氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济分析.doc

氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济分析第1期2012年1月中国氯碱ChinaChlorAlkaliNo.1Jan.201223氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济分析邓科,唐勇,孙永贵,张定明,何波,陈洪(宜宾天原集团股份有限公司,四川宜宾644004)摘要:简述了国内氯化法钛白粉生产技术进展及其存在的问题,并详细介绍了以石油焦,钛渣和氯气为主要原料的钛白粉的生产工艺流程.对105Yt/a氯化法钛白粉项目的投资,消耗定额和经济效益作了初步估算.关键词:钛白粉;氯化法;工艺流程;经济评价中图分类号:TQ134.11文献标识码:B文章编号:1009一l785(2012)01002303TheproductionprocessesoftitaniumdioxideproducedbychlorinationprocessanditstechnicalandeconomicanalysisDENGKe,TANGYong,SUNYong-gui,ZHANGDing-ming,HEBo,CHENHong(YibinTianyuanCo.,Ltd.,Yibin,644004,China)Abstract:Theproductiontechnologyprogressoftitaniumdioxideproducedbychlorinationprocessanditspresentproblemswerenarratedbriefly.Andtheprocessflowfortitaniumdioxidebyusingpetroleumcoke,titaniumslagandchlorineasthemainmaterialwasdetailintroduced.Atthesametime,economicevaluationwasmadepreliminaryfor100kt/achlorinationprocesstitaniumdioxidefacilityinthefieldsofinvestment,consumptionquotaandeconomiceffect.Keywords:titaniumdioxide;chlorination;processflow;economicevaluation目前,二氧化钛的工业生产方法主要有硫酸法和氯化法.硫酸法是用硫酸分解钛矿成TiOSO,经净化,浓缩后,钛液水解成TiO?H:O,再经洗涤,过滤,煅烧后得产品,再进行表面处理,则得金红石产品,该工艺的特点是原料来源广,品位要求低,生产技术容易掌握,但是生产流程长,操作要求精细,”三废”排放量大.氯化法以天然金红石,人造金红石或高钛渣为原料,经氯化,精制,氧化,表面处理后制得成品.该工艺的特点是生产流程短,连续化操作,单系列装置规模大,”三废”排放少,但生产技术难度大.1流化床氯化法钛白粉生产工艺流程氯化法钛白粉生产流程主要分3部分:氯化,氧化和后处理工段.1.1氯化工段无论是氯化法钛白生产还是海绵钛生产过程中,粗TiC1的制取工艺基本相同.主要有固定床氯化,熔盐氯化和流化床氯化技术,其中,固定床氯化工艺已被淘汰,熔盐氯化工艺在攀钢集团锦州钛业公司正在应用.流化床氯化工艺在国外被普遍采用,国内在快速流化床氯化技术方面还处于开发阶段.流化床氯化法钛白粉生产工艺流程图见图1.流化床氯化主要设备是沸腾氯化炉,通常用材质为钢,衬有耐火材料并罩有外部水冷套.金红石矿或高钛渣等富钛料经粉磨后,与一定比例的石油焦从沸腾层上方加入沸腾炉,从氧化工序返回的循环氯气从炉底加入.氯化反应在9251010下连续进行,TiO及铁,硅,矾,钙,镁及其他金属的氧化物被转化成相应的氯化物,随气体离开氯化炉.反应气体先经旋风分离器将未反应的固体粉尘和不挥发的氯化物从反应气体中分离出来,随后,进行逐级冷却,冷凝,先分离出亚铁的氯化物,再分离中沸点的【作者简介】邓科(1977一),男,化工工艺工程师,从事化工新材料和工艺过程的开发与应用.中国氯碱2012年第1期图1流化床氯化法钛白粉生产工艺流程图氯化物三氯化铁,然后,用冷四氯化钛喷淋等办法冷凝收集低沸点的四氯化钛(内含四氯化硅和三氯氧矾等),经过滤除泥浆,得到粗四氯化钛.粗四氯化钛经除矾(一般用矿物油),再经蒸馏除去四氯化硅等低沸点杂质,得到相对高纯度的精制四氯化钛.1.2氧化工段经蒸发预热的精制四氯化钛,经预热的氧气以及反应所必需的成核剂,晶型转化促进剂等反应物加入氧化反应器.氧化反应引发温度为800以上,主反应一般在13001800oC进行.从反应器出来的气流(夹带反应生成的二氧化钛颗粒)用低温的循环氯气骤冷至700以下.再经沿程管路冷却至200,逐级用旋风分离器和布袋收集器将二氧化钛从氯气中分离出来,二氧化钛经脱氯处理后送后处理工序.1.3后处理工段后处理工段由打浆,研磨,化学品制备,表面处理,过滤洗涤,喷雾干燥,微粉碎及成品包装等主要工序组成.(1)氧化工序来的TiO粉料进入打浆槽,分散剂,脱盐水计量后分别加入打浆槽,打浆合格的浆液送研磨工序.(2)打浆工序来的浆料进砂磨机进料槽再分散后,经砂磨机进料泵打入砂磨机,研磨成粒径小于1m的浆料,磨后浆料送人磨后贮槽,经料浆分级泵送至分级器分级,粗料返回砂磨机,细料自流至表面处理罐.(3)研磨工序来的浆料经计量后进入表面处理罐.再计量加入化学品制备工序来的各种表面处理剂,反应完成后送往过滤工序.(4)表面处理工序来的浆料用泵送人吸片槽,叶滤机在吸片槽内真空吸滤,完成上片后.桥吊吊起叶滤机.放入充满脱盐水的水洗槽中进行浆料洗涤.洗涤合格后,桥吊吊起叶滤机在卸料槽中卸下浆料.(5)卸料槽卸下的浆料进入均质器打浆均匀后,经隔膜泵送入喷雾干燥器.在干燥器内离心雾化后,用热风炉送人的热风干燥浆料.出干燥器的尾气在袋滤器内分离下粉料,热风经排风机排人大气,干燥后的TiO:粉料由输送装置送往微粉碎工序.(6)喷雾干燥工序来的粉料经气流输送系统送人汽粉前料仓,料仓下设置螺旋输送机输送粉料进入气流粉碎机,在气流粉碎机人口处,用移动泵向粉料中加入粉碎助剂.在气流粉碎机内用中压过热蒸汽作为工质,粉碎粉料至平均粒径约0.3m,出气流粉碎机物流进蒸汽旋风分离粉料,出蒸汽旋风尾气流进高温袋滤器再分离出夹带的TiO粉料,出高温袋滤器气流经喷水激冷后,进入洗涤器,洗涤后的冷凝水去洗涤水槽用于水洗,出洗涤器的不凝性气体经汽液分离器.由排风机排人大气.由蒸汽旋风收集的粉料由空气风机鼓入空气流态化,粉料被空气冷却,物流进入冷却旋风分离出粉料,出冷却旋风气流进袋滤器再分离夹带粉料,出袋滤器气流由排风机排人大气.由冷却旋风,袋滤器收集的粉料进入成品包装工序.(7)微粉碎工序来的TiO成品进入螺旋输送机,送入成品料仓,可根据需要供25kg/袋包装机或供1000kg/袋包装机使用.2流化床氯化法钛白粉生产工艺的技术经济评价2.1基础数据(1)产品方案与建设规模为年产金红石钛白粉1O万t.32%盐酸235o0t,9%次氯酸纳7170t.(2)项目总投资225000万元,其中,自备资金3O%左右.其余为银行贷款.(3)依照目前市场行情,产品金红石钛白粉,32%盐酸,9%次氯酸钠含税价分别以22000元,t,第1期邓科,等:氯化法钛白粉的生产工艺与技术经济分析180元/t,150元/t计.据此,则可测算正常年份年销售收入为220530.55万元.(4)固定资产折旧采用直线折旧法,设备残值率为4%,折旧年限为10年,则每年折旧费用为21600万元(5)10万氯化法钛白粉项目总定员870人,人均工资及福利费用为4.8万元/(人?年),则年人力成本为4176万元.(6)财务费用(包括销售费用,管理费用,设备维修维护费用和贷款利息等)以销售总额的8%计,则年费用为17642.444万元.(7)销售税金包括增值税,城市维护建设税及教育费附加,增值税税值为销项税与进项税之差,城市维护建设税及教育费附加分别按增值税的7%和3%计算,则增值税为21470.61万元,城市维护建设税及教育费附加费用为2147.061万元.(8)企业所得税以25%计.(9)生产中原材料,辅助材料及燃料动力等各项消耗均为工艺专业设计,价格均参考市场价格;由于市场价格处于动态变化中,本评价中所取价格可能和当前最新市场价格有所出入.2.2生产成本分析氯化法钛白粉的生产成本主要有原辅料及公用工程消耗,人工,投资折旧,财务费用等几项.主要原辅材料及公用消耗定额见表2.表2显示,吨钛白粉的直接成本为9012.624元,其中.原辅料成本为7276.224元,公用工程成本为1736.4元:则10万t/a钛白粉全年制造成本为90126.24万元,外购原辅料72762.24万元.公用工程17364万元.年成本费用见表3.单位钛白粉产品的完全成本为12511.94元,t,则10万氯化法钛白粉项目年净利润为:(220530.55/1.17125119.455)(125%)=47526.15(万元).税后投资回收期(含建设期24个月):24/12+225000/47526.15=6.73(年)投资利润率为:f47526.15/225000)*100%=21.12%2.31O万t/a氯化法钛白粉净利润的变动情况由前述对氯化法钛白粉的成本测算可知,在其变动成本中.原料钛渣成本占制造成本的48.74%.当钛渣含税价格为3670元/t,产品金红石的生产成本为12512元/t时,则1O万金红石钛白粉的净利润随钛渣原料成本和钛白粉市场价格变动关表2主要原辅料及公用工程消耗定额主要原辅料高钛渣石油焦液氯脂肪酸铝片岩盐渥太华砂氯化钾50%氢氧化钠氢氧化铝添加剂硅酸钠水泥飞灰沙子包装袋(25kg)包装袋(50kg)甲苯天然气小计公用工程三废排放费电工业水脱盐水高压过热蒸汽低压过热蒸汽氮气氧气小计合计1.19736704392.9948.7430.2942800823.29.1340.261700182.72.027O.oo587O2O40.7160.4520.0052600013O1.4420.021628oo6O.480.6710.Ooo05638003.190.0350.O00O685oo0.510.0060.21290019OI82.】170.04734O0159.81.7730.0062O0oO1201-331O.16ll700273.73.0370.36l400144.41_6020.12319824.3540.2700.5586O33.480.37l40312O1-3312O51oo1.11O0.0078820063.960.710158.442.6411.9444.57l7276.224兀kW?h680t30t8t2.6t1.2m920m3312O.551.2418O160O.4O.80.1864.1500.3990.3555.1932.1304.0832.769表3年总成本费用万元系为:z=Y/1.17-12512+1.197(X-3670)/1.17100O00xO.75上式整理为:当Z>0时.Z=(Y/1.171.197x/1.1712512+1.197x367o/1.17)x75000:当Z<O时,Z=(Y/1.171.197x/1.1712512+1.197x3670/1.171xlO0000式中:Z为l0万t/a氯化法钛白粉的净利润:Y为吨氯化法钛白粉的含税市场价格:Z为吨钛渣的含税市场价格.3结论与建议(1)就钛白粉产品本身的品质,环保和生产成本,工艺技术的先进性,政策导向以及行业的发展趋势各方面分析来看,(下转第46页)只只n暑864懈中国氯碱2012年第1期3苯流失量的分析每吨氯化苯理论消耗苯693kg,济宁中银电化公司近年来的苯耗为730735kg,流失的苯为3742kg,具体分析如下.(1)生成混合二氯苯3Okg,消耗苯16.(2)生成多氯化苯残渣5,消耗苯2.5kg.(3)副产盐酸尾气及副产盐酸中夹带的苯.每吨氯化苯产生尾气198838L,尾气中苯的质量浓度控制在40mg/L,损失苯约8.(4)原苯,回收苯,氯化液中间罐等贮罐排气.每生产1t氯化苯,约排放8ms,排气含苯10%,苯流失量为1.12kg.(5)中和,水洗废水中流失苯约0.6kg.氯化苯约0.54kg,折苯约O.38kg,共流失苯约1kg.(6)水环真空泵排气缸溢流水中流失苯约1.15kg.(7)产品中夹带的苯约0.2kg.(8)贮罐底部放水,干燥器底部放水,苯损失约为1kg.(9)洗塔水,设备检修,跑,冒,滴,漏及其他不可测量部分,损失苯611.4降低苯耗的对策通过以上数据分析可以看出混合二氯苯,氯化尾气及不可测部分苯的损失占80%以上,只有降低这几方面苯的流失.才能从根本上降低苯耗,达到节能降耗,降低污染的目的.4.1严格管理,精心操作,减少”三废”带料一要加强管理,减少跑,冒,滴,漏.向管理要效益;二要努力提高操作工的技术水平和业务素质,提高操作工的责任心.努力减少废酸,废碱和废水的带料,稳定真空系统,减少真空带料,加强残渣排放的控制,降低废渣的带料.4.2采用先进的工艺措施,严明工艺纪律.加强”三废”治理对于废酸,废水夹带的物料,目前,国内氯化苯生产厂家均采用曝气工艺加以处理.对于真空带料,可采用活性炭吸附法加以处理.在严格控制的前提下,做好活性炭的解吸,重整以及物料的回收工作,就能够减少真空带料造成的苯耗.4.3制定合理工艺措施.加强苯蒸气的回收由原苯,回收苯,氯化液中间罐等贮罐的苯蒸气的排气造成的苯流失可以采取以下2种工艺措施.(1)冷却冷凝法.将各贮罐的排气管全部连接在一起,最后在排人大气的一端安装1台传热面积为10m的钢制冷凝器,用一510的冷冻盐水作为冷却剂,只要控制好冷冻盐水的流量,就可全部回收苯蒸气.(2)活性炭吸附法.把各贮罐的排气管连在一起.在排人大气的一端并联安装2台容积为1m,的活性炭吸附器和l台传热面积为5m2的冷凝器,2台吸附器交替使用,饱和后用水蒸气解吸,从而回收吸附的苯,通过这个措施,也可加收苯蒸气.4.4对氯化尾气夹带苯的处理措施对于氯化尾气(即HC1)带苯造成的苯耗.还有调整的余地.氯化尾气是经一,二段冷却,分离其中大