年产3500吨海绵钛生产新工艺可行性研究报告
一、总论
（一）概述
XX有限公司（原名XX厂钛分厂；XX钛业有限责任公司）是全民国有企业，始建于1XXX年是中国第一吨海绵钛的诞生地，是我国建厂时间最长、技术力量雄厚、管理经验丰富和具有完整的海绵钛生产线厂家。我国的海绵钛工业起步较晚，1958年才开始建设试验工厂，80-90年代初曾有10余家海绵钛生产企业，但规模小，技术装备落后，环境污染严重，生产成本高，在市场竞争中相继破产或转产，目前仅剩XX钛厂和遵义钛厂两家，生产能力只有4500吨左右，两企业年生产能力均未达到5000吨以上的经济规模。随着社会的发展和科技的进步，XX生产工艺和产量已经落后于世界其他国家。市场预测显示，我国海绵钛需求强劲，2001年和2002年我国海绵钛总需求量4845吨和5215吨，国产海绵钛为2468吨和3328吨，净进口海绵钛2377吨和2136吨，进口量占总需求量的49%和41%，预测2005年，国内海绵钛需求量将达7500吨左右，国产海绵钛供不应求，扩大产能是当务之急。
遵义钛厂2002年在国家支持下年产5000吨级海绵钛产业化示范工程开工建设，2004年建成。
XX的海绵钛质量得到国内用户好评，也是提供航空航天、军工企业海绵钛的定点企业，最近企业收到神州"五号"载人飞船研制配套厂家的感谢信，信中讲："贵厂生产的优质海绵钛、产品质量可靠、性能稳定、神州"五号"的成功，凝聚着你们无数的心血和汗水，有你们的一份贡献"。
但目前工厂生产能力小，由于建厂时间久，厂房设备陈旧。最近，国家提出"振兴东北老工业基地"。为此，提高工厂技术装备水平，提高产品竞争力，不失时机改扩建XX钛厂，使其达到5000吨经济规模，满足市场需求是十分必要的，对国防建设也有着重要意义。
（二）社会经济意义、目前进展情况
1.社会经济意义
企业占地面积35000平方米，现有职工190人（其中技术人员21人）现有主要设施包括：厂房建筑面积16860平方米，Ф1.0m无筛板沸腾氯化炉，四氯化钛分馏塔，四氯化钛还原蒸馏炉，海绵钛破碎分级联动线等。
海绵钛的年生产能力1000吨。产品质量符合GB/T2524-2002国标，2002年海绵钛样品经美国普惠公司、英国IMI公司、日本大阪钛公司化验分析，达到ASTM和日本JIS优质海绵钛标准，2002年11月通过ISO9001：2000质量体系认证。
2005年生产海绵钛850吨，全部销往国内外市场。
到2005年底，企业拥有固定资产原值2700万元，资产净值920万元，资产总额4230万元，负债2834万元，资产负债率为6%。2005年实现产值4700万元，利润63万元。
（二）目前进展情况
拟通过对现有海绵钛装置的技术改造和配套工程的建设，使海绵钛生产能力由1500吨/年，提高到5000吨/年，增产海绵钛3500吨/年。项目建设投资3000万元，以增量最大限度地调动存量，增量效益显著。技术装备水平上一个新台阶，产品竞争力将明显增强，环境治理将会得到改善，排放物达到国家和地方标准。基本消除工厂生产对环境和职工健康的危害。
生产和技术有保障。XX公司具有四十多年的海绵钛生产历史，拥有国内先进成熟的海绵钛生产技术和主要生产装备的设计制造能力，有一批具有丰富生产实践经验的技术人员和操作人员，为项目实施提供了可靠的保障。
企业各项基础设施建设已完成初步具备了投入生产改造的基本条件。
（三）项目计划目标
1、总体目标
（1）项目执行期间：2007年1月-2009年1月
（2）计划投资额：3000万元
（3）完成时达到的阶段：海绵钛年产3500吨。
（4）实现的年产能力：达产达效后，年生产海绵钛3500吨，实现销售收入15000万元，实现税收3000万元，实现利润6000万元。
（5）企业资产规模：
（6）企业人员总数：190人。因项目实施安排长期就业员工100人。
2.经济目标
项目执行期间可实现增加值20万元，销售收入300万元，上缴税金12万元，实现利润50万元。
3、技术经济指标
本项目主要技术经济指标如表1-1所示
表1-1 主要技术经济指标
序号 名称 单位 数量或指标 备注
一 项目规模 吨/年 5000 新增3500
二 产品方案
1 主产品
1.1 海绵钛 吨/年 3500
1.2 四氯化钛 吨/年 9500
2 副产品
2.1 等外钛 吨/年 36
2.2 盐酸（30%） 吨/年 1680
三 工作天数 天 300
四 主要原料
1 高钛渣 吨/年 17171
2 石油焦 吨/年 4917
3 氯气 吨/年 17422
4 氩气 NM/年 52500
5 铝粉 吨/年 48
五 辅助工程
1 新水 吨/年 1209X10
2 循环水 吨/年 3933X10
3 电 KWh/a 146x10
4 煤（标准煤） 吨/年 1645
六 面积
1 建筑占地 M 7812
2 建筑面积 M 24726 其中改造10870m
七 运输量
1 运入量 吨/年 45900
2 运出量 吨/年 15500
八 项目定员 人 372
九 投资
1 项目总投资 万元 3000
2 执行期投资 万元 2800
3 铺底流动资金 万元 200
4 全额流动资金 万元 220
5 银行贷款 万元 1400
二、申报企业情况
建设单位；XX有限公司
法定代表人：周新哲
地址：辽宁省XX市望花区鞍山路东段6号
XX有限公司（原名XX铝厂钛分厂；XX金铭钛业有限责任公司）是全民国有企业，始建于1958年是中国第一吨海绵钛的诞生地，是我国建厂时间最长、技术力量雄厚、管理经验丰富和具有完整的海绵钛生产线厂家。企业占地面积35000平方米，现有职工190人（其中技术人员21人）现有主要设施包括：厂房建筑面积16860平方米，Ф1.0m无筛板沸腾氯化炉，四氯化钛分馏塔，四氯化钛还原蒸馏炉，海绵钛破碎分级联动线等。海绵钛的年生产能力1000吨。产品质量符合GB/T2524-2002国标，2002年海绵钛样品经美国普惠公司、英国IMI公司、日本大阪钛公司化验分析，达到ASTM和日本JIS优质海绵钛标准，2002年11月通过ISO9001：2000质量体系认证。
三、项目的技术可行性和成熟性分析
本可行性研究为XX钛厂海绵钛扩建工程，产品为海绵钛。
扩建后新增海绵钛的生产能力3500t/a，加上原有的海绵钛1500t/a产能，将形成5000t/a海绵钛生产能力。
精四氯化钛生产能力为32000t/a，其中22500t用于制取海绵钛，余者9500t作为产品销售。
1、产品方案
产品方案见表3-1。
表3-1 产品方案表
序号 产品名称 标准 数量（t/a） 备注
一 主产品
1 海绵钛 GB/T2524-2002 3500 新增
2 四氯化钛 Q/FT002-2002 9500 新增
二 副产品
1 等外钛 36 新增
2 盐酸 30%HCI 1680 新增
2、.技术、设备与工程方案
技术方案
2.1、生产方法及工艺的选择
海绵钛生产工艺是以高钛渣和石油焦为原料生产出四氯化钛，再
由四氯化钛生产出海绵钛产品，还原-蒸馏副产氯化镁通过电解回收氯气和金属镁，具体生产方法选择如下：
(1)四氯化钛的生产是以高钛渣和石油焦为原料，在1000℃的高
温下，通入氯气进行氯化反应，生成四氯化钛，其化学反应式为:
TiO2+2Cl2+C=TiCl4+CO2
目前国际上普遍采用沸腾氯化法制取四氯化钛，我国四氯化钛
的生产是从来用固定床氯化炉开始的，在二十世纪70年代研制成功流态化沸腾氯化法制四氯化钛技术，目前已达到国际先进水平。XX公司规采用1.0米沸腾氯化炉的沸腾氯化法工艺，已长期稳定地用于生产。本次新工艺采用目前国际先进水平的沸腾氯化法生产工艺，为提高单炉产能，采用Ф1.4米沸腾氯化炉。
(2) 海绵钛的生产是以精四氯化钛为原料，在800~900℃的温度
下，用镁还原四氯化钛生成海绵钛，其化学反应式为:
TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2
目前国际上生产海绵钛采用的主要方法是镁热还原法(克劳尔
法)。我国海绵钛生产一开始就采用镁热还原技术路线，按照设备配置不同镁还原法又分为串联式和并联式两种制海绵钛技术。近年来XX对3吨/炉串联式联合法制海绵钛技术的工艺和设备进行了优化、改造，并在该厂成功生产多年，效果较好。因此本次海绵铁扩建工程采用3吨/炉串联式联合炉工艺。
(3)电解工序是将制取海绵钛生产过程中产生的氯化镁进行电解。 电解镁经精炼后，以熔体镁的形式返回还原车间;电解产生的氯气送往氯化车间生产四氯化钛。XX镁电解车间(1998年停产)系采用无隔板槽镁电解工艺，该工艺为当今世界较为先进的电解镁生产工艺。本次改扩建后，规模达到年产5000t，将产生2万多吨氯化镁。恢复镁电解车间，其电解镁的生产能力可满足5000t/a海绵钛生产对还原剂镁的需求。
生产工艺流程说明
(1)钛渣氯化生产四氯化钛工艺
原料高钛渣和石油焦先经破碎和风选，按配比混合后加入到沸腾氯化炉中，通入氯气进行氯化反应。沸腾氯化炉出来的混合气体经收尘、淋洗及过滤后得到的粗四氯化钦进入粗四氯化钛贮槽。沸腾氯化炉炉渣及过滤排出的残渣经回收利用后排放。
（2）四氯化钛精制生产工艺
粗四氯化钛中含有许多杂质(气态杂质、液态杂质和固态杂质)，作为生产海绵钛的原料，必须经过除高低沸点杂质和除钒等净化处理。粗四氯化钛进入浮阀蒸馏塔和精馏塔，除去低沸点杂质和高沸点杂质，再采用铝粉除钒(铝粉除钒技术引进)钒含量低于0.0007%及色度合格后，送入精四氯化钛贮槽，作为生产海绵钦的原料，其申部分精四氯化钛亦作为产品出售。
分离出来的低沸点物和高沸点物，送回收工序回收处理。
(3)海绵钦还原-蒸馏生产工艺
来自精四氯化钛贮槽的精四氯化钛，进入还原-蒸馏工序。
由镁电解车间来的熔体金属镁加入还原反应器内。精四氯化钛加入反应器内与镁反应生成海绵钛和氯化镁，氯化镁送镁电解车间回收镁和氯气。还原结束后进行真空蒸馏，拆卸，从反应器申取出海绵钛坨送破碎包装工序。
(4)海绵钦被碎和包装
来自还原-蒸馏工序的海绵钛经精整、破碎、筛分、磁选、混均、取样及包装后，作为产品出售。精整过程的等外钛作为副产品出售。
XX目前海绵钛的破碎能力为1500吨/年，海绵钛经油压机压碎后，再用鄂式破碎机联动线进行多次破碎后混匀包装。生产实践表明该工艺方案破碎能力较小，满足不了生产要求。为此，新增一台1000吨油压机，并对1500吨油压机进行改造，增加切削功能。
2.2、主要设备选择计算
（！）沸腾氯化炉
计算依据：
a.年工作天数300天
b.-沸腾床生产能力：25t/m².d
c.沸腾氯化炉规格：Ф1400x10000mm
单台氯化炉每日产能:38.48t/d（粗四氯化钛）
单台氯化炉年产粗四氯化钛产能:11544t/a
氯化炉台数:3台
考虑到氯化工艺生产的特性，本项目Ф1400Х10000mm沸腾氯化炉建4台，其中1台备用。
（2）浮阀蒸馏塔
计算依据:
a.年工作天数:300天;
b.日处理粗四氯化钛能力：112吨；
c.单位面积蒸馏处理能力167吨四氯化钛;
则所需浮阀蒸馏塔截面积为F=112/167=0、67m²
选蒸馏面积为0，37m²的Ф690mmX23节不锈钢浮阀蒸馏塔2台，与之配套的Ф1.6X1.5m蒸馏釜2台。
（3）浮阀精馏塔
计算依据
a.年工作天数300天;
b.日产四氯化钛106吨；
c单位面积精馏处理能力380吨/m²'四氯化钛；
则所需浮阀精馏塔截面积为F=106/380=0.279m²；
选精馏面积为0.139平方米Ф420mmx27节不锈钢浮阀精馏塔2台，与之配套的Ф1.6X1.5m蒸馏釜2台。
（4）除钒采用引进马克兰钛设计院铝粉除钒技术。"
（5）还原一蒸馏联合炉
计算依据
a.年工作天数300天
b.采用3吨/炉还原蒸馏联合炉，单炉周期生产海绵钛为2.5~2.8吨，设计取2.5吨/炉；
c.生产周期为7天，7X24=168h; 。
d.设备利用率为0.9
则单炉年产海绵钛：96.4t
则还原-蒸馏联合炉数为：32台
2.3自动控制方案
(1)XX海绵钛新工艺，主要新增生产工艺设施有:
氯化工序:4台Ф1.4X10m沸腾氯化炉
精制工序:2条精制生产线
还原-蒸馏工序:32台还原-蒸馏联合炉
（2）XX海绵钛生产工艺及工艺参数经多年运行，已相当稳定和成熟，新增设备与工厂原有设备型号及性能相近，故新增一次仪表和二次仪表的型号和类别与前期工程相同，以保证生产和工艺的连续性。
(3)鉴于新增32台还原-蒸馏联合炉，拟采用微机自动化群控系统。需要进行生产工艺模型和算法的软件开发和可靠的徽机工控机的硬件及接口设备配置。
（4）为达到环保和安全生产的要求，还需在设备和生产线上配置氯、氯化氢等有害气体的监测仪表和报警设备。
2.4常规仪表配置方案
(1)新增氯化炉、精制生产线、还原r蒸馏联合炉及镁电解槽等设备配置的常规仪表与原钛业生产设备的配置相同。
(2)新增设备的车间设置电气操作控制室，内设仪表操作台，安装二次仪表及报警装置。
(3)在氯化车间和液氯库设置有害气体监测仪，对氯气、氯化氢等有害气体浓度进行监测报警，提高环境保护和安全生产措施水平。
2.5还原一蒸馏联合炉自动控制系统方案
(1)在还原-蒸馏车间，以每三台联合炉共用一台24节点的PLC。对联合炉的温度、压力、流量进行采样，同时可对温度(电加热器)、流量进行自动调节。现场的10台PCL由R232口与上位工业控制微机进行数据交换和通讯。
(2)工控微机是由InterP4级微机及按工业生产环境而特制的微机，具有高抗干扰和高可靠度等特性。在以生产工艺模型进行自动控制的软件文持下，对32台联合炉进行自动监测、自动调节控制，实现生产自动化。
（3自控系统应用软件具有良好的人机界、报警界面及仿仪表界面。应用软件还包括生产计划管理、物料管理、产品统计等功能。
(4) 自动控制系统硬件为保证安全生产，采用双机热备份并可与上级LAN网联机，以保证系统的安全运行。自动控制系统安装在生产车间的电气操作室中，并需要UPS等电源供电保证。
创新点
本次新工艺采用目前国际先进水平的沸腾氯化法生产工艺，为提高单炉产能，采用Ф1.4米沸腾氯化炉。XX对3吨/炉串联式联合法制海绵钛技术的工艺和设备进行了优化、改造，并在该厂成功生产，效果较好。因此本次海绵铁扩建工程采用3吨/炉串联式联合炉工艺。精制采用矿物油除矾新技术。这在全国也是技术领先的。自动控制系统也领先于同类行企业。
合作单位：中国铝业公司
中国铝业公司是我国最大的铝电解集团。进几年投入到钛行业中，为我国的钛行业的数量和质量都提供了一个良好的经济技术保障。
四、市场调查与竞争能力预测
本项目有较好的经济效益；建设规模达到了经济规模的要求，技术装备水平的升级，可提高我国海绵钛行业整体竞争力；
产量扩大可以缓解市场供需之间的矛盾，同时对国防建设有重要意义；增加劳动力市场容量，有利于社会稳定。建议有关方面尽快批准项目建设，使项目尽快建成投产。建议XX钛厂在项目建设过程中局部工序引进先进技术，如"铝粉除钒"新工艺，提高环保意识，在设计方案中增加环保投资比例，同时对镁电解，氯化工序采取严格的措施，防止氯气的外漏和污染。
1.市场预测
1.1产品的主要特点及用途
钛及其合金密度低（4.5g/cm为碳钢的57%）、比强度高、耐蚀性和生理相容性好、无磁性、热膨胀系数低，约是不锈钢及铝材的50%，有钛合金具有特殊功能，如形状记忆功能，超弹性、储氢性能、超导性能等，它既是优质的结构材料，又是新型功能材料和重要的生物植入材料。所以，它被广泛用于航空航天、船舰、兵器、化工、石油、电力、轻工、冶金、纺织、建筑、医疗、体育、休闲等行业。
钛在地壳中储量丰富（0.64%），为铜的60倍，镍的30倍。全世界具有工业开采价值的资源约19.7亿吨（TiO2），我国钛资源9.7亿吨，储量占世界总储量40%以上。有关专家对钛从价值，资源寿命和发展前景评估，钛已成为继铁、铝之后，正在崛起的"第三金属"。特别是钛作为卫星、火箭、导弹、飞机、核潜艇和核电站上的关键材料有不可替代的作用，又誉为"二十一世纪战略金属"。
钛金属在各领域应用典型实例：
（1）航空
航空市场占美国全部钛材需求的65%左右，1952年道格拉斯DC-7飞机短舱及隔热墙上首先应用钛材，几十年来应用比例逐渐上升，如B777飞机使用钛合金结构材料比例高达11%，以前的B707用钛量仅有0.5%，美国第四代主力战斗机F-22单架用钛量36吨，用钛比例高达41%，中机身承力框重达2770公斤，我国六十年代生产的歼7机用钛量仅9公斤，歼8机增至93公斤，我国飞机用钛量仅为2-3%，潜力很大。