低温沸腾氯化炉反应段结构的制作方法

本发明涉及一种用碳化高炉渣制取四氯化钛的低温沸腾氯化炉反应段结构，属于化工冶金技术领域。

背景技术

氯化法生产四氯化钛工艺在我国已得到广泛应用，其中低温沸腾氯化工艺使用的原料为碳化高炉渣(含tic，10％～14％)，目前，全世界仅有攀钢在使用高钛型高炉渣提取四氯化钛的工艺，该工艺的低温氯化部分使用的氯化炉为空炉结构，即炉内除了气体分布器外不存在任何内构件。由于碳化渣的密度较大(2.0～2.2t/m3)，有效成分较少致使炉内床层较高，这样的炉型结构会导致一些不足，比如扩散阻力过大、局部压力过大、炉体震动剧烈、原料停留时间短且分布不均，以及反应和传动的推动力下降等等，这些问题将会严重影响氯化生产的氯化率，造成大量氯气富余和氯化残渣，给生产系统和环境带来极大压力，必须解决。

同时老式的氯化工艺为了控制炉内温度和处理后续工艺产生的大量泥浆，往往采用从炉顶返泥浆控温的方式，来带走氯化炉内多余热量和处理泥浆，如果遇到原料颗粒粒度较大或流化状况不好，淤积在炉体底部的大量氯化残渣和原料都会与返炉泥浆混合，在一定温度下形成大量结块，从而出现死炉、停炉现象，造成巨大生产损失。

技术实现要素：

为克服现有氯化炉存在的扩散阻力过大、炉体震动剧烈、原料停留时间短且分布不均等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能改善炉内原料停留时间和分布状况的低温沸腾氯化炉反应段结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

低温沸腾氯化炉反应段结构，所述反应段的底部设有气体分布器，反应段的壁面上设有气幕分布器，所述气体分布器上均布有多个竖直向上的吹气孔，所述气幕分布器上均布有多个与反应段连通的气幕孔。

进一步的是，所述气体分布器包括相互连通的主管和支管，主管呈十字形，支管为多个以主管中心为圆心的同心圆结构。

进一步的是，所述气体分布器的进气口位于十字形主管的中部，所述吹气孔均布在主管和支管的同一侧，吹气孔的孔径为10～20mm。

进一步的是，所述气幕分布器上的气幕孔的轴线沿反应段内壁面切向布置。

进一步的是，所述气幕分布器为设置在反应段内壁或外壁上的夹层结构，所述气幕孔均布在夹层结构壁面上。

进一步的是，所述气幕孔分为至少5层，每层间距35～46mm，每一层包括至少8个气幕孔，气幕孔的孔径为25～30mm。

进一步的是，所述反应段的整个炉体机构均采用inconel合金制作，反应段直径为3～4m，料层高度为1.8～2.2m。

进一步的是，所述反应段的下端炉底位置设有向下倾斜的下排渣口，下排渣口转角处设有氮气吹喷管，所述反应段上端侧面设有上排渣口，所述上排渣口与反应段下端的进料口在一个纵切面上呈对角线布置。

本发明的有益效果是：利用设置在炉底的气体分布器喷出n2来向上提升碳化渣并使其在反应段内沸腾流态化，然后利用气幕分布器喷出旋流式的cl2与碳化渣充分接触，并且促使炉内tic的分布均匀，直接参与氯化主反应即可，不再消耗过多氯气以提供流化动力，大大提升了tic的转化率，节省了资源，降低了环境的污染。

附图说明

图1是本发明反应段结构示意图。

图2是本发明气体分布器结构示意图。

图3是本发明气幕分布器结构示意图。

图中标记为，1-反应段，2-气体分布器，3-气幕分布器，11-下排渣口，12-氮气吹喷管，13-上排渣口，14-进料口，21-吹气孔，22-主管，23-支管，24-进气口，31-气幕孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的低温沸腾氯化炉反应段结构，所述反应段1的底部设有气体分布器2，反应段1的壁面上设有气幕分布器3，所述气体分布器2上均布有多个竖直向上的吹气孔21，所述气幕分布器3上均布有多个与反应段1连通的气幕孔31。传统的低温沸腾氯化炉一般是从氯化炉的顶部进行加料，利用反应段底部向上喷出的氯气使物料扩散并发生反应，该炉型结构的缺点是扩散阻力过大、局部压力过大、炉体震动剧烈、原料停留时间短且分布不均，以及反应和传动的推动力下降等，这些问题将会严重影响氯化生产的氯化率，造成大量氯气富余和氯化残渣。

本发明的结构则能很好的克服以上这些缺陷。本发明的工作过程是：采用底部加料的方式，进料口14位于反应段底部，n2经过气体分布器2的作用向上提升碳化渣在反应段内沸腾流态化，n2和碳化渣的相互作用，在炉内反应段形成一个个气泡，从炉底向炉顶运动，由于压力不断减小，气泡变大，直到碳化渣无法包裹，气泡爆裂。在此过程中，cl2经过反应段气幕分布器3的作用进入爆裂的气泡场中，与碳化渣充分接触，并且促使炉内tic的分布均匀，直接参与氯化主反应即可，不再消耗过多氯气以提供流化动力，从而节约了能源，提高了生产效率。经计算，采用本装置cl2的使用量减少了58％左右，床层较低，炉内静压整体较低，降低了扩散阻力，另外，形成的气泡较小，减小了因气泡爆裂而引起的炉体震动强度，同时抑制了气体的逆向返混，提高了传质、传热速率，使得反应段床层稳定物料混合均匀。

由于流化动力完全由气体分布器提供，因此气体分布器2需要有足够的强度，并保证气体分布均匀。如图2所示，本发明采用的气体分布器2包括相互连通的主管22和支管23，主管22呈十字形，支管23为多个以主管22中心为圆心的同心圆结构。所有气体通道均为管道，可保证结构的稳定性，提高气体喷出的压力。十字形的主管22与同心圆的支管23相结合，可使气体均匀分散。进一步的，所述气体分布器2的进气口24位于十字形主管22的中部，所述吹气孔21均布在主管22和支管23的同一侧，吹气孔21的孔径为10～20mm。进气口24位于主管22中部，可使喷出的气体中部压力最高，然后支管23上的压力逐圈向外降低，该结构更有利于提升碳化渣，并形成较好的沸腾流态化。

所述气幕分布器3上的气幕孔31的轴线沿反应段内壁面切向布置。如图3所示，气幕孔31的外边缘与中部空腔的外缘相切。该结构可使喷出的氯气切向旋流进入爆裂的气泡场中，与碳化渣接触更加充分。并且切向旋流进入的氯气还能促进炉内物料保持良好的流动性，避免了部分采用返泥浆工艺控温的低温氯化炉出现的物料结块现象。

所述气幕分布器3的具体结构可以采用绕反应段内壁盘旋的管状结构，也可以采用在反应段内壁或外壁上设置夹层结构的形式，所述气幕孔31均布在夹层结构壁面上。其中优选设置在反应段1内壁上的夹层结构，该结构便于施工，不破外炉体结构，并且可保证内壁的光滑，不阻碍物料流动。

进一步的，所述气幕孔31分为至少5层，每层间距35～46mm，每一层包括至少8个气幕孔，气幕孔的孔径为25～30mm。根据大量计算分析和试验得出，在常用的气体压力条件下，安装该尺寸结构进行设计，能够得到最佳的旋流效果。

所述反应段1的整个炉体机构均采用inconel合金制作，反应段1直径为3～4m，料层高度为1.8～2.2m。inconel合金质量较轻，且具有很好的抗腐蚀性能，是制作反应段炉体的最佳材料。由于采用了气体分布器2和气幕分布器3，能够得到很好的流态化物料，因此反应段1的尺寸可以做的更大，传统的只能做到1.2m～2.5m，而本发明可以做到3～4m，料层高度可以达到1.8～2.2m，真正实现大型化生产。

除了提高流态化效果，优化进料和排渣也是现有炉体需要改进的地方。现有炉体一般是上部进料，下部排渣，经常需要停氯停料排渣。而本发明在所述反应段1的下端炉底位置设有向下倾斜的下排渣口11，下排渣口11与炉体的转角处设有氮气吹喷管12，所述反应段1上端侧面设有上排渣口13，所述上排渣口13与反应段下端的进料口14在一个纵切面上呈对角线布置。利用该结构能够实现上下排渣，并利用氮气吹喷管12辅助排渣，能保证氯化炉的连续运行，无需停氯停料排渣的同时，系统能够更稳定的得到控制。

整体来说，相较我国现有的沸腾氯化炉而言，本发明具有以下优势：

1、cl2的使用量减少了58％。床层较低，炉内静压整体较低，降低了扩散阻力，另外，形成的气泡较小，减小了因气泡爆裂而引起的炉体震动强度，同时抑制了气体的逆向返混，提高了传质、传热速率，反应段床层稳定物料混合均匀；

2、反应段直径较大，国内一般氯化炉直径在1.2m～2.5m，大型化困难，而此工艺生产方式在大型化上没有传统工艺的障碍；

3、由于反应段气幕分布器的使用cl2不再参与提升动力，只做主反应气体，且能更充分均匀的与tic接触，大大提升了tic的转化率，节省了资源，降低了环境的污染，同时反应段气幕分布器的切向旋流进气，使得炉内物料保持良好的流动性，避免了部分采用返泥浆工艺控温的低温氯化炉出现的物料结块现象；

4、改变传统的上部加料—下部排渣的方式，使用下部加料—上部、下部排渣相结合的方式，有利于氯化炉的连续运行，无需停氯停料排渣的同时，系统能够更稳定的得到控制。