CN100369803C - 一种制备气相法纳米氧化物的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备气相法纳米氧化物的方法和装置，用经过预处理的含氢燃料、含氧氧化剂、惰性气体与金属或非金属卤盐进行混合，并喷入火焰水解炉内燃烧，气态卤盐在高温中与燃烧生成的气态水发生水解反应，生成的氧化物在渐冷气流中凝聚为纳米氧化物初级粒子并随载气流进入絮凝器，在其内絮凝成片状氧化物粉体，经气固分离，分离出的氧化物粉体在脱酸炉中脱去粉体表面的卤化氢，获得气相法纳米氧化物粉体。水解炉燃烧喷嘴设有混合室和星形叶片，使各路气流能均匀混合并以层流方式进入火焰区，外侧喷入二次空气环绕在火焰周围，避免火焰喷嘴前端的结疤出现。产品纯度在99.9%以上，粒径为5～40nm，比表面为100～400m2/g。
Description
一.技术领域：本发明涉及一种制备气相法纳米氧化物的方法和装置，属于化学工程技术制备领域。
二.背景技术：纳米氧化物粉体是当今日益发展的纳米材料产业的重要基础原料，而纳米氧化物粉体本身就是纳米材料中主要品种。规模化、连续化生产高晶质的纳米氧化物粉体，是纳米材料技术和其产业化进程中的基础工程。如气相法白碳黑，即颗粒直径为5～55nm、比表面积100～360m2/g、絮片状SiO2纳米粉体，在橡胶工业、有机硅工业和涂料工业等领域具有独特的、不可替代的补强作用，目前在世界范围内已形成近20万吨/年的销售市场；高温纳米TiO2粉体(＜50nm，如P25粉体)，因其显著的光催化、紫外吸收性能，在环境污染物降解处理、家用电器自清洁(抗菌)功能开发、抗紫外线、杀菌功能纤维织物等领域正逐步实现产业化。另外；诸如Al2O3、ZnO，Fe2O3、SnO2、Sb2O3等众多的纳米氧化物粉体，在塑料、橡胶、涂料、浆料、和各类复合材料领域，对这些材料的常规性能产生了大幅度的提升，并出现了很多新颖的功能。因而具有极细粒度、优异的分散性、丰富的表面功能的纳米氧化物粉体制备技术日益显出其重要性。
公知的氧化物纳米粉体的制备方法非常多，主要可分为物理法和化学法，其中具有工业规模意义的方法并不多。一是蒸发-冷凝法。在高真空条件下用电加热(或电子束加热系统)使金属蒸发气化，与气体反应生成氧化物，在低温区聚集成高品质的纳米粉体。该方法生产的粉体质量很高，但产率较低、需要高真空环境、间歇式生产，粉体规模小，生产成本很高；二是等离子法。在等离子环境下，作为电极的金属被气化与反应气体生成纳米氧化物粉体。该法产率较高，但气氛温度难控、粉体跨越纳米到亚微米尺度，粒度分布较宽，质量不高，对多元复合氧化物粉体(如需搀杂的半导体粉体，ITO、ATO、ZTO等)其工艺控制难度大；三是湿化学沉淀法，该法是在化学溶液中让金属离子在碱或酸沉淀剂作用下，以氢氧化物或酸化物沉淀，经过滤、清洗、干燥、煅烧、粉碎等环节获得氧化物粉体。该法可在单条生产线上获得万吨/年规模的粉体，但粉体品质太低，在溶液中胶粒间存在不可避免的团聚倾向，在随后的热处理环节中粉体间形成很强的桥氧(羟)键合，使粉体分散性严重劣化，因而液相沉淀法制备的粉体一般不能作为纳米粉体使用。
1958年，在US2990249的文献中公开了Degussa公司用气相火焰水解法制备超微细气相法白碳黑(SiO2粒子)的工艺和水解炉喷嘴结构，喷嘴系统初步改善了火焰的稳定性，用机械刮除法基本避免了喷嘴前端结疤问题，但在火焰前峰用喷水来控制温度和反应的快慢，由于在气流原料中外加大量的水，大大降低了火焰水解法作为无水干法的工艺优点，很难得到粒径均匀，形状均匀的单一SiO2粒子；Degussa公司于1976年公开的US3954945文献中以及Cabot公司1981年公开的US4292290文献中，在喷嘴结构上进行了改进，结合工艺上的优化，解决了火焰喷嘴前端的结疤问题，克服了火焰的不稳定性，但喷嘴结构过于复杂、加工精度高，在火焰高温下，易损坏，制造成本昂贵。Degussa公司1988年的文献US5762914中，用气相火焰水解法制备TiO2、SiO2、Al2O3超微细复合粒子，应该承认TiO2的比表面易于控制，但SiO2、Al2O3在TiO2中所占的比重难于控制，没有解决原料TiCl4，SiCl4，AlCl3的气化(蒸发)输送问题。在US624237381文献中用气相火焰水解法制备B2O3-SiO2(TiO2，Al2O3，ZrO)复合粒子混合粉体，复合粒子B2O3，SiO2的比表面和其它粉体在其中的比重容易控制，但复合粉体的收集效率较低，没有彻底解决复合粒子的聚集长大问题。
三.发明内容：
本发明的目的是提供一种制备气相法纳米氧化物的方法和装置，将预处理好的可挥发性金属盐原料在氢氧火焰产生的高温环境中与火焰生成的分子水发生水解反应，生成氧化物初级粒子，经絮凝-固气分离得到4-40nm的纳米氧化物粉体。
本发明的技术方案是：
(一)工艺流程：图1是本发明工艺流程图，图2是设备连接图：
将含氢燃料、含氧燃料和惰性气体进行除尘净化、干燥、预热、增压后，输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中，同时将可挥发性盐原料进行蒸发，并用惰性气体作为载气、将其输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中与各路气体均匀混合，并在增压气流推动下在炉膛中燃烧、水解，从炉膛尾部出来的混合物导入一级絮凝器，絮凝后在一级旋风分离器中分离，尾气导入二级絮凝器，再次絮凝，然后在二级旋风分离器中再次分离，从二级旋风分离器出来的尾气经粉体过滤收集装置第三次收集后，导入尾气吸收装置吸收后排空。从一级旋风分离器、二级旋风分离器、粉体过滤收集装置得到的产品氧化物在脱酸炉内脱酸后，经产品料斗收集，得到纳米氧化物粉体。
(二)发明按以下步骤完成：
1.原料、燃料、惰性气体及其预处理
将流量为1.5～5m3/h含氢燃料、流量为0.8～15m3/h的含氧燃料和流量为0.4～6m3/h的惰性气体进行除尘净化，除去99.0％游离状态下的水分、油份，干燥至露点低于-12℃，预热至75-400℃，增压至2～3个大气压后，输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中，同时将可挥发性盐原料以温度80-400℃、蒸发率为2.5～120kg/h·m2进行蒸发，并用惰性气体作为载气、将其输送到燃烧喷嘴气体混合腔中与各路气体均匀混合，含氢燃料是H2、CH4、NH3中的一种或几种的混合物；含氧燃料为氧气、空气中的一种或两种的混合物，惰性气体是N2气或N2气与空气的混合物中的一种，可挥发性盐原料包括金属或非金属卤化物、金属或非金属酯化物中的一种或几种；含氧燃料既是燃料也是氧化剂，
如果产品氧化物的纯度要求达到99.9％以上，可以在蒸发器前面增加一套规模匹配的精馏塔，对工业纯度的金属液态盐预先提纯；
2.火焰水解反应：火焰水解炉结构如图3所示。
预处理后的三路气流，经增压后送入火焰水解炉，在水解炉喷嘴的气体混合腔中混合均匀后，从燃烧喷嘴导管喷出并点火燃烧，同时向燃烧火焰区输送流量为1-12m3/h，温度为25-300℃的环绕空气，环绕着从喷嘴导管与喷嘴外壳之间喷出，防止因在喷嘴导管口燃烧时生成的纳米颗粒被烧结在导管口结疤，不利于工艺的连续生产。含氢燃料和含氧燃料在喷嘴导管口燃烧，提供水解反应所需的热量，同时供给水解反应所需要的气态分子水，使气态盐与水反应，在600-1500℃的火焰高温区反应完成，喷嘴混合气流总流量6.0-20m3/h，流速为15-45m/s，反应完成的气态金属盐随未参加反应的惰性气体组成气溶胶流在温度梯度为1500-500℃/m的渐冷炉膛中凝集成4-40nm的金属氧化物初级粒子，并在火焰水解炉出口处被冷却至100-200℃后导入絮凝器；
3.絮凝收集：絮凝器结构如图7所示。
金属氧化物初级粒子气溶胶流从外管气体进口进入一级絮凝器中，同时向一级絮凝器中输入2-3个大气压，流量为1-15m3/h的增压空气，使气溶胶流在絮凝器中形成湍流使氧化物初级粒子剧烈碰撞，絮凝成絮片状氧化物粉体后从内管气体出口导出，随后，将絮凝的片状氧化物粉体的气溶胶以15-30米/秒的进气流速送入一级旋风分离器中，在一级旋风分离器中实现70％的粉体收集率，从一级旋风分离器出来的还含有初级粒子的气溶胶在增压空气及流量不变下，再进二级絮凝器中，使初级粒子絮凝成絮片状氧化物粉体，再以15-30米/秒的进气流速送入二级旋风分离器中进行分离，此时能达到90％以上的收集率，再将尾气气溶胶以小于10米/秒的速度导入粉体过滤收集装置进行第三次收集(从二级旋风分离器中出来的尾气含有的氧化物粉体不能用絮凝器收集，主要是受气溶胶浓度的限制。只能用粉体过滤收集装置来进行收集)。实现收集率达98％以上；
4.脱酸处理
将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，脱去粉体颗粒表面吸附的酸性气体(如卤化氢气体)，得到絮片状的氧化物粉体。脱酸炉膛通入可分解含氨气态物质的液氨、(NH4)2CO3、NH4HCO3，炉膛温度保持在600～700℃，含氨气流由炉底向上，载有酸性气体的絮片状氧化物粉体从炉顶部往下降落，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化物粉体；
从固气分离装置出来的尾气含有约1/3的卤化氢气体，须进行卤化氢气体的净化处理回收，制取氢卤酸。
5.火焰水解炉结构
图3是火焰水解炉的组成结构图，其组成包括冷却介质循环入口17-1，炉膛出口17-2，支撑脚17-3，炉膛17-4，炉壳内冷却循环腔17-5，冷却介质的循环出口17-6，金属高温传热层17-7，传热层内耐高温层17-8，燃烧喷嘴17-9，耐腐蚀层17-10，炉壳17-11，燃烧喷嘴安装在火焰水解炉顶，炉膛出口在炉膛底部，两者的中心线与水解炉的中心线重合，H1和H2分别为冷却介质循环入口与出口离炉底和炉顶的距离，其分别为炉膛高的1/15和1/20(炉高不包括炉底锥体部分)。耐高温层可用石墨、不锈钢，耐腐蚀层可用氧化铝、碳化硅、石墨。
图4、5、6是燃烧喷嘴结构图，其包括点火装置17-12，火焰测温仪17-13，环绕空气导出口17-14，喷嘴导管17-15，环绕空气导入口17-16，星形叶片17-17，气体混合腔17-18，氢燃料导入口17-19，含氧燃料导入口17-20，可气化金属盐原料导入口17-21，喷嘴外壳17-22，17-23作为备用导入口使用，总气流量在10m3/h以上时，从该备用导入口将含氧燃料导入，从17-20导入空气以促进混合气体在喷嘴导管里的输送。气流导入口围绕喷嘴中心线安装，星形叶片安装在气体混合腔的下部的喷嘴导管里，其中心线与喷嘴中心线重合安装。环绕空气腔包围在星形叶片管的外围，点火装置、火焰测温仪、环绕空气导出口设置在喷嘴出口处。
6、图7、8是絮凝器结构图，包括气体进口12-1，气体出口12-2，外管2-3，内管12-4，气体进口设置在外管上、气体出口设置在内管上，外、内管是由一根长为20-60m的管子按螺旋方式绕成，其内径为15-40mm，外管和内管之间的距离为20-30mm，金属氧化物初级粒子气溶胶流从外管气体进口进入絮凝器中，再从内管向反方向流回至气体出口，絮凝器用玻璃管制成。
与公知技术相比的优点及积极效果：
本发明中，空气既作为惰性载气来输送金属盐原料气，又作为含氧氧化剂，同时采用工业液氨气化提供含氢燃料，基本代替了纯N2和纯H2，大幅降低了粉体产品的生产成本；燃烧喷嘴设有混合室和星形叶片结构，使各路气流能均匀混合并以层流方式进入火焰区，外侧喷入二次空气环绕在火焰周围，实现平稳喷射燃烧，避免火焰喷嘴前端的结疤出现；火焰水解炉采用耐卤化氢气体腐蚀、耐高温的炉膛内衬材料，基本消除了水解副产物气流在炉内高温区，中酸性气体对炉膛的强烈腐蚀作用，使得工艺生产能够长时间连续化生产；两级絮凝器和三级固气分离安排，使初级粒子絮凝完全，分离效率高。产品纯度在99.9％以上，晶型可控，粒径为5～40nm，比表面为100～400m2/g，视密度为0.03～0.06g/cm3。
四.附图说明：
图1是工艺路线图；
图2是设备连接图，其中1、5、15是鼓风机，2是过滤器，3是油水分离器，4是干燥器，6是氨分解器，7是产品料斗，8是脱酸炉，9是粉体过滤收集装置，10是二级旋风分离器，11是尾气吸收装置，12是二级絮凝器，13是一级絮凝器，14是一级旋风分离器，16是加热炉，17是火焰水解炉，18是蒸发器，19是冷凝器，20是水分测量仪，21是精馏塔，A-燃料进口，B-氨气进口；
图3是火焰水解炉结构图，17-1是冷却介质的循环入口，17-2是炉膛出口，17-3是支撑脚，17-4是炉膛，17-5是炉壳内冷却循环腔，17-6是冷却介质的循环出口，17-7是金属高温传热层，17-8是传热层内耐高温层，17-9是燃烧喷嘴，17-10是耐腐蚀层，17-11是炉壳；
图4是燃烧喷嘴结构图，17-12是点火装置，17-13是火焰测温仪，17-14是环绕空气导出口，17-15是喷嘴导管，17-16是环绕空气导入口，17-17是星形叶片，17-18是气体混合腔，17-19是含氢燃料导入口，17-20是含氧燃料导入口，17-21是可气化金属盐原料导入口，17-22是喷嘴外壳，备用导入口17-23；
图5燃烧喷嘴A视图；
图6燃烧喷嘴B视图；
图7是絮凝器结构主视图，12-1是气体进口，12-2气体出口，12-3是外管，12-4是内管；图8是絮凝器侧视图，B为内、外管之间的距离。
五.具体实施方式：
实施例1：
1.原料、燃料、惰性气体的预处理工艺：将工业纯液态四氯化钛(TiCl4)在80℃下，以30kg/h·m2的蒸发率蒸发，增压至2个大气压；氢气、空气、N2经净化、干燥至露点低于-12℃，增压至2个大气压，预热至180℃；氢气、氧气及载有TiCl4的N2分别以1.5m3/h、3.2m3/h和0.6m3/h的气量，一起送入喷嘴气体混合腔中。
2.在混合腔中混合的三股混合气从喷嘴导管喷出，总流量为6.0Nm3/h，从喷嘴导管喷出的速度为15m/s，在在此点火燃烧，同时向火焰区输送2.0m3/h，温度为200℃的环绕空气，反应区温度达到1200℃，在反应区进行燃烧、水解反应，反应生成的纳米氧化物粒子随未参加反应的惰性气体N2及反应生成的气体组成气溶胶，流经温度剃度为500-1200℃/m的渐冷炉膛，，而长大成25-35nm的初级粒子，以130℃的温度导出火焰水解炉，进入絮凝器。
3.在一级絮凝器气中输入2个大气压，流量为10m3/h的增压空气进行絮凝，絮凝完成后，尾气以15-20米/秒速度输入到一级旋风分离器中分离，从一级旋风分离器中分离仍然含有初级粒子的气溶胶以和一级絮凝器相同的压力和流量的增压空气进入二级絮凝器中并继续絮凝，尾气再以15-20米/秒速度輸入二级旋风分离器分离后，气溶胶尾气再以小于10米/秒速度导入粉体过滤收集装置，能实现98％以上的收集率。絮凝器管长20米，管内径40毫米，内外管之间的距离20毫米。
4、将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，通入液氨、炉膛温度保持在600～700℃，含氨气流由炉底向上，载有酸性气体的絮片状氧化物粉体从炉顶部往下降落，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化钛粉体。
5.火焰水解炉生产能力为2.0kg/h。
实施例2：
1.原料、燃料、惰性气体的预处理：将工业纯液态钛酸四酊脂(Ti(OC4H9)4在190℃下，以85kg/h·m2的蒸发率蒸发，增压至2个大气压；含氢燃料CH4、含氧燃料为比例1∶4的氧气和空气的混合物、N2经净化、干燥至露点低于-12℃，增压至2.5个大气压，预热至220℃；氢气、氧气及载有SiCl4的N2分别以3.0m3/h、4m3/h和3.5m3/h的流量送入喷嘴气体混合腔中。
2.在混合腔中混合的三股混合气从喷嘴导管喷出，总流量为12.0m3/h，从喷嘴导管喷出的速度为30m/s，在在此点火燃烧，同时向火焰区输送8.0m3/h，温度为200℃的环绕空气，反应区温度达到900℃，在反应区进行燃烧、水解反应，反应生成的纳米氧化物粒子随未参加反应的惰性气体N2及反应生成的气体组成气溶胶，流经温度剃度为500-900℃/m的渐冷炉膛，而长大成5-15nm的初级粒子，以100℃的温度导出火焰水解炉，进入絮凝器。
3.在一级絮凝器气中输入2个大气压，流量为10m3/h的增压空气进行絮凝，絮凝完成后，尾气以20-30米/秒速度输入到一级旋风分离器中分离，从一级旋风分离器中分离仍然含有初级粒子的气溶胶以和一级絮凝器相同的压力和流量的增压空气进入二级絮凝器中并继续絮凝，尾气以20-30米/秒速度经二级旋风分离器分离，气溶胶尾气以小于10米/秒速度导入粉体过滤收集装置，能实现98％以上的收集率。絮凝器管长40米，管内径25毫米，内外管之间的距离35毫米。
4、将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，通入液氨、炉膛温度保持在600～700℃，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化钛粉体。
5.火焰水解炉生产能力为5.0kg/h。
实施例3：
1.原料、燃料、惰性气体的预处理：将工业纯液态三氯化砷(AsCl3在270℃下，以110kg/h·m2的蒸发率蒸发，增压至2.5个大气压；含氢燃料比例为1∶1的氢气和CH4的混合物、氧气、作为惰性气体的空气经净化、干燥至露点低于-12℃，增压至3个大气压，预热至180℃；含氢燃料、氧气及载有三氯化砷的空气分别以4.8m3/h、10m3/h和2.0m3/h的流量，送入喷嘴气体混合腔中。
2.在混合腔中混合的三股混合气从喷嘴导管喷出，总流量为11.5m3/h，从喷嘴导管喷出的速度为29m/s，在在此点火燃烧，同时向火焰区输送8.0Nm3/h，温度为200℃的环绕空气，反应区温度达到1200℃，在反应区进行燃烧、水解反应，反应生成的纳米氧化物粒子随未参加反应的惰性气体及反应生成的气体组成气溶胶，流经温度剃度为700-1200℃/m的渐冷炉膛，而长大成10-20nm的初级粒子，以160℃的温度导出火焰水解炉，进入絮凝器。
3.在一级絮凝器气中输入3个大气压，流量为10m3/h的增压空气进行絮凝，絮凝完成后，尾气以20-30米/秒速度输入到一级旋风分离器中分离，从一级旋风分离器中分离仍然含有初级粒子的气溶胶以和一级絮凝器相同的压力和流量的增压空气进入二级絮凝器中并继续絮凝后，尾气再以20-30米/秒速度经二级旋风分离器分离，气溶胶尾气再以小于10米/秒速度导入粉体过滤收集装置，能实现98％以上的收集率。絮凝器管长50米，管内径35毫米，内外管之间的距离35毫米。
4、将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，通入(NH4)2CO3、炉膛温度保持在600～700℃，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化砷粉体。
5.火焰水解炉生产能力为5.0kg/h。
实施例4：
1.原料、燃料、惰性气体的预处理：将工业纯液态四氯化钛(TiCl4)和四氯化硅(SiCl4比例为3∶1的混合物在350℃下，以116kg/h·m2的蒸发率蒸发，增压至3个大气压；液氨、氧气、比例为2∶1的作为惰性气体的空气和氮气的混合气经净化、干燥至露点低于-12℃，增压至3个大气压，预热至400℃；液氨、氧气及载有气态原料的惰性混合气体别以5.0m3/h、13.0m3/h和6.0m3/h的流量送入喷嘴气体混合腔中。
2.在混合腔中混合的三股混合气从喷嘴导管喷出，总流量为20m3/h，从喷嘴导管喷出的速度为45m/s，在此点火燃烧，同时向火焰区输送12.0m3/h，温度为300℃的环绕空气，反应区温度达到1500℃，在反应区进行燃烧、水解反应，反应生成的纳米氧化物粒子随未参加反应的惰性气体N2及反应生成的气体组成气溶胶，流经温度剃度为1500-600℃/m的渐冷炉膛，而长大成5-35nm的初级粒子，以200℃的温度导出火焰水解炉，进入絮凝器。
3.在一级絮凝器气中输入3个大气压，流量为15m3/h的增压空气进行絮凝，絮凝完成后，尾气以20-30米/秒速度输入到一级旋风分离器中分离，从一级旋风分离器中分离仍然含有初级粒子的气溶胶以和一级絮凝器相同的压力和流量的增压空气进入二级絮凝器中并继续絮凝，尾气以20-30米/秒速度经二级旋风分离器分离，气溶胶尾气再以小于10米/秒速度导入粉体过滤收集装置。絮凝器管长60米，管内径40毫米，内外管之间的距离30毫米。
4、将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，通入NH4HCO3，炉膛温度保持在600～700℃，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化钛氧化硅混合粉体。
5.火焰水解炉生产能力为10.0kg/h。
Claims (5)
1.一种制备气相法纳米氧化物的方法，将含氢燃料、含氧燃料和惰性气体进行除尘净化、干燥、预热、增压后，输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中，同时将可挥发性盐原料进行蒸发，并用惰性气体作为载气、将其输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中与各路气体均匀混合，并在增压气流推动下在炉膛中燃烧、水解，从炉膛尾部出来的混合物导入一级絮凝器，絮凝后在一级旋风分离器中分离，尾气导入二级絮凝器，再次絮凝，然后在二级旋风分离器中再次分离，从二级旋风分离器出来的尾气经粉体过滤收集装置第三次收集后，导入尾气吸收装置吸收后排空，从一级旋风分离器、二级旋风分离器、粉体过滤收集装置得到的产品氧化物在脱酸炉内脱酸后，经产品料斗收集，得到纳米氧化物粉体，其特征在于：
1)、含氢燃料是H2、CH4、NH3中的一种或几种的混合物，含氧燃料为氧气或空气中的一种或两种的混合物，惰性气体是N2气或N2气与空气的混合物中的一种，可挥发性盐原料包括金属或非金属卤化物，金属或非金属酯化物中的一种或几种；
2)将流量为1.5～5m3/h含氢燃料、流量为0.8～1 5m3/h的含氧燃料和流量为0.4～6m3/h的惰性气体进行除尘净化，除去99.0％游离状态下的水分、油份，干燥至露点低于-12℃，预热至75-400℃，增压至2～3个大气压后，输送到火焰水解炉燃烧喷嘴气体混合腔中，同时将可挥发性盐原料以温度80-400℃，蒸发率为2.5～120kg/h·m2进行蒸发，并用惰性气体作为载气、将其输送到燃烧喷嘴气体混合腔中与各路气体均匀混合；
3)在水解炉喷嘴的气体混合腔中混合均匀后，从燃烧喷嘴导管喷出并点火燃烧，同时向燃烧火焰区输送流量为1-12m3/h，温度为25-300℃的环绕空气，环绕着从喷嘴导管与喷嘴外壳之间喷出，含氢燃料和含氧燃料在喷嘴导管口燃烧，提供水解反应所需的热量，同时供给水解反应所需要的气态分子水，使气态盐与水反应，在600-1400℃的火焰高温区反应完成，喷嘴混合气流总流量6.0-20m3/h，流速为15-45m/s，反应完成的气态金属盐随未参加反应的惰性气体组成气溶胶流在温度梯度为1500-500℃/m的渐冷炉膛中凝集成4-40nm的金属氧化物初级粒子，并在火焰水解炉出口处被冷却至100-200℃后导入絮凝器；
4)、金属氧化物初级粒子气溶胶流从外管气体进口进入一级絮凝器中，同时向一级絮凝器中输入2-3个大气压，流量为1-15m3/h的增压空气，使气溶胶流在絮凝器中形成湍流使氧化物初级粒子剧烈碰撞，絮凝成絮片状氧化物粉体后从内管气体出口导出，随后，将絮凝的片状氧化物粉体的气溶胶以15-30米/秒的进气流速送入一级旋风分离器中，在一级旋风分离器中实现70％的粉体收集率，从一级旋风分离器出来的还含有初级粒子的气溶胶在增压空气及流量不变下，再进二级絮凝器中，使初级粒子继续絮凝成絮片状氧化物粉体，再以15-30米/秒的进气流速送入二级旋风分离器中进行分离，最后再将尾气气溶胶以小于10米/秒的速度导入粉体过滤收集装置进行第三次收集；
5)、将三次收集到的絮片状氧化物粉体送入脱酸炉，脱去粉体颗粒表面吸附的酸性气体，得到絮片状的氧化物粉体，脱酸炉膛通入液氨、(NH4)2CO3或NH4HCO3，炉膛温度保持在600～700℃，含氨气流由炉底向上，载有酸性气体的絮片状氧化物粉体从炉顶部往下降落，在含氨气流中脱去表面的酸性气体层，得到最终产品纳米氧化物粉体。
2.一种实施权利要求1所述的制备气相法纳米氧化物的方法的装置，其依次包括火焰水解炉、絮凝器、旋风分离器和脱酸炉，其特征在于，所述絮凝器包括气体进口(12-1)、气体出口(12-2)、外管(12-3)和内管(12-4)，气体进口设置在外管上，气体出口设置在内管上，外管和内管分别由一根长为20-60m的管子按螺旋方式绕成，其内径为15-40mm，外管和内管之间的距离为20-50mm，絮凝器用玻璃管制成。
3.根据权利要求2所述的制备气相法纳米氧化物的装置，其特征在于：所述火焰水解炉的组成结构包括冷却介质循环入口(17-1)、炉膛出口(17-2)、支撑脚(17-3)、炉膛(17-4)、炉壳内冷却循环腔(17-5)、冷却介质的循环出口(17-6)、金属高温传热层(17-7)、传热层内耐高温层(17-8)、燃烧喷嘴(17-9)、耐腐蚀层(17-10)和炉壳(17-11)，燃烧喷嘴安装在火焰水解炉顶，炉膛出口设置在炉膛底部，两者的中心线与水解炉的中心线重合，H1和H2分别为冷却介质循环入口与出口离炉底和炉顶的距离，其分别为炉膛高的1/15和1/20，耐高温层用石墨或不锈钢，耐腐蚀层用氧化铝、碳化硅或石墨。
4.根据权利要求3所述的制备气相法纳米氧化物的装置，其特征在于：所述燃烧喷嘴包括点火装置(17-12)、火焰测温仪(17-13)、环绕空气导出口(17-14)、喷嘴导管(17-15)、环绕空气导入口(17-16)、星形叶片(17-17)、气体混合腔(17-18)、氢燃料导入口(17-19)、含氧燃料导入口(17-20)、可气化金属盐原料导入口(17-21)、喷嘴外壳(17-22)和备用导入口(17-23)，气流导入口围绕喷嘴中心线安装，星形叶片安装在气体混合腔的下部的喷嘴导管里，其中心线与喷嘴中心线重合安装，环绕空气腔包围在星形叶片管的外围，点火装置、火焰测温仪和环绕空气导出口设置在喷嘴出口处。
5.根据权利要求4所述的制备气相法纳米氧化物的装置，其特征在于：总气流量在10m3/h以上时，从备用导入口(17-23)将含氧燃料导入，从含氧燃料导入口(17-20)导入空气，以促进混合气体在喷嘴导管里的输送。
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| JPS62260721A (ja) * | 1986-04-05 | 1987-11-13 | デグツサ・アクチエンゲゼルシヤフト | セラミツク材料製造用の基材、並びに高熱法による酸化物およびその製造法 |
| US5451390A (en) * | 1992-10-24 | 1995-09-19 | Degussa Aktiengesellschaft | Flame-hydrolytically produced titanium dioxide mixed oxide, method of its production and its use |
| CN1272455A (zh) * | 1999-04-30 | 2000-11-08 | 德古萨－于尔斯股份公司 | 硅铝混合氧化物 |
| CN1572725A (zh) * | 2003-06-10 | 2005-02-02 | 德古萨股份公司 | 火焰水解法制备的二氧化硅、其制备方法及用途 |
-
2005
- 2005-05-31 CN CNB2005100108290A patent/CN100369803C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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