富钛料氯化车间设计(chlorination of rich titaniferous material shop design)

以富钛料车间生产的钛渣或金红石(天然或人造)为原料，经氯化和收尘冷凝系统，生产粗四氯化钛的海绵钛厂车间设计。

氯化有固定层氯化、熔融盐氯化和流态化氯化(沸腾氯化)。20世纪60年代以前，设计都选用固定层氯化系统。60年代中期，美国钛金属公司(TIMET)在扩建中采用流态化氯化金红石技术，其后，国外各钛厂相继淘汰了固定层氯化工艺，改用流态化氯化炉。唯有苏联用熔融盐氯化取代固定层氯化。在中国，1968年，天津化工厂钛车间采用流态化炉氯化钛渣的新工艺，此后中国各钛厂均改用流态化氯化炉，其规格为φ600～φ1000mm。只有锦州铁合金厂采用熔融盐氯化炉。1990。年遵义钛厂试验成功用φ1200mm无筛板流态化氯化炉氯化高钛渣。

车间设计内容主要包括：工艺流程选择、设备选择、车间配置与技术要求、主要技术经济指标。

工艺流程选择流态化氯化及熔融盐氯化工艺的选择，决定于原料品位与成分。富钛料中TiO₂含量在90%以上，钙和镁含量低于2%时可选用前者；TiO₂含量低于80%，钙和镁含量高于2%选用后者。流态化氯化工艺流程见图。熔融盐氯化工艺，除炉型与之截然不同外，其收尘冷凝系统与之相同。

在海绵钛工程设计中，当粗四氯化钛产量大于4000t/a时，要设计两套以上氯化系统，其中一套备用。氯化的收尘冷凝系统要与氯化炉的最大产量相适应。流态化氯化除对原料的品位及CaO+MgO含量有要求外，还要求粒度为80～120目的高于80%；煅烧后石油焦的固定碳高于90%，粒度为20～80目的高于80%；混合氯气浓度(体积浓度)高于80%。氯化炉反应带温度为800～1000℃，炉子出口温度为500～700℃。收尘冷凝器最后的出口温度为120～150℃；淋洗塔最后的出口温度不高于5℃；冷冻盐水温度为-10～-15℃。沸腾压差为588～980Pa；炉子出口压力为98～392Pa；折流板槽出口压力为98Pa。氯气压力为0.2～0.3MPa。熔融盐氯化与流态化氯化技术条件大体相同。氯化系统中四氯化钛的淋洗，第一套管冷凝器的冷却介质为水；第二套管冷凝器的冷却介质采用冷冻液。

设备选择主要设备有氯化炉、收尘冷凝器、淋洗塔和沉降槽等。

流态化氯化炉多为圆柱型流态化床，结构简单、制造方便，炉料不需制团和团块焦化工序，炉单位面积产量高、为自热反应，但物料粒度的要求比较严格。流态化炉炉底面积按下式计算：

F底=V/W

式中V为单位时间流态化床层的气流量，m³/s，其与单位时间炉产四氯化钛量，单位四氯化钛耗氯气量及氯气浓度有关；W为正常流态化时气流计算速度，m/s；F底为炉底面积，m²。

熔融盐氯化炉的生产能力比固定层氯化炉高4～6倍，定期排出废盐。氯化炉的生产周期比固定层氯化炉长2～3倍，适用于低品位及含CaO+MgO高的原料。熔融盐氯化炉直径按下式计算：

式中Q为氯化炉日产四氯化钛量，t/d；q为氯化炉单位面积日产四氯化钛量，t/(m²•d)；D为氯化炉直径，m。

收尘设备有旋风收尘器、电收尘器、布袋收尘器和隔板除尘器等。隔板除尘器虽然效率低，但结构简单，防腐蚀性能好、耐高温，仍为设计选用。

车间配置与技术要求仪表室配置在生产操作较集中的楼层，靠近氯化炉的端头，在仪表室内能观察到氯化炉的操作。在厂房内氯化炉按单台炉配置，其它各设备根据工艺流程方向配置。设备间尽量缩短连接管路，保持气密性，防止管道堵塞和污染扩散。设置设备清洗设施和设备干燥室。设备清洗和冲渣房要有排风系统。生产尾气排风机用钛制风机，卫生排风机采用玻璃钢制风机，尾气塔及管道用非金属耐酸腐蚀材料制造。厂房、楼板、柱、梁及其它构件采用钢筋}昆凝土结构。墙、柱及其它构件要作防腐处理，设备及管道涂防腐漆。地面要求耐酸腐蚀。厂房内、外设酸性污水沟，污水汇集污水站，统一处理。

主要技术经济指标钛渣和金红石的质量要求见富钛料车间设计，粗四氯化钛质量要求和氯化车间单耗分别见表1和表2。

表1粗四氯化钛的质量要求

表2车间技经指标(以每吨粗TiCl₄计)