CN110510666B - 四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置及方法，包括与冷凝收集罐连通的一级冷凝塔和二级冷凝塔，一级冷凝塔上设置进气口，一级冷凝塔和二级冷凝塔连通，二级冷凝塔上设置尾气出口；一级冷凝塔与一级冷凝换热器连通，二级冷凝塔与二级冷凝换热器连通。本发明通过采用循环水的一级冷凝换热器和采用冷冻盐水的二级冷凝换热器对四氯化钛蒸汽进行逐级换热，在一级冷凝塔中未冷凝的四氯化钛蒸汽可进入二级冷凝塔中再次进行冷凝，充分利用了不同循环介质的吸热量，可有效提高四氯化钛液体的收率，并且可节约大量能耗和物耗。

Description

四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置及方法

技术领域

本发明涉及四氯化钛生产技术领域，尤其是一种四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置及方法。

背景技术

在冶金生产中一般采用沸腾氯化法或熔盐氯化法生产四氯化钛，从氯化炉出来的四氯化钛蒸汽中混杂其它气体，需经过除尘装置初步去除混合气体中夹带的未反应物料颗粒和高沸点氯化物，经过2至3级淋洗对四氯化钛烟气洗涤净化，去除混合气体中的绝大部分高沸点氯化物，然后再经过2至3级淋洗对四氯化钛蒸汽进行冷凝，使四氯化钛由气态转变为液态并进行收集，最后将剩余未冷凝的气体排出到尾气处理系统进行环保处理。

四氯化钛蒸汽的冷凝效果除了与换热器的换热能力、冷却介质的流量、温度有关外，还与四氯化钛冷凝收集装置结构有较大关系。传统的四氯化钛冷凝收集装置存在着结构不合理的问题，四氯化钛蒸汽的冷凝效率低，大部分未冷凝的四氯化钛蒸汽进入尾气处理系统，导致四氯化钛收率不高，同时会增加尾气处理系统的负荷，产生较多废酸和废盐水，还会加重低温冷冻盐水制冷机组的工作负荷，增加能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够有效提高四氯化钛收率的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，包括与冷凝收集罐连通的一级冷凝塔和二级冷凝塔，所述一级冷凝塔上设置进气口，一级冷凝塔和二级冷凝塔连通，二级冷凝塔上设置尾气出口；一级冷凝塔与一级冷凝换热器连通，二级冷凝塔与二级冷凝换热器连通。

进一步的是：所述冷凝收集罐的内部由竖直设置的隔板分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体的上部连通；一级冷凝塔的下端收缩段与第一腔体连通，二级冷凝塔的下端收缩段与第二腔体连通。

进一步的是：还包括运输罐，冷凝收集罐上设有与第一腔体连通的溢流口，溢流口通过溢流管道与运输罐连通。

进一步的是：所述溢流口的设置高度低于隔板的高度。

进一步的是：一级冷凝塔的内部在竖直方向上分隔为左右两个腔体，两个腔体的下部连通，两个腔体的顶部各设置一个喷头，喷头的进口端都与一级冷凝换热器连通；二级冷凝塔的结构与一级冷凝塔相同，二级冷凝塔上喷头的进口端都与二级冷凝换热器连通。

进一步的是：第一腔体内设置一级喷淋泵，第二腔体内设置二级喷淋泵；一级喷淋泵与一级冷凝换热器连通，二级喷淋泵与二级冷凝换热器连通。

进一步的是：还包括连通在冷凝收集罐顶部的负压管道，负压管道为设有清理孔的折弯管道，负压管道与一级冷凝塔的下端收缩段连通。

进一步的是：一级冷凝塔和二级冷凝塔与冷凝收集罐的侧面连通。

本发明还提供了采用上述四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置进行的冷凝收集方法，包括以下步骤：

步骤一、将冷凝收集罐中的四氯化钛液体通入一级冷凝换热器中，使用循环水对一级冷凝换热器中的四氯化钛液体进行换热降温，降温后的四氯化钛液体与通入一级冷凝塔中的四氯化钛蒸汽接触，大部分四氯化钛蒸汽冷凝成液态后从冷凝收集罐中溢流出去，少部分未冷凝的四氯化钛蒸汽进入二级冷凝塔中；

步骤二、将冷凝收集罐中的四氯化钛液体通入二级冷凝换热器中，使用冷冻盐水对二级冷凝换热器中的四氯化钛液体进行换热降温，降温后的四氯化钛液体与进入二级冷凝塔中的未冷凝四氯化钛蒸汽接触，未冷凝的四氯化钛蒸汽被冷凝成液态后从冷凝收集罐中溢流出去，剩余未冷凝的尾气从二级冷凝塔中排出；

步骤三、对溢流出的四氯化钛液体进行沉降和过滤处理；

步骤四、对步骤二中排出的尾气进行水洗和碱洗，达标后排放。

本发明的有益效果是：本发明通过采用循环水的一级冷凝换热器和采用冷冻盐水的二级冷凝换热器对四氯化钛蒸汽进行逐级换热，在一级冷凝塔中未冷凝的四氯化钛蒸汽可进入二级冷凝塔中再次进行冷凝，充分利用了不同循环介质的吸热量，可有效提高四氯化钛液体的收率，并且可节约大量能耗和物耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图中标记为：100-冷凝收集罐、110-第一腔体、111-一级喷淋泵、120-第二腔体、121-二级喷淋泵、130-隔板、140-溢流口、150-负压管道、200-一级冷凝塔、210-进气口、300-二级冷凝塔、310-尾气出口、400-一级冷凝换热器、500-二级冷凝换热器、600-运输罐、610-溢流管道。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

如图1所示，本发明所公开的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置包括一级冷凝塔200、二级冷凝塔300、冷凝收集罐100、一级冷凝换热器400和二级冷凝换热器500。一级冷凝塔200和二级冷凝塔300都与冷凝收集罐100连通，而一级冷凝换热器400与一级冷凝塔200连通，二级冷凝换热器500与二级冷凝塔300连通，一级冷凝换热器400中通入循环水，二级冷凝换热器500中通入低温冷冻盐水；一级冷凝塔200与二级冷凝塔300之间相互连通，在一级冷凝塔200上设置用于通入四氯化钛蒸汽的进入口210，在二级冷凝塔300上设置用于排放未冷凝尾气的尾气出口310。

本发明中冷凝收集罐100为采用两腔室结构的卧式圆筒形罐体。在冷凝收集罐100内固定竖直设置的隔板130，隔板130将冷凝收集罐100均分为第一腔体110和第二腔体120。生产过程中，第一腔体110内的四氯化钛液体温度为30～60℃，第二腔体120内的四氯化钛液体温度为-15～-5℃，为了减少第一腔体110内温度相对较高的四氯化钛液体向第二腔体120内温度相对较低的四氯化钛液体的传热量，保证二级冷凝塔300冷凝效率的稳定性，冷凝收集罐100内部的隔板130采用两层结构，两层隔板间距为30～60mm；两层隔板中间缝隙的顶部密封，杜绝四氯化钛液体进入隔板130中间的缝隙。隔板130的顶部距离冷凝收集罐100顶部的距离为300～500mm，即第一腔体110和第二腔体120在隔板130的顶部位置处连通。在冷凝收集罐100上设置一个溢流口140，溢流口140的口径为200～300mm；溢流口140与第一腔体110连通，溢流口140的设置高度需低于隔板130的高度，本发明中溢流口140距离隔板130顶部的竖直距离为100～200mm，这样第一腔体100中的四氯化钛液体可从溢流口140中流出，而第二腔体120中的四氯化钛液体可流入第一腔体110中。第二腔体120中温度较低的四氯化钛液体经过隔板130流入第一腔体110中时，可降低第一腔体110内四氯化钛液体的温度，可充分利用二级冷凝换热器500中低温冷冻盐水的低温，增加一级冷凝塔200的换热效率，而第一腔体110中温度较高的四氯化钛液体不能流入第二腔体120中，可保证二级冷凝塔300换热的高效性。溢流口140通过溢流管道610与冷凝收集罐100下方的运输罐600连通。

一级冷凝塔200、二级冷凝塔300在各自与冷凝收集罐100连通时，一级冷凝塔200与第一腔体110连通，二级冷凝塔300与第二腔体120连通。一级冷凝塔200和二级冷凝塔300的具体结构相同，上部分为圆筒形结构，下部分为直径逐渐减小的收缩段，通过收缩段与冷凝收集罐100连通。一级冷凝塔200和二级冷凝塔300的内部腔体中都设置分隔板使其在竖直方向上分隔为左右两个腔室，两个腔室的下部连通，即一级冷凝塔200和二级冷凝塔300的内部都形成“U”型的通道；在两个腔室的顶部各设置一个喷头，一级冷凝塔200的喷头进口端与一级冷凝换热器400连通，而二级冷凝塔300的喷头进口端与二级冷凝换热器500连通，进入冷凝塔中的四氯化钛液体经过喷头的雾化作用被分散被成细小的液滴，增加了与四氯化钛蒸汽的接触面积。

本发明中冷凝收集罐100与一级冷凝换热器400、二级冷凝换热器500之间的液体输送依靠喷淋泵来实现。如图1所示，在第一腔体110内设置一级喷淋泵111，在第二腔体120内设置二级喷淋泵121，一级喷淋泵111通过输送管道与一级冷凝换热器400连通，二级喷淋泵121通过输送管道与二级冷凝换热器500连通。由于冷凝收集罐100为两腔室结构，隔板130的底部与冷凝收集罐100的内壁紧密焊接，相当于把分别安装一级喷淋泵111和二级喷淋泵121的两个冷凝收集罐合二为一，使设备结构更加紧凑，制造成本降低，设备安装更加方便。本发明中，冷凝收集罐100为常压容器，冷凝收集罐100内四氯化钛液体上方的四氯化钛蒸汽需及时排走，为此，采用折弯结构的负压管道150将冷凝收集罐100的顶部与一级冷凝塔200下端收缩段连通，使冷凝收集罐100内液体上方保持负压状态；负压管道150的内径为100～200mm，在负压管道150的弯头部位设置清理孔，以方便日常检查清理负压管道150。

如图2所示，一级冷凝塔200和二级冷凝塔300与冷凝收集罐100的侧面连通，相比同冷凝收集罐100的顶部连接，这样的结构设置可以更加充分地利用冷凝收集罐100外表面的空间利用位置，使设备结构更加紧凑。

在采用上述四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置进行四氯化钛蒸汽的冷凝收集时，首先，利用第一腔体内的一级喷淋泵将第一腔体内的四氯化钛液体连续不断送入一级冷凝换热器中，使用循环水对进入一级冷凝换热器中的四氯化钛液体进行换热降温，降温后的四氯化钛液体从一级冷凝换热器中流出后从一级冷凝塔的顶端进入，经过喷头的雾化喷洒，四氯化钛液体与通入一级冷凝塔中的四氯化钛蒸汽充分接触并发生传热和传质，通过调节一级冷凝换热器的循环水进水量将一级冷凝塔中的气体温度控制在30～60℃，使大部分四氯化钛蒸汽冷凝成液态并流入冷凝收集罐的第一腔体中，随着第一腔体内的四氯化钛液体不断增加，当液面达到溢流口的高度时，四氯化钛液体从溢流口中流出，通过自流的方式顺着溢流管道进入运输罐中；然后，在一级冷凝塔中未完全冷凝的四氯化钛蒸汽进入二级冷凝塔中，利用第二腔体内的二级喷淋泵将第二腔体内的四氯化钛液体连续不断送入二级冷凝换热器中，使用-30～-25℃的低温冷冻盐水对进入二级冷凝换热器中的四氯化钛液体进行换热降温，温后的四氯化钛液体从二级冷凝换热器中流出后从二级冷凝塔的顶端进入，经过喷头的雾化喷洒，四氯化钛液体与由一级冷凝塔进入二级冷凝塔中的未冷凝四氯化钛蒸汽充分接触并发生传热和传质，通过调节二级冷凝换热器的低温冷冻盐水进水量将二级冷凝塔中的气体温度控制在-20～0℃，使为冷凝的四氯化钛蒸汽被充分冷凝成液态并流入冷凝收集罐的第二腔体中，随着第二腔体内的四氯化钛液体不断增加，当液面达到隔板的高度时，第二腔体内的四氯化钛液体溢流进第一腔体中，再与第一腔体内的四氯化钛液体一同流入运输罐中；经过两次冷凝所剩下的尾气从第二冷凝塔上的尾气出口排入尾气处理系统中进行水洗和碱洗，达标后进行排放；进入运输罐中的四氯化钛液体送入四氯化钛生产中的下道工序中进行沉淀和过滤处理。

Claims (6)

1.四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，其特征在于：包括与冷凝收集罐(100)连通的一级冷凝塔(200)和二级冷凝塔(300)，所述一级冷凝塔(200)上设置进气口(210)，一级冷凝塔(200)和二级冷凝塔(300)连通，二级冷凝塔(300)上设置尾气出口(310)；一级冷凝塔(200)与一级冷凝换热器(400)连通，二级冷凝塔(300)与二级冷凝换热器(500)连通；所述冷凝收集罐(100)的内部由竖直设置的隔板(130)分隔为第一腔体(110)和第二腔体(120)，第一腔体(110)和第二腔体(120)的上部连通；一级冷凝塔(200)的下端收缩段与第一腔体(110)连通，二级冷凝塔(300)的下端收缩段与第二腔体(120)连通；还包括运输罐(600)，冷凝收集罐(100)上设有与第一腔体(110)连通的溢流口(140)，溢流口(140)通过溢流管道(610)与运输罐(600)连通；所述溢流口(140)的设置高度低于隔板(130)的高度。

2.如权利要求1所述的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，其特征在于：一级冷凝塔(200)的内部在竖直方向上分隔为左右两个腔体，两个腔体的下部连通，两个腔体的顶部各设置一个喷头，喷头的进口端都与一级冷凝换热器(400)连通；二级冷凝塔(300)的结构与一级冷凝塔(200)相同，二级冷凝塔(300)上喷头的进口端都与二级冷凝换热器(500)连通。

3.如权利要求1所述的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，其特征在于：第一腔体(110)内设置一级喷淋泵(111)，第二腔体(120)内设置二级喷淋泵(121)；一级喷淋泵(111)与一级冷凝换热器(400)连通，二级喷淋泵(121)与二级冷凝换热器(500)连通。

4.如权利要求1所述的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，其特征在于：还包括连通在冷凝收集罐(100)顶部的负压管道(150)，负压管道(150)为设有清理孔的折弯管道，负压管道(150)与一级冷凝塔(200)的下端收缩段连通。

5.如权利要求1所述的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置，其特征在于：一级冷凝塔(200)和二级冷凝塔(300)与冷凝收集罐(100)的侧面连通。

6.采用如权利要求1至5任意一项所述的四氯化钛蒸汽的冷凝收集装置进行的冷凝收集方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将冷凝收集罐(100)中的四氯化钛液体通入一级冷凝换热器(400)中，使用循环水对一级冷凝换热器(400)中的四氯化钛液体进行换热降温，降温后的四氯化钛液体与通入一级冷凝塔(200)中的四氯化钛蒸汽接触，大部分四氯化钛蒸汽冷凝成液态后从冷凝收集罐(100)中溢流出去，少部分未冷凝的四氯化钛蒸汽进入二级冷凝塔(300)中；

步骤二、将冷凝收集罐(100)中的四氯化钛液体通入二级冷凝换热器(500)中，使用冷冻盐水对二级冷凝换热器(500)中的四氯化钛液体进行换热降温，降温后的四氯化钛液体与进入二级冷凝塔(300)中的未冷凝四氯化钛蒸汽接触，未冷凝的四氯化钛蒸汽被冷凝成液态后从冷凝收集罐(100)中溢流出去，剩余未冷凝的尾气从二级冷凝塔(300)中排出；

步骤三、对溢流出的四氯化钛液体进行沉降和过滤处理；

步骤四、对步骤二中排出的尾气进行水洗和碱洗，达标后排放。

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