[發明專利]一種可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統

在審

• 申請號: 201710039105.1
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106834746A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 吳復忠;金會心;王文豪
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;C22B5/04;F27D17/00
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙)11362
• 代理人: 張梅

技術領域

本發明涉及一種可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，屬于化工領域。

背景技術

遵寶鈦業有限公司全流程海綿鈦生產工藝采用的是鎂熱還原—真空蒸餾處理TiCl₄生產海綿鈦的Kroll法生產工藝，同時配備鎂電解生產滿足還原—蒸餾工序對精鎂的需求。Kroll法生產海綿鈦實現了原料Mg-Cl₂-MgCl₂的閉路循環，而且由于還原后立即進行真空蒸餾，蒸餾物仍處于高溫狀態，避開了蒸餾物導熱率的降低，從而達到節能目的，所以采用聯合法工藝可以提高蒸餾速率、減少能耗、縮短生產周期。遵寶鈦業有限公司在生產規模方面與國外以達到相同水平，但在技術裝備、能耗、產品質量以及生產控制及管理等方面都與先進國家還有一定的差距。

由于鎂熱還原TiCl₄是一個劇烈的放熱反應，在生產的初中期，反應器的散熱能力成為制約TiCl₄加料速度的一個重要因素，而現目前，海綿鈦還原設備環形空腔（還原反應釜和加熱器之間的間隙）內的空氣自然對流強度無法滿足大型倒“U”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設備的生產需要，同時，現目前在還原反應熱量散失方面造成的能量損失最大，主要是因為現目前缺乏對還原反應設備的余熱回收裝置。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統。本發明能夠滿足大型倒“U”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設備的生產需要，可加快反應中期的散熱速度和加料速度，提高生產效率，并且能對還原設備反應時產生的熱量進行回收，且裝置簡單，制造成本低，回收效率高。

本發明的技術方案：一種可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，包括有還原反應釜，還原反應釜的頂部設有蓋板，還原反應釜外設有筒形加熱器，筒形加熱器與還原反應釜之間有間隙，間隙內設有下隔板和上隔板，下隔板和上隔板之間形成環形冷卻區域，冷卻區域下部的筒形加熱器上均布有至少1個冷空氣入口，冷空氣入口經導管連接有強制對流風機，導管上設有第一流量閥，冷卻區域上部的筒形加熱器上設有與冷空氣入口對稱的熱空氣出口，熱空氣出口上分別連接有導氣管，且導氣管的另一端匯總至導氣總管，導氣總管的一端連接有余熱回收裝置，導氣總管上設有第二流量閥。

前述的可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，所述冷空氣入口共設有5-6個，均勻分布在筒形加熱器的筒壁上。

前述的可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，所述余熱回收裝置包括有換熱殼體，換熱殼體的一側連接在導氣總管上，換熱殼體的另一側設有冷空氣出口，換熱殼體內設有換熱管，換熱管的兩端分別伸出換熱殼體，并在其伸出的一端連接有冷卻水導入管，冷卻水導入管上設有水泵和第三流量閥，換熱管伸出的另一端連接有熱水導出管，熱水導出管的一端連接有儲水箱，儲水箱上設有排水管，排水管上設有第四流量閥。

前述的可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，所述導氣總管與換熱殼體之間經法蘭連接。

前述的可回收余熱的強制對流鎂熱法海綿鈦生產還原系統，所述換熱管呈蛇形盤曲在所述換熱殼體中。

本發明的有益效果：

1、本發明通過在間隙內設置上下隔板形成冷卻區域，并通過強制對流風機推動大量冷空氣進入冷卻區域的下部，然后從上部的熱空氣出口排出，使冷空氣在冷卻區域內形成對流后與還原反應釜發生熱交換，將反應中期產生的熱量快速帶走，加快反應釜內的冷卻速度，從而加快了反應中期的加料速度，提高了生產效率，另外，本發明通過流量閥精確控制冷空氣進入量和進入速度，達到了避免反應前期和后期大量冷空氣進入帶走過多熱量的目的，因為反應前期和反應后期還原反應放熱量少，需要加熱器輔助加熱促進反應；此外，本發明通過將冷卻區域的熱空氣收集并通入換熱殼體，與換熱管內的冷卻水進行熱交換，吸熱后的冷卻水升溫變成熱水流入蓄水箱儲存備用，放熱后的熱空氣通過冷空氣出口排出，實現了對海綿鈦生產設備的余熱回收，雖然整個余熱回收系統的理論效率可以高達81.75%，但是實際應用中，整個余熱回收系統的余熱回收效率僅有31.10%。通常情況下，為了保證熱水的質量，低的余熱回收效率是不可避免的。

2、本發明的導氣總管與換熱殼體支架通過法蘭連接，連接方便，且便于制造生產。

3、本發明的換熱管呈蛇形盤曲在換熱殼體中，使在有限的換熱殼體空間中盡可能的增加換熱管的長度，延長冷卻水與熱空氣的換熱時間，提高了換熱效果。

為證明本發明的有益效果，申請人做了如下實驗：

加料速度對比：