DE1592445A1

DE1592445A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Titandioxyd

Info

Publication number: DE1592445A1
Application number: DE1965L0050830
Authority: DE
Inventors: Wigginton Raymond James; Dear William Noel; Culfeather William Raymond
Original assignee: Laporte Titanium Ltd
Current assignee: Laporte Titanium Ltd
Priority date: 1964-06-03
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1970-12-17
Also published as: US3414379A; DE1592445B2; GB1111411A; NL149139B; NL6507087A; BE664882A; DE1592445C3

Description

von Titandioxyd.
Zusatz zum Patent „.. (Pat.Anm. L 43 333 IVa/i2g)

Die Erfindung bezieht sioh auf die Herstellung von Titandioxyd duroh die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid und stellt eine Weiterbildung der Erfindung gemäß dem Hauptpatent dar.

Gegenstand des Hauptpatenfc ist ein Verfahren zur Herstellung eines Oxyds eines der Elemente Titan, Zirkon, Eisen, Aluminium und Silizium duroh Umsetzen eines in der Dampfphase vorliegenden Chlorids des Elementes mit einem oxydierenden Gas, bei welchem das Chlorid und das odydierende Gas in einem solchen Ausmaß vorerhitzt werden, daß, wenn sie miteinander vermischt würden, ohne daß eine Reaktion stattfindet, die Temperatur des sioh ergebenden Gemisches wenigstens 700⁰O betragen würde, der vorerhitzt· Chloriddampf und das vorerhitzte oxydierende Gas in eine

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Reaktionskammer durch getrennte Einlaßvorrichtungen hindurch in solcher Weise eingeführt werden, daß ein wirbelnder Strom von innig gemischten Gasen erzeugt wird, in dem das Oxyd in fein verteilter Form gebildet wird, in die Reaktionskammer ein inertes teilchenförmiges feuerfestes Material in solcher Weise eingeführt wird, daß es auf die Reaktorfläche oder flächen, welche den Graseinlaßvorrichtungen unmittelbar benachbart liegen und für die beiden Reaktionskomponenten zugänglich sind, auftrifft, um die Ablagerung von erzeugtem Oxyd auf der Fläche bzw. den Flächen zu verhindern oder beträchtlich herabzusetzen, und das teilchenförmige feuerfeste Material wenigstens zu einem beträchtlichen Teil aus der Reaktionskammer in Suspension in dem wirbelnden Gasstrom herausgeführt und danach von erzeugtem Oxyd getrennt wird. Vorzugsweise werden die Reaktionskomponentei? in einem solchen Ausmaß vorerhitzt, daß, wenn zwischen ihnen keine Reaktion stattfinden würde, nach ihrer Vermischung und möglicherweise nach der Hinzufügung von kälteren Zusatzstoffen ihre !Temperatur innerhalb des Bereichs von 950° bis 1050°0 liegen würde.

Wenn die Vdrerhitzung dadurch ausgeführt wird, daß die Reaktionskomponenten durch von außen erhitzte Rohre hindurchgeführt werden, dann entsteht die Schwierigkeit, daß, wenn metallene Vorerhitzerrohre verwendet werden, Korrosionsprobleme auftreten, welche die maximalen Vorerhitzungetemperaturen auf etwa 400⁰C für das Titantetrachlorid und, falls

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das oxydierende Gas aue Sauerstoff besteht» auf etwa 1000⁰O für das oxydierende Gae beschränken, wobei diese Temperaturen gewöhnlich nicht genügend hoch Bind. Höhere Temperaturen können dadurch erzielt werden, daß die Reaktionekomponenten durch Vorerhitzerröhre hindurchgeführt werden, die aus einem zweckentsprechenden nichtmetallischen feuerfesten Material, wie z.B. Kieselerde oder Tonerde, hergestellt Bind, jedoch sind solche Rohr« zerbreohbar und haben zufolge der größeren thermischen Beanspruchungen, die beim Erhitzen und Abkühlen auftreten, eine kurze Lebensdauer.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist bereite- vorgeschlagen worden, der Reaktionezone dadurch lärme zuzuführen, daß ein Brenngas, wie z.B. Kohlenmonoxid, in einer Hilfsflamme in der Reaktionszone vorgesehen wird» wobei die Reaktionskomponenten in die Reaktionezone in Fora eines unter Brück gesetzten Strome von Titantetrachloriddampf und Sauerstoff bei einer Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur eingeführt werden· Se ist jedooh schwierig, bei solchen Verfahren ein« stabile flamm« aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn sehr hohe Duroheätze gefordert werden, und «s iet daher torgeschlagen worden, bei solchen Verfahren mit geringen Geschwindigkeiten zu arbeiten. Ferner ist es schwierig» derartige Verfahren in großem Maßstab durchzuführen.

In der britischen Patentschrift 956 105 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Oasstroms hoher Temperatur aufgezeigt,

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bei dem ein stark wirbelnder Strom eines brennbaren Gemische erzeugt, duroh ohemieche Verbrennung eine Flamme gebildet und über der Flamme eine verteilte elektrische Entladung hergestellt wird.

Sie Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxyd duroh Umsetzen von Titantetrachlorid in der Dampfphase mit einem oxydierenden Gas, gemäß welchem das Titantetrachlorid und das oxydierende Gas getrennt vorerhitzt werden» der vorerhitzte Titantetrachloriddampf und das vorerhitzte oxydierende Gas in eine leere» allgemein rohrförmige Reaktionskammer durch getrennte Einlaßvorriohtungen hindurch in solcher Weise eingeführt werden» daß ein wirbelnder Strom von innig gemischten Gasen erzeugt wird, der entlang der Länge der Reaktionskammer mit einer fluigeschwindigkeit entsprechend einer Reynold-flußzahl von wenigstens 10 000 strömt und in dem das Titandioxyd in fein zerteilter Form gebildet wird» in die Reaktionskammer ein Inertes, teilohenförmigee feuerfestes Material in solcher Weise eingeführt wird» daß es auf die Reaktorfläche bzw. -flächen» welche den Gaseinlaßvorrichtungen unmittelbar benachbart liegen und für die beiden Reaktion·komponenten zugänglich sind, a«ftrifft, um die Ablagerung von erzeugtem Oxyd auf βer fläche bzw. den flächen zu verhindern oaer beträchtlich herabzusetzen, und la wesentlichen das gesamte teilohenfuralfS Material aus der Reaktioaskamaer in Suspension in dem wirbt lBemi easstro« herausgeführt und

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danach von dem erzeugten Titandioxid getrennt wird, wobei das Titantetrachlorid auf eine 500⁰O nicht übersteigend· (Temperatur durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Meta.llfläche vorerhitzt wird und wenigstens ein Teil des oxydierenden Gases auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 2500° bis 350O⁰O dadurch vorerhitzt wird, daß ein stark wirbelnder Strom eines brennbaren Gemische, welches da· oxydierende Gas und ein Brenngas enthält, erzeugt wird, das brennbare Gemisch zur Bildung einer flamme gezündet wird, eine verteilte elektrische Entladung über der Flamme erzeugt wird und im wesentlichen das gesamte Verbrennungsgas durch die Entladung hindurohgeführt wird, um die Temperatur des Verbrennungsgases zu erhöhen, und wobei das Ausmaß dtr Vorerhitzung des Titantetrachloriddampfes und das Ausmaß der Vorerhitzung des in der oben beschriebenen Weise vorerhitzten oxydierenden Gases innerhalb der oben genannten Bereiche ausgewählt werden und das Ausmaß der Vorerhitzung irgendeines anderen in die Reaktionskammer eingeführten oxydierenden Gases derart ist, daß, wenn keine Reaktion zwischen dem Titantetrachlorid und dem oxydierenden Gas stattfinden würde, die Temperatur des Gasgemischs innerhalb der Reaktionskammer wenigstens 70Q⁰O betragen würde«

Vorzugsweise wird das Titantttraohlorid auf eine Temperatur in dem Bereich von 200° bis 400⁰Q vorerhitzt. Dieses Verfahren vermeidet die Verwendung eine* nichtmetallischen rohrförmigen Vorerhitzers für das Titantetrachlorid, und die

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Vorerhitzung des oxydierenden Gases kann in einem kleinen Tunnelbrenner von robuster Ausbildung durchgeführt werden· Ferner gibt das Verfahren eine hohe Gasgeschwindigkeit innerhalb der Reaktionszone und «inen entsprechend hohen Durchsatz·

Der hier verwendete Ausdruck "verteilte elektrische Entladung" bedeutet eine bei hoher Spannung und niedrigem Strom erfolgende Entladung, bei welcher die Stromdichte Über eine relativ grofie Quereohnittsfläohe mehr oder weniger gleichförmig ist, und sie steht im Gegensatz zu einer elektrischen Lichtbogenentladung, die eine bei niedriger Spannung und hohem Strom erfolgende Entladung darstellt, die in enge Stromfäden eingeschlossen ist, die sich zwischen zwei Elektroden erstrecken«

Die Erfindung sieht ferner ein· Einrichtung für die Herstellung nn "itandioryd durch Umsetzen von Titantetrachlor id mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase vor, die folgende Teile umfaßtt eine leer·, allgemein rohrförmige Reaktionskammer mit einer Einlafivorrichtung für das oxydierend· Gas, wobei die EinlaßvorrichtuÄ§ derart ausgebildet sind, daß bei"einer ausreichend hohen Geschwindigkeit der Einführung der Reaktionskomponenten ein wirbelnder Strom von innig gemischten Gasen erzeugt wird, der entlang der Länge der Reaktionskammer strömt, Kittel zum Einführen eines inerten» teilchenförmigen feuerfesten Materials in die n.eak~ tionskammer in solcher Weise, daß es auf die Reaktorflachen,

+ Titantetrachlorid und einer getrennten Einlaßvorrichtung für das

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die den Gaseinlaßrorrichtungen unmittelbar benachbart liegen und für beide Reaktionskomponenten zugänglich sind, auftrifft, um die Ablagerung τon erzeugtem Oxyd auf diestn Flächen zu verhindern oder beträchtlich herabzusetzen, wobei die Anordnung derart getroffen iet, daß im weaentliohen das gesamte erzeugt· Titandioxyd aus dar Reactionekammer in Suspension in dam wirbelnden Gasstrom herausgeführt wird» Mittel cum Trennen daa teilchenförmigen Material· ron d.em er» zeugten Titandioxyd, eine metallene Wäraeaustauachrorriohtung zum Vorerhitzen dea Titantetrachloride auf eine 500⁰C nicht übersteigende Temperatur und aina Torrichtung »um Yorarhitzen wenig·tene ein·· falls iaa oxydierendem Oases aaf eine Temperatur In dam Bereich τοη 2500° bi· 350O⁰C₉ welche Mittel sum Einführen einea Brennfaaea in daa oxydierende Oas, Mittal sum Zünden ias sieh ergebenden brennbare» Oemische sur Bildung einer flamm· und Mittel sum Irsaufan einer rerteilten elektriachen entladung über tar Flamm· aufweist, wassl dia Anordmmng derart let, «aJ im weaentlichen das geeaate Verbre»nu»g«gas durch dta smtladamf hindurchgeht» um dia Temperatur daa Terbrennungsga··· au erhöhajs

In einem ruhigen 9ae, «as sich auf normaler Twtperatur und normalem Brück befindet« ist sine verteilte elektrische Entladung nicht stabil, und die entladung nimmt dia form eines Lichtbogens niedriger Spannung an· Sine Stabil!t&t kann jedoch dadurch erreicht werden, dai dar Bruok ausreichend reraindert wird. Bai dam Terfahren gemal dar Ir-

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,findung suchen die in der Flaume herrschenden Bedingungen die Stabilität in einer Anzahl von Weisen zu fördern. Erstens führt die erhöhte Temperatur in der Flamme zu einer geringen Dichte und einer entsprechend hohen Diffusionsgeschwindigkeit _f so daß Unterschiede in der Ionisationsdichte rasch verschwinden. Zweitens haben, weil die Gastemperatur bereite verhältnismäßig hoch istι weitere temperatur änderung en nur einen relativ kleinen Einfluß auf die Dichte. Drittens haben, weil der Verbrennungsvorgang selbst zu der Bildung einiger Ionen führt» kleine Änderungen in der Stromdichte keinen großen konzentrierenden Einfluß auf die Entladung. Viertens führt die starke Turbulenz in der Flamme zu einer gleichmäßigen Verteilung der Temperatur und der Ioniaierungsdichte. Fünftens ist, weil das Gas durch die Zone der Entladung hindurchströmt, irgendein besonderes Gasvolumen der Entladung nur während kurzer Zeit ausgesetzt.

Als eine weitere Vorsichtsmaßnahme gegen Lichtbogenbildung können, ein Ballaetwideratand und ein eine Induktanz aufweisendes Element in Reihe nit den Entladungeelektroden angeordntt werden.

falle eich erweist» daß die Volt-Ampere-Charakteristik der Entladung übermäßig tmpfindlieh gegen Änderungen der Temperatur des Gases in der entladung ist, können sehr kleine Mengen von Metallealsen, die geringe Ionisationspotentiale haben» lugesetst werden. Solche Salze erfahren ,

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eine thermische Ionisation und liefern eine relativ konstante Hintergrundionisation, welche die Empfindlichkeit der Volt-Ampere-Charakteristik gegenüber Temperaturänderungen herabsetzt. Die Konzentration solcher zugesetzer Salze muß jedoch sorgfältig geregelt werden, weil das Vorhandensein einer hohen Konzentration die maximale (Temperatur begrenzt, die erreicht werden kann, bevor eine Bntladung mit hohem Strom einsetzt«

Die optimale Konzentration, die leicht durch Experiment gefunden werden kann, hängt von dem Ausmaß der thermischen Ionisation, die in der Flamme bei Abwesenheit soloher Metallsalze auftritt, und von der Ion-Elektronen-Konzentration ab, die für die Erzeugung einer verteilten elektrischen Entladung erforderlich ist, und diese beiden Größen aind ihrerseits von der !Temperatur und der chemischen Zusammensetzung der flamme abhängig. So enthalten beispielsweise die Verbrennungsprodukte einer normalen Kohlenwasserstoff/Luft-Flamme ungefähr 10 bis 10 Ion-Elektronen je cm , während die Verbrennungsprodukte einer Kohlenmonoxyd/Luft oder Sauerstoff-Flamme eine geringere Konzentration an Ion-Elektronenpaaren enthält, wobei die tatsächliche Konsentration mit einer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalte der Oase zunimmt. In einer Kohlenwasserstoff /Luft-Flamme bei normalen !Temperaturen beträgt die minimale Konzentration der Ion-Elektronen» die erforderlioh ist, damit eine verteilte elektrische Entladung auftritt, ungefähr 10¹² bi· 10¹⁵

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je on. Eine Konzentration von ungefähr 10 * Ion-Elektronen je cw stellt einen brauchbaren minimalen Wert dar. Wenn Stadtgas oder Kohlenmonoxyd als Brenngas und Luft oder Sauerstoff als oxydierendes Gas verwendet «erden» erweist sich, daß ein Arbeitsbereich von 10 * bis 10 Ionelektronen je car gewöhnlich als zufriedenstellend. Daher soll die hinzuzufügende Menge an Metallsalzen gewöhnlich ausreichend sein» um wenigstens 90jt der erforderlichen Ion-Elektronenkonzentration zu schaffen. Alkali- und Erdalkalisalze sind im allgemeinen für diesen Zweck geeignet.

Allgemein erweist eicht daß die Geschwindigkeit der Einführung des Brenngases, die erforderlich ist, um die verteilte elektrische üintladung zu erzeugen, größer als diejenige ist, die erforderlich ist, um die Entladung aufrechtzuerhalten, und daher kann, sobald die Entladung einmal erzeugt ist, die Geschwindigkeit der Einführung des Brenngases herabgesetzt werden!

Sas oxydierende Gas kann entweder teilweise oder insgesamt ntt Hilfe einer verteilten elektrischen Entladung vorerhitzt werden, und wenn nur ein Teil des oxydierenden Gases in dieser Weise vorerhitat wird, wird der restliche !Teil des oxydierenden Gasts vorteilhaft auf eine Temperatur in dem Bereioh von 600° bis 1000⁰O duroh Wärmeaustausch mit einer erhitzten Mttallfläohe vorerhitzt·

Dae gesamte oxydierend· Gas, das duroh eine verteilte elektrische Entladung vorerhitzt wird, kann durch eine solche

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Entladung vorerhitzt werden, und ein Teil des oxyditrenden Gases kann auch durch eine andere solche Entladung vorerhitzt werden. So kann ein brennbares Gemisch, welches das Brenngas und nur einen Teil des oxydierenden Gases enthält, zur Bildung einer Flamme gezündet und durch eine erste elektrische Entladung hindurchgeführt werden, um die Temperatur des Verbrennungsgases zu erhöhen, während der Rest ■ des oxydierenden Gases danach in das erhitzte Verbrennungsgas eingeführt und das sich ergebende Gasgemisch dann durch eine zweite verteilte elektrische Entladung hindurohgeführt wird. Der Rest des oxydierenden Gases kann durch WäriieauetauBch mit einer erhitzten lietallfläche vorerhitzt werden, bevor er in das erhitzte Verbrennungsgas eingeführt wird· Me Temperatur des Gasgemisches, welches in die «weite verteilte elektrisch· Entladung eintritt, mufl jedoch genügend ' hoch sein, um zu gewährleisten, daß die Ion-Blektronenkonzentration innerhalb dieser Entladung ausreichend hoch ist, damit eine beträchtliche Erhitzung dee Gasgemisches in der Entladung stattfindet. Die Höhe der Schwellenwtrtttaptratur hängt von der chemiechen Zusammensetzung da« Ga«gemisches ab, und sie wird beispielsweise durch dl« Anwesenheit von Metallsalzen mit geringem Ionisationspotential herabgesetzt.

Vorteilhaft wird die verteilte elektrische Entladung zwischen einer rohrförmigen Elektrode, durch welche das Verbrennungegas hindurchströmt, und einer Elektrode in Form

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einer Sonde erzeugt, die koaxial zu der rohrförmigen Elektrode angeordnet ist* Das Stromabwärtsende der Sonde liegt vorzugsweise stromauf des StromaufwärtsendeB der rohrförmigen Elektrode. Stattdessen kann die verteilte elektrisehe Entladung auch zwischen zwei rohrförmigen Elektroden erzeugt werden, welche in axialer Richtung in einem Abstand voneinander getrennt sind und duroh welche die Verbrennungsgase abwechselnd hindurchströmen· Wenn zwei verteilte elektrische Entladungen hergestellt werden» kann die erste zwischen einer rohrförmigen Elektrode und einer Elektrode in Form einer Sonde erzeugt werden, die koaxial zu der rohrförmigen Elektrode angeordnet ist, und die zweite Entladung kann zwischen zwei in axialer Richtung voneinander getrennten rohrförmigen Elektroden erzeugt werden· Die Elektroden werden vorteilhaft aus Kupfer hergestellt» und sie werden vorzugsweise wassergekühlt· Vorteilhaft etrö»t innerhalb des Bereichs der oder jeder verteilten elektrischen Entladung das Verbrennungegas duroh einen rohrförmigen Teil hindurch) der aue einem feuerfesten Material hergestellt oder mit ihm ausgekleidet ist·

Wenn die verteilte elektrische Entladung oder die stroaaufseitige Entladung von zwei verteilten elektrischen Entladungen zwischen zwei Elektroden hergestellt wird, die in Flugrichtung des kombinierten Gemisches im Abstand voneinander liegen, dann wird dieses Gemisch vorteilhaft an einer stromauf des Stromabwärtsendes der Stromaufwärtetlelrfcrode

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liegenden Stelle gezündet. Das brennbare Gemisch wird vorteilhaft, und zwar vorzugsweise mittels einer Zündkerze, an einer stromauf des Stromabwärtsendes der Stromaufwärtselektrode liegenden Stelle gezündet«

Das Brenngas ist vorzugsweise Stadtgas oder Kohlenmonoxyd oder Acetylen oder Benzol,

Wie bereits im Hauptpatent erwähnt, enthält das oxydierende Gas vorteilhaft molekularen Sauerstoff, und es kann aus im wesentlichen reinem Sauerstoff oder aus Sauerstoff in Vermisohung mit einem oder mehreren inerten Gasen, wie z.B. Luft oder an Sauerstoff angereicherter Luft, bestehen. Das oxydierende Gas kann auch Ozon enthalten. Die Gesamtmenge des oxydierenden Gases, die in die Reaktionskammer im Überschuß zu der"jenigen eingeführt wird, die erforderlich ist, um sich mit dem gesamten Brenngas und mit irgendwelchen Zusatzstoffen, wie ZoB. Aluminiumchlorid (das, wie nachstehend beschrieben, in die Reaktionskammer eingeführt werden kann), stöchiometrisch umzusetzen, kann innerhalb des Bereiches von + 10$ und vorzugsweise von + 5# derjenigen Menge liegen, die erforderlich ist, um sich mit dem Titantetrachlorid stöchiometrisch umzusetzen·

Die Reaktionskammer kann eine der Ausführungsformen annehmen, die in dem Hauptpatent sowie in den britischen Patentanmeldungen Nr. 41 843/62 und 23 047/63 aufgezeigt sind, jedoch hat der Einlafl für das OÜtantetrachlorid vor- - zugsweise die form eines sich in Umfangariohtung

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den Schlitzes, und die Reaktionskammer ist vorzugsweise vollständig aus Metall hergestellt und wird über ihre ganze länge (einschließlich beider Seiten des Titantetrachlorideinlasses) mit Hilfe eines Kühlmittels gekühlt, das in Wärmeaustauschbeziehung mit der Reaktionskammer und außer Berührung mit den Reaktionskomponenten strömt« Die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Kühlung, dem Material, aus welchem die Reaktionskammer hergestellt ist (einschließlich solcher Fälle, in welchen die Reaktionskammer oder ein Teil von ihr aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material hergestellt ist), den Abmessungen der Reaktionskammer und der Art des oxydierenden Gases ist im Hauptpatent beschrieben₍ in dem außerdem geeignete Kühlmittel genannt sind.

Die Natur des inerten, teilchenförmigen feuerfesten Materials und die Art seiner Einführung sind ebenfalle im Hauptpatent beschrieben· Bs wird vorteilhaft in die Reaktionskammer in Suspension in einem oxydierenden Gas eingeführt, jedoch kann es auch in Suspension in oxydierendem Gas eingeführt werden, das durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Metallfläche vorerhitzt worden ist. Vorzugsweise wird es nicht'in Suspension in oxydierendem Gas eingeführt, das durch die Verbrennung mit einem Brenngas und die Einwirkung einer verteilten elektrischen Entladung vorerhitzt worden ist·

Wie im Hauptpatent beschrieben, kann als weitere Vorsichtsmaßnahme ein Sperr- oder Schutzgas in die Reaktion«-

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kammer eingeführt werden» um die Ablagerung von erzeugten Oxyd auf den Reaktorflächen, die dem Titantetraehloridein-. laß benachbart liegen, zu verhindern oder herabzusetzen.

Wie ebenfalle im Hauptpatent angegeben, wird vorteilhaft Wasserdampf in die Reaktionskammer eingeführt, und es können verschiedene Konditionierungs- und andere Mittel In die Oxydationszone eingeführt werden. Wenn Wasserdampf das Verbrennungsprodukt oder eines der Verbrennungsprodukte dee Brenngases (oder eines Teils des Brenngases) ist, weichte bei der Vorerhitzung des oxydierenden Gases verwendet wird, enthält das vorerhitzte oxydierende Gas notwendigerweis· Wasserdampf. Falls es erwünscht ist, Titandioxyd für die Verwendung als Pigment zu erzeugen, soll die Gesamtmenge an in die Reaktionskammer eingeführtem Wasser 10 Vol.jt, bezogen auf das Gesamtvolumen des in die Reaktionskammer eingeführten Gases, nicht übers ohr ei ten, und sie liegt vorteil*· haft in dem Bereich von 0,1 bis 5,05t.

Falls es erwünscht ist, pigmentartigee Titandioxyd zu erzeugen, soll daher die Menge an Wasserdampf, die durch die Verbrennung des Brenngases erzeugt wird (wegen der Schwierigkeit des Entfernen^ von Wasser aus dem oxydierenden Gas zwischen dem Vorerhitzer und der Reaktionakammer) 10 Vol.Jt, bezogen auf das Gesamtvolumen des in die Reaktionskammer ■ . eingeführtem Gases, nioht tibersteigen, und sie liegt (um die Notwendigkeit der Hinzufügung weiteren Wasserdaapfes zu vermeiden) vorteilhaft indra Bereich von 0,1 bis 3,0 Vol.ji.

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Wie "bereits im Hauptpatent angegeben ist_f ist ee wichtig, daß die Ausbildung der Reaktionskammer, die Temperaturen und die JFlußgeschwindigkeiten der Reaktionskomponenten derart Bind, daß die Reaktionskomponenten und die Reaktionsprodukte in der Oxydationszone während einer Zeitdauer verbleiben, die genügend lang ist, um eine im wesentlichen vollständige Umsetzung zu gewährleisten, die aber nicht so lange ist,

daß ein unerwünschtes Anwachsen der Teilchen des erzeugten Titandioxyds verursacht wird, und wenn die gasförmigen Reaktionsprodukte mit dem erzeugten Oxyd in Suspension die Oxydationszone verlassen, werden sie vorteilhaft einer Behandlung zum raschen Kühlen oder Abschrecken auf eine Temperatur unter 900⁰C (vorzugsweise unter 65O⁰C) unterworfen. Danach wird das erzeugte Titandioxyd von dem inerten, teilchenförmigen feuerfesten Material abgetrennt. Diese Vorgänge können auf irgendeine der Weisen.durchgeführt werden, die im Hauptpatent genannt sind, oder vorzugsweise auf eine der Weisen, die in der britischen Patentanmeldung Nr.3909/64 aufgezeigt sind.

Nachstehend werden in Verbindung mit der Zeichnung gwei Auafuhrungsformen einer Einrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch die Dampfphasenoxydation von Titantetraohlorid gemäß der Erfindung beispielsweise beschrieben.

yig. 1 ist eine axiale Schnittaneicht des Stromaufwärteendteils der Eeaktionskammer·

yig· 2 let eine in etwas größerem Maßstab gehaltene . . ;..■

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axiale Sohnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Vorerhitzers für oxydierendes Gas zur Verwendung mit der in Fig. 1 dargestellten Reaktionskammero

Figo 3 ist eine ebenfalls in etwas größerem Maßstab gehaltene axiale Sohnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Vorerhitzers für oxydierendes Gas zur Verwendung mit der in Fig. 1 dargestellten Reaktionskammer.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung weist eine allgemein rohrförmige Reaktionskammer auf _t die aus einem allgemein mit 1 bezeichneten Stromaufwärtsteil und einem allgemein mit 2 bezeichneten Stromabwärtsteil besteht und die im ganzen aus Metall hergestellt ist·· In den Stromaufwärtsteil 1 der Reaktionskammer führt ein Zuleitungsrohr 3 für oxydierendes Gas von einem (nicht dargestellten) Vorerhitzer, der ein Metallrohr aufweist, durch das das oxydierende Gas hindurohströmt und das von außen beheizt wird. In einejji kurzen Abstand stromab des Zuleitungsrohres 3 führt in den Stromaufwärtsteil 1 der Reaktionskammer ein zweites Zuleitungsrohr 4 für oxydierendes Gas von einem mit elektrischer Entladung arbeitenden Vorerhitzer, der in Fig. 2 dargestellt ist und nachstehend beschrieben wird·

An seinem Stromaufwärtsende endigt der Stromaufwärtsteil 1 der Reaktionskammer in einem Hals, dur.oh den sich

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eine DUse 5 koaxial in die Reaktionskammer hineinerstreckt, um reinigende Sandtelüchen in Suspension in einem !Prägergas in die Reaktionskammer einzuführen.

An seinem Stromabwärtsende endigt der Stromaufwärtsteil 1 der .Reaktionskammer in einem sich nach außen erstreckenden Jiingflansch 6, von dessen Aussenkante ein zylindrischer Plansoh 7 sioh in Stromaufwärtsrichtung erstreckt, der in einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 8 endet.

Der Stromabwärtsteil 2 der Reaktionskammer weist einen * koaxialen Kühlmantel 9 auf, und von seinem Stromaufwärtsende erstreckt sich in Stromabwärtsrichtung ein kegelstumpfförmiger Plansch 10 nach außen, der am Stromabwärtsende eines zylindrischen Flansches 11 endet, dessen Stromaufwärtsendteil auf den zylindrischen Plansch 7 paßt. Der zylindrische Plansch 11 endigt an seinem Stromaufwärtsende in einem sich nach außen erstreckenden Ring&ansch 12. Die Ringflansche 8 und 12 sind mit zusammenpassenden Löchern 13 versehen, durch die Bolzen (nicht dargestellt) hindurchgeführt werden, um den Stromaufwärtsteil 1 mit dem Stromabwärtsteil 2 der Reaktionskammer zu verbinden.

Das Stromaüfwärtsende des Stromabwärtsteils 2 der Reaktionskammer ist von dem Stromabwärtsende des Stromaufwärtsteils 1 duroh einen schmalen Spalt getrennt, welcher einen ÜBifangssehlitz 14 bildet, der eine Verbindung zwischen dem Inneren der Heaktionekammer und einer ringförmigen Kammer 1$ herpteilt, die von dem Ringflansch 6, dem kegelstumpf-

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förmigen Flansch 10 und dem zylindrischen Flansch 11 begrenzt ist. In die ringförmige Kammer 15 führt ein Zufuhrrohr 16 für Iitantetraohloriddampf von. einem (nicht dargestellten) Vorerhitzer, der ein Metallrohr, durch welche» der Titantetrachlorlddampf hindurchströmt, und Mittel sum Ersetzen des Rohres von auBen aufweist.

Auf dem Stromaufwärtsteil 1 der Reaktionskammer ist ein Kupferrohr 17 angeordnet, das an ihn angelötet ist und durch das Kühlwasser hindurohgeführt werden kann· Auf dem Stromabwärtsteil 2 der ReaktIonskammer ist ein Kupferrohr 16 enge» ordnet, das an ihn hartangelötet ist und durch das Kühlwasser kindurehgeführt werden kann. Das eine Ende des Rohres 18 ist offen, und das Wasser tritt nach dem Durchgang durch das Rohr 18 in den Raum zwischen der Wandung des Stromabwärts te ils 2 und dem Kühlmantel 9 ein, strömt durch diesen Raum hindurch und verläßt ihn durch einen an seinem stromabseitigen Ende befindlichen Auelafl (nicht dargestellt).

Der in Fig. 2 dargestellte, mit elektrischer Entladung arbeitende Vorerhitzer für das oxydierende Gas weist drei koaxiale rohrförmige Teile 19t 2X) und 21 auf, die Ende an Ende angeordnet sind·

Der erste rohrförmige Teil 19 let aus Nickel hergestellt und nahe seinem Stromaufwärtsende (bezogen auf die Strömungsrichtung des oxydierenden Gases durch diesen Vor»· ' erhitzer hinduroh ) mit einem EinlaJ 22 für ein Gemisch aus oxydierendem Gas und Brenngas und nahe seinem Stromabwärt·—

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ende mit einer öffnung versehen, in welche eine Zündkerze 23 eingeschraubt ist. Das Stromaufwärtsende des rohrförmigen Teils 19 ist mittels eines aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Zylinders 24 geschlossen, der an dem Stil 19 mit Hilfe von Schrauben 25 befestigt und mit einer zentralen öffnung zum Durchlassen einer wassergekühlten Kupferelektrode 26 versehen ist.

Der rohrförmige Teil 19 endigt an seinem Stromabwärtsende in einem sich nach außen erstreckenden Flansch 27, der außen eine verringerte Dicke aufweist, um eine ringförmige Schulter zu bilden, auf welcher das Stromaufwärtsende eines rohrförmigen Teile 28 aufsitzt, der an diesem Ende einen sich nach außen erstreckenden Ringflansch 29 aufweist. Die Plansche 27 und 29 sind miteinander durch (nicht dargestellte) Holzen verbunden, die durch miteinander in Ausrichtung liegende löcher 30 der Flansche hindurchgehen. Der rohrförmige Teil 28 endigt an seinem Stromabwärtsende in einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 31, der mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansoh 32 am Stromaufwärtsende des rohrförmigen Teils 21 mit Hilfe von (nicht dargestellten) Bolzen "verbunden ist, die durch miteinander in Ausrichtung liegende Löcher 33 dieser Flansche 31 und 32 hindurchgehen.

Der zweite rohrförmige Teil 20 ist aus nichtmetallischem feuerfesten Material hergestellt und durch die Flansche 27 und 32 und den rohrförmigen Teil 28 festgelegt.

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Der aus Nickel hergestellte dritte rohrförmige Teil 21 ist mit einem Mantel 34 versehen und endigt an seinem Stromabwärtsende in einem sich naoh außen erstreckenden Ringflansch 35 (Pig. 1)> der an einem ähnlichen Flansch 36 anliegt, welcher an dem Außenende des Zufuhrrohrs 4 für oxydierendes Gas ausgebildet ist. Die Plansche 35 und 36 werden miteinander duroh (nicht dargestellte) Bolzen verbunden, die durch miteinander in Ausrichtung liegende Löcher 37 in den Flansohen hindurchgehen.

Ein Kupferrohr 38, durch das Kühlwasser hindurchgeführt werden kann, umgibt den rohrförmigen Teil 28 und ist an diesen Teil hartangelötet, der aus Nickel hergestellt istο Ein ähnliches Kupferrohr 39 umgibt den rohrförmigen Teil 21 und ist an ihn hartangelötet, jedoch ist daa eine Ende des Rohres 39 offen, so daß Wasser nacheinander durch ein Einlaßrohr 40, das Rohr 39, den zwischen dem rohrförmigen Teil 21 und dem Mantel 34 gebildeten Raum und ein Auslaßrohr 41 hindurchströmto

Diese Ausführungsform der Einrichtung arbeitet in folgender Weiset

Torerhitzter Titantetrachloriddampf wird der ringförmigen Kammer 15 über das Zufuhrrohr 16 zugeführt und tritt in die Reakfcionskammer duroh den Umfangachlitz 14 hindurch ein₀ Vorerhitztes oxydierendes 3as wird der Reaktionskammer über das Zufuhrrohr 3 zugeführt, und Sand wird mit Hilfe eines komprimierten

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Gases durch die Düse 5 hindurch in die Reaktionskammer geblasen. Der Sand tritt aus der DUae 5 in Jj'orm eines Strahlen aus, der auf diejenigen Teile der Wandung der Reaktionskammer, welche dem Titantetrachlorideinlaß H benachbart sind, und auf stromab davon liegende Stellen auftrifft.

Ein Gemisch aus oxydierendem Gas und Brenngas wird in den mit elektrischer Entladung arbeitenden Vorerhitzer durch den Einlaß 22 hinduroh eingeführt und mittels der Zündkerze 23 gezündet. Die entstehende Flamme geht durch eine mit hoher Spannung und geringem Strom arbeitende, verteilte elektrische Entladung hindurch, die zwischen der Elektrode 26, an welche eine hohe Spannung angelegt ist, und dem rohrförmigen leil 21 erzeugt wird, der zusammen mit der metallenen ReaktionBkanuner geerdet ist. Dadurch werden die Verbrennungsgase auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt, bevor sie in die Reaktionskammer durch das Rohr 4 hindurch eintreten. Daher geht durch die Reaktionskammer ein stark wirbelnder Strom heißer Gase hindurch, wobei ein rasches Vermischen im Bereich des litantetradrlorideinlaßes H stattfindet. Es wird Titandioxyd in fein zerteilter £arm erzeugt, das aus der Reaktionskammer in Suspension in dem Gasstrom herausgeführt wird·

Die zweite Ausführungsform der Einrichtung unterscheidet sich von derjenigen gemäß Pig. 1 bis 2 lediglich durch

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die Ausbildung dee mit elektrischer Entladung arbeitenden Vorerhitzen, der statt der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführung die ia Fig. 3 wiedergegebene Ausführung hat.

Der in Fig. 3 wiedergegebene mit elektrisch«¹ Entladung arbeitende Vorerhitzer umfaßt einen aus Nickel hergestellten rohrförmigen Teil 42 an seinem Stromaufwürteende (bezogen auf die Strömungsrichtung des Gases durch den Vorerkitser hindurch), einen von einer Nickelelektrode und einem Einlaß für oxydierendes Gas gebildeten, allgemein mit 43 bezeichneten Aufbau, der von dem rohrförmigen Teil 42 durch ein elektrisch isolierendes Keramikrohr 44 getrennt ist, eine Kupferelei:trode 45i die von dem Aufbau 43 durch ein elektrisch iüolierondeü Keramikrohr 46 getrennt ist, und einen rohrförnigen Teil 471 der sich am Stromabwärtsendt de» Vorerhitzen befindet und von der Kupferelektrode 45 durch ein elektrisch isolierendes Keramikrohr 48 getrennt ißt.

Der rohrformige Teil 4 2 ist nahe seinem Stromaufwarteende mit einem Einlaß 49 für ein Gemisch aus oxydierenden Gas und Brenngas und nahe seinem Stromabwärtsendt mit einer Öffnung versehen, in die eine Zündkerze 50 eingesetzt ist. Das Stromaufwartsende dea rohrförmigen Teils 42 ist mittels eines Stopfens 51 verschlossen, der mit einer zentralen Öffnung für den Durchgang einer wassergekühlten Kupferelektrode 52 versehen ist, wobei in diese öffnung eine elektrisch isolierende Buchse 53 eingepaßt ist·

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Der Aufbau 43 setzt sich aus zwei Abschnitten zusammen. Der stromauf liegende Abschnitt besteht aus einem doppelwandigen rohrförmigen Teil 54» der einen Einlaß 55 und einen Auslaß 56 zum Hindurchführen von Kühlwasser zwischen seinen Wänden aufweist. Der rohrförmige !Teil 54 ist an seinem Stromaufwärtsende mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 57 ausgebildet, der mit einem ähnlichen Flansch 58 am Stromabwärtsende des rohrförmigen Teils 42 mit Hilfe von Haltebolzen 59 verbunden ist.

Das Keramikrohr 44 ist zwischen den rohrförmigen Teilen 42 und 54 angeordnet, die mit Ausnehmungen versehen sind, so daß sie das Keramikrohr 44 zwangsläufig seitlich festlegen·

Dir stromabseitige Abschnitt des Aufbaus 43 weist einen Ringflansch 60 auf, der mit einem sich nach außen erstrekkenden Ringflansch 61 am Stromabwärtseiide des rohrförmigen Teils 54 und mit einem ähnlichen Flansch 62 am Stromaufwärtsende des rohrförmigen Teils 47 mit Hilfe von Haltebolzen 43 verbunden ist. Von der Innenkante des Ringflansches 60 geht ein balliger Flansch 64 in die Außenwand des doppelwandigen rohrförmigen Teils 65 über«

Die Plansche 61 und 64 und der rohrförmige Teil 65 begrenzen zusammen eine Ringkammer 66, in die zusätzliches oxydierendes Gas durch e inen Einlaß 67 hindurch eingeführt werden kann. Die rohrförmigen Teile 65 und 54 sind vonein- ' ander durch einen schmalen Spalt getrennt, der einen Umfange-

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schlitz 68 bildet, durch welchen hindurch zusätzliches oxydierendes Gas in den Vorerhitzer eintreten kann.

In den Raum zwischen den Wänden des rohrförmigen Teils 65 kann Kühlwasser durch ein Einlaßrohr 69 hinduroh eingelassen und durch ein Auslaßrohr 70 hindurch abgezogen werden»

Die Elektrode 45 ist mit einem ringförmigen Durchgang 71 ausgebildet, in den Kühlwasser durch ein Einlaßrohr 72 hindurch eingeführt und aus ihm durch ein Auslaßrohr 73 hindurch abgezogen werden kann₀ Ebenso ist der rohrförmige Teil 47 doppelwandig ausgebildet, und Kühlwasser kann in den Raum zwischen seinen Wänden durch ein Einlaßrohr 74 hinduroh eingeführt und aus ihm durch ein Auslaßrohr 75 hindurch abgezogen werden.

Der rohrförmige Teil 65 und die Elektrode 45 sind mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Enden des Keramikrohrs 46 versehen, und in ähnlicher Weise sind die Elektrode 45 und der rohrförmige Teil 47 mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Enden des Keramikrohrs 48 versehen.

Der rohrförmige Teil 47 ist an seinem Stromabwärtsend· mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 76 auegebildet, der mit löchern 77 versehen ist, die mit den löchern 37 des Flansches 36 (Pig. 1) in Ausrichtung liegen und ermöglichen, die flansohe 36 und 76 mit Hilfe τοη (nioht dargestellten) Bolzen miteinander zu verbinden Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Einrichtung '

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ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungaform mit der Ausnahme» daß zusätzliches oxydierendes Jas durch den Einlaß 67 hindurch eingeführt wird und daß zwei verteilte elektrische Entladungen erzeugt werden, und zwar die eine zwischen der Elektrode 52 und dem geerdeten Aufbau und. die andere zwischen der Elektrode 45 und dem Aufbau 43ο Die Erfindung wird nachstehend an zwei Beispielen aäher erläutert·

Beispiel 1

Eb wurde Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von iDitantetrachlorid unter Verwendung der in Pig· 1 und 2 dargestellten AusfUhrungsform der Einrichtung erzeugt, bei welcher die Reaktionskammer einen Durchmesser von etwa 50 mm hatte·

Bin aus Kohlenmonoxyd und Sauerstoff bestehendes Gemisch wurde bei Raumtemperatur dem Einlaß 22 zugeführt, wobei die Menge an zugeführtem Kohlenmonoxyd 17 m /h (gemessen bei normalem Druck und normaler Temperatur) und die Menge an zugeführtem Sauerstoff 36,8 sr/h betrug. Dem Einlaß 22 wurde außerdem ein Stickstoffstrom, der durch ein auf einer Temperatur von 900⁰C gehaltenes Bad aus geschmolzenem Kaliumchlorid hindurohgegangen war, zugeführt, und auf diese Weise wurde das Kaliumchlorid in den mit elektrischer Entladung arbeitenden Vorerhitzer in einer Menge von 20 g/h eingeführt·

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Kohlenmonoxyd/Saueretoff-Gemiach wurde mittels der Zündkerze 23 gezündet, und Über der entstehenden Flamme wurde eine verteilte elektrische Entladung dadurch erzeugt ι daß die Elektrode 26 aus einem 4kV/150kVA-Transformator erregt wurue. Die Entladung erhöhte die Temperatur der Verbrennu^bgase auf 30OU⁰O, und diese heißen Gase traten durch das Rohr 4 hinduroh in die Reaktionskammer ein·

Sauerstoff, der in einem aus einer Nickellegierung bestehenden Vorerhitzer auf eine Temperatur von 900⁰O vorerhitzt worden war, wurde in einer Menge von 65»1 m /h der Reaktionakuramer durch das Zufuhrrohr 3 hindurch zugeführt« Die«er Sauerotoff enthielt Wasserdampf, der in die Reaktionskammer in einer Menge von 3,63 kg/h eingeführt wurde, was 2,2 Vol.Ji, bezogen auf das Gesamtvolumen des in die Reaktiont'kuininer eingeführten Gases, entsprach.

In die Reaktionskammer wurde Kieselerdesand mit einer Teilchengröße entsprechend einen Siebbereich von -0,635 bis +0,42 mm lichter Maeohenweise (-20 bis +30 BSfl-Maechen) durch die DUse 5 hindurch in einer Menge von 68 kg/h mit Hilfe von komprimiertem Sauerstoff eingeblasen» der sioh auf Raumtemperatur befand und in einer Menge von 7ι36 m /h (gemessen bei normalem Druck und normaler Temperatur)eingeführt wurde.

Die Temperatur des Stromes des oxydierenden Gases betrug in der Nähe des Einlasses 14 für das Titan tetrachlorid ungefähr 2UOU⁰O.

Titantetrachloriddampf, der in einem metallenen Vorer-

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hitser auf eine Temperatur von 35O⁰O vorerhitzt worden war, wurde der ringförmigen Kammer 15 in einer Menge von 680 kg/h durch das Zufuhrrohr 16 zugeführt und in die Reaktionekammer durch den Umfangeschlitz 14 hindurch eintreten gelassen. In dem Titantetraohloriddampf war Aluminiumchloriddampf eingeschlossen, der in einer Menge von 15,88 k/n zugeführt wurde. Er war so berechnet, daß, wenn keine Reaktion eintreten würde, die Temperatur des Gasgemischs im Bereich des Titantetrachlorideinlaßes 14 ungefähr 94O⁰G betragen haben würde. Tatsächlich erfolgte eine augenblickliche Zündung, und das Titantetrachlorid-verbrannte mit einer etetigen Flammt, um Titandioxydpigment mit einem Hutilgehalt von 99$ und einer Färbekraft von 1750 (nach der Heynold-Skala) zu liefern. Das Titandioxydpigment hatte eine mittlere Teilchengröße von 0,23y6c ·

Beispiel 2

E* wurde Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation ron Titantetrachlorid unter Ver-wendung der Ausführungsform der Einrichtung gemäß Fig. 2 und 3 ,erzeugt, wobei die Reaktionakanmer einen Durchmesser von etwa 50 mm hatte.

Ein Gemisch aus Stadtgas und Sauerstoff wurde dem Einlaß 49 cugeführtf wobei die Zufuhrmenge des Stadtgase· 8,49 nr/h (gemessen bei normaler Temperatur und normalem Druck) und die

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Zufuhrmenge des Sauerstoffe 25,48 η /h (gemessen bei normaler

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Temperatur und normalem Druck) betrug. Das Gasgemisch enthielt außerdem Kaiiurnehloriddampf, der in einer Menge von 20 g/h zugeführt wurde, und das Gasgemisch wurde mittels der Zündkerze 50 gezündet. Über der entstehenden Flamme wurde eine verteilte elektrische Entladung daduroh erzeugt, daß die Elektrode 52 aus der einen Seite eines in der Mitte angezapften (4kV-0-4kV)/150kVA--Transformators erregt wurde. Die Entladung erhöhte die Temperatur der Verbrennungsgase auf ungefähr 3000⁰O.

Sauerstoff wurde bei Raumtemperatur dem mit elektrischer Entladung arbeitenden Vorerhitzer durch den Einlaß 67 hindurch in einer Menge von 76,45 m /h (gemessen bei normaler Temperatur und normalem Druck) zugeführt. Der Sauerstoff mischte sich rasch mit den heißen Verbrennungsgasen und verminderte die Temperatur des Gasstroms in dem Vorerhitzer von ungefähr 3000° auf ungefähr 1900°0. Eine zweite verteilte elektrische Entladung wurde über dem Gasstrom dadurch erzeugt, daß die Elektrode 45 aus der anderen 4kV-Seite des Transformators erregt wurde, wodurch die Temperatur des Gasstroms auf 250O⁰O erhöht wurde.

Als Folge der Verbrennung des Stadtgases enthielt der vorerhitzte Sauerstoff etwas Wasserdampf, und die auf diese Weise in die Reaktionskammer eingeführte Wasserdampfmenge betrug 5 Vol_ej£, bezogen auf das Gesamtvolumen des in die Reaktionskammer eingeführten Gases. In die Reaktionskammer wurde kein weiterer Wasserdampf eingeführt·

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Kieselerdeeand mit einer Teilchengröße entoprochend einem Siebbereich von -0,635 bis +0,42 mm lichter Maschenweite (-20 bis +30 BBS-Maschen) wurde in die Reaktionskammer durch die Düse 5 hindurch in einer Menge von 78 kg/h mit Hilfe von komprimiertem äuueratoff eingeblasen, der sich auf Raumtemperatur befand und in einer ülen^e von 7,36 m /h (gemessen bei normaler .Temperatur und normalem Druck) eingeführt wurde. Titantetrachloriddampf, der unter Verwendung eines metallenen Vorerhitzers auf eine Temperatur von 35O⁰G vorerhitzt worden war, wurde in die Reaktionekammer durch den Einlaß 14 hindurch in einer Menge von 680 kg/h eingeführt· Das Zufuhrrohr 3 war dabei abgesperrt.

Es wurde Titandioxyd von pigmentartiger Qualität erzeugt, dessen Teilchen einen mittleren Durchmesser von hatten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzen von Titantetrachlorid in der Dampfphase mit einem oxydierenden Gas nach latent ··· (Pat.-Anm. L 43 333 IVa/12g), dadurch gekennzeichnet, daß das Titantetrachlorid und das oxydierende Gas getrennt vorerhitzt werden, der vorerhitzte Titantetrachloriddampf und das vorerhitzte oxydierende Gas in eine leere, allgemein rohrförinif-e Reaktionskammer durch getrennte Einlaß vorrichtungen hindurch in solcher Weise eingeführt werden, daß ein wirbelnder »Strom von innig gemischten Oasen erzeugt wird, der ei,Hang der Lunge der Reaktionskammer mit einer Fluggeschwindigkeit entsprechend einer Reynold-Flußzahl von wenige*tens 10 000 strömt und in dem das Titandioxyd in fein zerteilter Form gebildet wird, in die Reaktionskammer ein inertes, teilchenfurmiges feuerfestes Material in solcher Y/eiee eingeführt wird, daß es auf die Reaktorfläche bnv. -flächen, welche den Gaseinlaßrorriohtungen unmittelbar, benachbart liegen und für die beiden Reaktionekomponenten zugänglich sind, auftrifft, tut die Ablagerung von erzeuftem Oxyd auf der Fläche bzw. den Flächen zu verhindern oder beträchtlich herabzusetzen, und !■ wesentlichen das gesamte teilchenfb'rmige Material aus der Reaktionska*- mer in Suspension in dem wirbelnden Gasstrom herausgeführt und danach von dem erzeuten Titandioxyd getrennt wird.

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wobei das Titantetrachlorid auf eine 500⁰C nicht übersteigende Temperatur durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Metallfläche vorerhitzt wird und wenigstens ein Teil des oxydierenden Gases auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 2500° bis 350O⁰O dadurch vorerhitzt wird,', daß ein stark wirbelnder Strom eines brennbaren Gemisches, welches das oxydierende Gas und ein Brenngas enthält, erseugt wird, das brennbare Gemisch zur Bildung einer Flamme

gesundet wird, eine verteilte elektrische Entladung über der Flamme erzeugt wird und im wesentlichen das gesamte Verbrennungsgas durch die Entladung hindurchgeführt wird, um die Temperatur des Verbrennungsgases zu erhöhen, und wobei das Ausmaß der Vorerhitzung des litantetrachloriddampfes und das Ausmaß der Vorerhitzung des in der oben beschriebenen Weise vorerhitzten oxydierenden Gases innerhalb der oben genannten Bereiche ausgewählt werden und das AutKaß der Vorerhitzung irgendeines anderen in die Reaktionskammer eingeführten oxydierenden Gases derart ist, dal, wenn keine Reaktion «wischen dem Titantetrachlorid ani dem oxydierenden Gas stattfinden würde, die Temperatur des Gasgemisches innerhalb der Reaktionskammer wenigstens 700°0 betragen würde.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titantetrachlorid auf eine Temperatur in den Bereich von 200° bie 400⁰O vorerhitet wird· 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Volt-Ampere-Gharakteristik der elektrisehen Entladung durch den Zusatz von Metallsalzen mit niedrigen Ionisationspotentialen stabilisiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge des oxydierenden Gases mit Hilfe einer verteilten elektrischen Entladung vorerhitzt wird.

5ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des oxydierenden Gases mit Hilfe einer verteilten elektrischen Entladung vorerhitzt wird.

6· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennaeichnet» daß der Rest des oxydierenden GaseB auf eine Temperatur in dem Bereich von 600° bis 100Q⁰O durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Metallflache vorerhitzt wird.

7« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge des oxydierenden Gases, die durch eine verteilte elektrische Entladung vorerhitzt wird, durch eine solche Entladung vorerhitat wird und ein Teil des oxydierenden Gases außerdem duroh eine andere solche Entladung vorerhitzt wird.

8. Verfahren nach Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein brennbares Gemisoh, daa Brenngas und nur einen Teil des oxydierenden Gases enthält, zur Bildung einer Flamme gesundet und duroh eine erste elektrische Entladung hindurchgeführt wird, um die Temperatur des Verbrennung»-

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gases zu erhöhen, daß der Rest dea oxydierenden Gases danach in das erhitzte Verbrennungsgas eingeführt wird und daß das entstehende Gasgemisch dann, durch eine zweite verteilte elektrische Entladung hindurohgeführt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß der Rest des oxydierenden Gases durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Metallfläche vorerhitet wird, bevor es in das erhitzte Verbrennungsgas eingeführt wird·

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verteilte elektrische Entladung zwischen einer rohrförmigen Elektrode» durch welche das Verbrennungsgas hindurchströmt, und einer Elektrode in form einer Sonde erzeugt wird, die koaxial zu der rohrförmigen Elektrode angeordnet ist·

11. Verfahren nach Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet» düß das ätromabwärtaende der Sonde stromauf des Stromaufwärtsendes der rohrförmigen Elektrode liegt·

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verteilte elektrische Entladung zwischen zwei rohrförmigen Elektroden erzeugt wird, die in axialer Richtung ia Abstand voneinander liegen und durch welche die Verbrennungsgase nacheinander hindurchgehen.

13* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste verteilte elektrische Entladung zwischen einer rohrförmigen Elektrode und einer Elektrode in Form

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einer Sonde erzeugt wird, die koaxial zu der rohrförmigen Elektrode angeordnet iet_f und daß eine zweite verteilt· elektrische Entladung swieohen zwei in'axialer Richtung voneinander getrennten rohrförmigen Elektroden erzeugt wird.

H. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 biß 13» dadurch gekennzeichnet» daß innerhalb dee Bereichs der oder jeder verteilten elektrischen Entladung das Verbrennungsgas durch einen rohrförmigen Teil hindurohströmt, der uutj einem jteuerftaten Material hergestellt oder mit diesem ausgekleidet ist·

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bie 14, dadurch gekennzeichnet« daß die verteilte elektrische Entladung oder die etromaufseitige Entladung von zwei verteilten elektrischen Entladungen zwischen zwei Elektroden erzeugt wird» die in Flußrichtung des kombinierten lieuischeß im Abstand voneinander liegen, und daß dae Gemisch an einer stromauf des Stromabwärtsendee der Stromaufwärts© lektrode liegenden Stelle gezündet wird·

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet» daß ale Brenngas Stadtgas verwendet wird·

17· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet» daß als Brenngas Kohlenmonoxyd verwendet wird,

18« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15»

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,dadurch gekennzeichnet, daß als Brenngas Acetylen oder Benzol yerwendet wird.

19· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet» daß das oxydierende¹ Gas molekularen Sauerstoff enthält«

20· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet» daß das oxydierende Gas Ozon enthält·

21. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichntt» daß das oxydierende Gas aus im wesentlichen reinem Sauerstoff besteht.

22. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekenneeichnet» daß das oxydierende Gas aus Sauerstoff in Vermischung mit einem oder mehreren inerten Oasen besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet» daß das oxydierende Gas aus Luft oder an Sauerstoff angereicherter Luft besteht.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23» dadurch gekennzeichnet» daß die Zufuhrmenge des oxydierenden Gase ο innerhalb des Bereiches von +10?6 derjenigen liegt, die erforderlich ist, um sich_ämit dem Titantetrachlorid etöchiometrisch umzusetzen.

25. Verfahren nach Anspruch 24» dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des In die Reaktionskammer eingeführten oxydierenden Gases innerhalb- des Bereiches Ton ± 5 # derjenigen liegt, die erforderlich ist, um sich alt dem Titantetrachlorid Btöchiometrisch umzusetzen·

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26· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte, teilchenförmige feuerfeste Material in die Reakti ons kammer in Suspension in einem oxydierenden Gas eingeführt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet; daß das oxydierende Gas, welches das inert·, teilchenförmige feuerfeste Material in Suspension enthält, durch Wärmeaustausch mit einer erhitzten Metallfläoh· vorerhitzt wird·

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27« daduroh gekennzeichnet, daß in di· fieaktionskammer ein Sperr- oder Schutzgas eingeführt wird, um die Ablagerung von erzeugtem Oxyd auf den Reaktorflächen, welche dem Titantetraohlorideinlaß benaohbart liegen, zu verhindern oder herabzusetzen·

29· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reaktionskammer eine Wasserdampfmenge innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 3 Vo₀^, bezogen auf das Gesamtvolumen des in die Heaktionskammer eingeführten Gases, eingeführt wird·

30· Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampf menge duroh die Verbrennung des genannten Brenngases geliefert wird·

31· Verfahren naoh einem der Ansprüche 1 bis 30, daduroh gekennzeichnet, daß die gasförmigen Reaktionsprodukte mit dem erzeugten Oxjrd in Suspension eine» Be-

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handlung zur rasohen Abkühlung oder Abschreckung auf eine Temperatur unter 9OQ⁰C unterworfen werden«

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, (faß die gasförmigen Reaktionsprodukte auf eine Temperatur unter 65O⁰O abgeschreckt werden.

33. Einrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzung von Ütantetraohlorid mit einem oxydierenden Gae in der Dampfphase, gekennzeichnet durch eine leere» allgemein rohrförmige Reaktionskammer mit einer Einlaßvorrichtung für das litantetraohlorid und einer getrennten Einlaßvorrichtung für das oxydierende Gas, wobei die Einlaßvorrichtungen derart ausgebildet sind, daß bei einer ausreichend hohen Geschwindigkeit der Einführung der Reaktionskomponenten ein wirbelnder Strom von innig gemischten Gasen erzeugt wird, der entlang 4er Länge der Reaktionskammer strömt, Mittel *u» Einführen eines inerten, teilchenförmigen feuerfesten Materials in die Reaktionskammer in solcher Weise, daß es auf die Reaktorflächen, die den Gaseinlaflvorrichtungen unmittelbar benachbart liegen und für beide Reaktionskomponenten zugänglieh sind, auftrifft,-um die Ablagerung von erzeugten Oxyd auf diesen flächen zu verhindern oder beträchtlich herabzusetzen, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß im wesentlichen das gesamte erzeugte Üitandioxyd aus der leaktionskaamter in Suspension in dem wirbelnden ftMistrom herausgeführt wird, Mittel zum !Erennen des teilchenförmigen*

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Materials von dent erzeugten Titandloxyd, eine metallene Wärmeaustauschvorrichtung zum Vorerhitzen des Titantetrachlorids auf eine 500⁰C nicht übersteigende Temperatur und eine Vorrichtung zum Vorerhitzen wenigstens eines Teil:; des oxydierenden Gases auf eine Temperatur in dem Bereich von 2500° bis 350O⁰O, welche Mittel zum Einfuhren eines Brenngases in das oxydierende Gas, Mittel sum Zünden des sich ergebenden brennbaren Gemische zur Bildung einer Flamme und Mittel zum Erzeugen einer verteilten elektrischen Entladung über der Flamme aufweist, wobei die Anordnung derart ist, daß im wesentlichen das gesamte Verbrennungsgas durch die Entladung hindurchgeht, um die Temperatur des Verbrennungegases zu erhöhen·

34· Einrichtung nach Anspruch 33 t dadurch gekennzeichnet, α aß ein Ballastwiderstand und ein eine Induktanz aufweisendes Element in Reihe ait den Entladungeelektrodtn angeordnet sind«

35. Einrichtung nach Anspruch 33 oder 341 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Kupfer bestehen·

36. Einrichtung nach Anspruch 35t dadurch gekennzeichnet, <feß die Elektroden wassergekühlt sind.

37· Einrichtung nach einem der Ansprüche 33 biß 36, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Zünden des brennbaren Gemisches an einer stromauf des Stromabwärtsendes der Strooaufwärtselektrode liegenden Stelle vorgesehen ist.

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38. Einrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet ι daß die Mittel zum Zünden des brennbaren Gemisches aus einer Zündkerze bestehen.

39· Einrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer vollständig aus Metall besteht.

40. Einrichtung nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, <feß die Reaktionekammer mit einem Titantetrachlorideinlaß in Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitzes ausgebildet ist.

41. Einrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, α aß die Reaktionskammer über ihre ganze Länge mit Hilfe eines Kühlmittels gekühlt ist, das in Wärmeaustauschbeziehung mit der Reaktionskammer und außer Berührung mit den Reaktionßkomponenten strömt·

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