1.5 Описание основных аппаратов производства

Хлоратор (XT) является основным технологическим аппаратом и предназначен для получения тетрахлорида титана хлорированием титаносодержащей шихты в расплаве хлористых солей.

XT представляет собой шахту переменного сечения с переходом от рабочей зоны к зоне газового пространства, выполненного из шамотного кирпича. Кожух хлоратора обклеен диабазовой плиткой. За счет разности плотности расплава в хлорирующих зонах и циркуляционных зонах в хлораторе создается направленная циркуляция расплава через переточные каналы.

Для подачи анодного хлоргаза имеются четыре фурменных узла, состоящие из фурмы (сталь и чугун), находящейся в бетонном блоке, фурменного камня и фурменного стояка. Для загрузки шихты в верхней части хлоратора установлены два канала для установки шнековых питателей с регулирующими приводами. При сливе расплава из хлоратора предусмотрены узлы верхнего и нижнего слива.

Для поддержания заданной температуры расплава в хлоратор вмонтированы три водоохлаждаемых графитовых электрода, расположенных под углом 120° относительно друг друга. Параметры температуры расплава хлоратора контролируются термопарой, установленной в графитовом блоке у кармана верхнего слива. Для поддержания необходимой концентрации расплава в хлораторе отработанный расплав периодически выводится из хлоратора в ванну гидроудаления и далее сливается в кислотную канализацию. Нерастворимый осадок из отстойника шнеком выгружается в короб и вывозится в отвал.

Газы и низкокипящие жидкие и твердые хлориды выводятся из хлоратора в виде парогазовой смеси (ПГС) через два газохода в систему конденсации, которая представляет собой серию теплообменных и пылеулавливающих аппаратов, предназначенных для охлаждения, конденсации и разделения сконденсированных продуктов хлорирования. Парогазовая смесь, выходящая из хлоратора, подвергается предварительному охлаждению и частичной очистке в пылеосадительных камерах с плавильником возгонов и без плавильника.

На своде хлоратора имеются отверстия, для установки двух мембран взрывных клапанов, для установки форсунки на линии закачки пульпы в хлоратор и отверстие для установки термопары, для измерения температуры парогазовой смеси (ПГС) под сводом хлоратора и отбора давления ПГС под сводом хлоратора.

Отметим некоторые технические характеристики:

производительность приблизительно 120 т/сутки;

максимальный расход С1-газа - 2 000 м³/ч;

температура расплава - 700-750 °С;

номинальные размеры: высота 11,170 м, диаметр 4,975 м;

объем парогазовой смеси - 65 м³; Р

рабочий уровень расплава - 4 380 мм;

площадь зеркала расплава - 7,6 м²;

Рис. 1.2. Реактор для хлорирования титановых шлаков в расплаве солей

1.6 Описание технологической схемы

Для хлорирования титаносодержащей шихты используется хлоратор (1) с жидкой ванной из расплавленных хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Шихта, которая загружается в хлоратор, состоит из смеси титансодержащего шлака, пекового кокса, технического хлористого натрия или хлористого калия электролитного. Шихта доставляется автошихтовозом (20) и выдувается в приемный бункер (18). Из приемного бункера (18) через расходный бункер (19) винтовым конвейером шихта подается в расплав хлоратора.

Анодный хлоргаз, под давлением 0,10 – 0,11 МПа, подается в расплав через четыре фурмы хлоратора снизу.

Образующиеся в процессе хлорирования высококипящие твердые хлориды (кальция, магния, марганца и др.) вместе с не прохлорировавшейся частью окислов шихты накапливаются в расплаве.

Для поддержания необходимой концентрации «твердых», отработанный расплав периодически выводится из хлоратора в ванну гидроудаления (12) и далее сливается в кислотную канализацию. Нерастворимый осадок из отстойника шнеком выгружается в короб и вывозится в отвал.

Образующиеся в процессе хлорирования титансодержащих материалов продукты хлорирования представляют собой сложную систему, которая состоит из хлоридов (в парообразном или конденсированном состоянии) и газов.

Продукты хлорирования можно условно разделить на четыре группы, отличающиеся по своим физико-химическим свойствам:

- газы – CO₂, HCl, CO, COCl₂, SO₂, N₂, Cl₂ и др.;

- низкокипящие жидкие хлориды - TiCl_4, SiCl_4, VOCl_3, СCl_4, и др.;

- низкокипящие твердые хлориды - AlCl_4, FeCl_3, и др.;

- высококипящие твердые хлориды – MgCl_2, MnCl_2, FeCl_2,CrCl_3,CaCl₂ и др.;

Газы и низкокипящие жидкие и твердые хлориды выводятся из хлоратора в виде парогазовой смеси (ПГС) в систему конденсации, которая представляет собой серию теплообменных и пылеулавливающих аппаратов, предназначенных для охлаждения, конденсации и разделения сконденсированных продуктов хлорирования.

Парогазовая смесь выводится через два газохода, находящихся в верхней части хлоратора (1) и поступает в пылеосадительную камеру с плавильником возгонов (2) и пылеосадительную камеру без плавильника возгонов (3). Уловленные в пылеосадительной камере (3) «возгоны» выгружаются в установленные под конусами камер кюбели (10) и вывозятся на размывку. В пылеосадительной камере с плавильником (2), «возгоны» улавливаются расплавом и накапливаются в нагреваемом до температуры от 200 до 400 ^оС плавильнике, куда через фурмы подается воздух и происходит дохлорирование компонентов шихты. В пылеосадительной камере с плавильником осуществляется дополнительная очистка от твердых хлоридов и продуктов пылеуноса вследствие взаимодействия твердых хлоридов ПГС с расплавом. При накоплении расплава в плавильнике его периодически или непрерывно сливают через верхнюю летку в ванну гидроудаления (12).

Охлажденная и частично очищенная ПГС из пылеосадительных камер поступает в оросительный скруббер (4, 5) для дальнейшего охлаждения ПГС, улавливания твердых частиц, а также частичной конденсации тетрахлорида титана в количестве, необходимом для получения транспортабельной пульпы с массовой концентрацией в ней твердых примесей не более 300 г/дм³.

Пульпа собирается в баке с мешалкой (8) и через орошаемые водой холодильники (7) погружным насосом подается на оросительный скруббер (4,5) для орошения. Избыток пульпы, образующейся в процессе конденсации, непрерывно через регулирующий клапан закачивается в хлоратор, при этом тетрахлорид титана испаряется, снижается температура выходящей из хлоратора ПГС, а твердые хлориды_, C и TiO₂ переходят в расплав и участвуют в основных реакциях хлорирования.

Охлажденная до точки росы тетрахлорида титана и отмытая от твердых хлоридов ПГС из оросительного скруббера(4,5) поступает в оросительный конденсатор (6), где происходит конденсация тетрахлорида титана за счет дальнейшего охлаждения ПГС охлажденным тетрахлоридом титана.

Сконденсировавшийся тетрахлорид титана стекает в бак для TiCl₄ (9), из которого подается для охлаждения в теплообменники (7) типа «труба в трубе» (ТТ), холодильник охлаждается рассолом хлористого кальция. Накопившийся в технический тетрахлорид титана, через перелив в баке стекает в сборный бак технического продукта, откуда перекачивается в цистерну номинальной вместимостью 50 м³, из которой, по мере необходимости, подается на передел очистки от ванадия или в другую баковую аппаратуру.

Отходящие газы после оросительного конденсатора (CO₂, CO, SO₂, N₂, Cl_2, пары TiCl_4, SiCl_4, HCl, COCl₂,) идут на очистку в санитарном скруббере и далее поступают на газоочистку № 2, сточные воды из санитарного скруббера поступают в кислотную канализацию.