钛白粉生产系统及分配氯气的方法
阅读说明：本技术 钛白粉生产系统及分配氯气的方法 (Titanium dioxide production system and method for distributing chlorine ) 是由 李亮 万健龙 赵金龙 凌鹏 蒋长玲 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钛白粉生产系统及在钛白粉生产工艺中分配氯气的方法,所述系统包括：氧化炉,所述氧化炉内发生TiCl-(4)的氧化反应并排出氯气；一级氯化炉,所述一级氯化炉包括第一原料入口、第一氯气入口、反应剩余物出口,其中所述第一原料入口用于输入生产四氯化钛的原料,所述第一氯气入口用于输入来自所述氧化炉的氯气；二级氯化炉,所述二级氯化炉包括第二原料入口、第二氯气入口,所述第二原料入口与所述反应剩余物出口连接,所述第二氯气入口与纯净氯气源连接；其中,所述氧化炉的TiCl-(4)输入管道上设有第一流量调节单元,所述第二氯气入口与所述纯净氯气源之间设有第二流量调节单元。本发明能够提高氯气分配精度。(The invention discloses a titanium dioxide production system and a method for distributing chlorine in a titanium dioxide production process, wherein the system comprises the following components: an oxidation furnace in which TiCl is generated 4 The oxidation reaction of (2) and discharging chlorine; a primary chlorination furnace, wherein the primary chlorination furnace comprises a first raw material inlet, a first chlorine inlet and a reaction residue outlet, the first raw material inlet is used for inputting raw materials for producing titanium tetrachloride, and the first chlorine inlet is used for inputting chlorine from the oxidation furnace; the secondary chlorination furnace comprises a second raw material inlet and a second chlorine gas inlet, the second raw material inlet is connected with the reaction residue outlet, and the second chlorine gas inlet is connected with a purified chlorine gas source; wherein, the TiCl of the oxidation furnace 4 And a first flow regulating unit is arranged on the input pipeline, and a second flow regulating unit is arranged between the second chlorine inlet and the purified chlorine source. The invention can improve the distribution precision of chlorine.)
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种钛白粉生产系统及在钛白粉生产工艺中分配氯气的方法。
背景技术
四氯化钛是氯化法钛白粉和海绵钛等工业产品的主要原料，国内外主要的生产方法有沸腾氯化与熔盐氯化两种，均通过含钛的原料与氯气在高温下反应生成四氯化钛，其中氯气与原料的配比均是需要控制的重点。
多级氯化炉由于需要准确计量进入不同氯化炉内的氯气量，一般采用流量计与调节阀进行调整，然而从氧化炉排出的循环氯气当中含有较多固体杂质，这会对流量计的计量精度造成很大影响，造成氯气分配不准确，影响氯化炉内物料的氯化效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种钛白粉生产系统及在钛白粉生产工艺中分配氯气的方法，以解决现有技术中由于循环氯气含有较多固体杂质而导致流量计的计量精度不准进而造成氯气分配不准确的技术问题。
根据本发明的一个方面，提出一种钛白粉生产系统，包括：氧化炉，所述氧化炉内发生TiCl4的氧化反应并排出氯气；一级氯化炉，所述一级氯化炉包括第一原料入口、第一氯气入口、反应剩余物出口，其中所述第一原料入口用于输入生产四氯化钛的原料，所述第一氯气入口用于输入来自所述氧化炉的氯气；二级氯化炉，所述二级氯化炉包括第二原料入口、第二氯气入口，所述第二原料入口与所述反应剩余物出口连接，所述第二氯气入口与纯净氯气源连接；其中所述氧化炉的四氯化钛输入管道上设有第一流量调节单元，所述第二氯气入口与所述纯净氯气源之间设有第二流量调节单元。
根据本发明的一个实施例，与所述第一原料入口连接的原料输入管道上设有第三流量调节单元，其中所述第一流量调节单元、所述第二流量调节单元以及所述第三流量调节单元设置为：使得进入所述氧化炉的TiCl4中的Ti元素量与进入所述一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.85～0.95:1；和/或使得进入所述二级氯化炉的Cl2量与进入所述一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.1～0.2:1。
根据本发明的一个实施例，所述一级氯化炉的第一氯气入口与第一管道连接，所述二级氯化炉的第二氯气入口与第二管道连接，所述第一管道和所述第二管道通过第三管道连接，所述第三管道设有阀门。
根据本发明的一个实施例，所述二级氯化炉的数量为两个，每个二级氯化炉的第二氯气入口通过支管道与主管道连接，所述主管道连接至所述纯净氯气源，每个支管道上设有阀门。
根据本发明的一个实施例，所述氧化炉包括氧气入口、TiCl4入口、反应物出口，所述系统还包括分离设备，所述分离设备包括物料入口、钛白初品出口以及氯气出口，所述物料入口与所述反应物出口连接，所述氯气出口与所述一级氯化炉连接。
根据本发明的一个实施例，所述系统还包括第一缓冲罐和第二缓冲罐，所述第一缓冲罐连接在所述分离设备与所述一级氯化炉之间，所述第二缓冲罐连接在所述纯净氯气源与所述二级氯化炉之间。
根据本发明的另一方面，提出一种在钛白粉生产工艺中分配氯气的方法，包括：将从用于氧化TiCl4的氧化炉排出的氯气送入一级氯化炉；将来自纯净氯气源的纯净氯气送入二级氯化炉；其中，通过调节送入所述氧化炉的TiCl4的流量来调节送入所述一级氯化炉的氯气的流量，通过设于所述纯净氯气源与所述二级氯化炉之间的流量调节单元来调节送入所述二级氯化炉的纯净氯气的流量。
根据本发明的一个实施例，使得进入所述氧化炉的TiCl4中的Ti元素量与进入所述一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.85～0.95:1；和/或使得进入所述二级氯化炉的Cl2量与进入所述一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.1～0.2:1。
根据本发明的一个实施例，当所述一级氯化炉处于异常状态时，通过操作阀门使得来自所述氧化炉的氯气至少部分地进入所述二级氯化炉。
根据本发明的一个实施例，通过操作阀门使得所述纯净氯气循环交替地通入两个所述二级氯化炉，其中当一个二级氯化炉内的反应完毕后将纯净氯气通入另一二级氯化炉。
在根据本发明的实施例的钛白粉生产系统中，一方面，进入一级氯化炉的氯气由氧化炉提供，这部分氯气的流量可以通过调节送入氧化炉的TiCl4的流量来间接调节，即间接地通过调节氧化炉内的反应物的量来调节作为生成物的氯气的量，而无需直接调节氯气流量，防止氯气中的固体杂质对流量计的计量精度造成影响。另一方面，进入二级氯化炉的氯气由纯净氯气源提供，由于是纯净氯气，不存在固体杂质的影响，因此可以对该部分纯净氯气直接调节，不会影响计量精度。从而通过以上两方面可以保证氯气精确地分配到一级氯化炉和二级氯化炉，提高反应效率，降低氯气和原料消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的钛白粉生产系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的钛白粉生产系统的示意图，如图1所示，钛白粉生产系统包括：氧化炉10，氧化炉10内发生TiCl4的氧化反应并排出氯气；一级氯化炉20，一级氯化炉20包括第一原料入口22、第一氯气入口24、反应剩余物出口，其中第一原料入口22用于输入生产四氯化钛的原料，第一氯气入口24用于输入来自氧化炉10的氯气；二级氯化炉30，二级氯化炉30包括第二原料入口、第二氯气入口32，第二原料入口与一级氯化炉20的反应剩余物出口连接，第二氯气入口32与纯净氯气源40连接；其中氧化炉10的TiCl4输入管道上设有第一流量调节单元，第二氯气入口32与纯净氯气源40之间设有第二流量调节单元。第一流量调节单元可以包括图1中的流量计1，第二流量调节单元可以包括图1中的流量计2和调节阀2。
本发明提供了一种在四氯化钛生产领域，多级氯化炉入炉氯气分配及调整工艺。在根据本发明的实施例的钛白粉生产系统中，一方面，进入一级氯化炉的氯气由氧化炉提供，这部分氯气的流量可以通过调节送入氧化炉的TiCl4的流量来间接调节，即间接地通过调节氧化炉内的反应物的量来调节作为生成物的氯气的量，而无需直接调节氯气流量，防止氯气中的固体杂质对流量计的计量精度造成影响。另一方面，进入二级氯化炉的氯气由纯净氯气源提供，由于是纯净氯气，不存在固体杂质的影响，因此可以对该部分纯净氯气直接调节，不会影响计量精度。从而通过以上两方面可以保证氯气精确地分配到一级氯化炉和二级氯化炉，提高反应效率，降低氯气和原料消耗，同时减少尾气处理系统的碱液消耗。
本发明设置多级氯化炉，在一级氯化炉20内发生主反应，其中富钛矿、钛渣等原料与氯气反应生成四氯化钛，氯化炉具有一定的反应效率，反应不可能完全进行，从而存在一定的反应剩余物，所述反应剩余物进入二级氯化炉30内进一步反应，以保证原料充分反应。一级氯化炉也可称作主炉，二级氯化炉也可称作副炉。现有技术一般将氧化炉排出的循环氯气提供给氯化炉进行氯化反应，本申请的发明人发现，如果将循环氯气分配给一级氯化炉20和二级氯化炉30，循环氯气中的固体杂质会对流量计的计量精度造成影响，进而导致氯气分配不准确。对此，本发明提供纯净氯气源40为二级氯化炉30提供纯净氯气。
与第一原料入口22连接的原料输入管道上设有第三流量调节单元，其中第一流量调节单元、第二流量调节单元以及第三流量调节单元设置为：
使得进入氧化炉10的TiCl4中的Ti元素量与进入一级氯化炉20的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.85～0.95:1；和/或
使得进入二级氯化炉30的Cl2量与进入一级氯化炉20的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.1～0.2:1。
0.85～0.95:1的摩尔比可以很好地配合一级氯化炉20的反应效率(反应程度)，使得一级氯化炉20内的原料或者氯气不会过多或过少。0.1～0.2:1的摩尔比则保证副反应与主反应较好配合。图1中的虚线表示了一级氯化炉20的原料加量与氧化炉TiCl4加入量形成连锁，以及二级氯化炉30的氯气加入量与原料渣加入量形成连锁。
一级氯化炉20的第一氯气入口24与第一管道连接，二级氯化炉30的第二氯气入口32与第二管道连接，第一管道和第二管道通过第三管道连接，第三管道设有阀门，第三管道上的阀门可以为图1中的切断阀3。通过设置第三管道和切断阀3，使得多级氯化炉在异常状态下可以通过切断阀3对氯气进行再分配，如一级氯化炉20出现故障，需降低氯气通入量时，打开切断阀3，使得氯气进入二级氯化炉30，即可实现一级氯化炉20氯气量的降低，而无需对氧化炉10的TiCl4流量等氧化工序参数进行调整。第一管道与第三管道的连接节点为第一节点，第二管道与第三管道的连接节点为第二节点。在一级氯化炉20与第一节点之间设有调节阀1，在纯净氯气源40与第二节点之间设有切断阀4，当打开切断阀3时，可以降低调节阀1开度，关闭切断阀4，从而实现一级氯化炉20氯气量的降低。
二级氯化炉30的数量为两个，每个二级氯化炉30的第二氯气入口32通过支管道与主管道连接，主管道连接至纯净氯气源40，每个支管道上设有阀门。以上所述的第二管道包括所述主管道和所述支管道，如图1所示，其中一个支管道上的阀门为切断阀5，另一支管道上的阀门为切断阀6。通过操作切断阀5和切断阀6实现氯气循环交替地流入两个二级氯化炉30。两个二级氯化炉30一用一备，当第一个二级氯化炉30运行时，关闭切断阀6，打开切断阀5，氯气通过管路进入第一个二级氯化炉30，此时第二个二级氯化炉30处于准备阶段；当第二个二级氯化炉30运行时，关闭切断阀5，打开切断阀6，氯气通过管路进入第二个二级氯化炉30，此时第一个二级氯化炉30处于准备阶段。每个二级氯化炉30交替循环地处于运行阶段或准备阶段。
第一管道上设有压力表1，第二管道上设有压力表2，用于分别检测一级氯化炉20和二级氯化炉30底部氯气压力，确定氯化炉反应状态，控制范围为100～200kPa。参考图1，在第一管道上，氧化炉和第一节点之间设有切断阀1，第一节点和一级氯化炉20之间设有压力表1、调节阀1、切断阀2。在第二管道上，在第二节点与二级氯化炉30之间的主管道上设有流量计2、压力表2、调节阀2，在支管道上设有切断阀5、切断阀6。
继续参考图1，氧化炉10包括氧气入口12、TiCl4入口14、反应物出口16，系统还包括分离设备50，分离设备50包括物料入口52、钛白初品出口54以及氯气出口56，物料入口52与反应物出口16连接，氯气出口56与一级氯化炉20连接。分离设备50可以为袋滤器，钛白初品可以送往包膜工序。
系统还包括第一缓冲罐62和第二缓冲罐64，第一缓冲罐62连接在分离设备50与一级氯化炉20之间，第二缓冲罐64连接在纯净氯气源40与二级氯化炉30之间。通过设置第一缓冲罐62和第二缓冲罐64，可以减小管路中流量的不均匀度。纯净氯气源40可以为液氯库，其蒸发的蒸发氯气通过减压阀、调节阀后进入第二缓冲罐64。
根据本发明的另一方面，提出一种在钛白粉生产工艺中分配氯气的方法，包括：
将从用于氧化TiCl4的氧化炉排出的氯气送入一级氯化炉；
将来自纯净氯气源的纯净氯气送入二级氯化炉；
其中，通过调节送入氧化炉的TiCl4的流量来调节送入一级氯化炉的氯气的流量，通过设于纯净氯气源与二级氯化炉之间的流量调节单元来调节送入二级氯化炉的纯净氯气的流量。
在一个实施例中，使得进入氧化炉的TiCl4中的Ti元素量与进入一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.85～0.95:1。在一个实施例中，使得进入二级氯化炉的Cl2量与进入一级氯化炉的原料中的Ti元素量的摩尔比为0.1～0.2:1。
在本发明的实施例中，当一级氯化炉处于异常状态时，通过操作阀门使得来自氧化炉的氯气至少部分地进入二级氯化炉，无需对氧化炉的TiCl4流量等氧化工序参数进行调整，有利于氧化系统所产钛白初品质量的稳定。
在一个实施例中，通过操作阀门使得纯净氯气循环交替地通入两个二级氯化炉，其中当一个二级氯化炉内的反应完毕后将纯净氯气通入另一二级氯化炉。
参考图1，分配氯气的方法具体如下：
S1，氧化炉与多级氯化炉对接生产前，关闭切断阀3，一级氯化炉打开切断阀1、切断阀2、关闭调节阀1，二级氯化炉打开切断阀4，关闭切断阀5、切断阀6；
S2，氧化炉内通入氧气和TiCl4后，反应生成的钛白初品与循环氯气进入氧化袋滤器，循环氯气穿过滤袋后进入缓冲罐，初品去往包膜工序；
S3，压力表1压力大于100kPa后，打开调节阀1，与一级氯化炉内预先加入的原料渣开始反应，生成TiCl4，开始原料渣加入；
S4，一级氯化炉开始生产后，打开切断阀5，关闭切断阀6，打开调节阀2，第一个二级氯化炉开始通氯反应；
S5，第一个二级氯化炉反应完毕后，打开切断阀6、关闭切断阀5，第二个二级氯化炉开始通氯反应；
S6，第二个二级氯化炉反应完毕后，再次打开切断阀5，关闭切断阀6，第一个二级氯化炉开始通氯反应，然后重复步骤S5～S6。
本发明涉及氯化钛白行业或海绵钛行业等四氯化钛生产技术领域，是一种用于多级氯化炉的氯气分配工艺。本发明通过在氯化炉前增加一级氯气分配装置，可以大大提高氯气分配精度，提高反应效率，降低氯气和原料消耗，同时减少尾气处理系统的碱液消耗。本发明的多级氯化炉入炉氯气分配及调整工艺适用于氯化钛白行业或海绵钛行业的四氯化钛生产系统。
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。