JP3883829B2

JP3883829B2 - 塩化炉における閉塞防止装置

Info

Publication number: JP3883829B2
Application number: JP2001263388A
Authority: JP
Inventors: 治幸岡村; 清二島原
Original assignee: 住友チタニウム株式会社
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003073121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポンジチタンの製造原料である四塩化チタン等の塩化物ガスの製造に使用される塩化炉において、製造された塩化物ガスを導出する塩化物ガス配管内の閉塞を機械的に防止する閉塞防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スポンジチタンの製造原料である四塩化チタンは、チタン、酸素及び鉄を含有するチタン鉱石を、炭素の存在下で塩素ガスと接触させることにより製造される。より具体的に説明すると、粒状のチタン鉱石と粒状のコークスを塩化炉内に装入した状態で、炉下方から塩素ガスを吹き込み、８００〜１２００℃の温度範囲で流動層を形成し、反応を継続する。
【０００３】
反応生成ガスとしては、四塩化チタンの他に、塩化第一鉄、塩化第二鉄、その他の塩化物、一酸化炭素、二酸化炭素等がある。これらの反応生成ガスは、塩化炉の炉頂部からガス配管を通して四塩化チタン回収部へ送られるが、ガス中の塩化第一鉄は融点の関係でガス配管の内面、特に入口部内面に凝集付着しやすく、配管閉塞を発生させる原因になる。そして、配管が閉塞した場合は、塩化炉の稼働を停止して配管部分を解体し、閉塞物を除去したり配管を交換する必要があった。
【０００４】
しかしながら、配管部分の解体には手間がかかり、炉操業停止による生産性低下も問題になる。そこで、図２に示すような閉塞防止装置を設けることが考えられる。図２に示すような閉塞防止装置の設置により、配管部分を解体せずに閉塞物を除去することが可能になる。
【０００５】
図２に示された閉塞防止装置は、塩化炉１の炉頂部に接続された反応生成ガスの導出ガス配管２に取り付けられている。ガス配管２は、塩化炉１の炉頂部に接続された導入部２ａと、導入部２ａから側方へ延出した配管本体２ｂとからなり、塩化炉１の上方で直角に湾曲した構成になっている。付着物３は、ガス配管２内の入口付近に集中的に堆積する。
【０００６】
閉塞防止装置は、ガス配管２の導入部２ａに鉛直に取り付けられた掃除棒４を備えている。掃除棒４は、図示されない駆動部により、ドリルのように軸回りに回転駆動されつつ、軸方向に駆動される。そして、上方の退避位置から回転しながら下降することにより、ガス配管２内の入口付近に堆積した付着物３を、先端のヘッド部４ａで機械的に削り落とし、上方の退避位置へ戻る。掃除棒４の軸部４ｂはシール機構５により外面シールされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような塩化炉における閉塞防止装置には、その構造に関連して以下の問題がある。
【０００８】
第１に、ドリルのようにヘッド部４ａで回転切削する場合、掃除棒４とガス配管２の間のシール機構５は簡単であるが、ガス配管２内の入口付近に堆積した付着物３を十分に除去することはできない。なぜなら、付着物３は非常に固く固着しているためである。このため、掃除棒により付着物を除去することができなくなり、その度毎に塩化炉を止めなければならず、信頼性、作業効率及び生産性が低かった。
【０００９】
第２に、掃除棒４が上方に退避している間も、その先端に設けられたヘッド部４ａはガス配管２内に露出し、塩化物ガスの流れに晒される。このため、ヘッド部４ａの腐食が激しく、耐用期間が非常に短い。
【００１０】
本発明の目的は、塩化物ガス配管における閉塞を効果的に防止できる閉塞防止装置を提供することにある。本発明の他の目的は、耐腐食性に優れた閉塞防止装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、塩化物ガス配管の閉塞の原因となる付着物を効率的に除去する方法について鋭意検討した。その結果、掃除棒に削岩機のような軸方向の振動による打撃機能を付加すれば、それだけで付着物の除去効率が飛躍的に向上することが判明した。付着物に打撃が有効な理由は、付着物が固いため、打撃に対しては脆いためである。しかしながら、その一方では、打撃機能の付加に伴う掃除棒の外面シール性の低下が問題になった。
【００１２】
掃除棒の外面シール性が低下すると、塩化炉を加圧状態で操業する場合は、炉内の塩化物ガスが炉外へ漏れ、減圧状態で操業する場合は、炉外の空気が炉内へ混入することにより、空気中の水蒸気が炉内の塩素と反応して塩酸となり、炉や配管の腐食を速める原因となる。このガス漏れは、掃除棒の回転駆動及び進退駆動を行う閉塞防止装置でも多少は問題となるであろうが、打撃機能を付加した場合は、シール部への負荷が大きくなり、その結果、大きな問題になるものと考えられる。そして、このガス漏れに対しては、シール部を２段に設け、２つのシール部間の圧力を炉内圧及び大気圧のいずれよりも高くすることにより解決できることが判明した。
【００１３】
また、掃除棒の先端部が配管内の塩化物ガスに晒され、腐食が進行する問題に対しては、掃除棒が後退したときに、そのヘッド部がガス配管内から排出されるように掃除棒を収容する収納部を、ガス配管に設けるのが有効である。
【００１４】
本発明はかかる知見に基づいて完成されたものであり、その閉塞防止装置は、流動層により塩化物ガスを製造する塩化炉から、製造された塩化物ガスを導出する塩化物ガス配管に設けられて、該ガス配管内の閉塞を機械的に防止する塩化炉における閉塞防止装置であって、前記ガス配管内の詰まりが顕著な部分へヘッド部が挿入されるように軸方向で移動可能に支持された掃除棒と、該掃除棒に軸方向の進退機能、軸方向の打撃機能及び軸回りの回転機能を付与する駆動部とを具備している。
【００１５】
前記掃除棒については、その外面を軸方向で２段以上に設けた複数のシール部によりシールし、２つのシール部間の圧力を炉内圧及び大気圧のいずれよりも高くすることが好ましい。また、前記掃除棒が後退したときに、そのヘッド部が前記ガス配管内から完全に排出されるように、掃除棒を収容する管状の収納部を、前記ガス配管に設けるのが好ましく、ガス配管との間を開閉する開閉弁を収納部に設けるのが更に好ましい。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す閉塞防止装置の構成図である。
【００１７】
本実施形態の閉塞防止装置は、四塩化チタンの製造に使用される塩化炉１に装備されている。塩化炉１は、粒状のチタン鉱石と粒状のコークスを塩化炉内に装入した状態で、炉下方から塩素ガスを吹き込み、８００〜１２００℃の温度範囲で流動層を形成することにより、四塩化チタンを生成する。反応生成ガスとしては、四塩化チタンの他に、塩化第一鉄、塩化第二鉄、その他の塩化物、一酸化炭素、二酸化炭素等がある。これらの反応生成ガスは、塩化炉１の炉頂部からガス配管２を通して四塩化チタン回収部へ送られる。
【００１８】
ガス配管２は、塩化炉１の炉頂部に設けられた導入部２ａと、導入部２ａから側方へ延出した配管本体２ｂとからなり、塩化炉１の真上で直角に湾曲している。閉塞防止装置は、ガス配管２の入口の真上で昇降する掃除棒４と、掃除棒４を収容するためにガス配管２の導入部２ａに取り付けられた管状の収納部６とを備えている。掃除棒４は、ヘッド部４ａとこれを支持する軸部４ｂとからなる。管状の収納部６は、ガス配管２の入口の延長線上にあり、ヘッド部４ａから上方へ鉛直に延出している。
【００１９】
収納部６の上部には、掃除棒４の軸部外面をシールするシール部７が軸方向で２段に設けられている。この２段のシール部７，７により、収納部６内が炉外から気密に隔離される。一方、収納部６の下部には、開閉弁としてのボールバルブ９が取り付けられている。ボールバルブ９により、収納部６内が炉内に対して開閉される。
【００２０】
２段のシール部７，７に挟まれた空間は予圧室８であり、その圧力は炉外の大気圧より高くされる。また、下方の収納部６内の圧力は、予圧室８の圧力より低く、且つ塩化炉１内の圧力より高くされる。収納部６内には、収納部６内及び予圧室８の圧力維持のために、不活性ガス又はドライエアが供給される。塩化炉１内の圧力は、加圧操業の場合は炉外の大気圧より高く、減圧操業の場合は炉外の大気圧より低くされる。
【００２１】
掃除棒４は、駆動部としての第１駆動部１０及び第２駆動部１１により駆動される。第１駆動部１０は、掃除棒４に軸方向の衝撃のための振動と、軸回りの回転とを付与する。第２駆動部１１は、掃除棒４を第１の駆動部１０と共に軸方向に進退駆動して、ヘッド部４ａを収納部６内から少なくともガス配管２の入口部まで下降させると共に、その入口部から収納部６内へ上昇させる。
【００２２】
次に、本実施形態の閉塞防止装置の機能について説明する。
【００２３】
通常の操業では、掃除棒４は上昇し、そのヘッド部４ａは収納部６内に収容される。また、ボールバルブ９が閉じられ、収納部６内が塩化炉１内及びガス配管２内から隔絶される。加えて、収納部６内の圧力は炉内圧力より高く維持されているため、付着物３の除去作業時以外では、製造された塩化物ガスが収納部６内に侵入するおそれがない。除去作業時に収納部６内に侵入する塩化物ガスは、少量であり、且つガス流れもないため、ヘッド部４ａをさほど腐食させない。また、炉内圧力よりも高い収納部６内の圧力によって塩化物ガスが炉内に押し戻されることもあるため、大きな問題とはならない。このように、ヘッド部４ａの塩化物ガス流への暴露が除去作業時のみに限られるため、急速な腐食の進行を防止でき、ヘッド部４ａの寿命を大幅に延長することができるのである。また、予圧室８内の圧力は収納部６内の圧力より高く、且つ大気圧より高いため、収納部６内から大気へのガス漏れ、及び大気の炉内への混入の両方を防止できる。
【００２４】
操業の進行に伴って、ガス配管２の入口部に付着物３が堆積すると、ここにおける通気抵抗が増大し、塩化炉１の内圧が高くなる。この内圧上昇を目安に、付着物３の除去操作を行う。
【００２５】
付着物３の除去操作では、まずボールバルブ９が開放されるが、ボールバルブ９が開放されても、製造された塩化物ガスが予圧室８内に侵入するおそれはない。ボールバルブ９が開放されると、掃除棒４が衝撃付与のための振動、及び回転を行いながら下降する。これにより、付着物３がヘッド部４ａで簡単に破壊除去される。付着物３の破壊除去が終わると、ヘッド部４ａが収納部６内に侵入するまで、掃除棒４が上昇する。そして最後に、ボールバルブ９が閉じ、元の待機状態に戻る。
【００２６】
掃除棒４が衝撃付与のための振動を行うため、シール部７，７の損傷が激しいが、これが二重構造である上、シール部７，７間が大気圧より高圧の予圧室８とされているため、仮にシール性が低下しても外気が侵入するおそれはない。
【００２７】
本発明の塩化炉における閉塞防止装置は、図１の例ではガス配管の導入部２ａの上部に設けられているが、この位置に限らず、塩化炉から塩化物ガスを導出する塩化物ガス配管の途中なと、閉塞を防止したい箇所であれば、どこに設置してもよい。
【００２８】
また図１では、掃除棒４は上下方向に配置されて昇降する構造になっているが、掃除棒４を横方向に設置してもよい。例えば、図２の導入部２ａから配管本体２ｂの方向へ掃除棒が貫通するような閉塞防止装置を導入部２ａの側方に追加すれば、縦方向のみならず横方向の配管についても閉塞防止効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の塩化炉における閉塞防止装置は、掃除棒に軸方向の打撃機能を付加したことにより、付着物除去能力を著しく高めることができ、塩化物ガス配管における閉塞を効果的に防止できる。
【００３０】
また、掃除棒の外面シール部を２段以上に設け、２つのシール部間の圧力を炉内圧及び大気圧のいずれよりも高くすることにより、打撃機能の付加に伴う掃除棒の外面シール性の低下を防止できる。
【００３１】
また、掃除棒が後退したときに、そのヘッド部がガス配管内から完全に排出されるように掃除棒を収容する管状の収納部をガス配管に設けることにより、塩化物ガスによる掃除棒の腐食を効果的に防止でき、その交換頻度を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す閉塞防止装置の構成図である。
【図２】本発明の基礎となる閉塞防止装置の構成図である。
【符号の説明】
１塩化炉
２塩化物ガス配管
３付着物
４掃除棒
６収納部
７シール部
８予圧室
９ボールバルブ
１０第１駆動部
１１第２駆動部

Claims

流動層により塩化物ガスを製造する塩化炉から、製造された塩化物ガスを導出する塩化物ガス配管に設けられて、該ガス配管内の閉塞を機械的に防止する塩化炉における閉塞防止装置であって、前記ガス配管内の詰まりが顕著な部分へヘッド部が挿入されるように軸方向で移動可能に支持された掃除棒と、該掃除棒に軸方向の進退機能、軸方向の打撃機能及び軸回りの回転機能を付与する駆動部とを具備することを特徴とする塩化炉における閉塞防止装置。
前記掃除棒を軸方向で２段以上に設けた複数のシール部により外面シールし、２つのシール部間の圧力を炉内圧及び大気圧のいずれよりも高くすることを特徴とする請求項１に記載の塩化炉における閉塞防止装置。
前記掃除棒が後退したときに、そのヘッド部が前記ガス配管内から排出されるように掃除棒を収容する収納部を、前記ガス配管に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の塩化炉における閉塞防止装置。