富钛物料氯化产物冷凝分离(condensation and separation of  the chlorination product  from high-titania material)

富钛物料氯化产出的混合炉气经收尘、淋洗、沉降和过滤等处理除去粉料、杂质氯化物以及非冷凝性气体制得粗四氯化钛的过程，为四氯化钛制取过程一重要中间环节。

原理   主要是依据TiCl₄和各种杂质氯化物的熔点、沸点、蒸气压的差异，各组分的分压值以及杂质在TiCl。中的溶解度的差别，设计或选择合适的冷凝装置及其温度控制条件，实现TiCl₄与杂质的分离。

混合炉气中的氯化物基本上可分为三类。(1)在常温下呈液态且沸点低于423K的有TiCl₄、VOCl₃、SiCl₄、CCl₄等。(2)沸点在423～623K之间的有AlCl₃、FeCl₄等，其特征是在冷凝时由气态不经液态而直接转变成为固态。(3)具有高沸点的MgCl₂、FeCl₄、MnCl₂、CaCl₂等。这类氯化物部分留在炉内，部分进入收尘器及后续工序。此外，混合炉气中还含有大量非冷凝性气体和气流夹带出的少量粉料。

工艺   流态化氯化法生产TiCl₄产出的混合炉气，采用的冷凝系统如图1所示。该系统由收尘、淋洗、沉降过滤以及尾气处理等步骤组成。

收尘   常用干式收尘器，一般为2～3级，外壳设有夹套，可以通风控温。混合炉气出炉温度约873～1073K，进入收尘器后经逐级降温，并由于收尘器截面积较大、气速降低，冷凝成固态的铁、锰、镁、钙以及铝等杂质氯化物及粉料，在重力作用下沉降到收尘器底部，达到气固分离的目的。为使混合炉气在收尘器内有效降温并避免TiCl。冷凝，最后一级收尘器出口温度一般不低于383K。

淋洗   采用经冷冻液(常用CaCl₂盐水，可达258K温度)冷却的TiCl₄喷淋，使进入淋洗塔的混合炉气中的TiCl₄和SiCl₄、VOCl₄等冷凝成液态，非冷凝性气体(CO、CO₂以及Cl₂、HCl等)经气液分离器进入尾气处理系统，实现气液分离。少量在收尘器中沉降不完全的粉料和固体杂质氯化物，也进入TiCl₄料液中。

淋洗塔采用2～3组，温度分别控制在303～323K和273～269K。TiCl₄冷凝率可达99％以上。

沉降和过滤   悬浮于TiCl₄中的固体杂质在沉降182槽内借助于重力作用下沉，沉降物(即泥浆)由槽底部排出。清液由槽上方溢流，经高位槽进入管式过滤器，进一步除去固体杂质，获得粗TiCl₄液体。

粗四氯化钛呈淡黄至红棕色，含TiCl₄约98％，固液比小于0.5％，溶解于TiCl₄中的杂质氯化物主要有SiCl₄、VOCl₃、FeCl₃、AICl₃、Ti0Cl₂等，其含量和使用的原料有关。

尾气处理   混合炉气经淋洗分离出来的非冷凝性气体，除CO、CO₂、O₂、N₂外，尚含有TiCl₄、HCl、Cl₂等，须经处理后再排空。一般采用多级吸收塔用循环水逆流吸收HCl气，回收的盐酸浓度可达20％。以FeCl₂溶液喷淋吸收尾气中的C1。生成：FeCl₃，此FeCl₄溶液加入铁屑和水可制得FeCl₂溶液，供循环使用。亦可用Ca(0H)₂和Na0H碱液洗涤中和尾气。

工艺改进   氯化炉的生产能力在很大程度上取决于后续冷凝分离系统的工作效率。20世纪80年代前期，前苏联改进了熔盐氯化一冷凝系统工艺设备，TiCl₄单炉月生产能力由80t提高到120～150t。改进后的工艺设备流程见图2。氯化产物混合炉气经收尘后分为两级冷凝。由喷淋洗涤塔前级冷凝得的TiCl。浆液返回氯化炉内；由淋洗冷凝器后级冷凝得的即为液态粗TiCl₄产品。返回氯化炉的TiCl₄浆液使混合炉气出口温度大幅度降低至约773K，并使炉气中相当一部分杂质氯化物和粉料仍返回炉内熔盐中，从而减轻了冷凝分离系统负荷并使设备简化。