CN111908501B - 用于细粒级富钛料的氯化炉及其沸腾氯化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于细粒级富钛料的氯化炉及其沸腾氯化工艺，属于冶金生产设备设计制造技术领域。提供一种能有效提高氯化效率，显著降低氯化损耗的用于细粒级富钛料的氯化炉及其沸腾氯化工艺。所述的氯化炉，包括加料系统、供气系统、四氯化钛收集系统和氯化炉本体，所述的氯化炉还包括至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元，沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元通过各自的上口溢流接通，所述的沸腾氯化工艺使进入氯化炉本体内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。

Description

用于细粒级富钛料的氯化炉及其沸腾氯化工艺

技术领域

本发明涉及一种氯化炉，尤其是涉及一种用于细粒级富钛料的氯化炉，属于冶金生产设备设计制造技术领域。本发明还涉及一种用于所述氯化炉的沸腾氯化工艺。

背景技术

四氯化钛(TiCl₄)是钛产业的重要中间产品，主要用于生产海绵钛和气相氧化法生产钛白粉两大产业。沸腾氯化是将高品质富钛料与石油焦的混合料在沸腾炉内与氯气处于流态化状态下进行的TiO₂氯化反应，已成为国际国内生产四氯化钛的主流工艺技术。由于原料在沸腾炉内呈流态化状态，且不被气体带出。因此现有沸腾氯化技术要求原料粒度为0.1mm～0.25mm之间的较粗颗粒占需大于90％的富钛料作为原料。此处的高品质富钛料通过包括高钛渣、人造金红石以及天然金红石。

攀西地区钛资源储量丰富，据统计其储量约占世界钛资源的35％以上，占国内钛资源的90％以上。但生产的钛精矿中CaO、MgO、SiO₂等杂质含量高，TiO₂含量低，酸溶性好，是优质的硫酸法钛白原料。以此为原料冶炼的钛渣TiO₂含量仅70～80％、而CaO+MgO的含量高达7％～11％，不能直接用作沸腾氯化生产TiCl₄的原料。盐酸浸取制备富钛料法具有浸出速度快，除杂能力强，产品品位高，可实现盐酸循环利用等特点，是钛精矿制备优质人造金红石的主要方法之一。但钛精矿粒度偏细。因此利用攀枝花钛精矿制备的人造金红石与现有沸腾氯化工艺使用的高品质富钛料相比，攀枝花人造金红石的粒度明显偏细细通常小于0.074mm的细颗粒约占40％左右，且微孔多、堆积密度小，采用现有的沸腾氯化工艺，势必导致这种细粒级富钛料大量被气体带出，严重影响富钛料沸腾氯化工艺技术指标和经济性指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效提高氯化效率，显著降低氯化损耗的用于细粒级富钛料的氯化炉。本发明还提供一种采用所述氯化炉氯化细粒组富钛料的沸腾氯化工艺。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于细粒级富钛料的氯化炉，包括加料系统、供气系统、四氯化钛收集系统和氯化炉本体，所述加料系统的物料输出端从氯化炉本体的中部与该氯化炉本体连接，所述供气系统的气体输出端从氯化炉本体的底部与该氯化炉本体连接，所述四氯化钛收集系统的物料收集端从氯化炉本体的顶部与该氯化炉本体连接，所述的氯化炉还包括至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元，沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元通过各自的上口溢流接通，所述供气系统的气体输出端分别与各组所述沸腾氯化反应单元的底部连接。

进一步的是，沿氯化方向顺序布置的沸腾氯化反应单元为三组，各组沸腾氯化反应单元的溢流上口沿氯化方向逐渐降低。

上述方案的优选方式是，每一组所述的沸腾氯化反应单元均包括沸腾氯化室和气体预混室，布置在沸腾氯化室下方的气体预混室通过沸腾板相互隔开，各组所述的沸腾氯化反应单元分别通过所述的气体预混室与供气系统的气体输出端连接。

进一步的是，所述的供气系统包括有一组氮气或惰性气体输送管，所述的氮气或惰性气体输送管的一个气体输出与加料系统的物料输出管连接。

上述方案的优选方式是，所述的四氯化钛收集系统包括至少两组旋风收尘器，各组所述的旋风收尘器通过上部顺序连通，第一组旋风收尘器的物料输入端与氯化炉本体的顶部连接，最后一组旋风收尘器通过其顶部与外部的四氯化钛收集结构连接，各组旋风收尘器的底部分别与氯化炉本体的中部连接。

一种用于所述氯化炉的沸腾氯化工艺，所述的沸腾氯化工艺使进入氯化炉本体内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。

进一步的是，每一组可以独立控制的沸腾氯化反应单元的氯化参数均包括氯化反应温度和氯化反应气体流速，各组沸腾氯化反应单元的氯化反应温度和氯化反应气体流速均分别各自独立控制。

上述方案的优选方式是，所述的氯化反应温度分别通过向相应的沸腾氯化反应单元内加入石油焦、通入惰性气体和/或通入氧气来调节各组沸腾氯化反应单元内的反应温度。

进一步的是，每一组沸腾氯化反应单元的氯化反应气体流速分别通过连入该沸腾氯化反应单元底部的供气系统各自独立控制，并按逐渐加深的氯化反应顺序流速逐渐降低。

进一步的是，所述的沸腾氯化工艺还包括起炉工序，所述的起炉工序包括低温烘炉阶段、高温烘炉以及过渡阶段，

所述低温烘炉阶段的具体步骤为，

1打开第一氯化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，

2点燃气体预混室补热烧嘴，通往入适量煤气、空气，

3根据尾气温度需要调整煤气量，保持预热尾气温度，对沸腾氯化炉进行预热；

所述高温烘炉以及过渡阶段的具体操作步骤为，

1当氯化炉内温度超过500℃后，加大通入空气量，

2通过进料系统加入一定量的石油焦，使其在氯化炉内充分与空气反应，

3当氯化炉内温度达到900℃以上后，逐渐打开第一流化单元进料系统，缓慢加入富钛料及石油焦混合料，降低空气量，增大氯气量，确保系统稳步进入正常反应，

4在第一氯化单元达到500℃时，打开第二流化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，重复上述操作对第二氯化单元进行烘炉，依此类推完成第三氯化单元起炉操作，

其中，新制作氯化炉的起炉按上述步骤进行；氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后氯化炉温度较高时直接用第二阶段起炉。

本发明的有益效果是：本申请以现有包括加料系统、供气系统、四氯化钛收集系统和氯化炉本体的氯化炉为基础，并将所述加料系统的物料输出端从氯化炉本体的中部与该氯化炉本体连接，所述供气系统的气体输出端从氯化炉本体的底部与该氯化炉本体连接，所述四氯化钛收集系统的物料收集端从氯化炉本体的顶部与该氯化炉本体连接，然后再通过增加至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元构成新的氯化炉，并使沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元通过各自的上口溢流接通，使所述供气系统的气体输出端分别与各组所述沸腾氯化反应单元的底部连接。这样，在对高品质富钛料进行沸腾氯化时使进入氯化炉本体内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。由于采用本申请提供的沸腾氯化炉，在本申请提供的氯化工艺的配合下对高品质富钛料进行氯化时，细颗粒富钛料可以沿氯化方向顺序的多次氯化，再加上本申请的氯化炉顺应的细颗粒富钛料重量轻，易溢出的特点，分别设置通过上口溢流顺序连接的多个沸腾氯化反应单元，使溢出的细颗料富钛料可以有效的得到回收和再次氯化，达到有效提高氯化效率，显著降低氯化损耗的目的。

附图说明

图1为本发明用于细粒级富钛料的氯化炉的简化结构示意图。

图中标记为：加料系统1、供气系统2、四氯化钛收集系统3、氯化炉本体4、沸腾氯化反应单元5、沸腾氯化室6、气体预混室7、氮气或惰性气体输送管8、旋风收尘器9。

具体实施方式

如图1所示是本发明提供的一种能有效提高氯化效率，显著降低氯化损耗的用于细粒级富钛料的氯化炉，以及一种采用所述氯化炉氯化细粒组富钛料的沸腾氯化工艺。所述的氯化炉包括加料系统1、供气系统2、四氯化钛收集系统3和氯化炉本体4，所述加料系统1的物料输出端从氯化炉本体4的中部与该氯化炉本体4连接，所述供气系统2的气体输出端从氯化炉本体4的底部与该氯化炉本体4连接，所述四氯化钛收集系统3的物料收集端从氯化炉本体4的顶部与该氯化炉本体4连接，所述的氯化炉还包括至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元5，沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元5通过各自的上口溢流接通，所述供气系统2的气体输出端分别与各组所述沸腾氯化反应单元5的底部连接。所述的沸腾氯化工艺使进入氯化炉本体4内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元5的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。本申请以现有包括加料系统、供气系统、四氯化钛收集系统和氯化炉本体的氯化炉为基础，并将所述加料系统的物料输出端从氯化炉本体的中部与该氯化炉本体连接，所述供气系统的气体输出端从氯化炉本体的底部与该氯化炉本体连接，所述四氯化钛收集系统的物料收集端从氯化炉本体的顶部与该氯化炉本体连接，然后再通过增加至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元构成新的氯化炉，并使沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元通过各自的上口溢流接通，使所述供气系统的气体输出端分别与各组所述沸腾氯化反应单元的底部连接。这样，在对高品质富钛料进行沸腾氯化时使进入氯化炉本体内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。由于采用本申请提供的沸腾氯化炉，在本申请提供的氯化工艺的配合下对高品质富钛料进行氯化时，细颗粒富钛料可以沿氯化方向顺序的多次氯化，再加上本申请的氯化炉顺应的细颗粒富钛料重量轻，易溢出的特点，分别设置通过上口溢流顺序连接的多个沸腾氯化反应单元，使溢出的细颗料富钛料可以有效的得到回收和再次氯化，达到有效提高氯化效率，显著降低氯化损耗的目的。

上述实施方工中，为了最大限度的提高细颗粒富钛料的沸腾氯化效率，以及尽可能的降低氯化损耗，本申请沿氯化方向顺序布置的沸腾氯化反应单元5为三组，各组沸腾氯化反应单元5的溢流上口沿氯化方向逐渐降低。每一组所述的沸腾氯化反应单元5具体结构为均包括沸腾氯化室6和气体预混室7，布置在沸腾氯化室6下方的气体预混室7通过沸腾板相互隔开，各组所述的沸腾氯化反应单元5分别通过所述的气体预混室6与供气系统2的气体输出端连接。相应的，为了提高供料效率，所述的供气系统2包括有一组氮气或惰性气体输送管8，所述的氮气或惰性气体输送管8的一个气体输出与加料系统1的物料输出管连接。同样的，为了提高四氯化钛的回收率，所述的四氯化钛收集系统3包括至少两组旋风收尘器9，各组所述的旋风收尘器9通过上部顺序连通，第一组旋风收尘器9的物料输入端与氯化炉本体4的顶部连接，最后一组旋风收尘器9通过其顶部与外部的四氯化钛收集结构连接，各组旋风收尘器9的底部分别与氯化炉本体4的中部连接。

这样，在利用上述的氯化炉进行细颗粒富钛料的氯化时，每一组可以独立控制的沸腾氯化反应单元5的氯化参数均包括氯化反应温度和氯化反应气体流速，各组沸腾氯化反应单元5的氯化反应温度和氯化反应气体流速均分别各自独立控制。具体的控制方式为，所述的氯化反应温度分别通过向相应的沸腾氯化反应单元5内加入石油焦、通入惰性气体和/或通入氧气来调节各组沸腾氯化反应单元5内的反应温度。每一组沸腾氯化反应单元5的氯化反应气体流速分别通过连入该沸腾氯化反应单元底部的供气系统2各自独立控制，并按逐渐加深的氯化反应顺序流速逐渐降低。

同时，针对不同阶段的沸腾氯化炉，本申请的起炉工序也有所以差别，通常情况下所述的起炉工序包括低温烘炉阶段、高温烘炉以及过渡阶段，

所述低温烘炉阶段的具体步骤为，

1)打开第一氯化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，

2)点燃气体预混室补热烧嘴，通往入适量煤气、空气，

3)根据尾气温度需要调整煤气量，保持预热尾气温度，对沸腾氯化炉进行预热；

所述高温烘炉以及过渡阶段的具体操作步骤为，

1)当氯化炉内温度超过500℃后，加大通入空气量，

2)通过进料系统加入一定量的石油焦，使其在氯化炉内充分与空气反应，

3)当氯化炉内温度达到900℃以上后，逐渐打开第一流化单元进料系统，缓慢加入富钛料及石油焦混合料，降低空气量，增大氯气量，确保系统稳步进入正常反应，

4)在第一氯化单元达到500℃时，打开第二流化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，重复上述操作对第二氯化单元进行烘炉，依此类推完成第三氯化单元起炉操作，

其中，新制作氯化炉的起炉按上述步骤进行；氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后氯化炉温度较高时直接用第二阶段起炉。

综上所述，采用本申请提供的氯化炉在本申请提供的沸腾氯化工艺的配合下对细颗粒富钛料进行沸腾氯化还具有以下优点，

1、本发明根据富钛料沸腾氯化特性，采用多个氯化单元反应器，通过控制各单元氯化气速实现了富钛料粒径与气速之间有效匹配，同时富钛料通过溢流方式依次通过各氯化单元，延长了富钛料在沸腾氯化炉内停留时间，大幅提升了细粒级富钛料中TiO₂氯化率。

2、本发明针对沸腾氯化起炉时间长，控制难度大的问题进行了优化，为每个单元设计了独立的烘炉供气装置，缩短了起炉时间，提高了起炉效率，确保起炉稳定高效。

3、本发明通过对进料工艺制度优化，每个氯化单元均设置2个独立进料口，配套加料装置，该加料装置通常含料仓、进料螺旋、稳重计量装置、输送管道及阀门等，既可以保持反应器内物料均衡，也可实现多种物料入炉。针对不同情况可以分别进不同原料，确保沸腾氯化炉连续稳定运行。

4、本发明将通过沸腾氯化炉内各氯化单元温度及压力显示，诊断沸腾氯化反应情况，通过对气体种类及气量进行控制，确保沸腾氯化炉反应稳定。

5、本发明根据富钛料沸腾氯化特性，生产中取消下排渣方式，减轻了下排渣对操作及排渣过程氯气外泄对环境影响，稳定了氯化操作，提升了沸腾氯化炉效率。

6、本发明根据富钛料沸腾氯化特性，除尘系统采用双旋风收尘，确保氯化残渣及末反应富钛料颗粒有效捕集；收尘物料再加入第三氯化单元进行再次反应，可进一步提升富钛料的氯化效率。

具体实施例

如图1所示，本发明主要工艺环节包含：启炉、进料控制、反应及温度控制、排渣、收尘、TiCl4收集和尾气处理。配套设备主要包含：进料系统、氯化反应器、收尘系统、TiCl4收集系统、尾气处理系统。氯化反应器分成多个氯化单元，每个氯化单元含有气体预混室、气体分布器、反应段、过渡段、沉降段。每个单元有独立的供气系统，根据需要每个供气系统包含有氯气入口、惰性气体入口(优选氮气)、空气或氧气入口。

根据氯化特性将起炉分成二个阶段，第一阶段为低温烘炉阶段，主要针对于新制作氯化炉启炉或氯化炉大修(耐火材料重新制作后)启炉。第二阶段为高温烘炉及过渡阶段，当氯化炉内温度超过550℃后，加大空气量(氧气)，通过进料系统加入一定量石油焦，使其在氯化炉内充分与空气反应，放出热量预沸腾氯化反应器进行预热，直到炉内温度达到900℃以上。逐渐打开进料系统，缓慢加入富钛料及石油焦混合料，降低空气量，增大氯气量，确保系统稳步进入正常反应。多个氯化单元逐次起炉，当一级氯化单元进入第二阶段时，二级氯化单元开始起炉，以此类推完成反应器的起炉。

根据沸腾氯化炉不同情况可是进行不同的起炉方式，全新沸腾氯化炉需依次进行第一阶段，第二阶段。如果氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后氯化炉温度较高时可直接用第二阶段起炉，各级氯化单元同时起炉；细粒级富钛料在沸腾氯化炉内以溢流方式依次经过各氯化单元，实现气速与粒径匹配氯化操作，延长了停留时间，提升了氯化效率。

本申请优化了氯化炉进料系统，每个氯化单元均设置2个独立进料口，配套加料装置(含料仓、进料螺旋、稳重计量装置、输送管道及阀门等)，既可以保持反应器内物料均衡，也可实现多种物料入炉。并在加料管上设有加料气体(惰性气体)入口，加料同时通入适量吹扫氮气，物料入口开在氯化炉下部，在加料气体和加料管下端的喇叭形扩散口配合下，使细粒级富钛料沿径向喷射，与炉内氯气快速掺混，使氯气与细粒级富钛料和石油焦之间的碰撞、剪切摩擦作用更加强烈，使富钛料表面的反应产物容易脱落，可极大地提高沸腾氯化反应进程，同时保证了系统进料顺畅。

本申请还优化了沸腾氯化炉各单元气路，设计气体预混室和多路气体入口，当反应器内温度不足时，可以适量通入空气(氧气)，通过氧气和石油焦反应放热提高反应器内温度；当反应器内反应过快，温度过高时，可以适量配入惰性气体(以氮气为主)，降低氯气量和分压，降低反应速度，迅速降低反应器内温度达到稳定反应目的，增加了沸腾炉调控手段，确保沸腾反应器内反应稳定。

本申请同时优化了沸腾氯化炉排渣方式，不设下排渣，通过上排渣方式保持反应器内平衡。通过上排渣减轻了现有沸腾氯化技术排渣的操作难度，避免了排渣过程中氯气泄漏带来的环境问题。

本发明根据富钛料沸腾氯化特性，设计双旋风除尘，确保将未完全反应的富钛料颗粒捕集，重返氯化炉低气速氯化单元，以提升富钛料利用率。

本实施例沸腾氯化炉分成三个沸腾氯化单元，每个沸腾氯化单元包含独立供气系统(可实现氯气、惰性气体、煤气、空气或氧气等多路气体供给)、气体预混室、气体分布器、反应段、过渡段、沉降段。气体预混室设置烧嘴(主要为起炉第一阶段煤气和空气燃烧，为反应器起炉提供热量)，多个气体入口，分别为氯气入口(配自动调节阀、流量计等控制装置)，氮气入口(配自动调节阀、流量计等控制装置)和空气或氧气入口(配自动调节阀、流量计等控制装置)，每个独立供气系统分别和相对应的气体缓冲罐，气体流量计，压力表相连接，实现独立供气。

针对现有沸腾氯化工艺技术存在的上述不足，对攀枝花钛精矿制备的富钛料，尤其是细粒级人造金红石粒度的不适应，本发明公开了一种可直接利用细粒级富钛料制备四氯化钛的沸腾氯化工艺技术，通过设计不同的氯化单元及气速，实现不同粒径富钛料用不同气速氯气进行氯化反应，可避免细粒级富钛料沸腾氯化过程中被高速反应气速带出，极大地提高氯化反应速率和效率；同时优化了沸腾氯化炉起炉方式，缩短了起炉时间，稳定了起炉操作；优化了排渣方式，避免了排渣时氯气泄漏对环境造成的影响，保证富钛料氯化率和产品收率，提高了沸腾氯化工艺的经济性指标。

本发明技术方案如下：

本申请的主要工艺环节有：启炉、进料控制、反应及温度控制、收尘及循环利用、TiCl₄收集和尾气处理。其中TiCl₄收集和尾气处理与现有沸腾氯化工艺一致，在本申请中不再描述。

工艺配套设备主要包含：进料系统、供气装置、氯化反应器、收尘系统、TiCl₄收集系统、尾气处理系统。

沸腾氯化反应器设计成多个氯化反应单元，每个单元设置独立的进气管道及控制系统，可根据反应需要调整流化气速，细粒级富钛料以溢流的方式逐级进入每个流化单元。反应器即氯化炉本体设置共同过渡段、扩大段，扩大段气速远低于反应段，因此气体带出反应段物料在扩大段能够得到有效沉降，保证体系收率。每个沸腾氯化反应单元包含气体预混室、气体分布器、氯化反应段、进料装置等。

每个氯化单元供气装置均设置惰性气体，优选氮气管路及调节、控制系统；氯气管路及调节、控制系统；煤气管路及调节、控制系统，空气或氧气管路及调节、控制系统。可实现单种和多种气体供应。根据需要每个供气系统包含有氯气入口、惰性气体入口(优选氮气)、空气或氧气入口。

起炉：根据氯化特性将起炉分成二个阶段，主要针对于新制作氯化炉起炉或氯化炉大修即耐火材料重新制作的起炉。

第一阶段为低温烘炉阶段，具体步骤如下：

1)打开第一氯化单元煤气、空气管路上调节、控制阀；

2)点燃气体预混室补热烧嘴，通往适量煤气、空气；

3)根据尾气温度需要调整煤气量，保持预热尾气温度，对沸腾氯化炉进行预热。

第二阶段为高温烘炉及过渡阶段，具体操作步骤如下：

1)当氯化炉内温度超过500℃后，加大空气量(氧气)；

2)通过进料系统加入一定量石油焦，使其在氯化炉内充分与空气反应；

3)当氯化炉内温度达到900℃以上。逐渐打开第一流化单元进料系统，缓慢加入富钛料及石油焦混合料，降低空气量，增大氯气量，确保系统稳步进入正常反应。

4)在第一氯化单元达到500℃时，打开第二流化单元煤气、空气管路上调节、控制阀，重复上述操作对第二氯化单元进行烘炉，依此类推完成第三氯化单元起炉操作；

当氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后氯化炉温度较高时可直接用第二阶段起炉。本发明根据反应物料及反应器特性将起炉分成二个阶段，大幅缩短了起炉时间，优化了常规起炉操作方式，专为起炉设置了供气系统，起炉时间由常规15～20天缩短至3～4天，实现了起炉运行有效衔接，提高了起炉效率，确保起炉稳定高效。

常规沸腾氯化炉的起炉方法一般为通过在氯化炉底部使用木柴和焦炭燃烧，向氯化炉内提供热量，待氯化炉内部温度达到起炉温度后封闭炉底，然后投料生产。这种传统的起炉工艺能源利用率低，起炉周期长(一般为15-21天)，操作复杂，稳定性差，且烘炉时大量的尾气和粉尘直接溢出，存在一定的环保问题。

进料控制：本发明氯化反应器设置多个进料口，第一氯化单元设置两套进料管道及入料口，可实现多种物料入炉。第二氯化单元和第三氯化单元均设置一套进料管道及进料口。

每个氯化单元进入起炉第二阶段时，加料口均可实现加入一定量石油焦配合供气系统在氯化单元内燃烧供热。当温度达到900℃后，第一氯化单元进料口开始加入富钛料和石油焦混合料(原则为一备一用，备用加料管可根据氯化炉内运行情况需要进行单种或多种原料补充)；通收尘中小颗粒富钛料和石油焦通过第三氯化单元加料口又重新送回到沸腾氯化反应器第三氯化单元进行氯化。

在加料管上设有加料气体入口，加料同时通入适量吹扫氮气，物料入口开在氯化炉中下部，细粒级富钛料和石油焦直接进入氯化炉下部浓相区，在加料气体和加料管下端的喇叭形扩散口配合下，使细粒级富钛料沿径向喷射，与炉内氯气快速掺混，使氯气与细粒级富钛料和石油焦之间的碰撞、剪切摩擦作用更加强烈，使富钛料表面的反应产物容易脱落，可极大地提高沸腾氯化反应进程，同时保证了系统进料顺畅。

反应及温度控制：

本发明沸腾氯化炉每个氯化单元内气体预混室、沸腾炉反应段，沉降段均设计了测温、测压装置，可及时准确反应沸腾氯内的温度、压力分布情况，判定炉内流态化状况和反应情况，及时进行工艺参数的调整。

本发明根据需要将沸腾氯化反应器设计成三个反应单元，每个单元均设置独立的供气装置，可根据沸腾氯化内情况调整气体种类、气量。实现不同氯化单元不同气速、不同温度沸腾氯化，既能有效保持细粒级金红石沸腾氯化反应速度，又能提高细粒级富钛料中TiO2氯化率。

针对第一氯化单元，当反应器内温度不足时，可打开空气(氧气)阀门，适量通入空气，通过氧气和石油焦反应放热提高反应器内温度；当反应器内反应过快，温度过高时，可打开惰性气体(以氮气为主)，适量配入惰性气体，降低氯气量和分压，降低反应速度，降低反应器内温度达到稳定反应目的，增加了沸腾炉调控手段，确保沸腾反应器内反应稳定。

随着氯化反应在第一单元快速高效进行，第二氯化单元沸腾氯化反应量逐渐减少，反应强度降低，放热量减少，为保持体系温度通常在第二单元补加少量碳，同时在第二单元供气管道中适量加入氧气(空气)，通过碳氧化放热来维持。

第三氯化单元主要功能为提升细粒级富钛料沸腾氯化效率，不仅要氯化从第二单元溢流的细粒级富钛料，同时还需要进行除尘物料氯化。可根据除尘物料成分适量配加细粒级石油焦，混配通入少量空气保持体系温度。

为适应富钛料沸腾氯化缩核反应的特性，即随着沸腾氯化反应的进行，富钛料的粒径变得越来越细，因此第一氯化单元、第二氯化单元、第三氯化单元氯化气速逐渐降低，实现粒径和气速有效匹配，其容积也逐渐减小，主反应区间容积大，保证反应器的氯化单位产能，极细富钛料量小，对应容积小，不会影响反应器的单位产能。

排渣：富钛料沸腾氯化属缩核反应，即随着反应的进行，富钛料粒度将越来越细，而杂质元素(SiO₂、Al₂O₃)基本以硅酸盐相存在，不与氯气反应而富集。随着逐级氯化反应的进行，尤其第三流化单元反应后，富钛料中的有效成分TiO2持续与氯气反应，反应基本完成后，富含杂质的微细颗粒带出反应器进入收尘系统。即本反应器稳定运行时不采用下排渣，通过上排渣方式保持反应器内平衡。通过上排渣减轻了现有沸腾氯化技术排渣的操作难度，避免了排渣过程中氯气泄漏带来的环境问题。

由于第二、第三氯化单元补热需要，会向反应器内适当加入石油焦，为防止意外情况发生，每一个单元均设置排渣口，只在紧急停车时用于排出各氯化单元内固体物料。

收尘：富钛料颗粒偏细，比重较小，因此除尘负荷相对于高钛渣沸腾氯化重，本发明设计双旋风除尘，确保有效将末完全反应的富钛料颗粒捕集，重返氯化炉第三氯化单元，以提升富钛料利用率。

实施例1

起炉：本实施例为沸腾氯化炉内衬耐火材料重新制作后进行。

①首先依次打开第一氯化单元空气(氧气)自动调节阀，煤气自动调节阀，点燃烧嘴，控制气体预混定室温度在100～150℃，控制空气和煤气比例在4:1，开启氮气自动调节阀，控制进入沸腾氯化炉总气量在300～350Nm3/h，对沸腾氯化炉第一氯化单元进行烘炉。

②根据沸腾氯化炉内衬耐火材料要求，调节煤气流量，逐步提升气体温度，当气体温度超过500℃后，增大空气自动调节阀开度，增大空气流量，空气气量控制在300Nm3/h，逐渐开启进料系统加料螺旋，缓慢加入石油焦，打开对应进料吹扫气体阀门，让石油焦在沸腾氯化内燃烧放热，提高沸腾氯化炉温度，根据烘炉制度控制空气量和石油焦加入量保证烘炉效果。

③当氯化炉内温超过900℃后，开启进料系统，开始加入富钛料和石油焦混合料，开启对应气体吹扫阀，保证混合物料顺畅进入沸腾氯化炉内。降低空气流量，关闭煤气自动调节阀，熄灭气体预混烧嘴，打开氯气自动调节阀，让氯气缓慢进入沸腾氯化炉内与富钛料反应。根据炉内温度情况适当调整空气量，逐步增大混合物料进料量，氯化通入量。让沸腾氯化炉内温度达到并稳定在960～1000℃。逐渐减小空气通入量，当温度稳定后关闭空气，全部通入氯化和氮气混合气体，加大混合料进料量，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.35～0.55m/s。

④当第一氯化单元温度达到500℃时，按上述同样步骤进行第二氯化单元进行起炉操作，由于第一氯化单元为主要氯化单元，体积大，第二氯化单元起炉时间明显缩短，500℃以下烘炉时间仅为第一氯化单元的1/3。当混合物料从第一氯化单元进入第二氯化单元时，逐渐减小第二氯化单元空气通入量，当温度稳定在930～1000℃关闭空气，全部通入氯化和氮气混合气体，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.15～0.35m/s。

⑤当第二氯化单元温度达到500℃时，按同样步骤进行第三氯化单元进行起炉操作。当混合物料从第二氯化单元进入第三氯化单元时，逐渐减小第二氯化单元空气通入量，当温度稳定在930～960℃关闭空气，全部通入氯化和氮气混合气体，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.08～0.18m/s。

⑥氯化炉起炉时间基本稳定在(烘炉开始至投料稳定)4天。

细粒级富钛料成分见表1，粒度分布见表2。通过调整加料系统，确保氯化炉内加料均衡(可根据实际情况，添加部分收尘得到的细粒级富钛料)，逐步开启TiCl4收集系统，尾气处理系统，全流程达到稳定运行。双旋风收尘器每12小时排渣1次，排渣直接加入第三氯化单元进行氯化。细粒级富钛料氯化率达95％以上，固体颗粒物料带出率(含部分石油焦)为3％～8％。常规沸腾氯化炉进行细粒级富钛料沸腾氯化时固体物料带出率将达30％左右，效果非常明现。

表1、细粒级富钛料典型成分

实施例2：

起炉：本实施例为当系统出现设备故障，停炉快速处理后，炉内温度较高时起炉。

依次打开各氯化单元供气装置中空气自动调节阀，煤气自动调节阀，点燃气体预混室烧嘴，空气煤气比例在4：1，控制气体预混定室温度在300～450℃，控制一级氯化单元总气量在250～300Nm3/h，二级氯化单元总气量200～250Nm3/h，三级氯化单元总气量150～200Nm3/h，对沸腾氯化炉进行快速烘炉。

当第一氯化单元气体温度超过500℃后，增大空气自动调节阀开度，增大空气流量，空气量室控制在260Nm3/h，逐渐开启进料系统加料螺旋，加入石油焦，让石油焦在沸腾氯化内燃烧放热，提高沸腾氯化炉温度，根据烘炉制度控制空气量和石油焦加入量保证烘炉效果。温超过900℃后，开启进料系统，开始加入富钛料和石油焦混合料，开启对应气体吹扫阀，保证混合物料顺畅进入沸腾氯化炉内，打开氯气自动调节阀，让氯气缓慢进入沸腾氯化炉内与富钛料反应。根据炉内温度情况适当调整空气量，逐步增大混合物料进料量，氯化通入量，使沸腾氯化炉内温度达到并稳定在960～1000℃。逐渐减小空气通入量，当温度稳定后关闭空气，加大混合料进料量，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.35～0.55m/s。

当第一氯化单元开始投料时，第二氯化单元增大空气自动调节阀开度，增大空气流量，空气量室控制在180Nm3/h，逐渐开启加料螺旋，加入石油焦。温超维持在850～900℃，当第一氯化单元开始向第二氯化单元进料时，打开氯气自动调节阀，让氯气缓慢进入沸腾氯化炉内与富钛料反应。根据炉内温度情况适当调整空气量，氯化通入量，使沸腾氯化炉内温度达到并稳定在950～980℃。逐渐减小空气通入量，当温度稳定后关闭空气，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.15～0.35m/s。

当第二氯化单元开始进料时，按同样步骤进行第三氯化单元进行起炉操作。当混合物料从第二氯化单元进入第三氯化单元时，逐渐减小第三氯化单元空气通入量，当温度稳定在930～960℃关闭空气，全部通入氯化和氮气混合气体，使沸腾氯化炉达到平衡状态，控制炉内气体空塔速度为0.08～0.18m/s。三个氯化单元总起炉时间2天。

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；根据富钛料石反应特性(随着反应的进行，颗粒逐渐减小)，逐渐降低沸腾氯化气速与之匹配，有效控制了细粒级富钛料沸腾氯化时带出率高，氯化率低，成本高；炉化过程中排渣操作难度大，排渣过程中氯气泄漏对环境污染等问题，通过优化氯化炉结构、供气装置、加料装置，适应了细粒级富钛料沸腾氯化反应，在保证红石氯化反应动力学条件，氯化效率基础上，大幅提升了TiO₂氯化率，同时使得细粒级富钛料不会快速被气体带出反应区。另一方面，通过多个流化单元，逐级降低气速等措施，使其更适合富钛料沸腾氯化缩核反应。延长了细粒级富钛料在沸腾氯化炉内与氯气的反应时间，提高沸腾氯化炉的效率，实现了快速高效、经济的人造金经石沸腾氯化工艺。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种用于细粒级富钛料的氯化炉，包括加料系统（1）、供气系统（2）、四氯化钛收集系统（3）和氯化炉本体（4），所述加料系统（1）的物料输出端从氯化炉本体（4）的中部与该氯化炉本体（4）连接，所述供气系统（2）的气体输出端从氯化炉本体（4）的底部与该氯化炉本体（4）连接，所述四氯化钛收集系统（3）的物料收集端从氯化炉本体（4）的顶部与该氯化炉本体（4）连接，其特征在于：所述的氯化炉还包括至少两组氯化深度逐渐加深的沸腾氯化反应单元（5），沿氯化方向顺序的布置在氯化炉本体下部的各组所述的沸腾氯化反应单元（5）通过各自的上口溢流接通，所述供气系统（2）的气体输出端分别与各组所述沸腾氯化反应单元（5）的底部连接，

沿氯化方向顺序布置的沸腾氯化反应单元（5）为三组，各组沸腾氯化反应单元（5）的溢流上口沿氯化方向逐渐降低，

每一组所述的沸腾氯化反应单元（5）均包括沸腾氯化室（6）和气体预混室（7），布置在沸腾氯化室（6）下方的气体预混室（7）通过沸腾板相互隔开，各组所述的沸腾氯化反应单元（5）分别通过所述的气体预混室（7）与供气系统（2）的气体输出端连接，

使进入氯化炉本体（4）内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元（5）的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。

2.根据权利要求1所述的用于细粒级富钛料的氯化炉，其特征在于：所述的供气系统（2）包括有一组氮气或惰性气体输送管（8），所述的氮气或惰性气体输送管（8）的一个气体输出与加料系统（1）的物料输出管连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于细粒级富钛料的氯化炉，其特征在于：所述的四氯化钛收集系统（3）包括至少两组旋风收尘器（9），各组所述的旋风收尘器（9）通过上部顺序连通，第一组旋风收尘器（9）的物料输入端与氯化炉本体（4）的顶部连接，最后一组旋风收尘器（9）通过其顶部与外部的四氯化钛收集结构连接，各组旋风收尘器（9）的底部分别与氯化炉本体（4）的中部连接。

4.一种用于权利要求3所述氯化炉的沸腾氯化工艺，其特征在于：所述的沸腾氯化工艺使进入氯化炉本体（4）内的细粒级富钛料随氯化深度的加深，先后分别以溢流的方式进入相邻的各组氯化参数可以独立控制的沸腾氯化反应单元（5）的逐渐氯化来提高富钛料的氯化率和产品收率。

5.根据权利要求4所述的沸腾氯化工艺，其特征在于：每一组可以独立控制的沸腾氯化反应单元（5）的氯化参数均包括氯化反应温度和氯化反应气体流速，各组沸腾氯化反应单元（5）的氯化反应温度和氯化反应气体流速均分别各自独立控制。

6.根据权利要求5所述的沸腾氯化工艺，其特征在于：所述的氯化反应温度分别通过向相应的沸腾氯化反应单元（5）内加入石油焦、通入惰性气体和/或通入氧气来调节各组沸腾氯化反应单元（5）内的反应温度。

7.根据权利要求6所述的沸腾氯化工艺，其特征在于：每一组沸腾氯化反应单元（5）的氯化反应气体流速分别通过连入该沸腾氯化反应单元底部的供气系统（2）各自独立控制，并按逐渐加深的氯化反应顺序流速逐渐降低。

8.根据权利要求5所述的沸腾氯化工艺，其特征在于：所述的沸腾氯化工艺还包括起炉工序，所述的起炉工序包括低温烘炉阶段、高温烘炉以及过渡阶段，

所述低温烘炉阶段的具体步骤为，

1）打开第一氯化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，

2）点燃气体预混室补热烧嘴，通往入适量煤气、空气，

3）根据尾气温度需要调整煤气量，保持预热尾气温度，对沸腾氯化炉进行预热；

所述高温烘炉以及过渡阶段的具体操作步骤为，

1）当氯化炉内温度超过500℃后，加大通入空气量，

2）通过进料系统加入一定量的石油焦，使其在氯化炉内充分与空气反应，

3）当氯化炉内温度达到900℃以上后，逐渐打开第一流化单元进料系统，缓慢加入富钛料及石油焦混合料，降低空气量，增大氯气量，确保系统稳步进入正常反应，

4）在第一氯化单元达到500℃时，打开第二流化单元煤气、空气管路上的调节阀、控制阀，重复上述操作对第二氯化单元进行烘炉，依此类推完成第三氯化单元起炉操作，

其中，新制作氯化炉的起炉按上述步骤进行；氯化炉因设备或其它故障导致投料中断，故障清除后氯化炉温度较高时直接用第二阶段起炉。

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