多級快速氯化爐的制作方法

本實用新型屬于化工生產設備領域，特別是一種多級快速氯化爐。

背景技術：

鈦工業中一個極為重要的環節是氯化富鈦原料生產TiCl4, TiCl4是鈦工業中的最重要的中間產品，是氯化法生產鈦白粉，水熱法生產納米鈦酸鋇的重要中間產品。TiCl4可通過沸騰氯化獲得，沸騰氯化也稱流態化氯化，是以氯氣為流體和氯化劑，將高鈦渣和石油焦的混合料在沸騰爐內處于懸浮狀態下，在高溫下進行氯化反應制取四氯化鈦的過程。

沸騰氯化是現行生產的主要工藝，中國、美國、日本采用，在當前的生產中，根據流態化氯化爐底部有無篩板，又分為有篩板流態化氯化和無篩板流態化氯化兩種工藝方法。目前國內生產廠家較少采用篩板氯化爐，主要是經常發生篩板堵塞現象。

專利號為201510534669.3的中國專利公開了一種沸騰氯化爐,該爐可以使粉狀原料在爐內與氯氣沸騰氯化，且有很好的抗粘結性能，避免原料顆粒粘結現象，但此沸騰氯化爐采用較低的氯化溫度和較低的氣速，粉狀原料與氯氣在爐內沒有很好的湍流懸浮效果，氯化反應生成的殘渣和高沸點的氯化物都落到篩板上，容易造成篩板堵塞。爐子在生產期間排渣次數多，而且排渣時需要停止通入氯氣、混合料，從而降低單爐產能，且不能再次利用反應過的殘渣。

技術實現要素：

本實用新型所解決的技術問題在于提供一種快速、連續、高效的多級快速氯化爐。

實現本實用新型目的的技術解決方案為：一種多級快速氯化爐，多級快速氯化爐從上至下依次由快速床、復合湍流床、快速反應及回收床三段串聯組成，所述快速床、復合湍流床、快速反應及回收床均為圓筒形，復合湍流床內徑大于快速床內徑，復合湍流床內徑大于快速反應及回收床內徑，快速床上端設有反應混合物排出口，快速床下端與復合湍流床上端連通，復合湍流床下端與快速反應及回收床上端連通，快速反應及回收床上端側壁設有粉狀混合物進料口，位于粉狀混合物進料口下方的快速反應及回收床內設有氣體分布器，氣體分布器與氯化爐氯氣管道連通，位于氣體分布器下方的快速反應及回收床內設有高鈦渣氯化反應器；

所述高鈦渣氯化反應器包括碟形分布器、漏斗形氣罩、傳動轉軸、變速器、驅動電機、漏斗形收集器、隔熱底板，所述碟形分布器由兩個圓錐體組成，兩個圓錐體底部直徑相同，兩個圓錐體底部固定連接，碟形分布器底部與傳動轉軸一端固定連接，隔熱底板與快速反應及回收床的內壁固定連接，傳動轉軸與隔熱底板轉動連接，驅動電機固定于快速反應及回收床上，驅動電機通過變速器與傳動轉軸另一端連接，漏斗形氣罩置于碟形分布器上方，漏斗形氣罩邊緣與快速反應及回收床的內壁固定密封連接，漏斗形氣罩與碟形分布器的錐面留有間隙，漏斗形收集器邊緣與快速反應及回收床的內壁固定密封連接，其中漏斗形氣罩的進料口與漏斗形收集器的出料口連通，所述隔熱底板設有廢料出口和氯氣進氣孔，氯氣進氣孔與高鈦渣氯化反應器氯氣管道連通。

優選地，所述隔熱底板設為一圈凹槽，凹槽橫切剖面為V形，凹槽內設有廢料出口。

優選地，所述多級快速氯化爐的爐體從外向內依次由鋼制鐵桶、保溫層、耐火材料層組成。

優選地，所述快速床、復合湍流床、快速反應及回收床內均設有若干K型電熱偶和取壓管。

優選地，所述復合湍流床與快速反應及回收床之間設有分布板。

優選地，所述分布板為雙面波浪形的多個大孔分布板。

本實用新型與現有技術相比，其顯著優點：

（1）本實用新型多級快速氯化爐為解決固相在流化床反應區的停留時間，大幅提高裝置產能，采用半稀相的湍流床代替一般的循環管，實現氣固并流向上的新型快速流化床。

（2）本實用新型多級快速氯化爐為三段爐體組成，從而使爐內的混合物產生活塞式或近似活塞式的流動，兩相之間的反應推動力和接觸效率都有明顯的改善，提高氯化反應效率。

（3）本實用新型多級快速氯化爐具有一定的抗粘結性能，如果CaCl2 和MgCl2 等導致原料顆粒的粘結的物質存在粘結現象，則通過多級快速流化床頂部的反應混合物排出口進入收塵系統中的物質應該不存在CaCl2 和MgCl2，即收塵渣中不會有導致粘結的CaCl2、MgCl2 等氯化物存在。

（4）本實用新型帶有回收裝置的多級氯化爐的分布板為雙面波浪形的多個大孔分布板，波浪形的表面和大孔洞在生產中即保證物料順利通過，又避免分布板面出現粘結堵塞。

（5）本實用新型的高鈦渣氯化反應器能夠將多級快速氯化爐中部分沒有反應的粉狀混合物或沒有沸騰起來的粉狀混合物再次氯化反應，提高原料利用率，節省成本。

（6）本實用新型的高鈦渣氯化反應器的漏斗形氣罩與碟形分布器的錐面留有間隙，形成狹窄的氯氣通道，使高鈦渣與石油焦粉狀混合物與氯氣充分接觸，提高氯化反應效率。

（7）本實用新型的高鈦渣氯化反應器為了有充足的時間供粉狀混合物與氯氣氯化反應，碟形分布器的錐面坡度傾斜角不能太大，坡面傾斜角太小又會導致粉狀混合物在錐面堆積產生堵塞，因此碟形分布器在驅動電機下以一定速度旋轉，可以有效防止粉狀混合物在碟形分布器的錐面堆積，消除堵塞。

（8）本實用新型的高鈦渣氯化反應器的隔熱底板設為一圈凹槽，凹槽更容易收集氯化反應后固定反應物，使其從廢料出口排出。

下面結合附圖對本實用新型多級快速氯化爐作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為實用新型多級快速氯化爐的結構示意圖。

圖2為本實用新型的高鈦渣氯化反應器結構示意圖。

圖3為本實用新型的高鈦渣氯化反應器的俯視結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示：一種多級快速氯化爐，多級快速氯化爐從上至下依次由快速床1、復合湍流床2、快速反應及回收床3三段串聯組成，所述快速床1、復合湍流床2、快速反應及回收床3均為圓筒形，復合湍流床2內徑大于快速床1內徑，復合湍流床2內徑大于快速反應及回收床3內徑，快速床1上端設有反應混合物排出口11，快速床1下端與復合湍流床2上端連通，復合湍流床2下端與快速反應及回收床3上端連通，快速反應及回收床3上端側壁設有粉狀混合物進料口4，位于粉狀混合物進料口4下方的快速反應及回收床3內設有氣體分布器5，氣體分布器5與氯化爐氯氣管道6連通，位于氣體分布器5下方的快速反應及回收床3內設有高鈦渣氯化反應器7；

如圖2-圖3所示：高鈦渣氯化反應器7包括碟形分布器71、漏斗形氣罩72、傳動轉軸73、變速器74、驅動電機75、漏斗形收集器76、隔熱底板77，所述碟形分布器71由兩個圓錐體組成，兩個圓錐體底部直徑相同，兩個圓錐體底部固定連接，碟形分布器71底部與傳動轉軸73一端固定連接，隔熱底板77與快速反應及回收床3的內壁固定連接，傳動轉軸73與隔熱底板77轉動連接，驅動電機75固定于快速反應及回收床3上，驅動電機75通過變速器74與傳動轉軸73另一端連接，漏斗形氣罩72置于碟形分布器71上方，漏斗形氣罩72邊緣與快速反應及回收床3的內壁固定密封連接，漏斗形氣罩72與碟形分布器71的錐面留有間隙，漏斗形收集器76邊緣與快速反應及回收床3的內壁固定密封連接，其中漏斗形氣罩72的進料口與漏斗形收集器76的出料口連通，所述隔熱底板77設有廢料出口81和氯氣進氣孔82，氯氣進氣孔82與高鈦渣氯化反應器氯氣管道83連通。

隔熱底板77設為一圈凹槽，凹槽橫切剖面為V形，凹槽內設有廢料出口81，便于爐渣收集排出。

多級快速氯化爐的爐體從外向內依次由鋼制鐵桶、保溫層、耐火材料層組成。

快速床1、復合湍流床2、快速反應及回收床3內均設有若干K型電熱偶和取壓管，可實時監測爐內溫度和壓力，以便做出相應調整。

復合湍流床2與快速反應及回收床3之間設有分布板，有效提高爐內氣動效果。

分布板為雙面波浪形的多個大孔分布板，在生產中保證物料順利通過，并獲得均勻、活躍的復合湍流床2且要避免分布板面出現粘結核心。

本實用新型本實用新型的工作原理：

高鈦渣氯化反應是放熱反應，其所放出的熱量是維持反應進行的主要供熱源。高鈦渣氯化反應應在900℃～1000℃的溫度環境下，高鈦渣（主要含有TiO2，Ti2O3，TiO，TiN，TiC，FeO，MnO2，MgO，CaO，SiO2，V2O5）與石油焦按一定的比例混合粉狀物通過螺旋輸送加料器加入快速反應及回收床3內；多級快速氯化爐底部的氣體分布器5通入高壓快速氯氣；爐內反應溫度是通過調節氯氣氣速和混合料加料速度等，工藝參數穩定維持在1000～1273 K，高鈦渣與氯氣在多級快速氯化爐的三段式爐體內產生活塞式或近似活塞式的流動，提高反應推力和接觸效率，提高效率氯化反應。多級快速氯化爐運行一段時間后需從隔熱底板77的廢料出口81期排出爐渣，反應混合物排出口11排出物為氣體產物和氣體夾帶的粉塵。

氯氣與混合粉狀物產生如下反應：

主反應：

TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO＋Q TiO2＋C＋2Cl2＝TiCl4＋CO2＋Q

副反應：

Fe2O3＋3C＋3Cl2＝2FeCl3＋3CO 2Fe2O3＋3C＋6Cl2＝4FeCl3＋3CO2

CaO＋C＋Cl2＝CaCl2＋CO 2CaO＋C＋2Cl2＝2CaCl2＋CO2

MgO＋C＋Cl2＝MgCl2＋CO 2MgO＋C＋2Cl2＝2MgCl2＋CO2

Al2O3＋3C＋3Cl2＝2AlCl3＋3CO 2Al2O3＋3C＋6Cl2＝4AlCl3＋3CO2

MnO＋C＋Cl2＝MnCl2＋CO 2MnO＋C＋2Cl2＝2MnCl2＋CO2

SiO2＋2C＋2Cl2＝SiCl4＋2CO SiO2＋C＋2Cl2＝SiCl4＋CO2

V2O5＋3C＋3Cl2＝2VOCl3＋3CO 2V2O5＋3C＋6Cl2＝4VOCl3＋3CO2

CH4＋2Cl2＝4HCl＋C 2H2O＋2Cl2＝4HCl＋O2

多級快速氯化爐中部分沒有反應的粉狀混合物或沒有沸騰起來的粉狀混合物落入鈦渣氯化反應器7的碟形分布器71上與氯氣產生氯化反應；碟形分布器7在驅動電機75的驅動下以一定速度轉動，防止混合粉狀物堆積堵塞。