[发明专利]一种二氧化钛的生产系统及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛生产技术领域，特别涉及一种二氧化钛的生产系统及其生产方法。

背景技术

二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl₄气相氧化法，目前一般采用TiCl₄气相氧化法来制备二氧化钛。TiCl₄气相氧化法一般是以氮气作为TiCl₄的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得二氧化钛粉体。在实际工业应用中，TiCl₄气相氧化法生产二氧化钛耗能较高，得率较低，原料浪费较严重，往往未得到广泛应用，在尾气处理工序中，往往残留了相当量的二氧化钛粉末，一般会残留至少1.0%的二氧化钛粉末（%表示单次得到二氧化钛的总质量），尾气吸收剂用量较高，生产成本高，企业利润较低，这也是TiCl₄气相氧化法生产二氧化钛未得到广泛利用的一个重要原因。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种二氧化钛的生产系统及其生产方法，以解决现有TiCl₄气相氧化法生产二氧化钛所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种二氧化钛的生产系统，其特征在于，它包括：

高温预热炉单元，用于将反应物预热至850-1000℃，高温预热炉单元的输入端与反应物供应单元连通，高温预热炉单元的输出端连接管式高温反应器的输入端；

管式高温反应器，用于提供预热后的反应物混合发生反应的场所，管式高温反应器的输出端连接换热器的输入端，以将反应后的混合气流输送至换热器内；

换热器，用于将反应后的混合气流冷却至150℃以下，换热器的一个输入端连接管式高温反应器的输出端，其另一个输入端连接冷却水系统，换热器的输出端连接气固分离器的输入端；

气固分离器，用于对冷却后的混合气流进行气固分离，气固分离器的粉体输出端连接粉体收集装置，气固分离器的气体输出端连接尾气处理单元。

在上述生产系统中，换热器的设置最为关键，在管式高温反应器中，排出的混合气流的温度达到600℃以上，现有生产工艺是通过设置长管道来自然冷却至300℃左右时就对其进行气固分离，其不仅需要投入较大成本来铺设长管道，而且在300℃左右进行气固分离时，由于混合气流内的气体分子非常活跃，混合气流在旋风分离时不易沉降分离，进而导致分离后的混合气体中依然含有相当量的固体粉末。在本发明中，设置的换热器解决了需要铺设长管道的麻烦，利用换热器对混合气流进行降温，其不仅可以回收利用混合气流的热量，达到节约能源的目的，其还可以使混合气流的温度易于控制，缩短混合气流冷却过程所需时间，同时，经过实验研究得到，混合气流的温度降至80℃时，混合气流的温度对气固分离过程的影响降至最低，在该温度下，气固分离的效果最佳，能使绝大部分的固体粉末从混合气流中分离出来，固体粉末的损失量不超过0.5%，二氧化钛的得率得到有效提高，本发明在综合考虑了换热器的性能、换热运行成本和二氧化钛得率的情况下，混合气流的冷却温度设定为不大于150℃，优选为124℃，这样不仅可以充分利用换热器的功能，还能降低换热成本，二氧化钛的得率得到有效提高，其损失量控制在0.2-0.5%之间，由此有效地解决了传统生产工艺所存在的生产成本较高、二氧化钛得率较低和原料浪费较严重的问题。

进一步，为了更好地对反应物进行预热，反应物供应单元包括供应泵和储物罐，储物罐通过供应泵将罐内的反应物泵入高温预热炉单元内。利用供应泵来提供形成气流的动力，以使反应物在高温预热炉单元内形成具有一定流速的气流。

进一步，为了更好地实施本发明的反应物供应单元，储物罐分别包括O₂储物罐、TiCl₄储物罐和N₂储物罐，O₂储物罐通过供应泵将O₂泵入高温预热炉单元内；TiCl₄储物罐和N₂储物罐通过另一个供应泵将TiCl₄和N₂形成的气液混合气流泵入另一个高温预热炉单元内。