CN101279763B - 氯化法钛白氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氯化法钛白氧化反应器，包括在上下法兰之间的圆管式炉头、夹层式的气幕装置，以及夹套管式反应器炉身。在构成圆管式炉头中的圆管与带有圆盘沿的管式预混器之间形成的夹层中安装有孔的导流环，将该夹层空间分为进气室和均压室，在圆管的壁上安装有TiCl₄进气管，TiCl₄通过这个进气管进入圆管式炉头的进气室及均压室；在构成夹层式气幕装置的夹层圆管中安装有孔的导流环，将该夹层空间分为进气室及均压室；夹层圆管的内管壁上开有与内管壁截面相切的氯气通道，外管壁上安装有氯气进口管。反应物流高速进入夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道，并最终进入夹套管式反应器炉身的中心管道；高流速的反应物流具有很强的除疤功能。

Description

氯化法钛白氧化反应器

技术领域

本发明涉及氧化反应器，特别是涉及一种氯化法钛白大型氧化反应器。

背景技术

TiCl₄气相氧化反应，是在极短的时间内完成，并放出大量的热量，在反应过程中生成粒度极小且均匀的TiO₂固相产物，该固相产物极易沉积到反应器的表面、长大并发展成疤层，这种现象在规模相对较小的TiCl₄气相氧化反应器中亦然存在。为了实现连续长时间的稳定生产，对前一种氧化反应器需强有力的除疤手段及时清除疤层，而对后者则需要采取防护与清除相结合的措施。本发明是对专利ZL00243616.7和ZL01129318.7的改进与完善，使之适合于氯化钛法钛白的大型化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服喷粒除疤所带来的副作用：即增加设备和成本加大，以及给后处理工序带来的麻烦，从而提供一种氯化法钛白大型氧化反应器。

本发明的氯化法钛白氧化反应器包括在上下法兰之间的圆管式炉头、夹层式的气幕装置，以及夹套管式反应器炉身；

圆管式炉头由圆管、带有圆盘沿的管式预混器、导流环、底盘法兰构成；

在构成圆管式炉头的圆管中安装有带有圆盘沿的管式预混器，其中带有圆盘沿的管式预混器的圆盘沿下端与圆管的上沿焊接密封连接，在圆管的下沿与底盘法兰的上沿密封连接，在圆管与带有圆盘沿的管式预混器之间形成夹层；

在圆管与带有圆盘沿的管式预混器之间形成的夹层中安装有导流环，将该夹层空间分为进气室和均压室，且带有圆盘沿的管式预混器与导流环之间的空间为均压室，并在导流环上开有气体导流孔，将进气室与均压室导通；底盘法兰与带有圆盘沿的管式预混器的下端之间有TiCl₄喷口；在圆管的壁上安装有TiCl₄进气管；

夹层式气幕装置由顶部带有顶盘及底部带有底盘的夹层圆管，及导流环、氯气进口管构成；

在顶部焊接密封有顶盘及底部焊接密封有底盘的夹层圆管中安装有导流环，导流环将该夹层空间分为进气室和均压室，且夹层圆管的内管与导流环之间的空间为均压室，并在导流环上开有气体导流孔，将进气室与均压室导通；夹层圆管的内管壁上开有与内管壁截面相切的氯气通道；在夹层圆管的外管壁上安装有氯气进口管；

底盘法兰与构成夹层式气幕装置的顶盘密封连接；

构成夹层式气幕装置的底盘与下法兰密封连接；

带有圆盘沿的管式预混器的圆盘沿上端与上法兰密封连接；

在下法兰的另一面密封焊接夹套管式反应器炉身，在夹套管式反应器炉身的外管壁的上部安装有出水管，外管壁的下部安装有进水管；在出水管下部的外管壁上安装有喷盐装置，且喷盐装置的管道穿过内、外管之间的夹层，喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的中心管道相通，其相通处是喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的内管的截面相切。

夹套管式反应器炉身的中心管道与构成夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道及带有圆盘沿的管式预混器的管腔相连通。

所述的喷盐装置是一个以上。

所述的导流环上的气体导流孔的开孔率为2％～40％。

所述的TiCl₄喷口与带有圆盘沿的管式预混器的壁的截面成0°～90°的夹角。

在本发明氯化法钛白氧化反应器的上法兰的上部进一步连接有与带有圆盘沿的管式预混器的管腔相通的氧气加热室。

本发明中所述的喷盐装置可参见ZL01129318.7。

冷却水进口设置在夹套管式反应器炉身的下部，冷却水出口设置在夹套管式反应器炉身的上部，冷却水在夹套中循环流动对夹套管式反应器炉身进行冷却降温，夹套管式反应器炉身末端出口为反应物出口。

带有圆盘沿的管式预混器的圆盘沿下端与构成圆管式炉头的圆管的上沿焊接密封连接，在圆管的下沿与底盘法兰的上沿密封连接，带有圆盘沿的管式预混器下端与环式底盘法兰之间形成一喷口；在圆管的壁上安装有TiCl₄进气管，TiCl₄通过这个进气管通道进入圆管式炉头的进气室，通过导流环上的气体导流孔进入均压室，通过带有圆盘沿的管式预混器下端与环式底盘法兰之间形成的喷口，与通过圆管式炉头上方的通道进入的高温氧气形成高流速的交叉射流，实现反应物料的快速均匀混合，进行快速的氧化反应

TiCl₄+O₂→TiO₂+2Cl₂

即生成粒度细小的TiO₂颗粒，放出氯气，产生大量热量，使反应物流高速进入夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道，并最终进入夹套管式反应器炉身的中心管道；高流速的反应物流本身就具有很强的除疤功能。

通过夹层式气幕装置的氯气通道，使进入构成夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道中的氯气形成旋转的气幕，并进入夹套管式反应器炉身的中心管道中，该旋转的气幕具有防止炉内结疤的作用。

喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的内管的截面相切，使进入夹套管式反应器炉身的中心管道中的岩盐在炉内主气流的带动下具有很高的动能，以除去炉内的絮料和疤层，使夹套管式反应器的内管具有很好的热传导性能。

所述的喷盐装置的喷枪的一端成切线方向焊接在炉身上，喷枪装置的其它结构同专利ZL01129318.7的喷盐装置相同。

本发明的氯化法钛白氧化反应器特别适合大型化，采用高温氧气和TiCl₄交叉射流的结构，不但在极短的时间内实现了快速均匀分子状态的混合，由于其流速很大，本身就具有很强的除疤功能，加之，辅以气幕装置有很强的防疤功能。本发明适应长周期连续生产。在生产过程中，采用合适的氧化工艺参数，氧化半成品的质量指标可达到先进水平，同时本发明还具有结构简单，便于加工，便于维修，便于操作，运行成本低，具有很强的经济技术优势。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的气幕装置的A-A结构剖视图。

附图标记

1.夹套管式反应器炉身      2.喷盐装置             3.下法兰

4.夹层式气幕装置          5.圆管                 6.上法兰

7.喷盐装置                8.喷盐装置

9.带有圆盘沿的管式预混器  10.导流环              11.圆管壁

12.底盘法兰               13.顶盘

14.夹层圆管的内管壁       15.导流环

16.夹层圆管的外管壁       17.底盘                18.进气室

19.均压室                 20.TiCl₄喷口           21.氯气通道

22.高温氧气通道           23.反应生成物出口通道  24.进水管

25.出水管                 26.氯气载气管          27.旋转给盐阀

28.岩盐料斗               29.均压管              30.球阀

31.进气加压管             32.放气管              33.旋转加料阀

34.岩盐储箱               35.进气室              36.均压室

37.TiCl₄进气管            38.氯气进口管

具体实施方式

实施例

请参见图1和图2。

氯化法钛白氧化反应器包括在上法兰6和下法兰3之间的圆管式炉头、夹层式的气幕装置4，以及夹套管式反应器炉身1；

圆管式炉头由圆管5、带有圆盘沿的管式预混器9、导流环10、底盘法兰12构成；

在构成圆管式炉头的圆管5中安装有带有圆盘沿的管式预混器9，其中带有圆盘沿的管式预混器9的圆盘沿下端与圆管5的上沿焊接密封连接，在圆管5的下沿与底盘法兰12的上沿密封连接，在圆管5与带有圆盘沿的管式预混器9之间形成夹层；

在圆管5与带有圆盘沿的管式预混器9之间形成的夹层中安装有一个导流环10，将该夹层空间分为进气室18和均压室19，且带有圆盘沿的管式预混器与导流环之间的空间为均压室19，并在导流环10上开有开孔率为2％～40％的气体导流孔，将进气室18与均压室19导通；底盘法兰12与带有圆盘沿的管式预混器9的下端之间有TiCl₄喷口20，且TiCl₄喷口与带有圆盘沿的管式预混器的壁的截面成0°～90°的夹角；在圆管5的壁上安装有TiCl₄进气管37；

夹层式气幕装置4由顶部带有顶盘13及底部带有底盘17的夹层圆管，及导流环15、氯气进口管构成；

在顶部焊接密封有顶盘13及底部焊接密封有底盘17的夹层圆管中安装有一个导流环15，导流环15将该夹层空间分为进气室35和均压室36，且夹层圆管的内管与导流环15之间的空间为均压室36，并在导流环15上开有开孔率为2％～40％的气体导流孔，将进气室35与均压室36导通；夹层圆管的内管壁14上开有与内管壁截面相切的氯气通道21；在夹层圆管的外管壁上安装有氯气进口管38；

底盘法兰12与构成夹层式气幕装置4的顶盘13密封连接；

构成夹层式气幕装置4的底盘17与下法兰3密封连接；

带有圆盘沿的管式预混器9的圆盘沿上端与上法兰6密封连接；

在下法兰3的另一面密封焊接夹套管式反应器炉身1，在夹套管式反应器炉身1的外管壁的上部安装有出水管25，外管壁的下部安装有进水管24；在出水管25下部与进水管24的上部的外管壁上安装有3个喷盐装置2，且喷盐装置的喷管穿过内、外管之间的夹层，喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身1的中心管道相通，其相通处是喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的内管的截面相切。

夹套管式反应器炉身1的中心管道与构成夹层式气幕装置4的夹层圆管的中心管道及带有圆盘沿的管式预混器的管腔相连通。

在上法兰6的上部连接有与带有圆盘沿的管式预混器的管腔相通的氧气加热室。

喷盐装置2由氯气载气管26、旋转给盐阀27、岩盐料斗28、均压管29、球阀30、进气加压管31、放气管32、旋转加料阀33和岩盐储箱34组成，具体组成结构见专利ZL01129318.7。

由高温氧气通道22进入带有圆盘沿的管式预混器的高温氧气，与经TiCl₄进气管37进入进气室18，并经导流环10进入气流均压室19，再由TiCl₄喷口20喷入夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道中的高温TiCl₄形成高速的交叉射流，进行快速均匀的分子状态混合，实现快速反应，同时放出大量的热量，进一步加大了反应物与产物的流速，形成除疤的动力。由氯气进口管38进入的适量冷氯气，经气流进气室35、导流环15进入气流均压室36，再由氯气通道21成切线方向进入夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道中，形成一个强大的旋转气幕(见图2)，防止生成的TiO₂在炉内结疤，由喷盐装置2、喷盐装置7、喷盐装置8喷入的岩盐固体粒子，靠夹套管式反应器炉内主气流的高速带动，具有很高的动能，冲掉炉内高温区可能的疤层和絮料，保证氧化反应器管道的良好热传导性能，以保证其产品的收集和设备安全，使之长周期运行。

喷盐装置是不间断喷盐，岩盐很容易除去，对产品无污染。

在本实施例的装置中进行生产及所得的结果如下：

氧气：温度为1300～1700℃，加入量为900～950kg/h

TiCl₄：温度为450～500℃，加入量5000～5500kg/h

岩盐喷入量：10～20kg/h

在上述工艺参数下进行生产，30天后，炉内工作面光滑，氧化半成品的质量达到产品要求。

Claims (5)

1.一种氯化法钛白氧化反应器，包括在上下法兰之间的圆管式炉头、夹层式的气幕装置，以及夹套管式反应器炉身；其特征是： 

圆管式炉头由圆管、带有圆盘沿的管式预混器、导流环、底盘法兰构成； 

在构成圆管式炉头的圆管中安装有带有圆盘沿的管式预混器，其中带有圆盘沿的管式预混器的圆盘沿下端与圆管的上沿密封连接，在圆管的下沿与底盘法兰的上沿密封连接，在圆管与带有圆盘沿的管式预混器之间形成夹层； 

在圆管与带有圆盘沿的管式预混器之间形成的夹层中安装有导流环，将该夹层空间分为进气室和均压室，且带有圆盘沿的管式预混器与导流环之间的空间为均压室，并在导流环上开有气体导流孔，将进气室与均压室导通；底盘法兰与带有圆盘沿的管式预混器的下端之间有TiCl₄喷口；在圆管的壁上安装有TiCl₄进气管； 

夹层式气幕装置由顶部带有顶盘及底部带有底盘的夹层圆管，及导流环、氯气进口管构成； 

在顶部带有顶盘及底部带有底盘的夹层圆管中安装有导流环，导流环将该夹层空间分为进气室和均压室，且夹层圆管的内管与导流环之间的空间为均压室，并在导流环上开有气体导流孔，将进气室与均压室导通；夹层圆管的内管壁上开有与内管壁截面相切的氯气通道；在夹层圆管的外管壁上安装有氯气进口管； 

底盘法兰与构成夹层式气幕装置的顶盘密封连接； 

构成夹层式气幕装置的底盘与下法兰密封连接； 

带有圆盘沿的管式预混器的圆盘沿上端与上法兰密封连接； 

在下法兰的另一面连接夹套管式反应器炉身，在夹套管式反应器炉身的外管壁的上部安装有出水管，外管壁的下部安装有进水管；在出水管下部的外管壁上安装有喷盐装置，且喷盐装置的管道穿过内、外管之间的夹层，喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的中心管道相通； 

夹套管式反应器炉身的中心管道与构成夹层式气幕装置的夹层圆管的中心管道及带有圆盘沿的管式预混器的管腔相连通。 

2.根据权利要求1所述的氯化法钛白氧化反应器，其特征是：所述的喷盐装置是一个以上。

3.根据权利要求1或2所述的氯化法钛白氧化反应器，其特征是：喷盐装置的喷管的喷口与夹套管式反应器炉身的内管的截面相切。

4.根据权利要求1所述的氯化法钛白氧化反应器，其特征是：所述的导流环上的气体导流孔的开孔率为2％～40％。

5.根据权利要求1所述的氯化法钛白氧化反应器，其特征是：所述的TiCl₄喷口与带有圆盘沿的管式预混器的壁的截面成0°～90°的夹角。 

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