℃后，停止向烧嘴112通入燃气，熄灭烧嘴112，通过石油焦加料管向下锥反应段104加入石油焦，向具有切向入气口的空气供气管111通入空气，进入气体预混室105的涡旋空气经气体分布器106以旋流方式进入下锥反应段104，石油焦和空气反应释放热量，逐渐将炉腔内的温度提升到850～950℃。

高温烘炉实施时，石油焦加料管的沸腾氯化炉1炉体外的开口端和加料系统2相连通，通过加料系统2向石油焦加料管中缓慢加入石油焦。高温烘炉实施时，通过测温装置和测压装置可以及时了解炉腔内各区段的温度、压力分布，从而判断炉腔内各区段的温度分布，以便及时调整石油焦加入流量和空气注入流量。

根据实验，高温烘炉的温度上限控制在850～950℃内，此温度范围为沸腾氯化反应所需要温度的温度范围，温度超过950℃，需要向下锥反应段104加入大量的石油焦，且很难达到该温度，温度低于850℃，进入下锥反应段104的人造金红石很难和氯气产生氯化反应，氯化反应效率较低，氯化反应的质量较低。

当氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后沸腾氯化炉1炉腔内温度较高时，可直接进行高温烘炉，从而进一步增强烘炉作业的操作灵活性，提高烘炉效率，降低烘炉成本。

高温烘炉的技术作用是将炉腔内的温度提升到沸腾氯化反应所需要温度。

以上是沸腾氯化炉1的烘炉实施过程。通过上述实施过程可以看出，烧嘴112燃烧向气体预混室105喷射高温燃烧气体，高温燃烧气体经气体分布器106以旋流方式进入下锥反应段104对炉腔进行预热，具有快速、均匀地排尽沸腾氯化炉1内的耐火材料中的水，同时将炉腔内的温度提升到400～500℃的技术作用；向下锥反应段104加入石油焦，石油焦在炉腔内和空气反应，释放热量，自行烘炉具有将炉腔内的温度提升到沸腾氯化反应所需要温度的技术作用；相较于现有技术在沸腾氯化炉1外使用木柴、焦炭或者煤炭烧烤炉体，通过炉腔内的空气自行扩散进行烘炉，烘炉周期长达15-21天，本发明的烘炉方法直接对炉腔内采用涡旋高温气流烘炉，烘炉效率高，能源利用率高，作业简单，烘炉效果稳定，无环境污染伴生，且烘炉周期通常仅为4天，投料中断，故障清除后的烘炉周期通常仅为2天。

为了更好地控制氯化反应进程，提高氯化反应效率和氯化反应质量，本发明的氯化反应控制为根据炉腔内温度和压力情况，通过调节空气流入量、氯气流入量，使氯化反应回到正常状态；

当下锥反应段104或者直反应段103温度低于正常氯化反应温度时，加大空气通入流量，通过氧气和石油焦反应释放热量，提高下锥反应段104或者直反应段103的温度；

当氯化反应过快，造成下锥反应段104或者直反应段103温度高于正常氯化反应温度时，通过具有切向入气口的氮气供气管110向下锥反应段104注入涡旋的氮气或者惰性气体，降低氯气通入流量，降低氯化反应速度，直到下锥反应段104或者直反应段103的温度稳定。其中，向下锥反应段104注入涡旋的氮气或者惰性气体，降低氯气通入流量具有降低反应段内的氯气浓度，从而减少氯气和人造金红石接触反应的机会的技术作用。

本发明的氯化反应控制能将氯化反应控制在正常状态下，有效确保沸腾氯化炉反应稳定。

现有技术的排渣采用设置在沸腾氯化炉1反应段的下排渣口排渣，排渣难度较大，容易造成氯气泄漏。

为了降低排渣难度，本发明的排渣为尾气排渣，在沸腾氯化炉1顶部设置与沸腾氯化炉1炉腔相连通的尾气管113，尾气管113与收尘系统3相连通，排渣时，人造金红石中的杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒被上冲氯气气流带着经直反应段103、扩大段102、沉降段101、尾气管113进入收尘系统3。

实施时，随着氯化反应进行，人造金红石和人造金红石中的SiO2、Al2O3等杂质元素的粒度越来越细，其中，杂质颗粒，基本不和氯气反应，逐渐富集，且它们的比重较人造金红石小，杂质颗粒和颗粒极细的人造金红石被上冲氯气气流带着经直反应段103、扩大段102、沉降段101、尾气管113进入收尘系统3。颗粒极细的人造金红石是指粒度小于320目的人造金红石颗粒，特别是粒度小于160目造金红石颗粒极易被气流带出沸腾氯化炉1。

本发明的排渣利用杂质具有比人造金红石轻的比重，利用尾气排渣，相较于现有技术采用设置在反应段排渣管排渣的技术方案，降低了排渣的操作难度，同时也避免了反应段排渣容易造成氯气泄漏的技术问题，同时由于没有在反应段进行排渣作业，稳定了人造金红石氯化反应，提升了沸腾氯化炉效率。

为了收集渣尘中的末完全反应的人造金红石颗粒，本发明的收尘为旋风收尘，收尘系统3对进入收尘系统3的人造金红石中杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒进行旋风收尘，捕集末完全反应的人造金红石颗粒，末完全反应的人造金红石颗粒经收尘系统3的收尘口301收集。

为了尽量多地收集渣尘中的末完全反应的人造金红石颗粒，上述旋风收尘为双旋风收尘，在与尾气管113连接的排渣管上沿物料流出方向依次设置第一旋风收尘装置和第二旋风收尘装置，收尘时，杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒经第一旋风收尘装置进行第一次收尘作业后，再进入第二旋风收尘装置进行第二次收尘作业，经第二次收尘作业剩下的杂质颗粒经排渣管流出。

沸腾氯化炉1中的粒度较大的人造金红石颗粒基本都和氯气进行氯化反应，能被带出沸腾氯化炉1的人造金红石颗粒，其粒度一般小于160目，和杂质颗粒相比，其粒度更小，因此能用收尘装置将未反应的人造金红石颗粒从尘渣中分离出来，并进行收集。

本发明的收尘用人造金红石颗粒偏细，比重较小的特性进行末完全反应的人造金红石颗粒的收集再利用，从而提高人造金红石沸腾氯化反应的产出效率。

为了便于旋风收尘的末完全反应的人造金红石颗粒的再利用，在旋风收尘后还包括，将收尘系统3的收尘口301和混合料加料管107连通，捕集到的末完全反应的人造金红石颗粒经收尘口301进入混合料加料管107，再经混合料加料管107的喇叭形结构开口进入下锥反应段104浓相区。

以上是本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺的实施方式，从上述实施过程可以看出，本发明实现了直接利用细粒级人造金红石制备四氯化钛，同时还实现对尘渣中的末完全反应的人造金红石颗粒收集再利用。

以下采用本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺进行四氯化钛生产。

下述实施例中采用的沸腾氯化炉1包括炉体和由炉体围成的炉腔，炉腔从上至下被划分为沉降段101、扩大段102、反应段、气体预混室105，炉腔的反应段由倒锥台形结构的下锥反应段104，和与下锥反应段直通的直反应段103构成，在下锥反应段104的炉体上设置有至少一个朝向下锥反应段的喇叭形开口加料管107，在炉体外的加料管107上设置有与加料管107相连通的气体吹扫管108；在下锥反应段104的底部和外周壁体上均设置有气体分布器106，气体分布器106的通气孔为从进气口向出气口收缩的锥台形结构；炉腔的气体预混室105的炉体上设置有与气体预混室105相连通的氯气供气管109、氮气供气管110、空气供气管111，氯气供气管109、氮气供气管110、空气供气管111的入气口均为切向入气口结构；气体预混室105的炉体上还设置有向气体预混室105喷射高温燃烧气体的烧嘴112，烧嘴112与燃气供气管和空气供气管111相连通；沸腾氯化炉1通过设置在其顶部的尾气管113和收尘系统3相连通，沸腾氯化炉的加料管107和加料系统2相连通；加料管107包括用于向下锥反应段加入石油焦的石油焦加料管和用于向下锥反应段加入人造金红石和石油焦混合料的混合料加料管。

在沉降段101、扩大段102、直反应段103、锥反应段104、气体预混室105均设置有测温装置和测压装置；氯气供气管109通过设置有氯气供气管阀的管道和氯气气源相连通，氮气供气管110、气体吹扫管108均通过设置有氮气供气管阀的管道和惰性气体气源或者氮气气源相连通，烧嘴112通过设置有燃气管阀的燃气管道和燃气气源相连通，烧嘴112还通过空气管阀和空气相连通。

收尘系统3为双旋风收尘系统，其通过在与尾气管113连接的排渣管上沿物料流出方向依次设置第一旋风收尘装置和第二旋风收尘装置来构成。

实施例1

本实施例采用的沸腾氯化炉1是经过内衬耐火材料重新制作后的沸腾氯化炉1，燃气采用煤气。

依次打开空气管阀、燃气管阀，点燃烧嘴112，控制气体预混室105温度在100～150℃，控制空气和煤气比例在4：1，对沸腾氯化炉1进行烘炉。

根据沸腾氯化炉1内衬耐火材料要求，调节煤气流量，逐渐提升气体温度，当气体温度超过500℃后，增大空气管阀开度，增大空气流量，空气总气量控制在300Nm3/h，逐渐开启加料系统2加料螺旋，向石油焦加料管加入石油焦，开启与气体吹扫管108相连通的氮气供气管阀，向气体吹扫管108注入氮气，用氮气吹扫石油焦加料管中喇叭形结构部分的石油焦，将石油焦沿径向喷射向下锥反应段104下部，石油焦在下锥反应段104内燃烧，释放热量，控制空气供应量和石油焦加入量，逐渐提升炉腔内的温度。

当炉腔内反应段温度提升到900℃后，加料系统2向混合料加料管中注入人造金红石和石油焦混合料，开启与气体吹扫管108相连通的氮气供气管阀，向气体吹扫管108注入氮气，用氮气吹扫混合料加料管中喇叭形结构部分的混合料，将混合料沿径向喷射向下锥反应段104下部浓相区；关闭燃气管阀、熄灭烧嘴112，减小空气管阀开度，打开氯气供气管阀，氯气经气体分布器106进入下锥反应段104内，氯气和人造金红石反应。根据炉腔内温度情况适当调整空气量，逐渐增加混合料加入量、氯气通入量，让沸腾氯化炉1炉腔内温度达到并稳定在960～1000℃。当炉腔内温度稳定后，减小空气通入量，最后关闭空气管阀，全部通入氯化和氮气，加大混合料进料量，使沸腾氯化炉1内达到平衡状态，控制炉腔内气体空塔速度为0.25～0.55m/s。从烘炉开始至正常加料的时间为4天。

细粒级人造金红石成分见表1，粒度分布见表2。通过调整加料系统2，确保沸腾氯化炉1炉腔内加料均衡，可根据实际情况，添加部分收尘得到的末反应细粒级人造金红石；逐渐开启四氯化钛收集系统，尾气处理系统，全流程达到稳定运行。收尘系统3的双旋风收尘器每12小时排渣1次。细粒级人造金红石氯化率达90％以上，固体颗粒物料带出率(含部分石油焦)为5％～10％。常规沸腾氯化炉进行细粒级人造金红石沸腾氯化时固体物料带出率将达30％左右，效果明现。

表1、细粒级人造金红石典型成分

表2、细粒级人造金红石典型粒度分布

实施例2：

本实施例采用的沸腾氯化炉1因设备故障造成加料中断，故障快速排除后,炉内温度较高。

依次打开空气管阀、燃气管阀，点燃烧嘴112，控制气体预混室105温度在300～450℃，控制空气和煤气比例在4：1，对沸腾氯化炉1进行快速烘炉。

当气体温度超过500℃后，增大空气管阀开度，增大空气流量，空气总气量控制在300Nm3/h，逐渐开启加料系统2加料螺旋，向石油焦加料管加入石油焦，开启与气体吹扫管108相连通的氮气供气管阀，向气体吹扫管108注入氮气，用氮气吹扫石油焦加料管中喇叭形结构部分的石油焦，将石油焦沿径向喷射向下锥反应段104下部，石油焦在下锥反应段104内燃烧，释放热量，控制空气供应量和石油焦加入量，逐渐提升炉腔内的温度。

当炉腔内反应段温度提升到900℃后，加料系统2向混合料加料管中注入人造金红石和石油焦混合料，开启与气体吹扫管108相连通的氮气供气管阀，向气体吹扫管108注入氮气，用氮气吹扫混合料加料管中喇叭形结构部分的混合料，将混合料沿径向喷射向下锥反应段104下部浓相区；关闭燃气管阀、熄灭烧嘴112，减小空气管阀开度，打开氯气供气管阀，氯气经气体分布器106进入下锥反应段104内，氯气和人造金红石反应。根据炉腔内温度情况适当调整空气量，逐渐增加混合料加入量、氯气通入量，让沸腾氯化炉1炉腔内温度达到并稳定在960～1000℃。当炉腔内温度稳定后，减小空气通入量，最后关闭空气管阀，全部通入氯化和氮气，加大混合料进料量，使沸腾氯化炉1内达到平衡状态，控制炉腔内气体空塔速度为0.25～0.55m/s。

以上是本发明的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺的实施过程，本发明改变了现有沸腾氯化工艺中存在的起炉时间长，起炉不稳定，操作难度大；本发明采用锥形反应段替代现有直型反应段，采用涡旋进气技术，在反应段内形成了多向涡旋扰动流化气流，结合呈圆锥台喷射分布的投料技术，实现人造金红石了集中分布在下锥反应段104的流态化沸腾层中，使得绝大多数细粒级人造金红石不被气体带出主反应区，甚至被带出沸腾氯化炉1，该技术方案更适合人造金红石沸腾氯化缩核反应，延长了细粒级人造金红石在沸腾氯化炉内与氯气的反应时间，提高沸腾氯化炉1的效率，从而实现快速、高效、经济地采用细粒级人造金红石和和氯气为反应物料，以氯气混合部分空气、氮气或者惰性气体为流态化气体，在沸腾氯化炉1内生产四氯化钛。

Claims (9)

1.用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺，所述沸腾氯化炉的反应段由倒锥台形结构的下锥反应段，和与下锥反应段直通的直反应段构成，在下锥反应段的炉体上设置有至少一个朝向下锥反应段开口的加料管，在下锥反应段的底部和外周壁体上均设置有气体分布器，所述气体分布器的通气孔为从进气口向出气口收缩的圆台形结构；所述沸腾氯化炉的气体预混室的炉体上设置有与气体预混室相连通的氯气供气管、氮气供气管、空气供气管，所述氯气供气管、氮气供气管、空气供气管的入气口均为切向入气口结构；所述加料管包括用于向下锥反应段加入人造金红石和石油焦混合料的混合料加料管；所述工艺包括烘炉、加料控制、氯化反应控制、排渣、收尘五个步骤，其特征在于，

所述加料控制包括预加料控制和正常加料控制两个阶段；

所述预加料控制为完成烘炉后，通过具有切向入气口的氯气供气管和空气供气管分别向气体预混室通入涡旋氯气流和涡旋空气流，氯气和空气混合后，经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，在炉腔内形成气流线速度随着气流轴向推送距离增加成倍下降的涡漩流化气层；通过混合料加料管向下锥反应段浓相区加入人造金红石和石油焦混合料，混合料在下锥反应段浓相区形成流态化沸腾层，人造金红石和氯气产生氯化反应；逐渐降低空气通入流量，逐渐增加混合料加入流量，直到反应段的氯化反应稳定；

所述正常加料控制为当反应段的氯化反应稳定后，持续向下锥反应段通入足够维持正常氯化反应的混合料流量、空气通入流量和流化气通入流量。

2.根据权利要求1所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述通过混合料加料管向下锥反应段浓相区加入人造金红石和石油焦混合料的方法为，

通过混合料加料管向下锥反应段浓相区喷射混合料，混合料加料管的炉腔内开口端为喇叭形开口结构，在炉体外的混合料加料管上设置有与加料管相连通的气体吹扫管，加料时，向气体吹扫管中通入氮气或者惰性气体，氮气或者惰性气体吹扫混合料，混合料沿着加料管喇叭形开口呈圆锥台分布喷射向下锥反应段浓相区。

3.根据权利要求1所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述烘炉包括低温烘炉和高温烘炉两个阶段；

所述低温烘炉为燃气燃烧供热烘炉，在气体预混室的炉体上设置向气体预混室喷射高温燃烧气体的烧嘴，烧嘴与燃气供气管和空气供气管相连通，低温烘炉时，向烧嘴通入燃气和空气的混合气体，点燃烧嘴，烧嘴向气体预混室喷射高温燃烧气体，高温燃烧气体经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，逐渐将炉腔内的温度提升到400～500℃；

所述高温烘炉为石油焦燃烧供热烘炉，加料管还包括用于向下锥反应段加入石油焦的石油焦加料管，当炉腔内的温度稳定在400～500℃后，停止向烧嘴通入燃气，熄灭烧嘴，通过石油焦加料管向下锥反应段加入石油焦，向具有切向入气口的空气供气管通入空气，进入气体预混室的涡旋空气经气体分布器以旋流方式进入下锥反应段，石油焦和空气反应释放热量，逐渐将炉腔内的温度提升到850～950℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述氯化反应控制为根据炉腔内温度和压力情况，通过调节空气流入量、氯气流入量，使氯化反应回到正常状态；

当下锥反应段或者直反应段温度低于正常氯化反应温度时，加大空气通入流量，通过氧气和石油焦反应释放热量，提高下锥反应段或者直反应段的温度；

当氯化反应过快，造成下锥反应段或者直反应段温度高于正常氯化反应温度时，通过具有切向入气口的氮气供气管向下锥反应段注入涡旋的氮气或者惰性气体，降低氯气通入流量，降低氯化反应速度，直到下锥反应段或者直反应段的温度稳定。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述排渣为尾气排渣，在沸腾氯化炉顶部设置与沸腾氯化炉炉腔相连通的尾气管，尾气管与收尘系统连通，排渣时，人造金红石中的杂质颗粒和极细人造金红石颗粒被上冲氯气气流带着经直反应段、扩大段、沉降段、尾气管进入收尘系统。

6.根据权利要求5所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述收尘为旋风收尘，收尘系统对进入收尘系统的人造金红石中杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒进行旋风收尘，捕集未完全反应的人造金红石颗粒，未完全反应的人造金红石颗粒经收尘系统的收尘口收集。

7.根据权利要求6所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述旋风收尘为双旋风收尘，在与所述尾气管连接的排渣管上沿物料流出方向依次设置第一旋风收尘装置和第二旋风收尘装置，收尘时，杂质颗粒和极细的人造金红石颗粒经第一旋风收尘装置进行第一次收尘作业后，再进入第二旋风收尘装置进行第二次收尘作业，经第二次收尘作业剩下的杂质颗粒经排渣管流出。

8.根据权利要求6或7所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，旋风收尘后还包括，将收尘系统的收尘口与混合料加料管连通，捕集到的未完全反应的人造金红石颗粒经收尘口进入混合料加料管，再经混合料加料管的喇叭形结构开口进入下锥反应段浓相区。

9.根据权利要求3所述的用人造金红石在沸腾氯化炉中生产四氯化钛的工艺方法，其特征在于，所述燃气为高炉煤气。