海綿鈦氯化尾氣處理系統(tǒng)運(yùn)行分析

張燕萍（四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 成都 610065）

某海綿鈦廠主工藝全部引進(jìn)烏克蘭技術(shù)，生產(chǎn)四氯化鈦采用熔鹽氯化法。熔鹽氯化的原料主要有鈦渣、氯氣、石油焦等，熔鹽氯化生產(chǎn)過(guò)程中尾氣主要成分為CO2、Cl2、HCl、CO、TiCl4等氣體，生產(chǎn)過(guò)程中各種因素的影響，造成氯化尾氣處理系統(tǒng)成分波動(dòng)較大。

一、熔鹽氯化尾氣處理工藝及原理

海綿鈦氯化尾氣處理系統(tǒng)用于處理氯化工序產(chǎn)生的尾氣，尾氣中主要成分為CO2、Cl2、HCl、CO及呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生的TiCl4。

尾氣處理系統(tǒng)包括兩級(jí)水洗、四級(jí)堿洗。水洗主要是吸收尾氣中的TiCl4煙氣得到偏鈦酸（H2TiO3）和HCl；H2TiO3沉降到循環(huán)槽底部，HCl被水吸收，水洗液中HCl濃度逐漸升高。主要反應(yīng)式為：TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl

堿洗時(shí)氯氣與NaOH反應(yīng)生成NaCl和NaClO，同時(shí)NaOH還與尾氣、廢氣中的CO2反應(yīng)生成Na2CO3，Na2CO3結(jié)晶可能會(huì)引起堿洗填料塔發(fā)生堵塞。主要反應(yīng)式為：

2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O

NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

過(guò)量的CO2與NaOH有如下反應(yīng)：

NaOH+CO2=NaHCO3

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二、氯化尾氣處理工藝流程

三、氯化尾氣系統(tǒng)總體運(yùn)行情況及分析

1.氯化尾氣系統(tǒng)運(yùn)行情況

（1）氯化尾氣系統(tǒng)運(yùn)行及陽(yáng)極氯氣處理

氯化尾氣系統(tǒng)2級(jí)水洗、4級(jí)堿洗；廢氣系統(tǒng)1級(jí)水洗、3級(jí)堿洗。正常情況下，多余陽(yáng)極氯氣全部送廢氣系統(tǒng)處理；在氯化爐通壓空或氬氣時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)使尾氣系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)各處理約50%的陽(yáng)極氯氣，以減輕廢氣系統(tǒng)處理負(fù)荷。

（2）氯化尾氣處理系統(tǒng)成分波動(dòng)較大

2.氯化尾氣處理運(yùn)行分析情況

（1）尾氣處理過(guò)程中循環(huán)堿液中NaOH、NaClO、Na2CO3濃度變化

NaOH濃度變化

目前對(duì)循環(huán)堿液每小時(shí)取樣分析一次其中的NaOH濃度，在沒(méi)有補(bǔ)加新堿液的情況下，NaOH濃度呈遞減趨勢(shì)。如果氯化爐非正常生產(chǎn)且通壓縮空氣保溫，只有陽(yáng)極氯氣消耗堿液時(shí)，循環(huán)堿液中NaOH濃度遞減的幅度不大,4月5日夜班20:00至23:00統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，NaOH濃度從17.5%變?yōu)?2%；如果氯化爐通蒸發(fā)氯氣正常生產(chǎn)，NaOH濃度遞減幅度比較大，4月7日白班13:00至16:00統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，NaOH濃度從16%變?yōu)?%。如果氯化爐生產(chǎn)不正常，氯化爐未投加鈦渣等爐料，蒸發(fā)氯氣未反應(yīng)而直接進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，循環(huán)堿液中NaOH濃度遞減的幅度非常大，堿液消耗量也非常大。

氯化爐正常生產(chǎn)情況下，尾一堿液濃度降低速率約為2.5%/h；氯化爐通壓空保溫時(shí)尾一堿液濃度降低速率約為1%/h。

NaClO濃度變化

目前，每?jī)尚r(shí)取樣分析一次循環(huán)堿液中NaClO濃度。結(jié)果表明，洗滌過(guò)程中，循環(huán)堿液中NaClO濃度先是逐漸升高，到達(dá)某一最高點(diǎn)后又開(kāi)始下降，特別是在處理氯氣負(fù)荷較大的循環(huán)堿液槽。

經(jīng)分析主要原因是堿液洗滌過(guò)程中隨著反應(yīng)放熱，循環(huán)堿液溫度升高，由此加劇了NaClO的熱分解和NaClO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為NaClO3（氯酸鈉）。

檢測(cè)結(jié)果中，循環(huán)堿液中NaClO濃度最高達(dá)到16.86%，各堿液槽中NaClO濃度最高都達(dá)到了15%左右。

（2）循環(huán)堿液槽液位變化

正常生產(chǎn)時(shí)，在不排廢堿液的情況下，各循環(huán)堿液槽的液位變化趨勢(shì)平緩，液位維持在40～60%之間；在排廢堿液后，循環(huán)堿液槽液位降低至10～15%，然后補(bǔ)加新堿液至55%。

如果氯化爐生產(chǎn)不正常（如氯化爐因螺旋故障不能加料）而短時(shí)間內(nèi)又未采取切換壓空保溫的情況下，大量未反應(yīng)的蒸發(fā)氯氣而直接進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，尾氣系統(tǒng)處理氯氣量急劇增加，反應(yīng)劇烈，放熱量大，可能造成堿液槽液位瞬間由50%升至100%并產(chǎn)生冒槽現(xiàn)象，在幾秒或者十幾秒后液位下降至正常。

發(fā)生堵塔時(shí)，因部分堿液滯留在填料塔上，堿液循環(huán)槽會(huì)出現(xiàn)液位降低現(xiàn)象，大概降低到45%左右。

（3）氯化精制尾氣系統(tǒng)故障分析

氯化尾氣系統(tǒng)發(fā)生的主要故障有堵塔、爆管、循環(huán)堿液泵法蘭漏液、堿液直排地溝等其中循環(huán)堿泵法蘭漏液頻次較高。

3.存在的問(wèn)題及原因

（1）崗位人員加強(qiáng)對(duì)排放堿液的時(shí)間的把握水平。

（2）氯化爐加料螺旋故障且仍通蒸發(fā)氯氣情況下易造成外排廢氣報(bào)警，同時(shí)消耗大量的堿液，產(chǎn)生大量的廢鹽水，并易使循環(huán)堿液槽產(chǎn)生冒槽。

結(jié)語(yǔ)

1.尾氣系統(tǒng)工藝操作方面，崗位人員需提高對(duì)堿液排放的時(shí)間把握水平，一是在確保排放廢鹽水中NaOH濃度≤2%不造成堿液浪費(fèi)，二是防止堿液完全失效而造成外排廢氣中氯氣報(bào)警或幾個(gè)槽需集中排放。

2.規(guī)范氯化爐操作。在螺旋故障時(shí)，如預(yù)計(jì)處理時(shí)間超過(guò)0.5小時(shí)，建議將蒸發(fā)氯氣切換為壓空，以減少蒸發(fā)氯氣進(jìn)入尾氣系統(tǒng)的量，從而減少堿液消耗量和廢鹽水產(chǎn)生量。

3.在每個(gè)循環(huán)堿液槽安裝一套NaOH濃度在線自動(dòng)檢測(cè)儀器。

4.加強(qiáng)崗位巡查和設(shè)備故障處理。主要包括及時(shí)處理堵塔、堿液泵漏等，確保氯化尾氣系統(tǒng)運(yùn)行正常。

[1]唐道文.海綿鈦氯化尾氣治理的試驗(yàn)研究[J]輕金屬2013(2):56-57.

[2]李大成.鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2009.