海绵钛氯化尾气处理系统运行分析

张燕萍（四川大学化学工程学院 成都 610065）

某海绵钛厂主工艺全部引进乌克兰技术，生产四氯化钛采用熔盐氯化法。熔盐氯化的原料主要有钛渣、氯气、石油焦等，熔盐氯化生产过程中尾气主要成分为CO2、Cl2、HCl、CO、TiCl4等气体，生产过程中各种因素的影响，造成氯化尾气处理系统成分波动较大。

一、熔盐氯化尾气处理工艺及原理

海绵钛氯化尾气处理系统用于处理氯化工序产生的尾气，尾气中主要成分为CO2、Cl2、HCl、CO及呼吸系统产生的TiCl4。

尾气处理系统包括两级水洗、四级碱洗。水洗主要是吸收尾气中的TiCl4烟气得到偏钛酸（H2TiO3）和HCl；H2TiO3沉降到循环槽底部，HCl被水吸收，水洗液中HCl浓度逐渐升高。主要反应式为：TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl

碱洗时氯气与NaOH反应生成NaCl和NaClO，同时NaOH还与尾气、废气中的CO2反应生成Na2CO3，Na2CO3结晶可能会引起碱洗填料塔发生堵塞。主要反应式为：

2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O

NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

过量的CO2与NaOH有如下反应：

NaOH+CO2=NaHCO3

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二、氯化尾气处理工艺流程

三、氯化尾气系统总体运行情况及分析

1.氯化尾气系统运行情况

（1）氯化尾气系统运行及阳极氯气处理

氯化尾气系统2级水洗、4级碱洗；废气系统1级水洗、3级碱洗。正常情况下，多余阳极氯气全部送废气系统处理；在氯化炉通压空或氩气时通过调节阀门使尾气系统、废气系统各处理约50%的阳极氯气，以减轻废气系统处理负荷。

（2）氯化尾气处理系统成分波动较大

2.氯化尾气处理运行分析情况

（1）尾气处理过程中循环碱液中NaOH、NaClO、Na2CO3浓度变化

NaOH浓度变化

目前对循环碱液每小时取样分析一次其中的NaOH浓度，在没有补加新碱液的情况下，NaOH浓度呈递减趋势。如果氯化炉非正常生产且通压缩空气保温，只有阳极氯气消耗碱液时，循环碱液中NaOH浓度递减的幅度不大,4月5日夜班20:00至23:00统计数据来看，NaOH浓度从17.5%变为12%；如果氯化炉通蒸发氯气正常生产，NaOH浓度递减幅度比较大，4月7日白班13:00至16:00统计数据来看，NaOH浓度从16%变为2%。如果氯化炉生产不正常，氯化炉未投加钛渣等炉料，蒸发氯气未反应而直接进入尾气系统，循环碱液中NaOH浓度递减的幅度非常大，碱液消耗量也非常大。

氯化炉正常生产情况下，尾一碱液浓度降低速率约为2.5%/h；氯化炉通压空保温时尾一碱液浓度降低速率约为1%/h。

NaClO浓度变化

目前，每两小时取样分析一次循环碱液中NaClO浓度。结果表明，洗涤过程中，循环碱液中NaClO浓度先是逐渐升高，到达某一最高点后又开始下降，特别是在处理氯气负荷较大的循环碱液槽。

经分析主要原因是碱液洗涤过程中随着反应放热，循环碱液温度升高，由此加剧了NaClO的热分解和NaClO进一步转化为NaClO3（氯酸钠）。

检测结果中，循环碱液中NaClO浓度最高达到16.86%，各碱液槽中NaClO浓度最高都达到了15%左右。

（2）循环碱液槽液位变化

正常生产时，在不排废碱液的情况下，各循环碱液槽的液位变化趋势平缓，液位维持在40～60%之间；在排废碱液后，循环碱液槽液位降低至10～15%，然后补加新碱液至55%。

如果氯化炉生产不正常（如氯化炉因螺旋故障不能加料）而短时间内又未采取切换压空保温的情况下，大量未反应的蒸发氯气而直接进入尾气系统，尾气系统处理氯气量急剧增加，反应剧烈，放热量大，可能造成碱液槽液位瞬间由50%升至100%并产生冒槽现象，在几秒或者十几秒后液位下降至正常。

发生堵塔时，因部分碱液滞留在填料塔上，碱液循环槽会出现液位降低现象，大概降低到45%左右。

（3）氯化精制尾气系统故障分析

氯化尾气系统发生的主要故障有堵塔、爆管、循环碱液泵法兰漏液、碱液直排地沟等其中循环碱泵法兰漏液频次较高。

3.存在的问题及原因

（1）岗位人员加强对排放碱液的时间的把握水平。

（2）氯化炉加料螺旋故障且仍通蒸发氯气情况下易造成外排废气报警，同时消耗大量的碱液，产生大量的废盐水，并易使循环碱液槽产生冒槽。

结语

1.尾气系统工艺操作方面，岗位人员需提高对碱液排放的时间把握水平，一是在确保排放废盐水中NaOH浓度≤2%不造成碱液浪费，二是防止碱液完全失效而造成外排废气中氯气报警或几个槽需集中排放。

2.规范氯化炉操作。在螺旋故障时，如预计处理时间超过0.5小时，建议将蒸发氯气切换为压空，以减少蒸发氯气进入尾气系统的量，从而减少碱液消耗量和废盐水产生量。

3.在每个循环碱液槽安装一套NaOH浓度在线自动检测仪器。

4.加强岗位巡查和设备故障处理。主要包括及时处理堵塔、碱液泵漏等，确保氯化尾气系统运行正常。

[1]唐道文.海绵钛氯化尾气治理的试验研究[J]轻金属2013(2):56-57.

[2]李大成.镁热法海绵钛生产［M］.北京:冶金工业出版社，2009.