CN106946286A - 一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置，该装置包括依次连接的混合反应器（6）、闪蒸罐（7）、浮阀塔（11）、冷却器（12）和回流槽（13），该装置还包括粗四氯化钛贮槽（2）、二次反应器（8）、双管板换热器（9）、白油贮槽（1）、计量泵（3）、流量计（5）和除钒后四氯化钛贮槽（17）。本发明针对传统的利用矿物油进行粗四氯化钛除钒的技术，将使用双管板换热器加热的粗四氯化钛与精准计量的白油按比例在混合器中混合均匀，两种物料在混合器中快速反应进行除钒，随后进入到闪蒸罐中实现闪蒸，除完VOCl₃杂质的四氯化钛以蒸汽的形式进入到除高沸点杂质浮阀塔进一步去除四氯化钛中的高沸点杂质，经冷却得四氯化钛中间产品。本发明解决了传统四氯化钛除钒工艺的产品质量稳定性差、能耗高等难题，装置配置简单，工艺控制稳定，除钒效率高。

Description

一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置及方法

技术领域

本发明涉及四氯化钛精制领域，具体涉及一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置及方法。

背景技术

四氯化钛是生产海绵钛和氯化法生产钛白的主要原料, 同时也是制造颜料和钛有机化合物的重要物料。粗四氯化钛是指未经提纯的四氯化钛。粗四氯化钛中存在许多有害杂质，其中钒是主要杂质元素，钒杂质的存在直接影响海绵钛和钛白的质量，钒杂质的高效、快速去处装置及方法一直是四氯化钛精制领域的难题。粗四氯化钛中的钒杂质主要是以氧氯化钒（VOCl₃）形式存在，其沸点（127℃）与四氯化钛沸点（136℃）十分相近，采用精馏方法因分离系数小，而很难将它从四氯化钛中分离除去。

目前，工业生产中应用的四氯化钛除钒方法主要有金属铜（铜丝或铜粉）除钒、矿物油（或其它有机物）除钒、硫化氢除钒和铝粉除钒等四种方法。

金属铜除钒效果好，可获得高质量的四氯化钛，但其生产过程需采用间歇操作，劳动强度大，操作环境差，洗涤过程产生大量含铜废水需要处理，铜的利用率（即真正用于除钒反应的铜）很低，除钒成本高。所以，金属铜除钒法仅适合小规模生产。

经硫化氢除钒后的四氯化钛中残留少量硫化物，影响产品质量，同时，硫化氢是具有恶臭味的剧毒气体，严重影响员工的劳动条件，甚至危及员工生命安全，且不符合现在新环境保护法环保要求。

铝粉除钒法分为两步法除钒工艺和一步法除钒工艺，其中两步法除钒工艺技术主要来源于乌克兰等国家，两步法除钒技术配料准备阶段配置复杂，制造TiCl₃浆液需要用氯与铝粉反应生成AlCl₃作为催化剂，原料粗四氯化钛需要提前水解，整个过程间歇操作，装置配置复杂、运行成本高，且存在四氯化钛水解发生爆炸和氯气泄漏出现伤人的事故。一步法除钒工艺技术源于国内2006年邓国珠和袁继维发明人研究出一种“一步法”铝粉除钒法，该法虽然省去了二步法TiCl₃的制备装置，实现了工艺配置精简的目的，但是在近几年国内实际应用过程中无法实现连续稳定的去除粗四氯化钛中的钒杂质，产生的钒渣浆液量大，能耗成本高，国内没有实现工业化应用，该技术还需进一步研究。

白油（或矿物油）除钒技术，是目前逐步应用在海绵钛、氯化钛白粉生产的先进技术。但是传统的矿物油除钒过程主要在蒸馏釜中进行反应，通过蒸馏釜外壁蒸汽加热或电加热器等方式进行加热，热传导效率低，能耗高，且除钒反应易出现中断；矿物油消耗量大，产生大量钒渣，容易出现残渣在器壁、官道上结疤，堵塞管道，且随着蒸馏釜中钒渣量的波动，造成蒸馏釜内除钒效率波动，影响精制后的四氯化钛品质稳定性。

发明内容

根据上述现有技术存在的问题，本发明提供一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置，及用该装置对粗四氯化钛进行除钒的方法。该装置配置简单，工艺控制稳定，除钒效率及钛回收率高、钒渣浆液产生量低。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的混合反应器（6）、闪蒸罐（7）、浮阀塔（11）、冷却器（12）和回流槽（13），该装置还包括：

粗四氯化钛贮槽（2），该粗四氯化钛贮槽（2）与所述混合反应器（6）连接，在粗四氯化钛贮槽（2）与混合反应器（6）连接的管路上依次设有二次反应器（8）和双管板换热器（9），所述二次反应器（8）同时与所述闪蒸罐（7）的锥底出液口连接，且所述二次反应器（8）上设有强制循环泵（4）；

白油贮槽（1），该白油贮槽（1）与所述混合反应器（6）连接，且白油贮槽（1）与混合反应器（6）连接的管路上依次设有计量泵（3）和流量计（5）；

除钒后四氯化钛贮槽（17），该除钒后四氯化钛贮槽（17）与回流槽（13）的出液口连接，回流槽（13）的出液口同时与所述浮阀塔（11）连接。

根据上述的粗四氯化钛除钒的化学反应装置，其特征在于，该装置还包括再沸器（14），所述再沸器（14）的一端通过塔底输送泵（15）与所述浮阀塔（11）的底部连接，另一端与浮阀塔（11）的下部连接。

一种使用上述的装置进行粗四氯化钛除钒的方法，其特征在于，该方法的步骤为：

（1）粗四氯化钛连续加入到二次反应器（8）中，通过强制循环泵（4）将粗四氯化钛输送到双管板换热器（9）中进行加热，双管板换热器（9）通入1.0MPa过热蒸汽作为热源，使双管板换热器（9）出口处粗四氯化钛温度为145℃，加热后的粗四氯化钛进入混合反应器（6）中；白油贮槽中（1）的白油通过计量泵（3）及流量计（5）加入到混合反应器（6）中；白油和四氯化钛混合的质量比为65:1；

（2）粗四氯化钛与白油在混合反应器（6）中充分混合均匀，白油裂解成活性炭与四氯化钛中VOCl₃反应，反应后的混合物进入到闪蒸罐（7）中，其中混合物中的四氯化钛在闪蒸罐（7）内闪蒸成四氯化钛蒸汽，四氯化钛蒸汽通过闪蒸罐（7）内的气固分离装置（10）进行气固分离后进入到浮阀塔（11）内；闪蒸罐（7）底部富集的物料通过锥底管道返回至二次反应器（8）内，物料中的活性炭继续在二次反应器（8）内与粗四氯化钛发生反应；

（3）四氯化钛蒸汽在浮阀塔（11）内进行精馏，精馏后的四氯化钛蒸汽通过冷却器（12）冷却后进入回流槽（13），回流槽（13）中的液体部分作为回流液返回至浮阀塔（11）中，部分进入到除钒后四氯化钛贮槽（17）。

本发明的有益效果：

本发明针对传统的利用矿物油进行粗四氯化钛除钒的技术，利用精准计量的方式，将粗四氯化钛与白油按比例在混合器中混合均匀，在双管板换热器的加热条件下，两种物料在混合器中快速反应进行除钒，随后进入到闪蒸罐中实现闪蒸，除完VOCl₃杂质的四氯化钛以蒸汽的形式进入到除高沸点杂质浮阀塔进一步去除四氯化钛中的高沸点杂质，经冷却得四氯化钛中间产品。本发明解决了传统四氯化钛除钒工艺的产品质量稳定性差、能耗高等难题，装置配置简单，工艺控制稳定，除钒效率高。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的粗四氯化钛除钒的化学反应装置包括依次连接的混合反应器（6）、闪蒸罐（7）、浮阀塔（11）、冷却器（12）和回流槽（13），还包括粗四氯化钛贮槽（2）、白油贮槽（1）、除钒后四氯化钛贮槽（17）。闪蒸罐（7）进液口与混合反应器（6）的出口连接，闪蒸罐（7）的顶部与浮阀塔（11）连接。粗四氯化钛贮槽（2）和白油贮槽（1）与混合反应器（6）连接。同时，在粗四氯化钛贮槽（2）与混合反应器（6）连接的管路上依次设有二次反应器（8）和双管板换热器（9）。白油贮槽（1）与混合器（6）连接的管路上依次设有计量泵（3）和流量计（5），通过计量泵和流量计控制加入混合器中的白油的量。其中，二次反应器（8）同时与所述闪蒸罐（7）的锥底出液口连接，并且二次反应器（8）上设有强制循环泵（4）。除钒后四氯化钛贮槽（17）与回流槽（13）的出液口连接，回流槽（13）的出液口同时与浮阀塔（11）连接。

该装置还设置有再沸器（14），再沸器（14）的一端通过塔底输送泵（15）与所述浮阀塔（11）的底部连接，另一端与浮阀塔（11）的下部连接。再沸器可将浮阀塔塔底的液体加热。

使用本发明装置进行粗四氯化钛除钒的方法的步骤为：

（1）粗四氯化钛连续加入到二次反应器（8）中，通过强制循环泵（4）将粗四氯化钛输送到双管板换热器（9）中进行加热，通过向双管板换热器中通入1.0MPa水蒸气作为热源的方式对双管板换热器中的粗四氯化钛进行加热，通过控制水蒸气的流量，同时观察双管板换热器上的温度仪表，使双管板换热器（9）出口处粗四氯化钛温度为145℃。加热后的粗四氯化钛进入混合反应器（6）中。同时，白油贮槽中（1）的白油通过计量泵（3）及流量计（5）加入到混合反应器（6）中。白油和四氯化钛混合的质量比为65:1。

（2）粗四氯化钛与白油在混合反应器（6）中充分混合均匀，白油快速裂解成活性炭与四氯化钛中VOCl₃快速反应，生成不溶于四氯化钛的VOCl₂固体杂质。反应后的混合物进入到闪蒸罐（7）中，其中，混合物中的四氯化钛在闪蒸罐（7）内快速闪蒸成四氯化钛蒸汽，四氯化钛蒸汽通过闪蒸罐（7）内的气固分离装置（10）进行气固分离后进入到浮阀塔（11）内。闪蒸罐（7）底部富集的含有VOCl₂杂质及活性炭的物料通过锥底管道返回至二次反应器（8）内，未反应完的活性炭继续在二次反应器（8）内与粗四氯化钛反应，之后继续通过强制循环（4）输送至双管板换热器（9）加热后进入到混合反应器（6）中再次进行VOCl₃被白油还原成VOCl₂的反应。整个过程实现了粗四氯化钛含钒杂质的快速、高效的反应及分离，减少了含钒四氯化钛浆液的产生及四氯化钛的损失，提高了四氯化钛的回收率。

（3）四氯化钛蒸汽在浮阀塔（11）内进行精馏，精馏后的四氯化钛蒸汽通过冷却器（12）冷却后进入回流槽（13），在塔顶回流泵（16）的作用下，回流槽（13）中的液体部分作为回流液返回至浮阀塔（11）中，部分进入到除钒后四氯化钛贮槽（17），得到去除完VOCl₃和高沸点杂质的四氯化钛中间产品。中间产品中剩余的低沸点杂质去除方法简单，只需常规的精馏装置即可去除，因此本方法中不在阐述粗四氯化钛去除低沸点杂质制得精四氯化钛的工艺技术。

本发明方法基于传统的矿物油除钒工艺，一是改变传统的蒸馏釜外壁蒸汽加热或蒸馏釜内电加热方式造成传热效率低、除钒反应慢的问题，二是改变传统的在蒸馏釜内进行除钒反应易出现的反应不彻底、钒渣量过大的现象；利用大流量强制循环泵，将粗四氯化钛输送至双管板换热器对四氯化钛进行均匀快速加热，同时对白油的加入量进行精准计量，使加热后的四氯化钛和白油在加热器出口管道上的在混合反应器中内实现发生快速的除钒反应，之后通过蒸发器闪蒸罐闪蒸、精馏塔浮阀塔蒸馏，制得去除完VOCl3和高沸点杂质的四氯化钛中间产品。除钒反应不彻底的四氯化钛物料通过闪蒸罐锥底进入到二次反应器内继续通过强制循环泵打循环，发生二次除钒反应，进一步提高精四氯化钛的品质及回收率，大大降低了钒渣浆液的产生量。

Claims (3)

1.一种粗四氯化钛除钒的化学反应装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的混合反应器（6）、闪蒸罐（7）、浮阀塔（11）、冷却器（12）和回流槽（13），该装置还包括：

粗四氯化钛贮槽（2），该粗四氯化钛贮槽（2）与所述混合反应器（6）连接，在粗四氯化钛贮槽（2）与混合反应器（6）连接的管路上依次设有二次反应器（8）和双管板换热器（9），所述二次反应器（8）同时与所述闪蒸罐（7）的锥底出液口连接，且所述二次反应器（8）上设有强制循环泵（4）；

白油贮槽（1），该白油贮槽（1）与所述混合反应器（6）连接，且白油贮槽（1）与混合反应器（6）连接的管路上依次设有计量泵（3）和流量计（5）；

除钒后四氯化钛贮槽（17），该除钒后四氯化钛贮槽（17）与回流槽（13）的出液口连接，回流槽（13）的出液口同时与所述浮阀塔（11）连接。

2.根据权利要求1所述的粗四氯化钛除钒的化学反应装置，其特征在于，该装置还包括再沸器（14），所述再沸器（14）的一端通过塔底输送泵（15）与所述浮阀塔（11）的底部连接，另一端与浮阀塔（11）的下部连接。

3.一种使用权利要求1所述的装置进行粗四氯化钛除钒的方法，其特征在于，该方法的步骤为：

（1）粗四氯化钛连续加入到二次反应器（8）中，通过强制循环泵（4）将粗四氯化钛输送到双管板换热器（9）中进行加热，双管板换热器（9）通入1.0MPa过热蒸汽作为热源，使双管板换热器（9）出口处粗四氯化钛温度为145℃，加热后的粗四氯化钛进入混合反应器（6）中；白油贮槽中（1）的白油通过计量泵（3）及流量计（5）加入到混合反应器（6）中；白油和四氯化钛混合的质量比为65:1；

（2）粗四氯化钛与白油在混合反应器（6）中充分混合均匀，白油裂解成活性炭与四氯化钛中VOCl₃反应，反应后的混合物进入到闪蒸罐（7）中，其中混合物中的四氯化钛在闪蒸罐（7）内闪蒸成四氯化钛蒸汽，四氯化钛蒸汽通过闪蒸罐（7）内的气固分离装置（10）进行气固分离后进入到浮阀塔（11）内；闪蒸罐（7）底部富集的物料通过锥底管道返回至二次反应器（8）内，物料中的活性炭继续在二次反应器（8）内与粗四氯化钛发生反应；

（3）四氯化钛蒸汽在浮阀塔（11）内进行精馏，精馏后的四氯化钛蒸汽通过冷却器（12）冷却后进入回流槽（13），回流槽（13）中的液体部分作为回流液返回至浮阀塔（11）中，部分进入到除钒后四氯化钛贮槽（17）。