一种反应器大盖余热回收利用装置和方法与流程

本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种反应器大盖余热回收利用装置和方法。

背景技术：

目前国内外工业生产海绵钛均采用镁还原四氯化钛方法，直接在密闭容器内通入四氯化钛，镁还原四氯化钛是放热反应，其主要化学反应为：ticl4+mg→mgcl2+q，反应热直接幅射到大盖底板，特别是在还原加料后期，大盖底板被热腐蚀，杂质铁混入产品中，导致产品中的铁含量偏高；如果多余的热量不能及时排出，会造成反应区域温度过高，会导致海绵钛的结构致密，影响后期蒸馏工艺，致使海绵钛中残存大量的镁和氯等杂质元素，降低海绵钛的品质。同时在反应过程中热量不能及时导出，大盖与底板与镁液面之间的混合气体(主要是四氯化钛为主，含少量的钛的低价物)温度过高，会使当反应器内反应压力偏高时，按生产工艺要求，必须把多余的混合气体排出反应器外，不但造成原料损失，还对大气造成污染，影响操作工的身体健康。

为保证还原时产生的热量能够及时排出，需要对海绵钛还原炉进行通风冷却。但直接排放的方式不仅造成大量热量浪费，也不符合现代企业节能降耗、绿色环保的发展理念，而且对作业环境、尤其是酷暑时期作业造成较大的影响。现有技术中有关于镁热法制备海绵钛的余热回收装置，大部分是通过管路将其引入到换热器内，与其他介质，如水等进行热量交换，然后将热水收集使用。该方法一方面换热效率低，另一方面该余热的应用场地距离海绵钛的生产场地一般较远，需要铺设管路将换热介质引出，增加投资成本，降低热量利用效率；另外管路铺设也会增加管廊的负担，且存在一定的安全隐患。

因此，亟需对传热量回收利用方式进行改进。

技术实现要素：

针对现有技术中海绵钛制备过程中的余热回收装置换热效率低、投资成本高、热量利用效率低的问题，本发明提供一种反应器大盖余热回收利用装置和方法，其目的在于：降低投资成本，提高换热效率和热量利用效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种反应器大盖余热回收利用装置，包括反应器大盖和预热盘管，所述预热盘管位于反应器大盖的内侧并与反应器大盖接触，所述反应器大盖上设置有四氯化钛入口塞，所述四氯化钛入口塞内部设置有与反应器连通的管道，预热盘管的一端与所述管道连接，另一端设置有四氯化钛接口。

采用该技术方案后，预热盘管能够吸收反应器大盖上散发的热量，并利用该热量对预热盘管中的液态四氯化钛进行预热，加速液态四氯化钛的气化，四氯化钛吸热气化的同时带走了反应器大盖上多余的热量，促进了反应区域的传热。本发明避免了传统四氯化钛中心加料时，四氯化钛不完全气化时，液液反应导致的中心部位温度偏高，不易散热的问题，降低了反应温度偏高使海绵钛致密化的可能；克服了反应器上部中心位置散热不及时，造成中心部位海绵钛烧结、夹心mgcl2和硬块偏多的结构致密问题，提高了产品的品级率和合格率；本发明利用还原余热，促进了四氯化钛的气化和反应器大盖的传热，既提高了能源利用率，又提高了海绵钛品质；本发明采用气化加料，使海绵钛坨结构得到改善，产品结构均匀，蒸馏时有利于mg和mgcl2的挥发，从而减少海绵钛的蒸馏时间；本发明的加料方式减少了混合气体的排放次数，改善了操作人员的工作环境；反应器内部产生的余热就地使用，不需要与其他介质进行热量交换，也不需要铺设管路，能够提高换热效率和热量利用效率，降低投资成本，而且结构简单运行可靠。

所述预热盘管所在的平面为弧面，所述弧面与反应器大盖的弧度相同。

采用该优选方案后，预热盘管与反应器大盖的接触面积更大，换热效率更高，能够加快液态四氯化钛的气化。

所述预热盘管的数量为一组或多组。

采用该优选方案后，能够增大热量吸收面积，提高换热效率，而且能够避免预热盘管堵塞而影响正常生产。

所述预热盘管的盘绕方式为螺旋盘绕或折返盘绕。

采用该优选方案后，预热盘管的盘绕方式多样，适应性更强。

所述预热盘管为单层或多层。

采用该优选方案后，预热盘管采用多层设置可以增加液态四氯化钛的预热时间，加快四氯化钛的气化，提高余热回收的效率。

所述预热盘管的分布方式为半圆分布、扇形分布、同步螺旋分布或者多边形分布中的一种或多种。

采用该优选方案后，预热盘管的分布方式多样，可根据具体情况的需要设置，适应性更强。

所述预热盘管的直径为10～100mm。

采用该优选方案后，预热盘管的直径适当，既不会因为直径过小而出现堵塞，也不会因为直径过大而导致传热面积过小，影响热量的吸收效率。

所述预热盘管的材质为碳钢、不锈钢、钛或钛合金。

采用该优选方案后，碳钢、不锈钢、钛或钛合金的导热系数高，传热快，能够提高换热效率和热量利用效率。

所述四氯化钛接口连接有四氯化钛供应控制单元，所述四氯化钛供应控制单元包括控制阀门。

采用该优选方案后，能够通过控制阀门控制四氯化钛的加料速度和加料量。

一种反应器大盖余热回收利用方法，采用反应器大盖余热回收利用装置按如下步骤进行：

s1：通过管道向反应器大盖余热回收利用装置输送液态的四氯化钛，液态的四氯化钛在管道压力的作用下流至预热盘管中；

s2：在预热盘管中液态的四氯化钛吸收来自反应器大盖的热量，逐步的气化；

s3：气态的四氯化钛通过四氯化钛入口塞内的管道进入到反应器中，与反应器中的液态镁发生还原反应。

采用该技术方案后，气态的四氯化钛与液态镁反应剧烈程度较低，能够避免反应区域温度过高而导致海绵钛致密化，而且预热盘管能够吸收反应器大盖上的热量，使液态四氯化钛气化，既实现对反应余热进行回收利用，又能够降低反应区域的温度。本发明不需要与其他介质进行热量交换，也不需要铺设管路，不会增加管廊的负担，能够提高换热效率和热量利用效率，降低投资成本，而且结构简单运行可靠，减小了安全隐患。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.预热盘管能够吸收反应器大盖上散发的热量，并利用该热量对预热盘管中的液态四氯化钛进行预热，加速液态四氯化钛的气化，四氯化钛吸热气化的同时带走了反应器大盖上多余的热量，促进了反应区域的传热。本发明避免了传统四氯化钛中心加料时，四氯化钛不完全气化时，液液反应导致的中心部位温度偏高，不易散热的问题，降低了反应温度偏高使海绵钛致密化的可能；克服了反应器上部中心位置散热不及时，造成中心部位海绵钛烧结、夹心mgcl2和硬块偏多的结构致密问题，提高了产品的品级率和合格率；本发明利用还原余热，促进了四氯化钛的气化和反应器大盖的传热，既提高了能源利用率，又提高了海绵钛品质；本发明采用气化加料，使海绵钛坨结构得到改善，产品结构均匀，蒸馏时有利于mg和mgcl2的挥发，从而减少海绵钛的蒸馏时间；本发明的加料方式减少了混合气体的排放次数，改善了操作人员的工作环境；反应器内部产生的余热就地使用，不需要与其他介质进行热量交换，也不需要铺设管路，能够提高换热效率和热量利用效率，降低投资成本，而且结构简单运行可靠。

2.预热盘管所在的平面为弧面与反应器大盖的弧度相同，预热盘管与反应器大盖的接触面积更大，换热效率更高，能够加快液态四氯化钛的气化。

3.预热盘管的数量为一组或多组，能够增大热量吸收面积，提高换热效率，而且能够避免预热盘管堵塞而影响正常生产。

4.预热盘管的盘绕方式为螺旋盘绕或折返盘绕，适应性更强。

5.预热盘管采用多层设置可以增加液态四氯化钛的预热时间，加快四氯化钛的气化，提高余热回收的效率。

6.预热盘管的分布方式多样，可根据具体情况的需要设置，适应性更强。

7.预热盘管的直径适当，既不会因为直径过小而出现堵塞，也不会因为直径过大而导致传热面积过小，影响热量的吸收效率。

8.碳钢、不锈钢、钛或钛合金的导热系数高，传热快，能够提高换热效率和热量利用效率。

9.通过控制阀门能够控制四氯化钛的加料速度和加料量。

10.气态的四氯化钛与液态镁反应剧烈程度较低，能够避免反应区域温度过高而导致海绵钛致密化，而且预热盘管能够吸收反应器大盖上的热量，使液态四氯化钛气化，既实现对反应余热进行回收利用，又能够降低反应区域的温度。本发明不需要与其他介质进行热量交换，也不需要铺设管路，不会增加管廊的负担，能够提高换热效率和热量利用效率，降低投资成本，而且结构简单运行可靠，减小了安全隐患。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明另一视角的结构示意图。

其中，1-四氯化钛接口，2-预热盘管，3-四氯化钛入口塞，4-反应器大盖。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合图1、图2对本发明作详细说明。

实施例一

一种反应器大盖余热回收利用装置，包括反应器大盖4和预热盘管2，所述预热盘管2位于反应器大盖4的内侧并与反应器大盖4接触，所述反应器大盖4上设置有四氯化钛入口塞3，所述四氯化钛入口塞3内部设置有与反应器连通的管道，预热盘管2的一端与所述管道连接，另一端设置有四氯化钛接口1。

所述预热盘管2所在的平面为弧面，所述弧面与反应器大盖4的弧度相同。

本实施例中所述预热盘管2的数量为一组。

本实施例中所述预热盘管2的盘绕方式为螺旋盘绕。

本实施例中所述预热盘管2为单层。

本实施例中所述预热盘管2的分布方式为同步螺旋分布。

本实施例中所述预热盘管2的直径为10mm。

本实施例中所述预热盘管2的材质为不锈钢。

本实施例中所述四氯化钛接口1连接有四氯化钛供应控制单元(图中未示出)，所述四氯化钛供应控制单元包括控制阀门(图中未示出)。

一种反应器大盖余热回收利用方法，采用所述的反应器大盖余热回收利用装置按如下步骤进行：

s1：通过管道向反应器大盖余热回收利用装置输送液态的四氯化钛，液态的四氯化钛在管道压力的作用下流至预热盘管2中；

s2：在预热盘管2中液态的四氯化钛吸收来自反应器大盖4的热量，逐步的气化；

s3：气态的四氯化钛通过四氯化钛入口塞3内的管道进入到反应器中，与反应器中的液态镁发生还原反应。

实施例二

一种反应器大盖余热回收利用装置，包括反应器大盖4和预热盘管2，所述预热盘管2位于反应器大盖4的内侧并与反应器大盖4接触，所述反应器大盖4上设置有四氯化钛入口塞3，所述四氯化钛入口塞3内部设置有与反应器连通的管道，预热盘管2的一端与所述管道连接，另一端设置有四氯化钛接口1。

本实施例中所述预热盘管2所在的平面为弧面，所述弧面与反应器大盖4的弧度相同。

本实施例中所述预热盘管2的数量为多组。

本实施例中所述预热盘管2的盘绕方式为折返盘绕。

本实施例中所述预热盘管2为多层。

本实施例中所述预热盘管2的分布方式为多边形分布。

本实施例中所述预热盘管2的直径为100mm。

本实施例中所述预热盘管2的材质为钛合金。

本实施例中所述四氯化钛接口1连接有四氯化钛供应控制单元(图中未示出)，所述四氯化钛供应控制单元包括控制阀门(图中未示出)。

一种反应器大盖余热回收利用方法，采用所述的反应器大盖余热回收利用装置按如下步骤进行：

s1：通过管道向反应器大盖余热回收利用装置输送液态的四氯化钛，液态的四氯化钛在管道压力的作用下流至预热盘管2中；

s2：在预热盘管2中液态的四氯化钛吸收来自反应器大盖4的热量，逐步的气化；

s3：气态的四氯化钛通过四氯化钛入口塞3内的管道进入到反应器中，与反应器中的液态镁发生还原反应。

以下为本发明的工作原理：

四氯化钛接口1与四氯化钛供应控制单元相连后，打开控制阀门，控制四氯化钛的加料速度和加料量，四氯化钛通过预热盘管2后，液态的四氯化钛吸收来自还原器大盖4的热量，蒸发为气态的四氯化钛，气态的四氯化钛通过四氯化钛入口塞3内的管道，输送到反应器中，与反应器中的液态镁发生还原反应，生成海绵状金属钛。

气态的四氯化钛与液态镁反应剧烈程度较低，能够避免反应区域温度过高而导致海绵钛致密化。本发明既实现对反应余热进行回收利用，又能够降低反应区域的温度。而且本发明不需要与其他介质进行热量交换，也不需要铺设管路，不会增加管廊的负担，能够提高换热效率和热量利用效率，降低投资成本，而且结构简单运行可靠，减小了安全隐患。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。