专利名称：可连续制备精四氯化钛的工艺系统及制备方法
技术领域：
本发明属于化工工艺技术领域，涉及一种可连续制备精四氯化钛的工艺系统，本 发明还涉及利用该工艺系统制备精四氯化钛的方法。
背景技术：
精TiCl4是生产海绵钛和气相氧化法生产钛白粉的主要原料，其质量的优劣直接 影响到海绵钛和钛白粉的质量。采用镁热还原法每生产It海绵钛，大约需要4t TiCl4，由 原料TiCl4带入还原体系的杂质几乎全部被富集在产品海绵钛中。使得海绵钛中的杂质浓 度比原料TiCl4中的杂质浓度高4倍左右。为了制得合格的海绵钛，必须首先制备纯度较 高的精TiCl4。目前，精制四氯化钛的工业化生产工艺主要有铜丝除钒法、硫化氢除钒法、铝粉除 钒法和有机物除钒法。其中的铝粉除钒法具有成本低、无毒和使用量少等优点，除钒效果 好，并可实现连续操作。而铝粉除钒法精制四氯化钛的生产工艺主要是北京有色金属研究总院和天津化 工厂自主研发的“一步法”招粉除钒工艺。该工艺中采用的制备装置存在如下缺点1)反应 蒸馏釜是间歇反应。反应釜液内加入TiCl4后，升温数小时才能达到TiCl4W蒸发温度和反 应温度，此时，才能加入铝粉悬浮液进行铝粉除钒反应。当反应蒸馏釜内的物料被蒸发减少 到一定液位时，需再次加入反应物料；或者当反应蒸馏釜釜底液中的反应产物V0C12、TiCl3 和AlCl3等固体杂质含量达到一定值时，须停止进料，从釜底采出一部分含有固体杂质的液 体进行沉降，分离去除过多的固体杂质。因此，在生产过程中，只能间歇加入原料和间歇采 出塔釜液，这种间歇操作使生产处于不稳定状态，导致工艺系统难以正常运行，最终产品的 质量不稳定。2)反应蒸馏釜采用电加热，由于蒸馏釜体积局限性的影响，蒸馏釜不适宜配置 较大功率的电加热装置，致使单系统铝粉除钒精制四氯化钛的生产规模小。电加热效率低， 加热元件成本高，寿命低，且电力消耗大，生产成本高，不适宜长期使用。特别是对电力资源 比较紧缺的地区更不适用。3)杂质VOCl3的沸点小于TiCl4的沸点，除钒反应与TiCl4的蒸 发在同一个反应蒸馏釜中进行时，会有一部分反应蒸馏釜中的杂质VOCl3还没有反应就先 于TiCl4被蒸发送入气相，从而增加了塔顶精TiCl4中VOCl3的含量，不利于除钒，增大了除 钒难度。4)反应蒸馏釜中AlCl3的浓度较高，且不稳定，既不利于除钒反应的稳定进行，更 不利于精馏除铝。同时，由于反应蒸馏釜中AlCl3的浓度较高，致使除铝精馏塔的塔板数增 加，精馏塔高度增加，设备成本增加。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可连续制备精四 氯化钛的工艺系统，能够实现生产过程的连续进行，同时降低能源消耗。本发明的另一目的是提供一种利用上述工艺系统制备精四氯化钛的方法。本发明所采用的技术方案是，可连续制备精四氯化钛的工艺系统，包括第一反应釜4和第二反应釜17，第一反应釜4顶部进料口分别与粗四氯化钛储罐1、第一铝粉配置槽2和三氯化铝溶液配置槽3相通，第一反应釜4侧面出料口与第一过滤器5相通，第一反应 釜4顶部进料口和三氯化铝溶液配置槽3之间设置有第一阀门19，第二反应釜17顶部进料 口分别与粗四氯化钛储罐1、第二铝粉配置槽16和三氯化铝溶液配置槽3相通，第二反应釜 17侧面出料口与第二过滤器18相通，第二反应釜17顶部进料口和三氯化铝溶液配置槽3 之间设置有第二阀门20，第一反应釜4底部出料口和第二反应釜17底部出料口分别与沉降 槽12进料口相通，三氯化铝溶液配置槽3的进料口分别与粗四氯化钛储罐1和三氯化铝粉 料加入装置相通，沉降槽12进料口还分别与第一过滤器5出料口和第二过滤器18出料口 相通，沉降槽12出料口与干燥机13相通，干燥机13的气体出料口与干燥冷凝器14相通， 干燥冷凝器14与四氯化钛清液储槽15相通，四氯化钛清液储槽15分别与第一反应釜4侧 面进料口和第二反应釜17侧面进料口相通，沉降槽12侧面出料口与四氯化钛清液储槽15 相通，第一过滤器5侧面出料口和第二过滤器18侧面出料口分别与缓冲罐6进料口相 通，缓冲罐6出料口与蒸发换热器7进料口相通，蒸发换热器7出料口与蒸发器8进料口相 通，蒸发器8底部出料口分别与第一反应釜4顶部进料口、第二反应釜17顶部进料口和沉 降槽12进料口相通，蒸发器8顶部出料口与精馏塔9侧面一个进料口相通，精馏塔9顶部 出料口与塔顶冷凝器10进料口相通，塔顶冷凝器10出料口与产品储罐相通，精馏塔9底部 出料口还分别与再沸器11进料口、第一反应釜4顶部进料口、第二反应釜17顶部进料口和 沉降槽12进料口相通，再沸器11出料口与精馏塔9的另一侧面进料口相通。本发明所采用的另一技术方案是，利用上述工艺系统制备精四氯化钛的方法，按 以下步骤进行步骤1 在第一铝粉配置槽2内配置铝粉悬浮液，然后，加入粗四氯化钛，按常规方 法制得悬浮混合液，控制该悬浮混合液中铝粉的质量为粗四氯化钛质量的15% 25%，或 者，在第二铝粉配置槽16内配置铝粉悬浮液，然后加入粗四氯化钛，按常规方法制得悬浮 混合液，控制该悬浮混合液中铝粉的质量为粗四氯化钛质量的15% 25%，在三氯化铝溶液配置槽3内加入三氯化铝，然后加入粗四氯化钛，按常规方法制 得混合液，控制该混合液中三氯化铝的质量为粗四氯化钛质量的10% 20% ；步骤2 开车初期，开启第一阀门19，关闭第二阀门20，将第一铝粉配置槽2内的 悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液送入第一反应釜4内，在130°C 136°C 的反应温度下，反应4小时 6小时，反应过程中控制反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，关闭第一阀门19，按步骤1的方法在三氯化铝溶液配置槽3内重新配置混合液， 第一反应釜4内，反应生成的液体物料自第一反应釜4侧面出料口排出，反应生成的固态杂 质自第一反应釜4底部出料口排出，自第一反应釜4侧面出料口排出的物料送入第一过滤 器5进行过滤，得到清液和滤饼，该清液和滤饼分别从第一过滤器5的侧面出料口和底部出 料口排出，第一过滤器5排出的清液送入缓冲罐6内进行缓冲，并排出缓冲后的物料，当送 入第一反应釜4内的反应液完成反应后，开启第二阀门20，将第二铝粉配置槽16内的悬浮 混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液送入第二反应釜17内，进行除钒反 应，或者，开车初期，开启第二阀门20，关闭第一阀门19，将第二铝粉配置槽16内的悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液放入第二反应釜17内，在130°C 136°C的反应温度下，反应4小时 6小时，反应过程中控制反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，关闭第二阀门20，按步骤1的方法在三氯化铝溶液配置槽3内重新配置混合液， 第二反应釜17内，反应生成的液体物料自第二反应釜17侧面出料口排出，反应生成的固体 杂质自第二反应釜17底部出料口排出，第二反应釜17排出的液体物料送入第二过滤器18 进行过滤，得到清液和滤饼，该清液和滤饼分别从第二过滤器18的侧面出料口和底部出料 口排出，第二过滤器18排出的清液送入缓冲罐6进行缓冲，并排出缓冲后的物料，当送入第 二反应釜17内的反应液完成反应后，开启第一阀门19，将第一铝粉配置槽4内的悬浮混合 液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液送入第一反应釜4内，进行除钒反应；步骤3 缓冲罐6排出的缓冲后的物料送入蒸发换热器7，加热至145°C 155°C， 然后，将加热后的物料排出蒸发换热器7 ；步骤4:蒸发换热器7排出的加热后的物料送入蒸发器8，在温度为145 °C 155°C、压力为微正压的条件下进行蒸发，生成的气相物料从蒸发器8排出，生成的液相物 料分阶段进行处理在开车初期阶段，该液相物料不排出蒸发器8，开车正常后，该液相物 料从蒸发器8排出；步骤5 蒸发器8排出的气相物料从精馏塔9侧面一个进料口送入精馏塔9，在温 度为135°C 140°C、压力为微正压的条件下进行精馏，生成气体物料和液体物料，并分别 从精馏塔9排出；步骤6 精馏塔9排出的气体物料送入塔顶冷凝器10进行冷凝，得到精四氯化钛 液，该精四氯化钛液从塔顶冷凝器10的出料口采出；精馏塔9排出的液体物料，根据开车初期和开车正常两个阶段，分别进行处理1)开车初期，将精馏塔9排出的液体物料送入再沸器11加热至135°C 140°C，然 后，将该加热后的液体物料从精馏塔9侧面另一进料口送入精馏塔9内，蒸发为气相后进行 精馏，2)开车正常后，将占精馏塔9排出的液体物料总质量98 % 99 %的一部分溶液送 入再沸器11加热至135°c 140°C，然后，将该加热后的溶液从精馏塔9侧面另一进料口送 入精馏塔9内，将占精馏塔9排出的液体物料总质量1 % 2%的另一部分溶液与蒸发器8 底部排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液汇集成总溶液；步骤7:开车正常后，停用三氯化铝溶液配置槽3，关闭第一阀门19和第二阀门 20，将步骤6中汇集成的总溶液中的一部分送入第一反应釜4或者第二反应釜17，控制反应 釜内反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，将该总溶液的其余部分送入沉降槽 12 ；步骤8 第一反应釜4排出的固体杂质和第一过滤器5排出的滤饼分别送入沉降 槽12;第二反应釜17排出的固体杂质和第二过滤器18排出的滤饼送入沉降槽12 ；沉降槽12对送入的滤饼和溶液进行固液沉降分离，生成四氯化钛清液和含固相 的沉降液，并分别从沉降槽12的侧面出料口和底部出料口排出；步骤9 沉降槽12排出的含固相的沉降液送入干燥机13进行干燥，生成钒渣和气 相四氯化钛，并分别从干燥机13的固体废渣排出口和气体出料口排出；
步骤10 干燥机13排出的气相四氯化钛送入干燥冷凝器14进行冷凝，生成四氯化钛清液，并从干燥冷凝器14排出；步骤11 沉降槽12排出的四氯化钛清液和干燥冷凝器14排出的四氯化钛清液分 别送入四氯化钛清液储槽15，然后，送入第一反应釜4或第二反应釜17循环利用。本发明工艺系统具有以下优点1)采用并联的两台铝粉配置槽、两台反应釜和两台过滤器，交替操作，从而实现了 生产过程的连续性，采用蒸汽加热，产能较大，成本相对较低。2)液相出料，避免了 VOCl3以气相送入后序设备，有利于除钒。3)延长了反应时间，使反应更加完全、彻底。4)在精馏塔之前采用了蒸发器，降低了塔釜液中的AlCl3含量，有利于精馏除铝。5)循环利用反应产物AlCl3，正常运行过程中不再消耗AlCl3,减少了 AlCl3的用 量，降低了成本。
附图是本发明工艺系统的结构示意图。图中，1.粗四氯化钛储槽，2.第一铝粉配制槽，3.三氯化铝溶液配制槽，4.第一 反应釜，5.第一过滤器，6.缓冲罐，7.蒸发换热器，8.蒸发器，9.精馏塔，10.塔顶冷凝器， 11.再沸器，12.沉降槽，13.干燥机，14.干燥冷凝器，15.四氯化钛清液储槽，16.第二铝 粉配置槽，17.第二反应釜，18.第二过滤器，19.第一阀门，20.第二阀门，21.第一输送泵， 22.第二输送泵，23.第三输送泵，24.第四输送泵。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明工艺系统的结构，如附图所示，包括并排设置的第一反应釜4和第二反应 釜17，第一反应釜4顶部进料口通过管道分别与粗四氯化钛储罐1、第一铝粉配置槽2和三 氯化铝溶液配置槽3相通，第一反应釜4侧面出料口通过管道与第一过滤器5相通，连接第 一反应釜4顶部进料口和三氯化铝溶液配置槽3的管道上设置有第一阀门19，连接第一反 应釜4侧面出料口和第一过滤器5的管道上设置有第一输送泵21。第二反应釜17顶部进 料口通过管路分别与粗四氯化钛储罐1、第二铝粉配置槽16和三氯化铝溶液配置槽3相通， 第二反应釜17侧面出料口通过管路与第二过滤器18相通，连接第二反应釜17顶部进料口 和三氯化铝溶液配置槽3的管路上设置有第二阀门20，连接第二反应釜17侧面出料口和第 二过滤器18的管路上设置有第二输送泵22。三氯化铝溶液配置槽3的进料口分别与粗四 氯化钛储罐1和三氯化铝粉料加入装置相通。第一反应釜4的底部出料口和第二反应釜17 的底部出料口分别通过管道与沉降槽12顶部进料口相通，沉降槽12顶部进料口还通过管 道分别与第一过滤器5底部出料口和第二过滤器18底部出料口相通；沉降槽12底部出料 口与干燥机13的进料口相通，干燥机13的一个出料口为固体废渣排出料口，干燥机13的 另一个出料口为气体出料口，该气体出料口与干燥冷凝器14的进料口相通，干燥冷凝器14 的出料口与四氯化钛清液储槽15的进料口相通，四氯化钛清液储槽15通过管路分别与第 一反应釜4侧面进料口和第二反应釜17侧面进料口相通，四氯化钛清液储槽15进料口通过管道与沉降槽12侧面出料口相通。第一过滤器5侧面出料口和第二过滤器18侧面出料口分别与缓冲罐6顶部进料口相通，缓冲罐6底部出料口与蒸发换热器7底部进料口相通，蒸发换热器7顶部出料口与 蒸发器8下部进料口相通，蒸发器8底部出料口通过管线分别与第一反应釜4顶部进料口、 第二反应釜17顶部进料口和沉降槽12顶部进料口相通，该管线上设置有第三输送泵23。 蒸发器8顶部出料口与精馏塔9侧面进料口相通，精馏塔9顶部出料口与塔顶冷凝器10的 进料口相通，塔顶冷凝器10的出料口与产品储罐相通，精馏塔9底部出料口与再沸器11的 进料口相通，再沸器11的出料口通过管路与精馏塔9的另一侧面进料口相通，精馏塔9底 部出料口还分别与第一反应釜4顶部进料口、第二反应釜17顶部进料口和沉降槽12顶部 进料口相通，该管路上设置有第四输送泵24。第一输送泵21、第二输送泵22、第三输送泵23和第四输送泵24均采用磁力泵。本发明工艺系统中采用并联设置的两套主反应装置，该主反应装置由依次相连接 的铝粉配置槽、反应釜和过滤器组成，生产过程中，该两套主反应装置交替使用，保证系统 能够连续正常运行。只要保证除钒反应的时间，两台反应釜也可以串联。本发明工艺系统中，在精馏塔9之前设置蒸发器8的主要目的是使反应釜中除钒 反应生成的物料中含有的AlCl3富集于蒸发器8底部，从而降低精馏塔9塔釜液中AlCl3的 含量，有利于精馏除去AlCl3杂质，可以大大减少精馏塔9的塔板数，进而降低精馏塔9的 高度，降低设备投资成本。本发明提供了一种利用上述工艺系统连续生产质量稳定的精四氯化钛的方法，按 以下步骤进行步骤1 将铝粉加入第一铝粉配置槽2内，然后将粗四氯化钛储罐1中的粗四氯化 钛加入第一铝粉配置槽2内，按常规方法制得悬浮混合液，控制该悬浮混合液中铝粉的质 量为粗四氯化钛质量的15 25%，或者，将铝粉加入第二铝粉配置槽16内，然后将粗四氯 化钛储罐1中的粗四氯化钛加入第二铝粉配置槽16内，按常规方法制得悬浮混合液，控制 该悬浮混合液中铝粉的质量为粗四氯化钛质量的15 25%，将AlCl3加入三氯化铝溶液配置槽3内，然后加入粗四氯化钛储罐1中的粗四氯 化钛，按常规方法制得混合液，控制该混合液中三氯化铝的质量为粗四氯化钛质量的10 20% ；步骤2 开车初期，开启第一阀门19，关闭第二阀门20，将第一铝粉配置槽2内的 悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液同时送入第一反应釜4内，送入第一反应 釜4的液体在130 136°C的反应温度下，反应4 6小时，进行除钒，反应过程中控制反应 液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，关闭第一阀门19，按步骤1的方法在三氯化铝 溶液配置槽3内重新配置混合液，第一反应釜4内反应生成的液体物料自第一反应釜4侧 面出料口排出，反应生成的固态钒渣杂质自第一反应釜4底部出料口排出，自第一反应釜4 侧面出料口排出的液体物料送入第一过滤器5，第一过滤器5对送入的液体物料进行过滤， 得到清液和滤饼，其中的清液从第一过滤器5侧面出料口排出，其中的滤饼从第一过滤器5 底部出料口排出；第一过滤器5侧面出料口排出的清液从缓冲罐6顶部进料口送入缓冲罐 6，缓冲罐6对送入的清液进行缓冲，得到缓冲后的物料，并将该缓冲后的物料从缓冲罐6底 部出料口排出。当送入第一反应釜4内的反应液反应完全后，此时，开启第二阀门20，将第二铝粉配置槽16内的悬浮混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液同时送入第二反应釜17内，进行除钒反应。或者，开车初期，开启第二阀门20，关闭第一阀门19，将第二铝粉配置槽16内的悬 浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液同时放入第二反应釜17内，送入第二反应釜 17的液体在130 136°C的反应温度下，反应4 6小时，进行除钒，反应过程中控制反应 液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，关闭第二阀门20，按步骤1的方法在三氯化铝 溶液配置槽3内重新配置混合液；第二反应釜17内反应生成的液体物料自第二反应釜17 侧面出料口排出，反应生成的固体钒渣杂质自第二反应釜17底部出料口排出，自第二反应 釜17侧面出料口排出的液体物料送入第二过滤器18，第二过滤器18对送入的液体物料进 行过滤，得到清液和滤饼，其中的清液从第二过滤器18侧面出料口排出，其中的滤饼从第 二过滤器18底部出料口排出，第二过滤器18侧面出料口排出的清液从缓冲罐6顶部进料 口送入缓冲罐6，缓冲罐6对送入的清液进行缓冲，得到缓冲后的物料，并将该缓冲后的物 料从缓冲罐6底部出料口排出。当送入第二反应釜17内的反应液反应完全后，此时，开启 第一阀门19，将第一铝粉配置槽4内的悬浮混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的 混合液同时送入第一反应釜4内，进行除钒反应；步骤3 缓冲罐6底部出料口排出的缓冲后的物料从蒸发换热器7底部进料口送 入蒸发换热器7，蒸发换热器7将送入的物料加热至145 155°C，然后，将加热后的物料从 蒸发换热器7顶部出料口排出；步骤4 蒸发换热器7顶部出料口排出的物料从蒸发器8下部进料口送入蒸发器 8，送入蒸发器8的物料在温度为145 155°C、压力为微正压的条件下进行蒸发，生成气相 物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气相物料从蒸发器8顶部出料口排出，产生的 含三氯化铝的四氯化钛溶液汇聚于蒸发器8底部，在开车初期阶段，蒸发器8底部出料口不 排出含三氯化铝的四氯化钛溶液，开车正常后，蒸发器8底部出料口排出含三氯化铝的四 氯化钛溶液；步骤5 蒸发器8顶部出料口排出的气相物料从精馏塔9下部侧面进料口送入精 馏塔9，送入精馏塔9的气相物料在温度为135 140°C、压力为微正压的条件下进行精馏， 生成气体物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气体物料从精馏塔9顶部出料口排 出，产生的含三氯化铝的四氯化钛溶液从精馏塔9底部出料口排出；步骤6 精馏塔9顶部出料口排出的气体物料送入塔顶冷凝器10进行冷凝，得到 精四氯化钛液，该精四氯化钛液从塔顶冷凝器10的出料口采出。精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液，根据开车初期和开车正 常两个阶段，分别进行处理1)开车初期阶段，将精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液全部 送入再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至135 140°C，然后，将加热后的溶液从再沸 器11上部出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，蒸发为气相后 进行精馏，以满足精馏塔9蒸发的要求；2)开车正常后，将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液总质 量98 99%的一部分溶液送入再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至135 140°C，然 后，将加热后的溶液从再沸器11上部出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满足精馏塔9蒸发的要求；将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四 氯化钛溶液总质量1 % 2 %的另一部分溶液与蒸发器8底部排出的含三氯化铝的四氯化 钛溶液汇集组成总溶液；步骤7:开车正常后，停用三氯化铝溶液配置槽3，关闭第一阀门19和第二阀门 20，将步骤6中组成的总溶液的一部分从顶部进料口送入第一反应釜2或第二反应釜17，控 制第一反应釜2或第二反应釜17内进行除钒反应时，反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，步骤6中组成的总溶液的其余部分通过沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12内 进行固液沉降分离；
步骤8 第一反应釜4底部出料口排出的固体钒渣杂质和第一过滤器5底部出料 口排出的滤饼分别从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12内进行固液沉降分离，第二反应釜17底部出料口排出的固体钒渣杂质和第二过滤器18底部出料口排出 的滤饼从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12内进行固液沉降分离，沉降槽12对送入的滤饼和含三氯化铝的四氯化钛溶液进行固体杂质和四氯化钛 的沉降分离，生成四氯化钛清液和含固相的沉降液。该四氯化钛清液从沉降槽12侧面出料 口排出，该含固相的沉降液从沉降槽12底部出料口排出；步骤9 沉降槽12底部排出的含固相的沉降液从干燥机13的进料口送入干燥机 13内进行干燥，对固体钒渣杂质中所含的四氯化钛再次进行蒸发分离，生成钒渣和气相四 氯化钛，生成的钒渣从干燥机13的固体废渣排出口排出，生成的气相四氯化钛从干燥机13 的气体出料口排出；步骤10 干燥机13气体出料口排出的气相四氯化钛从干燥冷凝器14的进料口送 入干燥冷凝器14内进行冷凝，生成四氯化钛清液，该四氯化钛清液从干燥冷凝器14的出料 口排出；步骤11 沉降槽12排出的四氯化钛清液和干燥冷凝器14排出的四氯化钛清液分 别送入四氯化钛清液储槽15进行汇集，然后，将汇集的四氯化钛清液送入第一反应釜4或 第二反应釜17循环利用。本发明工艺系统中配置一台三氯化铝溶液配制槽3，开车初期需要配制含AlCl3W TiCl4溶液。开车正常以后，反应釜中不再加入起催化作用的AlCl3,而是将蒸发器8底部采 出的含AlCl3的TiCl4溶液和从精馏塔9塔釜采出的含AlCl3的TiCl4溶液混合后返回一部 分到反应釜中，以满足除钒反应所需的AlCl3含量要求，使得反应产物AlCl3在正常运行过 程能够循环利用，不再添加A1C13。采用本发明工艺系统制备精四氯化钛时，首先将物料送入反应釜中进行充分反 应，并从液相出料，避免了杂质VOCl3以气相送入后序设备中，有利于除去VOCl3杂质，然后， 再通过精馏除去反应釜液相出料中包含的固体杂质AlCl3等，提高了精四氯化钛的质量。本工艺系统在反应釜之后还设有过滤器、缓冲罐、蒸发换热器和蒸发器等设备，使 得反应釜液相出料中含有的没有反应完全的物料在这些设备及连接管线中还可以继续进 行反应，相应延长了物料的反应时间，使除钒反应进行的更加完全彻底。本发明工艺系统能实现铝粉除钒精制四氯化钛的大规模工业化连续生产，具有运 行稳定、操作安全和能耗低的特点。实施例1
将铝粉加入第一铝粉配置槽2内，然后将粗四氯化钛储罐1中的粗四氯化钛加入 第一铝粉配置槽2内，按常规方法制得悬浮混合液，控制该悬浮混合液中铝粉的质量为粗 四氯化钛质量的15%。将AlCl3加入三氯化铝溶液配置槽3内，然后将粗四氯化钛储罐1 中的粗四氯化钛加入三氯化铝溶液配置槽3内，得到混合液，控制该混合液中三氯化铝的 质量为粗四氯化钛质量的10%;开车初期，开启第一阀门19，关闭第二阀门20，将第一铝粉 配置槽2内的悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液同时送入第一反应釜4内， 送入第一反应釜4的液体在130°C的反应温度下，反应6小时，进行除钒，反应过程中控制反 应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间。关闭第一阀门19，按上述方法在三氯化铝 溶液配置槽3内重新配置混合液，第一反应釜4内反应生成的液体物料自第一反应釜4侧 面出料口排出，反应生成的固态钒渣杂质自第一反应釜4底部出料口排出，自第一反应釜4 侧面出料口排出的物料送入第一过滤器5，第一过滤器5对送入的物料进行过滤，得到清液 和滤饼，其中的清液从第一过滤器5侧面出料口排出，其中的滤饼从第一过滤器5底部出料 口排出；第一过滤器5侧面出料口排出的清液从缓冲罐6顶部进料口送入缓冲罐6，缓冲罐 6对送入的清液进行缓冲，得到缓冲后的物料，并将该缓冲后的物料从缓冲罐6底部出料口 排出。当送入第一反应釜4内的液体物料反应完全后，此时，开启第二阀门20，将第二铝粉 配置槽16内的悬浮混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液同时送入第二反 应釜17内，进行除钒反应；缓冲罐6底部排出的缓冲后的物料从蒸发换热器7底部进料口 送入蒸发换热器7，蒸发换热器7将送入的物料加热至145 °C，然后，将加热后的物料从蒸发 换热器7顶部出料口排出；蒸发换热器7顶部出料口排出的物料从蒸发器8下部进料口送 入蒸发器8，送入蒸发器8的物料在温度为145°C、压力为微正压的条件下进行蒸发，生成气 相物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气相物料从蒸发器8顶部出料口排出，产生 的含三氯化铝的四氯化钛溶液汇聚于蒸发器8底部，在开车初期，蒸发器8底部出料口不排 出含三氯化铝的四氯化钛溶液，开车正常后，蒸发器8底部出料口排出含三氯化铝的四氯 化钛溶液；蒸发器8顶部出料口排出的气相物料从精馏塔9下部侧面进料口送入精馏塔9， 送入精馏塔9的气相物料在温度为135°C、压力为微正压的条件下进行精馏，生成气体物料 和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气体物料从精馏塔9顶部出料口排出，产生的含三 氯化铝的四氯化钛溶液从精馏塔9底部出料口排出；精馏塔9顶部出料口排出的气体物料 送入塔顶冷凝器10进行冷凝，得到精四氯化钛液，该精四氯化钛液从塔顶冷凝器10的出料 口采出。精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液，根据开车初期和开车正 常两个阶段，分别进行处理1)开车初期，将精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯 化钛溶液全部送入再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至135 °C，然后，将加热后的溶液 从再沸器11上部出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满足 精馏塔9蒸发的要求；2)开车正常后，将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯 化钛溶液总质量98%的一部分溶液送入再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至135°C， 然后，将加热后的溶液从再沸器11上部出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送 入精馏塔9内，以满足精馏塔9蒸发的要求；将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的 四氯化钛溶液总质量2%的另一部分溶液与蒸发器8底部排出的含三氯化铝的四氯化钛溶 液汇集组成总溶液；开车正常后，将该总溶液的一部分从顶部进料口送入第一反应釜4或 第二反应釜17， 控制第一反应釜4或第二反应釜17内进行除钒反应时，反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间。该总溶液的其余部分通过沉降槽12顶部进料口送入沉降槽 12内；第一反应釜4底部出料口排出的固体钒渣杂质和第一过滤器5底部出料口排出的滤 饼分别从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12，第二反应釜17底部出料口排出的固体钒渣 杂质和第二过滤器18底部出料口排出的滤饼从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12 ；沉降 槽12对送入的滤饼和含三氯化铝的四氯化钛溶液进行固体杂质和四氯化钛的沉降分离， 生成四氯化钛清液和含固相的沉降液，该四氯化钛清液从沉降槽12侧面出料口排出，该含 固相的沉降液从沉降槽12底部出料口排出；沉降槽12底部排出的含固相的沉降液从干燥 机13的进料口送入干燥机13内进行干燥，对固体钒渣杂质中所含的四氯化钛再次进行蒸 发分离，生成钒渣和气相四氯化钛，生成的钒渣从干燥机13的固体废渣排出料口排出，生 成的气相四氯化钛从干燥机13的气体出料口排出；干燥机13气体出料口排出的气相四氯 化钛从干燥冷凝器14的进料口送入干燥冷凝器14内进行冷凝，生成四氯化钛清液，该四氯 化钛清液从干燥冷凝器14的出料口排出；沉降槽12排出的四氯化钛清液和干燥冷凝器14 排出的四氯化钛清液分别送入四氯化钛清液储槽15进行汇集，然后，将汇集的四氯化钛清 液送入第一反应釜4或第二反应釜17循环利用。实施例2将铝粉加入第二铝粉配置槽16内，然后将粗四氯化钛储罐1中的粗四氯化钛加入第二铝粉配置槽16内，按常规方法制得悬浮混合液，控制该悬浮混合体中铝粉的质量为粗 四氯化钛质量的25%，将AlCl3加入三氯化铝溶液配置槽3内，然后将粗四氯化钛储罐1中 的粗四氯化钛加入该三氯化铝配置槽3内，得到混合液，控制该混合液中三氯化铝的质量 为粗四氯化钛质量的20%;开车初期，开启第二阀门20，关闭第一阀门19，将第二铝粉配置 槽16内的悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液同时放入第二反应釜17内，送 入第二反应釜17的液体在136°C的反应温度下，反应4小时，进行除钒，反应过程中控制反 应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间。关闭第二阀门20，按上述方法在三氯化铝溶 液配置槽3内重新配置混合液；第二反应釜17内反应生成的物料自第二反应釜17侧面出 料口排出，反应生成的固体钒渣杂质自第二反应釜17底部出料口排出，自第二反应釜17侧 面出料口排出的物料送入第二过滤器18，第二过滤器18对送入的物料进行过滤，得到清液 和滤饼，其中的清液从第二过滤器18侧面出料口排出，其中的滤饼从第二过滤器18底部出 料口排出，第二过滤器18侧面出料口排出的清液从缓冲罐6顶部进料口送入缓冲罐6，缓冲 罐6对送入的清液进行缓冲，得到缓冲后的物料，并将该缓冲后的物料从缓冲罐6底部出料 口排出，当送入第二反应釜17内的液体物料反应完全后，此时，开启第一阀门19，将第一铝 粉配置槽4内的悬浮混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液同时送入第一反 应釜4内，进行除钒反应；缓冲罐6底部排出的缓冲后的物料从蒸发换热器7底部进料口送 入蒸发换热器7，蒸发换热器7将送入的物料加热至155°C，然后，将加热后的物料从蒸发换 热器7顶部出料口排出；蒸发换热器7顶部出料口排出的物料从蒸发器8下部进料口送入 蒸发器8，送入蒸发器8的物料在温度为155°C、压力为微正压的条件下进行蒸发，得到气相 物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气相物料从蒸发器8顶部出料口排出，产生的 含三氯化铝的四氯化钛溶液从蒸发器8底部出料口排出；蒸发器8顶部出料口排出的气相 物料从精馏塔9下部侧面进料口送入精馏塔9，送入精馏塔9的气相物料在温度为140°C、 压力为微正压的条件下进行精馏，生成气体物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气体物料从精馏塔9顶部出料口排出，产生的含三氯化铝的四氯化钛溶液从精馏塔9底部出 料口排出；精馏塔9顶部出料口排出的气体物料送入塔顶冷凝器10进行冷凝，得到精四氯 化钛液，该精四氯化钛液从塔顶冷凝器10的出料口采出，精馏塔9底部出料口排出的含三 氯化铝的四氯化钛溶液，根据开车初期和开车正常两个阶段，分别进行处理1)开车初期， 将精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液全部送入再沸器11，再沸器11 将送入的溶液加热至140°C，然后，将加热后的溶液从再沸器11上部出料口排出，并从精馏 塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满足精馏塔9蒸发的要求；2)开车正常后，将 占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液总质量99%的一部分溶液送入 再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至140°C，然后，将加热后的溶液从再沸器11上部 出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满足精馏塔9蒸发的要 求；将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液总质量1 %的另一部分溶 液与蒸发器8底部排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液汇集组成总溶液；开车正常后，将该 总溶液的一部分从顶部进料口送入第一反应釜2或第二反应釜17，控制第一反应釜4或第 二反应釜17内进行除钒反应时，反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，该总溶液 的其余部分通过沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12内；第一反应釜4底部出料口排出的 固体钒渣杂质和第一过滤器5底部出料口排出的滤饼分别从沉降槽12顶部进料口送入沉 降槽12，第二反应釜17底部出料口排出的固体钒渣杂质和第二过滤器18底部出料口排出 的滤饼从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12 ；沉降槽12对送入的滤饼和含三氯化铝的四 氯化钛溶液进行固体杂质和四氯化钛的沉降分离，生成四氯化钛清液和含固相的沉降液，该四氯化钛清液从沉降槽12侧面出料口排出，该含固相的沉降液从沉降槽12底部出料口 排出；沉降槽12底部排出的含固相的沉降液从干燥机13的进料口送入干燥机13内进行 干燥，对固体钒渣杂质中所含的四氯化钛再次进行蒸发分离，生成钒渣和气相四氯化钛，生 成的钒渣从干燥机13的固体废渣排出料口排出，生成的气相四氯化钛从干燥机13的气体 出料口排出；干燥机13气体出料口排出的气相四氯化钛从干燥冷凝器14的进料口送入干 燥冷凝器14内进行冷凝，生成四氯化钛清液，该四氯化钛清液从干燥冷凝器14的出料口排 出；沉降槽12排出的四氯化钛清液和干燥冷凝器14排出的四氯化钛清液分别送入四氯化 钛清液储槽15进行汇集，然后，将汇集的四氯化钛清液送入第一反应釜4或第二反应釜17 循环利用。实施例3将铝粉加入第一铝粉配置槽2内，然后将粗四氯化钛储罐1中的粗四氯化钛加入 第一铝粉配置槽2内，按常规方法制得悬浮混合液，控制该悬浮混合液中铝粉的质量为粗 四氯化钛质量的20%，将AlCl3加入三氯化铝溶液配置槽3内，然后将粗四氯化钛储罐1中 的四氯化钛原料加入该三氯化铝配置槽3内，得到混合液，控制该混合液中三氯化铝的质 量为粗四氯化钛质量的15%;开车初期，开启第一阀门19，关闭第二阀门20，将第一铝粉配 置槽2内的悬浮混合液和三氯化铝溶液配置槽3内的混合液同时送入第一反应釜4内，送 入第一反应釜4的液体在133°C的反应温度下，反应5小时，进行除钒，反应过程中控制反 应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，关闭第一阀门19，按上述方法在三氯化铝溶 液配置槽3内重新配置混合液，第一反应釜4内反应生成的液体物料自第一反应釜4侧面 出料口排出，反应生成的固态钒渣杂质自第一反应釜4底部出料口排出，自第一反应釜4侧面出料口排出的物料送入第一过滤器5，第一过滤器5对送入的物料进行过滤，得到清液和 滤饼，其中的清液从第一过滤器5侧面出料口排出，其中的滤饼从第一过滤器5底部出料 口排出；第一过滤器5侧面出料口排出的清液从缓冲罐6顶部进料口送入缓冲罐6，缓冲罐 6对送入的清液进行缓冲，得到缓冲后的物料，并将该缓冲后的物料从缓冲罐6底部出料口 排出。当送入第一反应釜4内的液体物料反应完全后，此时，开启第二阀门20，将第二铝粉 配置槽16内的悬浮混合液与三氯化铝溶液配置槽3内重新配置的混合液同时送入第二反 应釜17内，进行除钒反应；缓冲罐6底部排出的缓冲后的物料从蒸发换热器7底部进料口 送入蒸发换热器7，蒸发换热器7将送入的物料加热至150°C，然后，将加热后的物料从蒸 发换热器7顶部出料口排出；蒸发换热器7顶部出料口排出的物料从蒸发器8下部进料口 送入蒸发器8，送入蒸发器8的物料在温度为150°C、压力为微正压的条件下进行蒸发，生 成气相物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液，产生的气相物料从蒸发器8顶部出料口排出， 产生的含三氯化铝的四氯化钛溶液从蒸发器8底部出料口排出；蒸发器8顶部出料口排出 的气相物料从精馏塔9下部侧面进料口送入精馏塔9，送入精馏塔9的气相物料在温度为 137. 5°C、压力为微正压的条件下进行精馏，生成气体物料和含三氯化铝的四氯化钛溶液， 产生的气体物料从精馏塔9顶部出料口排出，产生的含三氯化铝的四氯化钛溶液从精馏塔 9底部出料口排出；精馏塔9顶部出料口排出的气体物料送入塔顶冷凝器10进行冷凝，得 到精四氯化钛液，该精四氯化钛液从塔顶冷凝器10的出料口采出，精馏塔9底部出料口排 出的含三氯化铝的四氯化钛溶液，根据开车初期和开车正常两个阶段，分别进行处理1) 开车初期，将精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液全部送入再沸器11， 再沸器11将送入的溶液加热至137. 5°C，然后，将加热后的溶液从再沸器11上部出料口排 出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满足精馏塔9蒸发的要求，2)开 车正常后，将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液总质量98. 5%的 一部分溶液送入再沸器11，再沸器11将送入的溶液加热至137. 5°C，然后，将加热后的溶 液从再沸器11上部出料口排出，并从精馏塔9另一侧面进料口重新送入精馏塔9内，以满 足精馏塔9蒸发的要求，将占精馏塔9底部出料口排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液总质 量1. 5%的另一部分溶液与蒸发器8底部排出的含三氯化铝的四氯化钛溶液汇集组成总溶 液；开车正常后，将该总溶液的一部分从顶部进料口送入第一反应釜4或第二反应釜17，控 制第一反应釜4或第二反应釜17内进行除钒反应时，反应液中三氯化铝的浓度在3. 5% 8. 5%之间，该总溶液的其余部分通过沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12内；第一反应釜 4底部出料口排出的固体钒渣杂质和第一过滤器5底部出料口排出的滤饼分别从沉降槽12 顶部进料口送入沉降槽12，第二反应釜17底部出料口排出的固体钒渣杂质和第二过滤器 18底部出料口排出的滤饼从沉降槽12顶部进料口送入沉降槽12 ；沉降槽12对送入的滤饼 和含三氯化铝的四氯化钛溶液进行固体杂质和四氯化钛的沉降分离，生成四氯化钛清液和 含固相的沉降液，该四氯化钛清液从沉降槽12侧面出料口排出，该含固相的沉降液从沉降 槽12底部出料口排出；沉降槽12底部排出的含固相的沉降液从干燥机13的进料口送入干 燥机13内进行干燥，对固体钒渣杂质中所含的四氯化钛再次进行蒸发分离，生成钒渣和气 相四氯化钛，生成的钒渣从干燥机13的固体废渣排出料口排出，生成的气相四氯化钛从干 燥机13的气体出料口排出；干燥机13气体出料口排出的气相四氯化钛从干燥冷凝器14的 进料口送入干燥冷凝器14内进行冷凝， 生成四氯化钛清液，该四氯化钛清液从干燥冷凝器14的出料口排出；沉降槽12排出的四氯化钛清液和干燥冷凝器14排出的四氯化钛清液分别送入四氯化钛清液储槽15进行汇集，然后，将汇集的四氯化钛清液送入第一反应釜4或 第二反应釜17循环利用。
权利要求
一种可连续制备精四氯化钛的工艺系统，其特征在于，包括第一反应釜(4)和第二反应釜(17)，第一反应釜(4)顶部进料口分别与粗四氯化钛储罐(1)、第一铝粉配置槽(2)和三氯化铝溶液配置槽(3)相通，第一反应釜(4)侧面出料口与第一过滤器(5)相通，第一反应釜(4)顶部进料口和三氯化铝溶液配置槽(3)之间设置有第一阀门(19)，第二反应釜(17)顶部进料口分别与粗四氯化钛储罐(1)、第二铝粉配置槽(16)和三氯化铝溶液配置槽(3)相通，第二反应釜(17)侧面出料口与第二过滤器(18)相通，第二反应釜(17)顶部进料口和三氯化铝溶液配置槽(3)之间设置有第二阀门(20)，第一反应釜(4)底部出料口和第二反应釜(17)底部出料口分别与沉降槽(12)进料口相通，三氯化铝溶液配置槽(3)的进料口分别与粗四氯化钛储罐(1)和三氯化铝加入装置相通，沉降槽(12)进料口还分别与第一过滤器(5)底部出料口和第二过滤器(18)底部出料口相通，沉降槽(12)出料口与干燥机(13)相通，干燥机(13)的气体出料口与干燥冷凝器(14)相通，干燥冷凝器(14)与四氯化钛清液储槽(15)相通，四氯化钛清液储槽(15)分别与第一反应釜(4)侧面进料口和第二反应釜(17)侧面进料口相通，沉降槽(12)侧面出料口与四氯化钛清液储槽(15)相通；第一过滤器(5)侧面出料口和第二过滤器(18)侧面出料口分别与缓冲罐(6)进料口相通，缓冲罐(6)出料口与蒸发换热器(7)进料口相通，蒸发换热器(7)出料口与蒸发器(8)进料口相通，蒸发器(8)底部出料口分别与第一反应釜(4)顶部进料口、第二反应釜(17)顶部进料口和沉降槽(12)进料口相通，蒸发器(8)顶部出料口与精馏塔(9)一个进料口相通，精馏塔(9)顶部出料口与塔顶冷凝器(10)进料口相通，塔顶冷凝器(10)出料口与产品储罐相通，精馏塔(9)底部出料口还分别与再沸器(11)进料口、第一反应釜(4)顶部进料口、第二反应釜(17)顶部进料口和沉降槽(12)进料口相通，再沸器(11)出料口与精馏塔(9)的另一进料口相通。
全文摘要
可连续制备精四氯化钛的工艺系统及制备方法，该系统包括并联设置的两套主反应装置，该两套主反应装置分别与粗四氯化钛储罐、沉降槽、四氯化钛清液储槽和缓冲罐相通，沉降槽、干燥机、干燥冷凝器和四氯化钛清液储槽依次相通，缓冲罐、蒸发换热器、蒸发器、精馏塔和塔顶冷凝器依次相通。将原料送入主反应装置进行除钒反应，反应生成物通过过滤、缓冲、加热、蒸发、精馏和冷凝，得到精四氯化钛溶液，同时，将系统中生成的含三氯化铝的四氯化钛溶液返回主反应装置，以补充除钒反应中对三氯化铝的需求，除钒反应中产生的杂质经沉降分离、干燥和冷凝，分离出四氯化钛清液，循环利用。本发明工艺系统能连续生产精四氯化钛，且液相出料，更有利于除钒。
文档编号C01G23/02GK101805016SQ20101013425
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者廖东太, 曹锋州, 李长禧, 梁曦彬, 田忠元, 秦为涛, 金宇, 马国生 申请人:天华化工机械及自动化研究设计院