DE1293728B

DE1293728B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung pyrogener Metalloxyde

Info

Publication number: DE1293728B
Application number: DEC34240A
Authority: DE
Inventors: Wendell Charles B; Greene Michael J; Carpenter Clifford L
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1963-11-01
Filing date: 1964-10-29
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3372001A; US3351427A; GB1081227A; GB1081228A; BE655135A; NL6412529A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- an der Innenwand dieser Zone an, während bei Gelung von pyrogenen Metalloxyden, wie Titandioxyd. schwindigkeiten oberhalb von etwa 107 m/sec die ge-

Metalloxyde können bekanntlich hergestellt wer- bildete Flamme äußerst instabil ist. den, indem flüchtige Metallverbindungen, wie Metall- Das Vermischen der Reaktionskomponenten wird

halogenide oder -oxyhalogenide, bei erhöhten Tem- 5 vorzugsweise in einer zylindrischen, unmittelbar vor peraturen von oberhalb etwa 540⁰C oxydiert wer- dem Einlaß in die Reaktionskammer mittig angeden. Die Reaktion ist normalerweise nicht aus- ordneten Kammer vorgenommen. Hierdurch werden reichend exotherm, um sich selbst zu unterhalten, die Regulierung des Verfahrens und die Stabilisierung und demgemäß wird normalerweise in geeigneter der Flamme stark vereinfacht.

Weise Wärme zugeführt, wobei die Verbrennung von io Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wer-Kohlenoxyd und Sauerstoff bevorzugt wird. Die hier- den das Heizgas und das davon getrennte sauerstoffbei stattfindende Gesamtreaktion erwies sich als all- haltige Gas, von denen mindestens eines die dampfgemein geeignet für die Herstellung von pyrogenen förmige Metallverbindung enthält, tangential in ge-Metalloxyden, wie Titandioxyd, Zirkondioxyd, trennte Ringräume eingeführt, die um die Außenseite Eisen(III)-oxyd, Siliciumdioxyd, Zinndioxyd u. dgl. 15 der kegelstumpfförmigen Reaktionszone angeordnet Die Verfahren sind ausführlich in zahlreichen Ver- sind, wobei die kreisenden Gasströme unmittelbar öffentlichungen beschrieben, z. B. in den USA.- vor der Einführung in die Reaktionszone vereinigt Patentschriften 2 488 439, 2 488 440 und 2 980 509 und gemischt werden.

sowie in »Studies on Inorganic Fillers« von Gosta Als Heizgas werden in an sich bekannter Weise

Flemmert, herausgegeben 1953 von Darlarnes 20 CO und als freies O₂ enthaltendes Gas in ebenfalls Tiduings-Och Boktrychkeri-AB, Schweden. bekannter Weise O₂, Luft oder deren Gemische ver-

Ein großer Nachteil, der bisher bei der Herstellung wendet.

von pyrogenen Metalloxyden (insbesondere Titan- Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrich-

dioxyd) auftrat, besteht jedoch darin, daß sich wäh- tung zur Durchführung des Verfahrens, die gekennrend der kontinuierlichen Herstellung eines Metall- 25 zeichnet ist durch eine kegelstumpfförmige leere, an oxyds häufig das Produkt an den Wänden des Reak- beiden Enden offene Reaktionskammer (9) mit zwei tors und/oder am Brenner ansetzt. Der Ansatz von sie umschließenden Ringräumen (2 und 8), die über Metalloxyd hat gewöhnlich eine Reihe von nach- einen am schmalen Ende der kegelstumpfförmigen teiligen Folgen, z. B. Verschlechterung der Produkt- Reaktionskammer angeordneten Vormischraum (1) qualität durch zu lange Verweilzeit des Metalloxyd- 30 mit der Reaktionskammer in Verbindung stehen, und Produkts in einer Umgebung, in der eine hohe Tem- durch tangential in die Ringräume eingeführte Zuperatur herrscht, ungleichmäßiges Produkt durch un- fuhrleitungen (3 und 5).

gleichmäßige Vermischung der Reaktionskompo- F i g. 1 und 2 zeigen die Vorrichtung zur Durch-

nenten durch Ablenkung oder Störung der Strö- führung des Verfahrens.

mungsbilder der ungemischten Reaktionskompo- 35 Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die nenten, periodisches Abfallen des an der Wand ge- Vorrichtung durch einen beweglichen Stopfen 21 gebildeten Ansatzes in den Hauptproduktstrom, ort- kennzeichnet, der zur Veränderung des Volumens des liehe Überhitzung der Apparatur durch schlechten Vormischraumes 1 dient.

Wärmeübergang durch den Ansatz und Verstopfung Aus der schweizerischen Patentschrift 268 072 ist

von Gaseintrittsöffnungen. Gemäß der Erfindung 40 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zersetzung wurden diese Probleme jedoch erfolgreich gelöst. flüchtiger Metallchloride bekannt, wonach Metall-

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur verbindung und sauerstoffhaltiges Gas in getrennten Herstellung pyrogener Metalloxyde durch Reaktion Leitungen der Reaktionszone zugeführt werden, einer dampfförmigen Metallverbindung mit einem Einem oder beiden Reaktanten wird bei der Zufühfreien Sauerstoff enthaltenden Gas bei Temperaturen 45 rung zur Reaktionszone durch geeignete Ausbildung über 540⁰C durch Zufuhr eines die dampfförmige der Zufuhrleitungen ein Drall erteilt, so daß die bei-Metallverbindung und Sauerstoff enthaltenden Gas- den Reaktantenströme jeder für sich verwirbelt gegemisches, eines Heizgases und des zu dessen Ver- trennt in die Reaktionszone eintreten, brennung erforderlichen Sauerstoff enthaltenden Aus der schweizerischen Patentschrift 265192 ist

Gases in spiralförmiger Bewegung in die Reaktions- 50 es ferner bekannt, das Metallchlorid mit sauerstoffzone, wobei die Menge des zugeführten Gesamt-O₂ haltigen Gasen zu vermischen und das Gemisch in mindestens der zur stöchiometrischen Reaktion mit drallförmiger Bewegung in die Reaktionskammer einder Metallverbindung und dem Heizgas notwendigen zuleiten. Das Heiz- bzw. Hilfsgas wird aber nach dem Menge entspricht, das dadurch gekennzeichnet ist, Verfahren der Entgegenhaltung getrennt von dem daß alle zugeführten Gase vor dem Eintritt in die 55 Metallchlorid-Sauerstoff-Gemisch in die Reaktions-Reaktionszone vermischt werden, das Gasgemisch in zone eingeführt, wobei auch das Hilfsgas wieder das schmale Ende einer kegelstumpfförmigen Reak- durch geeignete Ausbildung der Zufuhrleitungen tionskammer mit einer linearen Geschwindigkeit einen Drall erhalten kann.

zwischen etwa 23 und 107 m/sec eingeführt wird und Demgegenüber werden beim Erfindungsgegenstand

anschließend die Reaktionsprodukte durch das weite 60 die dampfförmige Metallverbindung, das den freien Ende dieser Reaktionskammer abgezogen werden. Sauerstoff enthaltende Gas und das Heizgas vor dem Der vorgemischte, sich spiralförmig bewegende Eintritt in die Reaktionszone vermischt und verwir-Gasstrom aus Reaktionskomponenten und Heizgas belt. Durch diese Art der Einführung in die Reakwird mit einer linearen Geschwindigkeit zwischen tionszone wird eine vollkommenere Vermischung der etwa 23 und 107 m/sec in das schmalere Ende der 65 Reaktionskomponenten erzielt, wodurch örtliche kegelstumpfförmigen Reaktionskammer eingeführt. Überhitzungsbereiche und damit Bereiche mit über-Bei linearen Geschwindigkeiten unter etwa 23 m/sec mäßig hohen Reaktionsgeschwindigkeiten vermieden setzt sich häufig das als Produkt gebildete Metalloxyd werden.

Im Rahmen der Erfindung kommen die folgenden Reaktionskomponenten in Frage:

a) eine Metallverbindung in Dampfform und

b) ein Gas, das freien Sauerstoff enthält.

Für die Zwecke der Erfindung eignen sich allgemein alle Metallverbindungen, die bei Temperaturen unter etwa 540° C verflüchtigt werden können. Entschieden bevorzugt werden jedoch Metallhalogenide und -oxyhalogenide, z. B. Titantetrachlorid, Zirkontetrajodid, Titantetrabromid, Siliciumtetrachlorid, Titanoxychlorid, Aluminiumtrichlorid usw. allein und in Mischung miteinander. Die Metallverbindungen können in beliebiger geeigneter Weise in den Brenner eingeführt werden, z. B. allein, in Verbindung mit dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas oder mit den Heizgasen oder deren Komponenten.

Die Art der für die Zwecke der Erfindung in Frage kommenden Gase, die freien Sauerstoff (d. h. nicht gebundenen Sauerstoff) enthalten, ist offensichtlich. Bevorzugt für das Verfahren gemäß der Erfindung werden jedoch trockener Sauerstoff und/oder trockene Luft.

Die für die Zwecke der Erfindung geeigneten Heizgase, d. h. Gase, die für die Vorwärmung und/oder die Zufuhr von Wärme zum Brenner verwendet werden, sind allgemein bekannt. Spezielle Beispiele geeigneter Heizgase sind Methan, Propan, Butan, Kohlenoxyd, Schwefelchloride, Schwefeldämpfe u. dgl. Besonders bevorzugt wird jedoch Kohlenoxyd, weil es verhältnismäßig leicht verfügbar ist und weil es bei der Herstellung von Titandioxydpigment durch Oxydation von Titantetrachlorid gewöhnlich zweckmäßig ist, daß wasserstoffhaltige Heizgase vermieden oder nur in begrenzten Mengen verwendet werden.

Es ist zu bemerken, daß es erforderlich ist, in den Brenner wenigstens so viel freien Sauerstoff enthaltendes Gas einzuführen, daß dieses stöchiometrisch mit der Metallverbindung und dem eingeführten Heizgas reagiert. Vorzugsweise wird das Gas, das freien Sauerstoff enthält, im Überschuß eingeführt.

An Hand von F i g. 1 wird nachstehend ein typischer Produktionsablauf beschrieben. In den Vormischraum 1 wird durch Leitung 3 ein Heizgas mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 107 m/sec und ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, durch Leitung 5 eingeführt. Das erhaltene Gemisch wird mit Hilfe bekannter Mittel in eine Dreh- oder Wirbelbewegung versetzt. Die Dreh- oder Wirbelbewegung kann beispielsweise einfach dadurch hervorgebracht werden, daß man die Gase tangential in den Raum 1 einführt. In jedem Fall wird das sich drehende Gemisch dann durch das schmale Ende 7 in die kegelstumpfförmige Reaktionskammer 9 eingeführt, in der das Gemisch (dessen lineare Geschwindigkeit zwischen etwa 23 und 107 m/sec liegt) gezündet wird, worauf es in der Reaktionskammer 9 verbrennt. Nach ausreichender Vorwärmung wird die zugeführte Heizgasmenge verkleinert, worauf entweder durch Leitung 3 und/oder durch Leitung 5 oder eine andere Leitung Dämpfe einer Metallverbindung zugeführt werden. Anschließend wird die Reaktion reguliert, indem die Strömungsmengen der verschiedenen Gase, die in den Vormischraum 1 eingeführt werden, verändert werden.

Bei einem typischen Produktionsablauf in der in F i g. 2 dargestellten bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Heizgas durch die Leitung 3 und ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, durch Leitung 5 eingeführt (beide Leitungen enden in einer öffnung, die tangential in der gleichen Drehrichtung ausgerichtet ist). Diese Gase strömen anschließend spiralförmig durch die Ringräume 2 bzw. 8 über die Ringränder 13 und 15 in den Vormischraum 1 und von dort nach teilweiser Vormischung und unter weiterer Drehung in die schmale Öffnung 25 der Reaktionskammer 9. Nach der Zündung reagiert das spiralförmig herumwirbelnde Gemisch in der Reaktionskammer 9, wodurch diese vorgeheizt wird. Anschließend werden zusätzlich zu dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas Dämpfe einer Metallverbindung durch die Leitung 5 eingeführt. Das sich bildende Gemisch aus der verflüchtigten Metallverbindung und dem freien Sauerstoff enthaltenden Gas strömt spiralförmig durch den Ringraum 8, wodurch es vorgewärmt wird, während gleichzeitig die Wand 23 gekühlt wird. Nach dem Durchgang durch den Vormischraum 1 reagiert das vollständige Gasgemisch dann in der Reaktionskammer 9 unter Bildung des entsprechenden Metalloxyds. Die Reaktionsprodukte treten dann aus dem weiten Ende der Reaktionszone 9 aus, und das feste Metalloxyd wird in beliebiger geeigneter Weise aufgefangen. In diesem Fall wird eine glatte, kontinuierliche Reaktion erreicht, indem die Lage des Stopfens 21 so eingestellt wird, daß eine regelmäßige, stabile Flamme in der Reaktionskammer 9 aufrechterhalten wird.

Die Flexibilität und Zuverlässigkeit des gemäß der Erfindung durchgeführten Betriebs werden in überraschendem Maße durch Verwendung der in F i g. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Apparatur gesteigert, die mit einer einfachen Einrichtung zur leichten Einstellung des Volumens der Vormischzone 1 versehen ist. Die Einzelheiten der Veränderung oder Einstellung des Volumens des Vormischraumes 1 unterliegen erheblichen Variationen. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung eines beweglichen Stopfens 21 im geschlossenen Ende der Zone 1 normalerweise am geeignetsten ist. Dieser Stopfen 21 kann die Form eines Kolbens haben, der in der zylindrisch gebohrten Wand 29 gleitet, wobei die Tiefe, bis zu der der Stopfen 21 in den Vormischraum 1 ragt (und damit das Volumen der Kammer), von außen mit beliebigen geeigneten Mitteln reguliert wird. Natürlich können im Rahmen der Erfindung zahlreiche Änderungen an der beschriebenen speziellen Apparatur vorgenommen werden. Beispielsweise ist es möglich, den Stopfen 21 und die Wand 29 mit Gewinde zu versehen, so daß die Regelung des Volumens des Vormischraumes 1 erfolgen kann, indem man den Stopfen 21 nach innen oder außen schraubt.

Es ist zu bemerken, daß es während der Durchführung des Verfahrens in der erfindungsgemäßen Apparatur wichtig ist, daß das Volumen des Vormischraumes 1 nicht so eingestellt wird, daß der Druckabfall im Eingangsteil 25 niedriger ist als in dem Vormischraum 1. Wenn der Druckabfall im Bereich 25 nicht größer gehalten wird, kann extreme Instabilität der Flamme die Folge sein.

Allgemein ist festgestellt worden, daß das optimale Volumen des Vormischraumes 1 bei niedrigeren Durchsätzen kleiner ist, während es bei höheren Durchsätzen größer ist. Die richtige Einstellung des Volumens des Vormischraumes für jede beliebige

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Kombination von Bedingungen kann erreicht werden, Staubschicht aus festem Titandioxyd an seinen Innenindem der Stopfen 21 langsam verstellt wird, während flächen angesetzt hat. die in der kegelstumpfförmigen Reaktionskammer 9

vorhandene und aus dieser Zone herausragende Beispiel IA

Flamme beobachtet wird. Das richtige Volumen des 5

Vormischraumes ist erreicht, wenn Gestalt und Größe Das Beispiel 1 wurde mit den gleichen Fließ-

der Flamme stabil werden und der Stopfen 21 und geschwindigkeiten aller Bestandteile mit der Abweider angrenzende Teil der Apparatur rings um den chung wiederholt, daß ein Strom von Zusätzen am Vormischraum 1 sich nicht wesentlich erhitzen. Es ist schmalen Ende des Brenners axial zugeführt wurde, zu bemerken, daß der Brenner im allgemeinen ver- io Dieser axiale Strom enthielt 0,283 Nm³/Stunde hältnismäßig frei von Hindernissen in der Reaktions- trockene Luft, etwa 0,028 Nm³/Stunde Aluminiumkammer 9 und so ausgebildet sein sollte, daß das trichlorid und 0,028 Nm³/Stunde Siliciumtetrachlorid. Metalloxyd möglichst ungehindert aus ihm austreten Der Brenner arbeitete ebenso glatt und gleichmäßig kann, da das Produkt im heißen Zustand das Be- wie im Beispiel 1, ohne daß sich feste Ansätze im streben hat, sich auf Einbauten abzusetzen und zu 15 Innern bilden.

kristallisieren. Es wird ferner darauf hingewiesen, Daraus ergibt sich, daß zwar die Verwendung eines

daß die Verweilzeit in der Reaktionskammer berück- separaten axialen Einlasses eine ideale Methode zur sichtigt werden muß, um die bei der Bildung des Zuführung geringerer Mengen Komponenten dar-Metalloxyds stattfindende Reaktion bis praktisch zur stellt, daß aber im wesentlichen die Hauptmenge aller Vollendung vonstatten gehen zu lassen. Die Verweil- ao Reaktionsteilnehmer durch tangentiale Leitungen zeit in der Reaktionskammer kann häufig eingestellt bzw. Einlasse als Teil eines raschen verwirbelten Gaswerden, indem man eine Vorrichtung des beschriebe- Stroms eingeführt werden sollte, nen Typs in einer größeren, sekundären Reaktionskammer anordnet. Beispiel 2

Wenn die bevorzugte Vorrichtung gemäß der Er- as

findung verwendet wird, in der die in den Brenner In diesem Fall wird als Brenner die in F i g. 2 dareinzuführenden verschiedenen Gase spiralförmig um gestellte, aus Aluminium hergestellte Vorrichtung die Außenseite der Wände des Brenners strömen, verwendet, deren kegelstumpfförmiger Teil 7,6 cm läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung leicht lang ist und am weiten Ende einen Durchmesser von in einer gewöhnlichen Vorrichtung mit Aluminium- 30 2,54 cm und am schmalen Ende einen Durchmesser wänden durchführen, ohne daß die Temperatur der von 1,3 cm hat. Der Wandabstand in jedem Ring-Wände der Reaktionszone trotz des Fehlens der raum 2 und 8 betrug 1,6 mm. Der verstellbare Stopfen Kühlung — abgesehen von dem Kühleffekt durch die 21 hatte einen Durchmesser von 22,2 mm. Er wurde in den Ringräumen 2 und 8 spiralförmig strömenden zu Beginn so eingestellt, daß der Abstand zwischen Gase — zu stark ansteigt. 35 der Stirnfläche 27 des Stopfens und dem ringförmi

gen Rand 15 3,8 mm betrug. Trockenes Kohlenoxyd

Beispiel 1 ^w*^r^ *^{n emer} Menge von 2,83 Nm³/Stunde durch

Leitung 3 zugeführt. Gleichzeitig wird trockener

Ein gemäß Fig. 1 konstruierter Brenner aus Hart- Sauerstoff in der gleichen Menge durch Leitung 5 in feuerporzellan wurde in einer Kammer von 7,6 cm 4° den inneren Ringraum geleitet. Das sich bildende Durchmesser angeordnet, die mit einem Zyklon- Gemisch wird in der Zone 9 gezündet. Zur Aufabscheider für die Trennung von Feststoffen und heizung der Vorrichtung läßt man die Reaktion einige Gasen verbunden war. Dieser Brenner bestand aus Minuten stattfinden. Anschließend wird dampfförmieinem 7,6 cm langen kugelstumpfförmigem Teil mit ges Titantetrachlorid in einer Menge von 0,71 Nm⁸/ einem Durchmesser von 13 mm am schmalen Ende 45 Stunde zusammen mit dem Sauerstoff in den inneren und einem Durchmesser von 2,54 cm am weiten Ringraum eingeführt. Die Reaktion setzt ein, und Ende. Der Vormischraum 1 hatte einen Durchmesser feinteiliges festes Titandioxyd wird gebildet. Es ist von 2,54 cm und eine Länge von etwa 13 mm. Im zu bemerken, daß die Flamme sehr stabil ist und der wesentlichen trockenes Kohlenoxyd wird durch eine Stopfen 21 an seiner Außenseite verhältnismäßig kühl der tangentialen Leitungen 3 oder 5 in einer Menge 5° bleibt (121° C).

von 5,66 Nm^s/Stunde eingeführt, während trockener Die Durchflußmengen des Kohlenoxyds, Sauer-

Sauerstoff in einer Menge von 5,66 m³ durch die an- Stoffs und Titantetrachlorids werden dann auf 11,3, dere tangentiale Leitung zugeführt wird. Das erhal- 11,3 bzw. 2,83 Nm³/ Stunde erhöht. Die Flamme vertene Gemisch wird in der Zone 9 gezündet, in der liert ihre Stabilität, erkennbar am Flackern und man es einige Minuten brennen läßt, um die Vorheiz- 55 Sprühen. Der Stopfen 21 wird dann langsam aus dem zone auf einige 100° C vorzuwärmen. Dann werden Vormischraum 1 herausgezogen, bis die Flamme Titantetrachloriddämpfe in einer Menge von etwa stabil wird. Nach halbstündigem Brennerbetrieb 1,42 Nm³/Stunde zusammen mit dem Kohlenoxyd unter diesen Bedingungen beträgt die Temperatur eingeführt, während die zugeführte Menge des Koh- des Stopfens 21 immer noch 121° C. lenoxyds auf etwa 4,25 Nm³/Stunde verringert wird. 60 Anschließend werden die Durchflußmengen des Die stattfindende Reaktion verläuft glatt unter BiI- Kohlenoxyds, Sauerstoffs und der Titantetrachloriddung von Titandioxyd von Pigmentqualität, das im dämpfe auf 1,42,1,42 bzw. 0,35 Nm³/Stunde gesenkt. Zyklonabscheider von den Nebenproduktgasen ab- Die Flamme ragt sofort in den Vormischraum 1 und getrennt wird. Nachdem die Reaktion ununterbrochen wird instabil, während die Temperatur des Stopfens 21 mit der gleichen Geschwindigkeit etwa 24 Stunden 65 innerhalb etwa einer Minute auf etwa 1090° C steigt, durchgeführt worden ist, wird der Brenner stillgesetzt. Der Stopfen 21 wird dann langsam in den Vormisch-Bei der Untersuchung wird festgestellt, daß er in raum 1 eingeführt, bis die Gestalt der Flamme im gutem Zustand ist und sich nur eine geringfügige wesentlichen stabil wird. Die Temperatur des Stop-

fens 21 nach 15 Minuten unter diesen Bedingungen wird mit 154° C ermittelt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die verschiedensten Werkstoffe verwendet werden. Ganz allgemein eignen sich alle keramisehen Massen, Metalle oder Legierungen, die gegenüber den Temperaturen, Komponenten und Produkten der Reaktion inert und temperaturwechselbeständig sind. Allgemein geeignete Werkstoffe sind Nickel, Aluminium, nichtrostender Stahl, Glas, glasiges SiIiciumdioxyd u. dgl. Es ist zu bemerken, daß es im allgemeinen bei Verwendung verschiedener Werkstoffe für die Herstellung des Stopfens 21 und der Wand 29 wichtig ist, daß die Ausdehnungskoeffizienten dieser Werkstoffe bei der Bemessung der Teile voll berücksichtigt werden, damit der Stopfen 21 bei allen Betriebstemperaturen, mit denen gerechnet werden muß, in der Wand 29 beweglich bleibt.

Wenn maximale Kühlung des Brenners und Vorwärmung des Sauerstoffs und/oder der Dämpfe der Metallverbindung gewünscht werden, ist es offensichtlich zweckmäßig, daß wenigstens die Wand 23 der Vorrichtung aus einem Werkstoff mit guten Wärmeübergangseigenschaften (d. h. gewöhnlich aus einem Metall) hergestellt wird, damit bei niedrigen Durchsätzen eine schnelle Wärmeübertragung zwischen der Reaktionszone 9 und den im inneren Ringraum 8 strömenden Gasen bewirkt werden kann. Ferner ist zu beachten, daß keramische Materialien zwar häufig befriedigend sind, daß sie jedoch häufig eine verhältnismäßig geringe Temperaturwechselbeständigkeit haben. Dieser Faktor ist häufig bei Verfahren zu berücksichtigen, bei denen pyrogene Metalloxyde hergestellt werden, wobei Flammtemperaturen oberhalb von etwa 1650° C nicht ungewöhnlieh sind.

Natürlich können im Rahmen der Erfindung zahlreiche Änderungen in den vorstehenden Beispielen und an den dargestellten Vorrichtungen vorgenommen werden. Beispielsweise ist es durchaus möglich, das freien Sauerstoff enthaltende Gas, die Metallverbindung und das Heizgas bzw. die Heizgase durch getrennte Ringräume getrennt in den Vormischraum einzuführen. Ferner können andere Heizgase in Kombination oder allein verwendet werden, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß die Verwendung von wasserstoffhaltigen Heizgasen im allgemeinen nicht erwünscht ist, wenn Titandioxyd von Pigmentqualität hergestellt werden soll.

Natürlich ist es auch möglich, die Konstruktion und die Abmessungen der beschriebenen Vorrichtungen zu verändern. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Bestimmung der Konstruktionseinzelheiten, z. B. des Divergenzwinkels der Wände des Kegelstumpfes, des Verhältnisses von Menge zu Durchmesser u. dgl., bis zu einem gewissen Grad von der jeweils anzuwendenden Reaktion und dem jeweils herzustellenden Metalloxyd abhängig ist. Die Konstruktionseinzelheiten und die erforderlichen Abmessungen für jede bestimmte Kombination von Bedingungen lassen sich leicht auf der Grundlage von Faktoren, wie gewünschte Produktionsleistung, herzustellendes Metalloxyd, zu verwendende Reaktionskomponenten, Bildungswärme u. dgl., bestimmen.

In Fällen, in denen äußere Kühlung der Vorrichtung erwünscht ist, können natürlich die Wände und/ oder die Schmalseite der Vorrichtung in geeigneter, bekannter Weise gekühlt werden, z. B. durch Besprühen mit Wasser von außen oder durch einen Mantel, durch den Wasser oder ein anderes Kühlmedium geleitet werden kann.

Wenn eine Verdünnung der in den Brenner eintretenden Reaktionskomponenten oder leichte Einstellungen der Reaktionstemperatur gewünscht werden, kann in bekannter Weise eine Verdünnung eines oder mehrerer dieser Reaktionskomponenten mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Helium, vorgenommen werden, bevor oder während diese Reaktionskomponenten dem Brenner zugeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine bestimmte Gesamtdurchflußmenge unter Verringerung der Durchflußmenge an sauerstoffhaltigem Gas, Metallverbindung und/oder Heizgasen, oder umgekehrt, aufrechtzuerhalten.

Aus Gründen der Klarheit und Kürze wurden in den vorstehenden Beispielen und in der Beschreibung keine Mittel zur Kristallkeimbildung erwähnt, jedoch ist es allgemein bekannt, solche Mittel, beispielsweise im Fall der Herstellung von Titandioxyd Aluminiumtrichlorid, zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung pyrogener Metalloxyde durch Reaktion einer dampfförmigen Metallverbindung mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas bei Temperaturen über 540° C durch Zufuhr eines die dampfförmige Metallverbindung und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisches, eines Heizgases und des zu dessen Verbrennung erforderlichen Sauerstoff enthaltenden Gases in spiralförmiger Bewegung in die Reaktionszone, wobei die Menge des zugeführten Gesamt-O₂ mindestens der zur stöchiometrischen Reaktion mit der Metallverbindung und dem Heizgas notwendigen Menge entspricht, d a durch gekennzeichnet, daß alle zugeführten Gase vor dem Eintritt in die Reaktionszone vermischt werden, das Gasgemisch in das schmale Ende einer kegelstumpfförmigen Reaktionskammer mit einer linearen Geschwindigkeit zwischen etwa 23 und 107m/sec eingeführt wird und anschließend die Reaktionsprodukte durch das weite Ende dieser Reaktionskammer abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormischen der Reaktionskomponenten in einer zylindrischen, unmittelbar vor dem Einlaß in die Reaktionskammer mittig angeordneten Kammer vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas und das davon getrennte sauerstoffhaltige Gas, von denen mindestens eines die dampfförmige Metallverbindung enthält, tangential in getrennte Ringräume eingeführt werden, die um die Außenseite der kegelstumpfförmigen Reaktionszone angeordnet sind, und daß die kreisenden Gasströme unmittelbar vor der Einführung in die Reaktionszone vereinigt und gemischt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Heizgas Kohlenoxyd und als freien Sauerstoff enthaltendes Gas Sauerstoff, Luft oder deren Gemische verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, gekennzeichnet durch eine kegelstumpfförmige leere, an

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beiden Enden offene Reaktionskammer (9) mit zwei sie umschließenden Ringräumen (2 und 8), die über einen am schmalen Ende der kegelstumpfförmigen Reaktionskammer angeordneten Vormischraum (1) mit der Reaktionskammer in

Verbindung stehen und durch tangential in die Ringräume eingeführte Zufuhrleitungen (3 und S).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen beweglichen Stopfen (21) zur Veränderung des Volumens des Vormischraumes (1).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen