DE1283817B - Vorrichtung zur Herstellung von Titantetrachlorid - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Her- sich gegen das Reaktionsgefäß erweiternden Kegelstellung von Titantetrachlorid durch Umsetzen von stumpfes.

Chlor mit einem Titanmineral, wie beispielsweise Die Leitung vom Zyklon mündet vorteilhaft in das

Rutil oder Ilmenit oder irgendeines Konzentrates aus Reaktionsgefäß oberhalb der Oberfläche des Wirbel-Titandioxyd, und Koks im Wirbelbett. 5 bettes im aufgewirbelten Zustand.

Bei solchen Verfahren beträgt die Teilchengröße Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Ver-

des Titanmaterials gewöhnlich 0,25 bis 0,05 mm und fahren wird an Hand der Ausführungsbeispiele in

diejenige des Kokses etwa 3,15 bis 0,10 mm. Auf den Zeichnungen näher erläutert.

Grund der ablaufenden Reaktionen und des Abriebes F i g. 1 ist ein schematischer Aufriß eines erfinentsteht eine gewisse Menge von feinverteiltem io dungsgemäßen Reaktionsgefäßes mit einer bekannten

Material oder »Grus«, das mit den Gasen, die das Rückgewinnungsanlage für die Feststoffteilchen

Reaktionsgefäß verlassen, mitgenommen wird. Auf (Grus);

diese Weise kann ein wesentlicher Verlust an wert- Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt eines abge-

vollem Material auftreten, und es können ferner bei änderten Merkmals des Reaktionsgefäßes gemäß nachfolgenden Arbeitsgängen Schwierigkeiten und 15 Fig. 1, der die erfindungsgemäße Anordnung zeigt;

Abrieb auftreten. F i g. 3 ist eine ähnliche Ansicht einer anderen

Die Arbeitsweise, die mitgerissene Feststoffmenge Ausführungsform, und

durch Verwendung eines höheren Reaktionsgefäßes F i g. 4 ist eine ähnliche Ansicht einer weiteren

zu begrenzen, erwies sich als unzulänglich, da die Ausführungsform.

Kosten erheblich erhöht wurden, ohne daß das Pro- ao Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 besteht aus einem

blem vollständig gelöst werden konnte. eine Einfüllöfmung 8 aufweisendes Reaktionsgefäß 1

Es wurden auch Versuche gemacht, die mitge- für das Wirbelbett, das die Feststoffteilchen 2 enthält, nommenen Teilchen von den aus dem Reaktionsgefäß Die Größe dieser Teilchen ist im allgemeinen klein herrührenden Gasen durch Rückführung dieser Gase oder sehr klein, beispielsweise von 50 bis 6000 μ. zu entfernen. So wurde bekannt, zur Entfernung der 25 Durch die Leitung 3 werden Gase mit ausreichender Gase in den Kreislauf Vorrichtungen zum Abtrennen Geschwindigkeit in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt, der Feststoffteilchen anzuordnen. Verwendet wurden so daß die Feststoffteilchen 2 aufgewirbelt werden, hierzu beispielsweise Filter, Zyklone, elektrostatische Die Feststoffteilchen werden über eine genau beAusscheider u. dgl. Wenn die Feststoffe im großen stimmte und praktisch konstante Tiefe in Wirbel-Maßstab anfallen und gewonnen werden, müssen sie 30 bewegung gehalten. Die gasförmigen Reaktionswieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Dies produkte und die darin mitgerissenen Feststoffe treten verlangt aber ein periodisches Entleeren der durch einen Gasauslaß 4 aus und gehen zu einem Rückgewinnungseinrichtung und manchmal wei- Zyklon 5, in dem die mitgenommenen Feststoffe von tere Behandlungen, wie Waschen oder Aufberei- den Gasen abgetrennt werden. Diese Feststoffe samtung, bevor das oder die gewonnenen Produkte 35 mein sich auf dem Boden 6 des Zyklons, woher sie mit unverbrauchtem Material wieder eingesetzt wer- durch eine Leitung 9 in das Reaktionsgefäß zurückden können. geführt werden. Die von den Feststoffteilchen be-

Diese immer wiederkehrenden Arbeiten, die zu- freiten Gase werden dann zur nachfolgenden Besätzliche Kosten und Handarbeit erfordern, bieten handlung durch eine Rohrleitung? geführt. Die bei einem Reaktionsablauf bei höheren Temperaturen 40 Wärmeverluste im Zyklon 5 sind normalerweise aushäufig mehr Schwierigkeiten als die Herstellung des reichend gering, so daß keine Temperaturänderungen Titantetrachlorids selbst. So müssen beispielsweise auftreten, die Änderungen der Zusammensetzung der heiße Produkte gehandhabt werden, und es tritt oft Gase, beispielsweise teilweise oder vollständige Konein Absinken der erforderlichen Wärme auf, wenn densation einer oder mehrerer Komponenten derunverbrauchte Produkte bei gewöhnlicher Tempe- 45 selben, hervorrufen. So können die durch den Zyklon 5 ratur in das Reaktionsgefäß eingeführt werden. abgetrennten Feststoffe kontinuierlich in das Reak-

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung tionsgefäß 1 wieder eingeführt werden, ohne daß die

zur Herstellung von Titantetrachlorid zu schaffen, Gefahr einer Störung oder Verstopfung durch Kon-

die diese verschiedenen Nachteile verringert oder densation gegeben ist.

ausschaltet und mit der kontinuierlich ohne Eingriff 50 In der Leitung 9 ist eine Lochscheibe 10 angeord-

von außen gearbeitet werden kann und die außerdem net, die dazu dient, den Durchgang der Gase vom

nicht groß und verhältnismäßig billig ist. Reaktionsgefäß 1 durch die Leitung 9 einzuschränken.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung Ein starker Gasfluß durch die Rohrleitung 9 würde

zur Herstellung von Titantetrachlorid durch Umsetzen die Funktion des Zyklons ernsthaft stören und eine

von Chlor mit einem Titanmineral und Koks im 55 zufriedenstellende Abtrennung der Feststoffe ver-

Wirbelbett, bestehend aus einem Reaktionsgefäß mit hindern.

einem Anströmboden, einem Einlaß für das An- Da die Menge des Gases, die durch die Rohrströmgas, einem Auslaß für die Reaktionsabgase und leitungen 4 bzw. 9 hindurchgeht, im wesentlichen proaus einem Zyklon zum Abtrennen der Feststoff- portional ist zu dem Querschnittsbereich der Leitung 4 teilchen aus den Reaktionsabgasen, die dadurch ge- 60 und dem offenen Bereich der Lochscheibe 10, wird, kennzeichnet ist, daß zwischen dem Boden des vorausgesetzt, daß die Öffnung in der Lochscheibe 10 Zyklons und dem Reaktionsgefäß eine Leitung mit klein ist, die Funktion des Zyklons nicht weiter geeiner Lochscheibe vorgesehen ist, deren Öffnung stört, auch dann nicht, wenn der Fluß der Feinstteileinen Querschnitt von ¹U bis V50 des Querschnittes chen oder Grus durch die Rückgewinnungszone des Gasauslasses aus dem Reaktionsgefäß beträgt. 65 kontinuierlich ist.

Der Querschnitt der Öffnung beträgt vorzugsweise Die Leitung 9 kann in das Reaktionsgefäß unter-

zwischen Vs und V10 des Querschnittes des Gasaus- halb dessen oberer Fläche 11 des Wirbelbettes mün-

lasses. Sie hat zweckmäßigerweise die Form eines den. Dies hat den Vorteil, daß die feinen wieder ein-

geführten Teilchen nicht sofort wieder durch den das Reaktionsgefäß verlassenden Gasstrom mitgerissen werden können. Vorzugsweise ist aber diese Öffnung etwas oberhalb der Fläche 11 angeordnet (F i g. 1), so daß die aus dem Reaktionsgefäß durch die Leitung 9 austretenden Gase kein bei der Reaktion verwendetes Chlor enthalten. Durch Mitnahme von Chlor ginge dieses der Reaktion verloren, wodurch eine Störung der nachfolgenden Arbeiten eintreten würde.

Die Arbeitstemperatur im Reaktionsgefäß 1 beträgt bekanntlich etwa 1000° C und wird, da die Chlorierung exotherm ist, ohne Wärmezufuhr von außen aufrechterhalten. Bei dieser Temperatur ist der Dampfdruck der schweren Chloride ausreichend hoch, damit sie verdampfen. Ein wesentliches Absinken der Temperatur würde eine Minderung des Dampfdruckes und damit eine teilweise Kondensation der schweren Chloride bewirken, wodurch ein Festfressen des Zyklons oder ein Blockieren oder Verstopfen der Leitungen auftreten könnte.

Versuche haben gezeigt, daß es durch die Verwendung eines Zyklons und von Rohrleitungen aus einem feuerfesten Material mit einem äußeren Oberflächenbereich, der so klein ist, daß die Wärmeverluste ausreichend niedrig bleiben, um die Temperatur der rückgeführten Teilchen über 800⁰C zu halten, möglich ist, jede Kondensation von Ferrochloriden oder anderen Chloriden schwerer Metalle zu vermeiden und die mitgerissenen Feinteilchen aus Koks und Rutil in Form eines frei fließenden Pulvers zurückzugewinnen, ohne daß dabei Anhäufungen gebildet werden.

Das auf diese Weise aus dem Zyklon austretende Pulver wird sofort in das Reaktionsgefäß 1 zurückgeführt, ohne daß die Arbeit des Zyklons unterbrochen wird und ferner praktisch keine Wärmeverluste auftreten. Dies kann mit den bekannten Standardverfahren nicht erreicht werden.

Außerdem kann durch die Wahl des Durchmessers der Lochscheibe 10 an dieser ein kleines Wirbelbett gebildet werden, das weiter dazu beiträgt, das Entweichen von Gasen aus dem Reaktionsgefäß 1 durch die Leitung 9 zu verringern.

Die Lochscheibe kann an irgendeiner Stelle zwischen dem Boden 6 des Zyklons 5 und der Öffnung der Leitung 9 in das Reaktionsgefäß 1 angeordnet werden. Zweckmäßig ist es, die Lochscheibe in einem lotrechten Abschnitt der Leitung 9, beispielsweise in der Nähe des Zyklons, anzubringen.

Die Form der Lochscheibe 10 kann sehr einfach sein. Beispiele einiger zweckmäßiger Formen sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Die Lochscheibe gemäß F i g. 2 weist eine zylindrische öffnung 12 auf, während die Ausführungsform in F i g. 3 mit einer sich verjüngenden Öffnung 13 versehen ist. Die Lochscheibe gemäß Fig. 4 ähnelt derjenigen in Fig. 3, wird aber von einer Hülse 14 überragt, deren sich verjüngende öffnung 15 die Öffnung 13 verlängert. Diese verschiedenen Formen sind insbesondere deswegen vorgesehen, um jede Blockierung der Lochscheibe 10 zu vermeiden. Andere Formen können aber auch ohne weiteres verwendet werden, da die Gefahr des Blockierens durch nach oben durch die Membran steigende Gase gering ist und der Gasstrom, wie bereits ausgeführt, über der Membran eine aufgewirbelte Masse der Fehlteilchen bildet. Bevorzugte Formen der Membran sind Stumpf kegel oder Doppelstumpfkegel.

Die Lochscheibe 10 ist zweckmäßigerweise zwischen zwei Flanschen 16 der Leitung9 (Fig. 3 und 4) angeordnet. Die Größe der Öffnung der Lochscheibe hängt vom Querschnitt des Haupt-Gasauslasses 4 ab und beträgt vorteilhaft zwischen Vs und V10 desselben. Versuche haben gezeigt, daß bei einem Verhältnis von mehr als 1:4 die Arbeit des Zyklons für praktische Zwecke nicht mehr zufriedenstellend ist. Wenn dieses Verhältnis kleiner ist als 1:200, kann der nach unten gerichtete Strom der Feinteilchen in der Leitung ernstlich behindert werden.

Das Material der Lochscheibe 10 muß gegen Korrosion und gegen die im Zyklon vorherrschenden Temperaturen beständig sein. Es kann hierzu ein Metall oder eine Metallegierung, feuerfester Ziegel, Beton u. dgl. verwendet werden. Sie kann einstückig oder aus mehreren zusammengesetzten Teilen hergestellt sein.

Zur Erläuterung der Erfindung sind im folgenden zwei Beispiele angeführt, von denen das erste ein industrielles Standardverfahren zur Herstellung von Titantetrachlorid durch Chlorieren und das zweite das gleiche in einem erfindungsgemäßen Reaktionsgefäß durchgeführte Verfahren beschreibt.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 30% Koks (Teilchengröße 0,3 bis 0,1 mm) und 70% Rutil (Teilchengröße 0,1 bis 0,05 mm) wurde in eine Standard-Chlorieranlage eingeführt, deren Innendurchmesser 140 cm und deren Höhe 460 cm betrug. Die Anlage war mit einem gegen Chlor beständigen feuerfesten Belag ausgekleidet.

Das Wirbelbett hatte eine Tiefe von 150 cm. Es wurden 980 kg/h Titantetrachlorid hergestellt, und seine Dämpfe, gemischt mit Feinteilen aus Koks und Rutil, wurden in ein Zyklon eingeführt, das periodisch von Hand ausgeleert bzw. ausgeräumt wurde. Nach Waschen, Sortieren und Trocknen wurden die Feinteilchen zusammen mit ungebrauchtem Material in die Chlorieranlage zurückgeführt.

Nachdem die Anlage 1 Woche lang in Betrieb war, betrug die Ausbeute von Rutil durchschnittlich 88 %>, sie lag, je nach den Arbeitsbedingungen, im allgemeinen zwischen 83 und 92%, so daß der durchschnittliche Verlust an Rutil 12% war.

Beispiel 2

Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde in einer Reaktionsanlage ähnlich derjenigen in F i g. 1 durchgeführt. Die Membran hatte die in F i g. 3 dargestellte Form. Während die Ausmaße dieser Chlorier-Reaktionsanlage die gleichen waren wie im Beispiel 1, war die Ausbeute bei 1470 kg/h Titantetrachlorid größer. Der Durchmesser der Auslaßleitung 4 betrug 300 mm und derjenige der öffnung der Lochscheibe 10 war 80 mm.

Während einer 12tägigen Betriebsdauer waren weder der Zyklon 5 noch die Lochscheibe 10 und die Leitung 9 blockiert.

Ungeachtet der Erhöhung der Leistung betrug die Ausbeute aus dem Rutil durchschnittlich 98%, wobei maximale Schwankungen zwischen 96 und 99% lagen. So wurde der durchschnittliche Verlust auf 2% gesenkt. Demnach beträgt der Durchschnittsgewinn gegenüber dem bekannten Verfahren 10%, und außerdem sind keine Arbeiten von außen erforderlich. Mit der oberhalb des Bettes aufgeweiteten Leitung 9 ist die auf das zugeführte Chlor bezogene

Ausbeute unverändert und bleibt, wie im Beispiel 1, lOO«/o.

Die Rückführung der Feinteilchen bei einer hohen Temperatur schaltet Wärmeverluste aus und greift nicht in die Arbeit des Wirbelreaktors ein.

Die gesamte Anlage kann unabhängig und kontinuierlich betrieben werden, ohne daß von außen durch Handarbeit eingegriffen wird.

Obwohl im Beispiel 2 die Abmessungen der Chlorieranlage 1 die gleichen waren wie im Beispiel 1, kann die Höhe oberhalb des Wirbelbettes sehr wohl reduziert werden, da das Mitreißen von Feststoffteilchen nicht mehr niedrig gehalten werden muß. Eine solche Verringerung der Höhe der Reaktionsanlage ermöglicht natürlich eine Senkung der Anlage- und Wartungskosten.

Die nahezu vollständige Ausschaltung von Feststoffstaub, der im allgemeinen schleifend wirkt, verringert sehr wesentlich den durch Abrieb verursachten Verschleiß von Einrichtungen, die hinter dem Zyklon angeordnet sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Titantetrachlorid durch Umsetzen von Chlor mit einem Titanmineral und Koks im Wirbelbett, bestehend aus einem Reaktionsgefäß mit einem Anströmboden, einem Einlaß für das Anströmgas, einem Auslaß für die Reaktionsabgase und aus einem Zyklon zum Abtrennen der Feststoffteilchen aus den Reaktionsabgasen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (6) des Zyklons (5) und dem Reaktionsgefäß (1) eine Leitung (9) mit einer Lochscheibe (10) vorgesehen ist, deren Öffnung (12, 13, 15) einen Querschnitt von ¹U bis Vso des Querschnittes des Gasauslasses (4) aus dem Reaktionsgefäß (1) beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Öffnung zwischen Vs und V10 des Querschnittes des Gasauslasses (4) beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung die Form eines sich gegen das Reaktionsgefäß erweiternden Kegelstumpfes aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (9) vom Zyklon (5) in das Reäktionsgef äß (1) oberhalb der Oberfläche (11) des Wirbelbettes (2) im aufgewirbelten Zustand mündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen