[发明专利]一种生产高纯三氧化二钒的流态化还原炉及生产方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，尤其涉及到一种生产三氧化二钒的流态化设备及生产方法。

背景技术

三氧化二钒为灰黑色结晶或粉末，不溶于水，溶于硝酸、氢氟酸、热水，在空气中慢慢吸收氧而转变为四氧化二钒。三氧化二钒是一种重要的钒化合物，它在冶金、电子、化工等领域有着重要的应用。三氧化二钒可用于制取钒铁，也可把三氧化二钒制成碳化钒或氮化钒等直接加入钢水中制取特种钢材。三氧化二钒还可用于制取金属钒粉末。此外，三氧化二钒还可直接用于生产热元件等电子产品。

工业上通常通过还原偏钒酸铵或五氧化二钒制取三氧化二钒，如反应式(1)、(2)所示：

2NH₄VO₃+2H₂＝2NH₃+V₂O₃+3H₂O      (1)

V₂O₅+2H₂＝V₂O₃+2H₂O              (2)

美国专利US3410652公开了以回转窑为反应器的钒酸铵热分解裂解法制取三氧化二钒，此种工艺较为简单，但反应温度高达900℃，采用明火加热的方式提供热量。我国的攀枝花钢铁集团以回转窑为反应器，以焦炉煤气为还原剂，在850℃的温度下生产三氧化二钒，同样采用明火加热的方式提供热量。在生产过程中回转窑壳体经常被烧穿，作业率、低事故率高、存在严重的安全隐患。此外，以回转窑为反应器的生产方法还存在以下几个问题：(1)回转窑高温动态密封困难，目前国内外进行工业化生产三氧化二钒的回转窑实际上没有从根本上解决密封问题，生产都是在完全通风的车间内进行以保证安全；(2)操作温度高(一般要求达到850℃以上)，物料填充率低(5％)，反应效率低，还原气体浪费严重；(3)还原时间较长，一般需要1小时以上，产品品位较低(产品钒品位约为64％)，不适合生产高纯三氧化二钒。

CN 101028938A提供了一种生产粉体三氧化二钒(V₂O₃)的方法。该方法包括以下步骤：A、将粉体钒酸铵或五氧化二钒作为炉料加入到外加热流态化炉炉管中，使炉管的填充率达到10～55％；B、从流态化炉下部向炉管内通入工业煤气，同时将流态化炉炉管加热到600～650℃，保温还原3～9分钟；其中，通入的工业煤气流量应使加入炉管内的炉料翻腾流动、呈现流态化状态并向冷却出料口运动；C、隔绝空气冷却到100℃以下出炉，得到产品。该方法和现有技术相比更安全、更高效、成本更低。

CN 101844809A提出了一种生产三氧化二钒的系统及其方法，在流化床中内置换热管、换热管内通入高温烟气为反应提供热量，高温烟气由一个燃烧室提供，换热管的数量(换热面积)由处理量、反应温度、烟气流量和烟气温度决定，通过调节烟气温度和流量可在一定程度上对反应温度和处理量进行调节。采用焦炉煤气作为还原剂时，钒酸铵可在600～800℃下、5～30分钟内得到钒品位63～67％左右的三氧化二钒产品。同时该专利还提供了一套完整的三氧化二钒生产工艺，由进料系统、带内置换热管的流化床反应器、流化床冷却器、燃烧室和料仓组成。尽管该工艺和设备提供了一种在工业规模上替代现有回转窑生产三氧化二钒的生产技术，可以获得品位更高的三氧化二钒产品，但该工艺中的流化床反应器内物料处于全混状态，导致了产品质量不稳定、作业率偏低，主要表现在：(1)反应器内原料、中间产物和产品处于全混状态，部分未被充分还原的V₂O₅或V₂O₄直接从出料口进入下一步工序，引起产品的钒品位的波动，处于63～67％之间，不适合生产高品位的V₂O₃；(2)全混状态的反应器的温差较小，出料端和进料端的温差仅有几十度，此反应的中间产物V₂O₅的熔点约为670℃，V₂O₅在630℃以上即开始软化，当反应器的操作温度大于630℃时，V₂O₅会引起物料的粘结、结块，引起流化状态的逐渐恶化，连续运行1～2月之后需要停止运行，清理结块的物料，当反应器的操作温度低于630℃时，作业率较高，但反应效率较低。