一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及本发明涉及冶金领域，特别涉及一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统及方法。


背景技术：

[0002]
在氯化法钛白粉以及海绵钛的生产中，目前大部分工艺是先采用沸腾氯化法制取中间体四氯化钛，再用四氯化钛进一步制取钛白粉或海绵钛，氯气则是沸腾氯化最主要的原料之一。
[0003]
氯气作为重要的工业原料,在我国工业(特别是化工)生产中有着十分广泛的用途。液氯是低压液化气体,属于危险品。因此如何确保液氯气化在使用中的安全,是广大液氯用户非常关注的间题。液氯多由钢瓶气相出料。钢瓶自身的气化氯气量(特别是冬季)有时不能满足生产需要,常采用对钢瓶直接加热的方法,以加速气化。这种方法有可能使液氟温度急剧上升,引起液氯钢瓶或缓冲罐内超压或安全塞熔化,导致事故发生。还有相当一部分用户采用钢瓶液相出料法。出钢瓶的氯气进入带加热套的气化罐进行气化(气化罐属三类压力容器),夹套内通常通蒸汽或热水加热。通蒸汽可造成罐内液氯急剧气化而不易控制；通热水则需增加一套热水循环装置(如热水罐、热水泵等)。
[0004]
目前沸腾氯化工艺过程中，氯气的消耗量比较大，且对涉氯设备要求较高，对氯气的利用率不高


技术实现要素：

[0005]
针对以上缺点，本发明提出了一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统及方法，可实现氯化法钛白粉生产工程中对氯气的有效利用，减少对氯气的损耗，能更加安全、有效的应用到生产过程中，提高氯气的利用率和生产效率。
[0006]
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，该氯气综合利用的系统具有氯气利用率高、损耗少、能够降低生产成本等优点。
[0007]
本发明的另一个目的在于提出一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用方法的方法。
[0008]
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，所述用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统包括：液氯储罐、液氯气化装置、氯气缓冲罐、氯化反应装置、急冷装置、压力调节阀、水浴氯气加热装置、三氯化铝发生器、岩盐装置、氧化反应装置、冷却装置以及气固分离装置；
[0009]
所述液氯储罐具有第一液氯出口和第一液氯入口；
[0010]
所述液氯气化装置具有第二液氯入口和第二氯气出口；所述第二液氯入口与所述第一液氯出口相连；
[0011]
所述氯气缓冲罐具有第三氯气入口和第三氯气出口；所述第三氯气入口与所述第
二氯气出口相连；
[0012]
所述氯化反应装置具有第四氯气入口和第一混合气体出口；所述第四氯气入口与所述第三氯气出口相连；
[0013]
所述急冷装置具有第一混合气体入口、第五氯气入口和第二混合气体出口；
[0014]
所述水浴氯气加热装置具有第六氯气入口和第四氯气出口；所述第六氯气入口与所述第二氯气出口相连，连接所述第六氯气入口与所述第二氯气出口的管道上设有压力调节阀；
[0015]
所述三氯化铝发生器具有第七氯气入口和第三混合气体出口；所述第七氯气入口与所述第四氯气出口相连；
[0016]
所述氧化反应装置具有第二混合气体入口、岩盐入口、第八氯气入口、第九氯气入口和第三混合气体出口；所述第二混合气体入口与所述第三混合气体出口相连；所述岩盐入口、所述第八氯气入口以及所述第九氯气入口均与所述第四氯气出口相连，连接所述岩盐入口和所述第四氯气出口的管道上还设有岩盐装置；
[0017]
所述冷却装置具有第三混合气体入口和物料出口；所述第三混合气体入口与所述第三混合气体出口相连；
[0018]
所述气固分离装置具有物料入口、第五混合气体出口和物料排出口；所述物料入口与所述物料出口相连，所述第五混合气体出口与所述氯气缓冲罐相连。
[0019]
根据本发明实施例的一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，通过设置所述液氯气化装置，可以对液氯气化成气体，通过设置所述氯气缓冲罐，可以对氯化工序氯气进行分配，并且回收氧化工序产生的氯气，以实现工艺介质的循环使用，提高氯气的利用率，降低生产成本。
[0020]
根据本发明的一个实施例，所述水浴氯气加热装置的加热温度t1为50℃～70℃，通过所述压力调节阀控制输入所述水浴氯气加热装置的氯气流速v1满足：v1/t1＝0.001m3/s
·
℃～0.01m3/s
·
℃。
[0021]
根据本发明的一个实施例，所述急冷装置的冷却温度为-5℃～10℃。
[0022]
本发明的第二方面提出一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的方法，应用于如上任一项所述用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，所述一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的方法包括以下步骤：
[0023]
s10、通过液氯气化装置对液氯进行气化，气化后的氯气分配到氯化工序和氧化工序；
[0024]
s20、将步骤s10中经过气化的分配至氯化工序的氯气送至氯气缓冲罐，经氯气缓冲罐输出分配到氯化法应装置和急冷装置；
[0025]
s21、将氯化法应装置中生成的混合气体送至急冷装置进行冷却；
[0026]
s30、将步骤s10中经过气化的分配至氧化工序的氯气送至水浴氯气加热装置；
[0027]
s31、将步骤30中经过水浴加热的氯气分成四路，第一路送至三氯化铝发生器生成三氯化铝混合气体，将生成的三氯化铝混合气体送至氧化反应装置；第二路作为岩盐给料载气，将岩盐装置中的岩盐送至氧化反应装置；第三路和第四路直接送至氧化反应装置用作气幕防护；
[0028]
s32、将氧化反应器反应产生的物料输送至冷却装置进行冷却，冷却后的物料送至
气固分离装置进行气固分离，分离出的气体输送至氯气缓冲罐。
[0029]
根据本发明的一个实施例，步骤s10中，分配至氧化工序和氯化工序的气体比例为1:1.5～2。
[0030]
根据本发明的一个实施例，步骤s20中，分配至氯化反应装置和急冷装置的气体比例为1:2～2.5，急冷装置的冷却温度为-5℃～10℃。
[0031]
根据本发明的一个实施例，步骤s31中，分配至第一路、第二路、第三路以及第四路的氯气比例为3:1:2:2，第三路和第四路的氯气送至氧化反应装置中不同的区域。
附图说明
[0032]
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1是根据本发明实施例的一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统及方法的结构示意图。
[0034]
附图标记：
[0035]
1液氯储罐，2第一液氯出口，3第二液氯入口，4液氯气化装置，5第二氯气出口，6第三氯气入口，7氯气缓冲罐，8第三氯气出口，9第五氯气入口，10第四氯气入口，11氯化反应装置，12急冷装置，13第二混合气体出口，14压力调节阀，15第六氯气入口，16水浴氯气加热装置，17第四氯气出口，18第七氯气入口，19三氯化铝发生器，20第三混合气体出口，21第二混合气体入口，22岩盐装置，23岩盐入口，24氧化反应装置，25第四混合气体出口，26第一液氯入口，27第一混合气体出口，28第一混合气体入口，30第八氯气入口，31第九氯气入口，32第三混合气体入口，33冷却装置，34物料出口，35物料入口，36气固分离装置，37第五混合气体出口，38物料排出口
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
本文使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的，且不意图为限制性。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。本文使用的“所述”意图包括复数形式，包括“至少一个(种)”，除非内容清楚地另外指明。“至少一个(种)”将不被解释为限制“一个”或“一种”。术语“包含”、“包括”表示所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其集合。
[0038]
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用了区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定与物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0039]
下面参考图1描述根据本发明实施例的用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统。如图1所示，
[0040]
所述用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统包括：液氯储罐1、液氯气化装置4、氯气缓冲罐7、氯化反应装置11、急冷装置12、压力调节阀14、水浴氯气加热装置16、三氯化铝发生器19、岩盐装置22、氧化反应装置24、冷却装置33以及气固分离装置36；
[0041]
所述液氯储罐1具有第一液氯出口2和第一液氯入口26；
[0042]
所述液氯气化装置4具有第二液氯入口3和第二氯气出口5；所述第二液氯入口3与所述第一液氯出口2相连；液氯储罐1内的液氯送至液氯气化装置4，在液氯气化装置4中气化为气态。气化后的氯气由第二氯气出口5输出，分配到氯化工序和氧化工序；其中氯化工序包括氯气缓冲罐7、氯化反应装置11和急冷装置12；
[0043]
所述氯气缓冲罐7具有第三氯气入口6和第三氯气出口8；所述第三氯气入口6与所述第二氯气出口5相连；分配至氯化工序的氯气在氯气缓冲罐7内暂存，之后有第三氯气出口8输出至氯化反应装置11和急冷装置12。
[0044]
所述氯化反应装置11具有第四氯气入口10和第一混合气体出口27；所述第四氯气入口10与所述第三氯气出口8相连；氯化反应状置用于氯化法钛白粉生产工艺中制取中间体四氯化钛时的氯化反应，氯化反应后产生的气体以及剩余氯气，通过第一混合气体出口27排出并送至急冷装置12中。
[0045]
所述急冷装置12具有第一混合气体入口28、第五氯气入口9和第二混合气体出口13；急冷装置12用于对氯化反应装置11生成的混合气体进行快速冷却，同时由氯气缓冲罐7输出的部分氯气进入急冷装置12中，该部分氯气具有较低的温度，与氯化反应装置11生成的混合气体混合后可快速降低混合气体的温度，进一步提高急冷装置12的冷却效率；冷却后的混合气体可通过第二混合气体出口13输送至氯气液化装置，以提取混合气体中的氯气并返回至液氯储罐1中，实现工艺介质的循环使用，提高氯气的利用率。
[0046]
本发明实施例提供的用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统中的氧化工序，包括水浴氯气加热装置16、三氯化铝发生器19、岩盐装置22、氧化反应装置24、冷却装置33以及气固分离装置36；
[0047]
所述水浴氯气加热装置16具有第六氯气入口15和第四氯气出口17；所述第六氯气入口15与所述第二氯气出口5相连，连接所述第六氯气入口15与所述第二氯气出口5的管道上设有压力调节阀14；由液氯气化装置4输送至氧化工序的氯气，首先进入水浴加热装置中，由水浴加热装置加热到50℃～70℃。在连接第六氯气入口15与第二氯气出口5的管道上还设有压力调节阀14，用于控制输入水浴加热装置的气体流速。经过水浴加热的氯气分成四路，第一路送至三氯化铝发生器19用于制备三氯化铝，第二路作为岩盐给料载气，将岩盐装置22中的岩盐送至氧化反应装置24；第三路和第四路直接送至氧化反应装置24用作气幕防护；
[0048]
所述三氯化铝发生器19具有第七氯气入口18和第三混合气体出口20；所述第七氯气入口18与所述第四氯气出口17相连；三氯化铝发生器19用于制备三氯化铝，生成的三氯化铝混合气体通过第三混合气体出口20输送至氧化反应装置24。
[0049]
氧化反应状置用于氯化法钛白粉生产工艺中四氯化钛的气相氧化；所述氧化反应装置24具有第二混合气体入口21、岩盐入口23、第八氯气入口30、第九氯气入口31和第三混
合气体出口20；所述第二混合气体入口21与所述第三混合气体出口20相连；所述岩盐入口23、所述第八氯气入口30以及所述第九氯气入口31均与所述第四氯气出口17相连，连接所述岩盐入口23和所述第四氯气出口17的管道上还设有岩盐装置22；岩盐装置22用于向连接所述岩盐入口23和所述第四氯气出口17的管道内输入岩盐，该岩盐通过该管道内流通的氯气送入氧化反应装置24中参与氧化反应；
[0050]
经水浴氯气加热装置16加热后的氯气，还通过第八氯气入口30和第九氯气入口31送至氧化反应装置24中不同的区域，用作气幕防护。
[0051]
所述冷却装置33具有第三混合气体入口32和物料出口34；所述第三混合气体入口32与所述第三混合气体出口20相连；冷却装置33与氧化反应装置24的第三混合气体出口20，用于对第三混合气体出口20输出的混合气体进行冷却；
[0052]
所述气固分离装置36具有物料入口35、第五混合气体出口37和物料排出口38；所述物料入口35与所述物料出口34相连，所述第五混合气体出口37与所述氯气缓冲罐7相连。气固分离装置36与冷却装置33的物料出口34相连，由冷却装置33冷却后的混合气体在气固分离装置36内实现气固分离，其中分离出的固体物料通过物料排出口38排出，而分离出的气体中则输送至氯气缓冲罐7中，气体中存在的氯气可用于参与氯化工序的氯化反应，从而实现工艺介质的循环使用，进一步降低生产成本。
[0053]
根据本发明实施例的一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，通过设置所述液氯气化装置4，可以对液氯气化成气体，通过设置所述氯气缓冲罐7，可以对氯化工序氯气进行分配，并且回收氧化工序产生的氯气，以实现工艺介质的循环使用，提高氯气的利用率，降低生产成本。
[0054]
根据本发明的一个实施例，所述水浴氯气加热装置16的加热温度t1为50℃～70℃，通过所述压力调节阀14控制输入所述水浴氯气加热装置16的氯气流速v1满足：v1/t1＝0.001m3/s
·
℃～0.01m3/s
·
℃。通过控制输入水浴氯气加热装置16的气体流速，配合水浴氯气加热装置16的加热温度，将氯气加热至50℃～70℃，以提高后续三氯化铝的制备效率以及氧化反应装置24中的氧化效率。
[0055]
根据本发明的一个实施例，所述急冷装置12的冷却温度为-5℃～10℃。
[0056]
本发明的第二方面提出一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的方法，应用于如上任一项所述用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的系统，所述一种用于氯化法钛白粉生产氯气综合利用的方法包括以下步骤：
[0057]
s10、通过液氯气化装置4对液氯进行气化，气化后的氯气分配到氯化工序和氧化工序；
[0058]
s20、将步骤s10中经过气化的分配至氯化工序的氯气送至氯气缓冲罐7，经氯气缓冲罐7输出分配到氯化法应装置和急冷装置12；
[0059]
s21、将氯化法应装置中生成的混合气体送至急冷装置12进行冷却；
[0060]
s30、将步骤s10中经过气化的分配至氧化工序的氯气送至水浴氯气加热装置16；
[0061]
s31、将步骤30中经过水浴加热的氯气分成四路，第一路送至三氯化铝发生器19生成三氯化铝混合气体，将生成的三氯化铝混合气体送至氧化反应装置24；第二路作为岩盐给料载气，将岩盐装置22中的岩盐送至氧化反应装置24；第三路和第四路直接送至氧化反应装置24用作气幕防护；
[0062]
s32、将氧化反应器反应产生的物料输送至冷却装置33进行冷却，冷却后的物料送至气固分离装置36进行气固分离，分离出的气体输送至氯气缓冲罐7。
[0063]
根据本发明的一个实施例，步骤s10中，分配至氧化工序和氯化工序的气体比例为1:1.5～2。
[0064]
根据本发明的一个实施例，步骤s20中，分配至氯化反应装置11和急冷装置12的气体比例为1:2～2.5，急冷装置12的冷却温度为-5℃～10℃。通过控制输入急冷装置的氯气比例，能够快速实现氯化反应装置输出的混合气体的冷却，使得混合气体冷却至-5℃～10℃。便于后续氯气的回收以及尾气的处理。
[0065]
根据本发明的一个实施例，步骤s31中，分配至第一路、第二路、第三路以及第四路的氯气比例为3:1:2:2，第三路和第四路的氯气送至氧化反应装置24中不同的区域。通过控制水浴加热的氯气分配比例，即满足了制备三氯化铝的需求，同时能够为岩盐的输入提供驱动气；将第三路和第四路的氯气送至氧化反应装置24中不同的区域还能够为氧化反应装置24内的气相氧化提供气幕保护，极大地提高了氯气的利用率。
[0066]
尽管本文中较多的使用了诸如液氯储罐、液氯气化装置、氯气缓冲罐、氯化反应装置、急冷装置、压力调节阀、水浴氯气加热装置、三氯化铝发生器、岩盐装置、氧化反应装置、冷却装置以及气固分离装置等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0067]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。