CN109019681A - 添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及生产方法 - Google Patents

添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及生产方法 Download PDF

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杜明
陆平
龙盘忠
李冬勤
李良
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    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • C01G23/07Producing by vapour phase processes, e.g. halide oxidation

Abstract

本发明涉及氯化钛白生产领域,尤其是一种在氯化钛白生产中,有效实现添加剂雾化,从而提高氯化钛白产品品质的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及生产方法,包括TiCl4储罐、氧气储罐、添加剂储罐以及依次连通的燃烧室、TiCl4进料环和反应器反应段,包括添加剂雾化装置和TiCl4预热器,所述添加剂储罐通过添加剂雾化装置与燃烧室连通,氧气储罐与燃烧室连通,TiCl4储罐通过TiCl4预热器与TiCl4进料环连通。通过添加剂雾化装置的雾化,形成超细的液滴颗粒,从而有效的促进TiO2晶核的形成,并达到控制TiO2产品粒径,提高产品颜料性能的目的。本发明创造性的设计,实现了添加剂试剂的颗粒大小受控的效果,并且具有雾化效果稳定的技术优势,尤其适用于氯化钛白的生产之中。

Description

添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及氯化钛白生产领域,尤其是一种添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及 生产方法。
背景技术
[0002] 钛白粉是国际公认的最佳白色颜料,具有无毒、比表面积大、表面活性高、吸收紫 外线强等特点,广泛应用于油漆、化妆品(紫外线吸收剂)、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡 胶、陶瓷、搪瓷、电子、食品、医药等工业。目前,金红石型钛白粉有硫酸法和氯化法两种生产 工艺,其中氯化法钛白具有工艺流程短,自动化程度高,产品质量好,三废排放少,且容易治 理,是一种优秀的钛白粉生产方法。氯化钛白工艺有原料氯化、四氯化钛精制、四氯化钛氧 化、和产品表面处理四个主要工艺步骤,其中四氯化钛的氧化工艺过程是氯化钛白的核心 技术,其反应过程如下:TiCl4 (g) +02 (g) =Ti02 ⑻ +2C12 (g) AH=-181 • 5856kJ/mol。
[0003] 但是,在常温下该反应基本上不能进行,只有当温度高于600°C以上才有明显的反 应速度,随着温度提高,反应速度加快。该反应虽然为放热反应,但单释放的反应热不足以 维持系统在高温下反应,因此必须事先将原料(TiCl4,02)预热,以维持反应连续进行。另外, 该反应中的产物Ti02 (R)是一种固体产物,是一种由两种气相反应生成一种固相和气相的 反应,该过程中存在固相的形核和长大,而Ti02粒度是一个重要的产品指标,为了得到粒度 满足要求的产品,就必须控制固相的持续长大。PDC添加剂(粒子直径控制试剂)是一种能够 促进Ti〇2形核的物质,微小的熔融PDC能够作用Ti02前驱体,形成足够数量的Ti〇2晶核,同时 也抑制了 Ti02晶粒的持续长大,达到Ti02产品粒度分布窄、大小合适、消色力和白度等颜料 性能优越的目的。液相PDC的加入普遍采用高压载入气体在氧化反应器前端直接雾化加入, 这种加入方式虽然能够满足PDC加入系统的要求,但存在PDC颗粒大小不均匀,喷头易烧蚀, TOC分散性差容易在对面反应器壁面结晶析出的缺点。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在氯化钛白生产中,有效实现添加剂雾 化,从而提高氯化钛白产品品质的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置及生产方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:添加剂预雾化的氯化钛白生产装 置,包括TiCl4储罐、氧气储罐、添加剂储罐以及依次连通的燃烧室、TiCl4进料环和反应器反 应段,包括添加剂雾化装置和TiCl4预热器,其中,所述添加剂储罐通过添加剂雾化装置与 燃烧室连通,氧气储罐与燃烧室连通,TiCl4储罐通过TiCl4预热器与TiCl4进料环连通。
[0006] 进一步的是,包括储气罐,所述储气罐与添加剂雾化装置连通。
[0007]进一步的是,包括氧气预热器,所述氧气储罐通过氧气预热器与燃烧室连通。
[0008] 进一步的是,包括甲苯储罐,所述甲苯储罐与燃烧室连通。
[0009]进一步的是,包括甲苯泵,所述甲苯储罐通过甲苯泵与燃烧室连通。
[0010] 进一步的是,所述添加剂为粒子直径控制试剂。
[0011]进一步的是,氧气储罐内的氧气进入到燃烧室进行加热至反应温度后,与源自 TiCU储罐且经由TiCU进料环输入的气态TiCl4反应,此时,输入经过添加剂雾化装置雾化 后的添加剂,并最终形成晶粒状的Ti〇2产品。
[0012]进一步的是,所述氧气加热至反应温度的方法为:让部分氧气与加入的甲苯反应 产生热量,从而将其余氧气加热。
[0013]进一步的是,所述雾化后的添加剂输入到燃烧室内的方法为:通过将与添加剂雾 化装置连通的储气罐内的气体作为载体,从而将雾化后的添加剂输入到燃烧室内。
[0014]本发明的有益效果是:在实际使用时,本发明的添加剂不再是简单的通过高压载 入气体直接输入到燃烧室内,而是首先通过添加剂雾化装置的雾化,形成超细的液滴颗粒, 从而有效的促进Ti〇2晶核的形成,并达到控制Ti〇2产品粒径,提高产品颜料性能的目的。本 发明创造性的设计,实现了添加剂试剂的颗粒大小受控的效果,并且具有雾化效果稳定、少 量加入试剂即可实现相应效果的技术优势,尤其适用于氯化钛白的生产之中。
附图说明
[0015] 图1是本发明的结构示意图。
[0016] 图中标记为:氧气储罐1、氧气预热器2、添加剂雾化装置3、储气罐4、添加剂储罐5、 TiCl4储罐6、TiCl4预热器7、反应器反应段8、TiCl4进料环9、燃烧室10、甲苯栗11、甲苯储罐 12。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0018]如图1所示的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,包括TiCl4储罐6、氧气储罐1、添 加剂储罐5以及依次连通的燃烧室10、TiCl4进料环9和反应器反应段8,包括添加剂雾化装 置3和TiCl4预热器7,其中,所述添加剂储罐5通过添加剂雾化装置3与燃烧室10连通,氧气 储罐1与燃烧室10连通,TiCl4储罐6通过TiCl4预热器7与TiCU进料环9连通。
[0019]作为实际反应中的一个关键,添加剂所起到的作用是:促进Ti〇2形核。本发明中微 小的熔融添加剂能够作用Ti02的前驱体,从而形成足够数量的Ti02晶核,同时也抑制Ti〇2晶 粒的持续长大,达到Ti02产品粒度分布窄、大小合适、消色力和白度等颜料性能优越的目 的。一般的,所述添加剂优选为粒子直径控制试剂(PDC试剂),即实现对Ti02晶粒的控制,保 证最终的产品品质。本发明通过添加剂雾化装置3,让添加剂实现雾化,从而实现技术上的 提高。本发明的反应原理是:氧气储罐1内的氧气进入到燃烧室1〇进行加热至反应温度后, 与源自TiCl4储罐6且经由HC14进料环9输入的气态TiCl4反应,此时,输入经过添加剂雾化 装置3雾化后的添加剂,并最终形成晶粒状的Ti02产品。
[0020]为了将雾化后的添加剂更好的输入到燃烧室10内,可以选择这样的方案:包括储 气罐4,所述储气罐4与添加剂雾化装置3连通。如图1所示,储气罐4所输送出的气体不仅可 以为添加剂雾化装置3提供雾化介质,也为雾化后的添加剂颗粒提供进入燃烧室10的动力。 [0021]由于本发明的核心反应在温度高于600°C以上才有较为明显的反应速度,并且随 着温度提高,反应速度会加快。因此,为了获得更优的反应速率,提高生产效率,可以选择这 样的方案:包括氧气预热器2,所述氧气储罐1通过氧气预热器2与燃烧室连通。通过氧气 预热器2预热的氧气可以在反应之处就以较高的反应速度进行反应,从而提高了生产的效 率^更进一步的,还可以选择增设甲苯储罐12,所述甲苯储罐12与燃烧室10连通,以及增设 甲苯泵11,所述甲苯储罐12通过甲苯栗11与燃烧室10连通。如图1所示,在这样的技术方案 下,氧气首先从氧气储罐1中进入氧气预热器2,经过一级预热后的氧气温度达到约800°C, 接下来,高温氧气和甲苯储罐12输出的甲苯在燃烧室10发生燃烧反应,进一步提高氧气温 度。甲苯通过甲苯储罐12、甲苯泵11和甲苯喷射装置等进入燃烧室1 〇。甲苯进入氧化反应器 燃烧室10和高温氧气发生燃烧反应,放出大量热,为参与反应的氧气则在在甲苯释放的热 量的作用下温度升高到1500_1800°C。经该二级预热后的氧气随后与气相的四氯化钛 (TiCl4)反应,生成高温的二氧化钛和氯气,生成物的温度可高达1700°C以上,高温气体在 反应器冷却段冷却,并在后系统中实验气固分离。
[0022]本发明对现有结构的改动较小,但是,却可以本质上优化氯化钛白的生产工艺,获 得品质更优的产品,本发明具有十分广阔的市场推广前景。

Claims (9)

1. 添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,包括TiCl4储罐(6)、氧气储罐(1)、添加剂储罐 ⑸以及依次连通的燃烧室(10)、TiC14进料环(9)和反应器反应段(8),其特征在于:包括添 加剂雾化装置⑶和TiCl4预热器(7),其中,所述添加剂储罐⑸通过添加剂雾化装置⑶与 燃烧室(10)连通,氧气储罐⑴与燃烧室(1〇)连通,TiCl4储罐⑹通过TiCl4预热器⑺与 TiCU进料环⑼连通。
2. 如权利要求1所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,其特征在于:包括储气罐 (4),所述储气罐⑷与添加剂雾化装置⑶连通。
3.如权利要求1或2所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,其特征在于:包括氧气 预热器(2),所述氧气储罐(1)通过氧气预热器(2)与燃烧室(10)连通。
4.如权利要求3所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,其特征在于:包括甲苯储罐 (12),所述甲苯储罐(12)与燃烧室(10)连通。
5. 如权利要求4所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,其特征在于:包括甲苯栗 (11),所述甲苯储罐(12)通过甲苯泵(11)与燃烧室(1 〇)连通。
6. 如权利要求1所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产装置,其特征在于:所述添加剂为 粒子直径控制试剂。
7.添加剂预雾化的氯化钛白生产方法,其特征在于:氧气储罐(D内的氧气进入到燃烧 室(10)进行加热至反应温度后,与源自TiCl4储罐(6)且经由TiCl4进料环(9)输入的气态 TiCU反应,此时,输入经过添加剂雾化装置(3)雾化后的添加剂,并最终形成晶粒状的Ti〇2 广品。
8.如权利要求7所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产方法,其特征在于,所述氧气加热 至反应温度的方法为:让部分氧气与加入的甲苯反应产生热量,从而将其余氧气加热。
9.如权利要求7所述的添加剂预雾化的氯化钛白生产方法,其特征在于,所述雾化后的 添加剂输入到燃烧室(10)内的方法为:通过将与添加剂雾化装置(3)连通的储气罐(4)内的 气体作为载体,从而将雾化后的添加剂输入到燃烧室(10)内。
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