CN105271386A

CN105271386A - 一种氯化炉炉顶

Info

Publication number: CN105271386A
Application number: CN201510796360.1A
Authority: CN
Inventors: 刘森林; 杜明; 李冬勤; 尹国亮; 黄富勤
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: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: CN105271386B

Abstract

本发明公开了一种氯化炉炉顶，该炉顶为空心碳钢半球体，该半球体的顶端设置产品气出口，外表面连接水冷却系统，内表面设置复合保护层，所述复合保护层从上到下由多孔碳粉层、MnCl₂覆盖层、CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层组成。本发明的氯化炉炉顶可以应用于大型氯化炉，装置结构简单，制作、维护及检修方便，没有复杂的耐材结构，不会发生耐材脱落现象，产品气气流变速相对缓慢，不会对炉顶造成冲击，炉顶使用寿命长。

Description

一种氯化炉炉顶

技术领域

本发明的实施方式涉及沸腾氯化炉技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种氯化炉炉顶。

背景技术

目前，国内的沸腾氯化炉一般采取锥形炉顶结构，顶锥锥角150°～170°，内部使用抓丁安装耐火材料。在流化床中，由于产品气中夹带扬析颗粒，将会对炉盖造成冲击。另外，产品气属于温度达到900℃以上，含有少量氯气，抓丁的使用寿命有限。尤其重要的是，一旦氯化炉扩充产能，则冲刷更为严重。在炉盖较大的情况下，容易出现炉盖的耐材脱落进入反应层，导致料层流态化行为恶化并失去流动性而死床。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种氯化炉炉顶，以期望可以解决氯化炉炉顶受到冲击后耐材脱落导致料层流态化行为恶化并失去流动性而死床的问题。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种氯化炉炉顶，所述炉顶为空心碳钢半球体，所述半球体的顶端设置产品气出口，外表面连接水冷却系统，内表面设置复合保护层，所述复合保护层从上到下由多孔碳粉层、MnCl₂覆盖层、CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层组成。

所述空心碳钢半球体的直径为2.5～3.0m，厚度为40～60mm；所述产品气出口的直径为400～500mm。

所述多孔碳粉层的厚度为6～8mm，所述MnCl₂覆盖层的厚度为3～5mm，所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层的厚度为3～4mm。

所述多孔碳粉层是在氯化炉首次启炉阶段，在氯化炉中加入MnO质量含量为1.5％～2.0％的钛原料，向氯化炉通入氯气前，使用碳燃烧加热炉体和料层，控制炉顶区域的表观气速为0.10～0.15m/s，在550～800℃加热2～6h后形成。

所述碳燃烧的燃料为石油焦，其中10～60目的石油焦占总质量的90％，其余为高于60目的细颗粒。

所述MnCl₂覆盖层是在炉顶形成多孔碳粉层后，将氯化炉的温度控制在850～900℃，按照0.25～0.35m/s的流化气速通入流化气，流化气含有体积浓度30％～40％的氯气，运行1～3h后形成。

所述流化气还包括体积浓度60％～70％的N₂和O₂的混合气体。N₂和O₂的体积比根据实际生产进行调整即可。

所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层是在炉顶形成MnCl₂覆盖层后，调整炉顶区域的表观气速达到0.5～0.6m/s，调整流化气中的氯气体积浓度为65％～70％，当氯化炉内的气体温度达到900～1000℃，运行至少1h形成；该过程中，所述冷却水系统在炉顶表面喷淋循环水控制炉顶外表温度为65～80℃。

所述循环水的喷淋温度为25℃，回收温度为55℃。

所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层中CaCl₂的质量含量为50％～70％。

下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。

本发明提供了一种大型氯化炉炉顶结构，该炉顶结构呈半球形，采用普通碳钢制作，球体外壁接冷却水系统。首次启炉时，使用高含锰的钛原料，在不同的时间段控制温度和时间的方式在炉顶内壁形成保护层，隔绝产品气与碳钢，达到保护碳钢的目的。

该炉顶结构主要应用于高钛渣加碳氯化，相关的设计原理基于该工艺的相关技术特性。其中，正常生产时主反应段的温度950℃～1050℃，产品气出口温度约900℃，产品气中夹杂了细颗粒和少量氯气。

炉顶呈半球形，产品气出口直径约为400～500mm。产品气在球形结构内气速增加缓慢，无死区，从气流轨迹上看不会对炉顶形成正面冲击，这是有别于锥形炉顶的地方。

采用碳粉加热氯化炉的过程，一般为550～800℃。首次启炉时，使用10～60目占比90％的石油焦，其余为低于10目的细颗粒。控制气体进入炉顶区域的表观气速在0.10～0.15m/s之间，促使细颗粒碳粉聚集在炉顶内壁，形成厚度6～8mm的多孔性碳粉底层。形成碳粉底层的时间为2～6h，根据炉体大小、原料特性及升温方式有所不同。该阶段气速不能过高，否则底层厚度过低；气速也不能过低，否则底层的孔隙率过大，容易脱落。

在炉温达到800℃后，一般采用氯气与物料反应放热升温。MnO的加碳氯化反应优先于TiO₂、CaO以及MgO，生成的MnCl₂熔点为650℃，而TiCl₄为137℃。控制炉温在850～900℃之间，运行1～3h，炉顶将形成以MnCl₂为主的覆盖层，其部分填充进入碳粉底层，增加底层的强度。覆盖层的形成过程中，氯气入炉量不宜过大，体积浓度约占流化气总量的30％～40％，其余为N₂和O₂。球形结构的流化气速0.25～0.35m/s之间，可以形成强度较高的覆盖层，厚度约3～5mm。

正常生产时，氯气体积浓度约占流化气的65％～70％，进入炉顶的表观气速达到0.5～0.6m/s，气体温度达到900～1000℃。在此过程中，通过冷却水系统在炉顶表面喷淋循环水，循环水喷淋温度25℃，回收温度55℃，可以通过水量调节炉外壁温度，该温度控制在65～80℃之间。由于氯化反应生成CaCl₂和MgCl₂,两者的熔点分别为782℃、712℃，在炉顶覆盖层上会结一层以氯化钙为主的硬壳。该层称为保护层，厚度约3～4mm，其主要成分CaCl₂的比重为50％～70％。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

(1)可以应用于大型氯化炉，装置结构简单，制作、维护及检修方便；

(2)没有复杂的耐材结构，不会发生耐材脱落现象；

(3)产品气气流变速相对缓慢，不会对炉顶造成冲击，炉顶使用寿命长。

附图说明

图1为本发明氯化炉炉顶结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的氯化炉炉顶为空心碳钢半球体101，其位于氯化炉主体102的顶端，该半球体的顶端设置产品气出口103，外表面连接水冷却系统，内表面设置复合保护层，复合保护层从上到下由多孔碳粉层、MnCl₂覆盖层、CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层组成。图1中未示出水冷却系统和复合保护层。水冷却系统可以采用现有技术中的水冷却系统，复合保护层总共分为三层，其中多孔碳粉层附着在空心碳钢半球体101上，是与空心碳钢半球体101最接近的一层保护层，MnCl₂覆盖层覆盖在多孔碳粉层上成为中间层，而CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层附着在MnCl₂覆盖层和多孔碳粉层的表面，形成离空心碳钢半球体101最远的一层保护层，也是与产品气直接接触的保护层。

空心碳钢半球体的直径为2.5～3.0m，厚度为40～60mm；所述产品气出口的直径为400～500mm。根据本发明的一个具体实施例，空心碳钢半球体的直径为2.5m，厚度为45mm；产品气出口的直径为400mm；根据本发明的另一个具体实施例，空心碳钢半球体的直径为3m，厚度为60mm；产品气出口的直径为500mm。

多孔碳粉层的厚度为6～8mm，MnCl₂覆盖层的厚度为3～5mm，CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层的厚度为3～4mm。根据本发明的一个具体实施例，多孔碳粉层的厚度为6mm，MnCl₂覆盖层的厚度为5mm，CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层的厚度为4mm；根据本发明的另一个具体实施例，多孔碳粉层的厚度为8mm，MnCl₂覆盖层的厚度为3mm，CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层的厚度为3mm。

上述三层保护层的形成方法如下：

在氯化炉首次启炉阶段，在氯化炉中加入MnO质量含量为1.5％～2.0％的钛原料，向氯化炉通入氯气前，用石油焦燃烧加热炉体和料层，控制炉顶区域的表观气速为0.10～0.15m/s，在550～800℃加热2～6h后形成多孔碳粉层。石油焦中10～60目的颗粒占总质量的90％，其余为高于60目的细颗粒。

在炉顶形成多孔碳粉层后，将氯化炉的温度控制在850～900℃，按照0.25～0.35m/s的流化气速通入流化气，流化气含有体积浓度30％～40％的氯气，运行1～3h后形成MnCl₂覆盖层。流化气还包括体积浓度60％～70％的N₂和O₂的混合气体

在炉顶形成MnCl₂覆盖层后，调整炉顶区域的表观气速达到0.5～0.6m/s，调整流化气中的氯气体积浓度为65％～70％，当氯化炉内的气体温度达到900～1000℃，运行至少1h形成CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层，CaCl₂的质量含量为50％～70％；该过程中，冷却水系统在炉顶表面喷淋循环水控制炉顶外表温度为65～80℃，循环水的喷淋温度为25℃，回收温度为55℃。

形成三层保护层的具体实施例如下：

在氯化炉首次启炉阶段，在氯化炉中加入MnO质量含量为2.0％的钛原料，向氯化炉通入氯气前，用石油焦燃烧加热炉体和料层，控制炉顶区域的表观气速为0.15m/s，在550～800℃加热3h后形成厚度为6mm的多孔碳粉层。石油焦中10～60目的颗粒占总质量的90％，其余为高于60目的细颗粒。

在炉顶形成多孔碳粉层后，将氯化炉的温度控制在850～900℃，按照0.30m/s的流化气速通入流化气，流化气含有体积浓度30％的氯气，运行3h后形成厚度为4mm的MnCl₂覆盖层。流化气还包括体积浓度70％的N₂和O₂的混合气体。

在炉顶形成MnCl₂覆盖层后，调整炉顶区域的表观气速达到0.6m/s，调整流化气中的氯气体积浓度为65％，当氯化炉内的气体温度达到900～1000℃，运行1h形成厚度为4mm的CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层，CaCl₂的质量含量约为62％；该过程中，冷却水系统在炉顶表面喷淋循环水控制炉顶外表温度为65～80℃，循环水的喷淋温度为25℃，回收温度为55℃。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims

1.一种氯化炉炉顶，其特征在于所述炉顶为空心碳钢半球体，所述半球体的顶端设置产品气出口，外表面连接水冷却系统，内表面设置复合保护层，所述复合保护层从上到下由多孔碳粉层、MnCl₂覆盖层、CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层组成。

2.根据权利要求1所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述空心碳钢半球体的直径为2.5～3.0m，厚度为40～60mm；所述产品气出口的直径为400～500mm。

3.根据权利要求1所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述多孔碳粉层的厚度为6～8mm，所述MnCl₂覆盖层的厚度为3～5mm，所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层的厚度为3～4mm。

4.根据权利要求1所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述多孔碳粉层是在氯化炉首次启炉阶段，在氯化炉中加入MnO质量含量为1.5％～2.0％的钛原料，向氯化炉通入氯气前，使用碳燃烧加热炉体和料层，控制炉顶区域的表观气速为0.10～0.15m/s，在550～800℃加热2～6h后形成。

5.根据权利要求4所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述碳燃烧的燃料为石油焦，其中10～60目的石油焦占总质量的90％，其余为高于60目的细颗粒。

6.根据权利要求4所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述MnCl₂覆盖层是在炉顶形成多孔碳粉层后，将氯化炉的温度控制在850～900℃，按照0.25～0.35m/s的流化气速通入流化气，流化气含有体积浓度30％～40％的氯气，运行1～3h后形成。

7.根据权利要求6所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述流化气还包括体积浓度60％～70％的N₂和O₂的混合气体。

8.根据权利要求6所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层是在炉顶形成MnCl₂覆盖层后，调整炉顶区域的表观气速达到0.5～0.6m/s，调整流化气中的氯气体积浓度为65％～70％，当氯化炉内的气体温度达到900～1000℃，运行至少1h形成；该过程中，所述冷却水系统在炉顶表面喷淋循环水控制炉顶外表温度为65～80℃。

9.根据权利要求8所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述循环水的喷淋温度为25℃，回收温度为55℃。

10.根据权利要求8所述的氯化炉炉顶，其特征在于所述CaCl₂和MgCl₂混合物组成的致密保护层中CaCl₂的质量含量为50％～70％。