降低氯化炉烧失的经济性分析及可行性报告

降低氯化炉烧失的经济性分析及可行性报告

刘景 ,赵武

焦作市中站区佰利联  河南省焦作市  454000

摘要：目前氯化法钛白粉项目已投入生产，其中氯化炉作为反应的核心设备，氯化炉的控制条件显得尤为重要；通常氯化炉的温度，床层，烧失，PHI值，压力等是重要指标，例如温度达不到要求或者床层低等，会造成反应不完全、透氯等情况；烧失高则说明消耗的碳（石油焦）多，造成生产成本增加，为降低生产成本，需要在不影响正常生产反应的情况下，降低氯化炉内的烧失，本文主要来探讨降低氯化炉烧失的可行性及经济性。

关键词： 烧失，生产成本

引言：

目前国内外钛白粉生产主要是以硫酸法和氯化法为主，依照目前环保要求，氯化法这种低污染新工艺必将逐渐取代氯化法，而氯化法中对氯化炉的控制及工艺调整非常关键，其中通过调整烧失的高低可以决定石油焦的消耗量，因此，若想降低生产成本，可以通过降低氯化炉的烧失，在不影响氯化炉的正常生产下如何降低烧失，是本文探讨的主要内容。

一：氯化法发展现状

目前，全球钛白粉生产工艺只有硫酸法和氯化法两种技术。硫酸法钛白粉生产工艺诞生于1916年，工艺污染重，生产一吨钛白粉产品同时会产出约8吨废酸；操作包含5大工段、24道工序，较为复杂；产品价格低，且只能间歇式生产，现已被国家列入“限制类”工艺。氯化法钛白粉生产工艺，因具有工艺流程短、装置产能大、自动化程度高、产品品质好、环保效益突显、污染排放量小等众多优势而发展迅猛，在国际上已经成为十分成熟的先进工艺。

二：工艺描述

经过配比达到符合生产要求规格的矿和石油焦，进入氯化炉中，在高温和石油焦的催化作用下，生产出粗四氯化钛气体，粗四氯化钛气体通过急冷塔的喷淋四氯化钛降温，进入旋风收尘器进行气固分离，冷却下来的固体颗粒及金属氯化炉经过粉尘制浆罐及石墨换热器打浆降温后排放至渣处理工段进行下一步处理，气体进入到冷凝工段冷凝，得到粗四氯化钛液体，后经精制工段除钒除硅，得到经四氯化钛液体，最后再送入氧化工段反应。

其中氯化炉作为氯化的核心设备，在整个反应过程中起到重要作用，在氯化炉中主要有以下反应：

TiO2+C+2Cl2=TiCl4+CO2

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+CO

C+O2=CO   

C+O2=CO2

氯化炉内部利用焦炭还原作用来使钛矿氯化，其中石油焦与氧气反应，为氯化反应提供热量；石油焦在氯化反应中起到还原剂的作用，促进反应进行，同时与氯化反应中生成的氧气反应，抑制氯化反应的逆反应的进行，并且在没有碳存在的情况下反应不能自发进行；因此焦炭必须过量来使原料中的二氧化钛完全反应；同时多余的焦炭会和氧气反应放出大量的热，为反应提供条件。

目前主装置氯化炉的运行温度一般在900度以上，氯化炉的烧失控制在35%-40%,LOI值一般在40-50；矿焦比在4:1左右。

三：降低烧失的可行性分析

（一）温度

查资料可知，温度在400-600°C时，主要生成CO2,温度在600度以上时，主要生成CO2,若反应后产生的CO量减少，即CO/CO2降低，相对应的LOI值也会降低，烧失降低，生产成本随之降低，然而，根据实际情况，若氯化炉反应温度低，则会造成TIO2反应不完全，不能完全生成四氯化钛，夹杂生成其余的金属氯化物，同样排出的尾气中也会含有未反应的氯气。因此，不能通过单纯的降低温度来降低烧失，降低生产成本。

根据专家的温度曲线及建议，炉内温度最低应为952度。

（二）床层要求

目前烧失控制在35-40%,若降低烧失，将烧失控制在低于20%，氯化炉床层中必须满足以下条件：SIO2的含量需达到45%，35%的矿，20%的石油焦。

（三）原料比例

通过增大矿焦比，减少石油焦的输送量来降低烧失；根据计算（不考虑焦损），如下表格：

Loi与矿焦比对照表

若将矿焦比调整为6.38:1，此时尾气中CO含量极少，此时投入氯化炉的石油焦含量约为13.5%，此时氯化炉的烧失则需控制在10%，床层中SIO2等惰性介质含量需达到55%，矿的含量需达到35%；氯化炉烧失最低可控制在8%，该种情况理论情况下可以实现，但在实际生产中，由于床层成分，温度等影响，实现较困难。

因此，根据曲线，当LOI值在20%，矿焦比为5.88:1，当loi值为30%时，矿焦比为5.54:1，当loi值为40%时，矿焦比为5.2:1。

四：调整步骤

（一）返氧含量

目前氧化返氧含量控制在6%左右，根据专家建议，若LOI值降低，则氧化返氧量控制在3%-5%;其中氧化返氧是随着返回氯气到达氯化炉的；即预热器中过量的氧气与四氯化钛反应，将液态四氯化钛完全反应，剩余多余的氧气进入氯化。因此，在保证返氧仪表准确的情况下，缓慢调整，降低返氧含量。

（二）床层

氯化炉的床层必须为流化床层，氯化法二期氯化炉均采用底部分布164个进气孔的流化床层，而氯化法一期采用的是侧边36个进气孔进气床层，这种床层很难达到，但是可以将36个进气孔全部打开来进行尝试。

（三）床层分析

调整氯化炉床层碳含量。根据床层取样分析结果将床层烧失降低至9%-10%，根据上图曲线，烧失在10%的情况下，矿焦比大约在6.22:1（不焦虑焦损），进行逐渐调整。

（四）调整周期：

上述条件下调整周期大概需要6个月达到理想效果。

（五）预期效果

在此种条件下，床层烧失下降至10%，同时排放尾气中的CO,COS也基本消除。

五：经济分析

下表为加矿成分分析：

经过计算可知，一吨钛矿可以产出1.81吨四氯化钛，2.375吨四氯化钛产生一吨二氧化钛，若按照年产10万吨二氧化钛，则一年需要约13.12万吨钛矿。

当loi值为0.1时，矿焦比为6.38:1，需要投入的为2.05万吨石油焦，

当loi值为0.2时，矿焦比为5.88:1，需要投入的为2.23万吨石油焦，

当loi值为0.3时，矿焦比为5.54:1，需要投入的为2..37万吨石油焦，

当loi值为0.4时，矿焦比为5.2:1，需要投入的为2.52万吨石油焦，

目前石油焦的费用约4000元/吨。消耗费用如下：

结论

根据上述分析及结果，降低氯化炉的床层的烧失具有可行性，通过调整矿焦比，改变氧化的返氧含量，经过一定的调整周期，可以实现将烧失降低至20%以下，降低烧失，消耗石油焦量减少，单条线的生产成本也会随之降低500-1000万。然而，降低氯化炉的烧失需要根据实际情况，在调整过程中，对于物料计量，炉温等也有严格的要求。调整过程需要循序渐进，实现降低烧失，降低生产成本的目标。