DE1592449C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxid - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid "mit einem oxydierenden Gas. i

Es ist bekannt, Titandioxyd dadurch herzustellen, daß man Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase umsetzt, wobei die Reaktion entweder in einem Reaktor der sogenannten Brennerart, d. h, in einem leeren Reaktor, oder in Gegenwart ^; eines Wirbelschichtbettes aus inerten Teilchen ausgeführt wird; jedoch stellt die Neigung des Titandioxydprddukts zur Bildung von harten Abscheidungen oder Ablagerungen innerhalb des Reaktors eine ernste Schwierigkeit dar. Bei Verwendung eines Wirbelschichtbettes ireten die Abscheidungen oder Ablagerungen hauptsächlich in Form eines Überzugs auf den Teilchen, die das Bett bilden, auf, bei einem Reaktor der Brennerart an den Wänden des Reaktors selbst, insbesondere im Bereich der Reaktionsteilnehmer-Einlasse, und diese Ablagerungen können zu einer Blockierung des Reaktors oder der Reaktionsteilnehmer-Einlässe führen.

Aus der BE-PS 6 21 199 ist die Herstellung von Titandioxydpigmenten durch Gasphasenoxydation bekannt, bei welchem in der Mitte einer Einleitungszone ein heißer Sauerstoffstrom eingeführt wird und seitlich von der den Sauerstoffstrom umschließenden Einleitungszone dampfförmiges Titantetrachlorid in Richtung auf den Sauerstoffstrom zugeführt wird, wobei das Titantetrachlorid entlang der Peripherie des Querschnitts der Einleitungszone senkrecht zum Sauerstoffstrom zugegeben wird. Die Reaktionszone selbst kann gegebenenfalls kegelstumpfförmig erweitert sein.

Aus der FR-PS 13 83 774 ist die Herstellung feinteiliger Metalloxyde, wie Titandioxyd, unter Verwendung einer Hilfsgasflamme bekannt, wobei das Gemisch aus Metallchloriddampf und Sauerstoff in mehreren Strahlen in die heißen Feuergase in der Weise eingeführt wird, daß die Richtung jedes Strahls die Strömungsachse der Feuergase kreuzt.

Aus den FR-PS 13 63 614 und 13 72 987 sind Vorrichtungen zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas bekannt, bei denen eine langgestreckte metallische Reaktionskammer vorgesehen ist Die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas ist in einer mit Einlassen für das Titantetrachlorid versehenen ringförmigen Verteilungskammer angeordnet, die stromaufwärts von der Reaktionskammer liegt. Die Reaktionskammer selbst ist mit einem äußeren Kühlmantel versehen, der sich bis zu dem stromaufwärts gelegenen Ende der Reaktionskammer erstreckt.

Auch bei den genannten Verfahren und Vorrichtungen ergibt sich die Bildung von unerwünschten Ablagerungen, die zu einer Blockierung des Reaktors oder der Zufuhreinlässe für die Reaktionsteilnehmer führen kann.

Die Erfindung gründet sich auf der Erkenntnis, daß bei Verwendung eines Reaktors der Brennerart die Abscheidung von Titandioxydprodukt an den Wänden des Reaktors durch geeigneten Aufbau der Vorrichtung und durch Regelung des Gasstroms innerhalb des Reaktors verhindert oder wenigstens wesentlich verringert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas, die eine solche Regelung des Gasstroms innerhalb des Reaktors gestattet, daß die Bildung von unerwünschten Ablagerungen vermieden wird.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas mit Einrichtungen zur getrennten Vorerhitzung und Zufuhr des Titantetrachlorids und des oxydierenden Gases, einer langgestreckten Reaktionskammer, zu der die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas mit einem, eine gerade Achse aufweisenden und koaxial zu der Reaktionskammer angeordneten stromabwärts liegenden Endteil führt, dessen Durchmesser an seinem stromabwärts liegenden Ende gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Reaktionskammer an ihrem stromaufwärts liegenden Ende ist, wobei zwischen dem stromabwärts liegenden Ende der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und dem stromaufwärts liegenden Ende der Reaktionskammer ein ringförmiges, schlitzförmiges Einlaßteil für das Titantetrachlorid vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts liegende Wandfläche des Einlaßteils für das Titantetrachlorid mit einem Winkel <x zu der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer und die stromabwärts liegende Wandfläche mit einem Winkel β zu der genannten Senkrechten geneigt sind, wobei die Winkel <% und β als positiv gerechnet werden, wenn die entsprechenden Wände sich in einer stromabwärts liegenden Richtung gegen die genannte Achse erstrekken, und der Winkel β als negativ gerechnet wird, wenn er sich in einer stromaufwärts liegenden Richtung gegen die genannte Achse erstreckt, wobei tx der Beziehung 10° < « < 75° genügt und β entweder der Beziehung β ^ 0 oder der Beziehung -(<x-10°)1 < β < 0°, insbesondere -(«-15°) < β < 0°, entspricht, und daß eine Einrichtung zur Einführung einer gasförmigen Suspension eines inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials derart angeordnet ist, daß das Material auf die Fläche der Reaktionskammer aufschlägt, welche unmittelbar dem Einlaß benachbart ist.

Die Konfiguration der Einlaßflächen, d. h. die Tatsache, daß α und β die vorstehend angegebene Beziehung erfüllen, bewirkt, daß der in die Reaktionskammer eintretende Titantetrachloriddampf eine Geschwindigkeitskomponente hat, die zu der Achse der Reaktionskammer parallel und stromabwärts gerichtet ist, wobei das Eintreten von Titantetrachlorid in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas verhindert wird. Ferner führt die Neigung der stromaufwärts liegenden Oberflächen des Einlasses für das Titantetrachlorid, d. h. die Tatsache, daß <x der Beziehung 10° < α ^ 75° genügt, zu einer Abnahme der Bildung von Wirbeln innerhalb des Einlasses selbst, wodurch die Gefahr, daß das oxydierende Gas in den Einlaß gelangt, herabgesetzt wird.

Wenn die stromabwärts liegende Wandfläche des Einlasses für den Titantetrachloriddampf sich stromabwärts zu der Achse der Reaktionskammer erstreckt, d. h., wenn β der Beziehung β > 0 genügt, soll der Winkel zwischen dieser Richtung und der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer zweckmäßig 45° nicht übersteigen und soll den entsprechenden Winkel für die stromaufwärts liegende Fläche des Einlasses nicht übersteigen (und zweckmäßig geringer, vorzugsweise um wenigstens 15° kleiner als dieser sein), d. h, α und β genügen zweckmäßig der Beziehung 0 < β < 45° und ot > β und vorzugsweise α > β + 15°, so daß die Weite des Einlasses gegen diese Achse nicht zunimmt (und vorzugsweise abnimmt).

Die stromaufwärts liegende Wandfläche des Einlasses erstreckt sich zweckmäßig stromabwärts zu der Achse der Reaktionskammer in einem Winkel im Bereich von 15 bis 60°, wobei dieser Winkel'vorzugsweise 30° mit Bezug auf die Senkrechte zu dieser Achse nicht übersteigt, d. h., daß « zweckmäßig der Beziehung 15° ^ ex. ^ 60° und vorzugsweise der Beziehung 15° < ix < 30° genügt. Größere Werte für α können bewirken, daß das Titantetrachlorid mit einer größeren Geschwindigkeitskomponente parallel zu dieser Achse und in Stromabwärtsrichtung in die Reaktionskammer eingeführt wird, wodurch die Gefahr, daß das oxydierende Gas in den Titantetrachlorideinlaß eintritt, oder daß Titantetrachlorid in die Zuführungsleitung für das oxydierende Gas gelangt, herabgesetzt wird. Kleinere Werte für α neigen jedoch dazu, die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu der Achse zu erhöhen, wodurch ein besseres Mischen der beiden Reaktionsteilnehmer ermöglicht wird.

Der ringförmige Titantetrachlorideinlaß kann aus mehreren Abschnitten gefertigt sein und beispielsweise aus drei oder vier kürzeren gleichgerichteten Teilstükken bestehen, deren Achsen alle in der gleichen Ebene senkrecht zu der Achse der Reaktionskammer liegen, wobei die Unterbrechungen in dem Einlaß dann das stromabwärts liegende Ende der Wand der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas mit dem stromaufwärts liegenden Ende der Wand der Reaktionskammer verbinden. Bei dieser Anordnung kann ein stromabwärts liegender Endteil der Zufuhrleitung und ein stromaufwärts liegender Endteil der Reaktionskammer aus einem einzigen rohrförmigen Glied gebildet sein.

Die Weite der Einlaßöffnung für das Titantetrachlorid ist vorteilhafterweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,25 bis 2,5 cm und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,6 bis 1,9 cm.

Vorteilhafterweise umfaßt die Einrichtung zur Zuführung des vorerhitzten Titantetrachloriddampfes zu dem Einlaß eine Verteilungskammer, die den Einlaß umgibt und die selbst mit Einlaßeinrichtungen ausgebildet ist, um die Einführung des vorerhitzten Titantetrachloriddampfes in die Verteilerkammer zu erlauben.

Um die erforderliche Gleichförmigkeit der Strömung des Titantetrachlorids am Einlaß zu erzielen, beträgt vorzugsweise der Druckabfall über dem Einlaß wenigstens 13 cm und vorzugsweise 38 cm Wassersäule. Insbesondere beträgt der Druckabfall am Einlaß etwa 102 bis 152 cm Wassersäule.

Innerhalb der Verteilungskammer kann ein Verteilungswiderständ vorgesehen sein, der eine Mehrzahl von Strömungswegen von dem Einlaß oder den Einlassen zu der Verteilungskammer zu dem Einlaß der Reaktionskammer liefert, wobei die Strömungswege im wesentlichen gleichförmig um die Verteilungskammer herum geführt sind.

Der stromabwärts liegende Endteil der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas kann zylindrisch mit einem Durchmesser, der gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Reaktionskammer an ihrem stromaufwärts liegenden Ende ist, sein, oder dieser Teil der Zufuhrleitung kann in einem kurzen, sich verjüngenden (vorzugsweise stumpf kegeligen) Abschnitt enden, wobei der Konus oder die Schrägung gegen die Reaktionskammer gerichtet ist, der verbleibende Teil zylindrisch ist und einen größeren Durchmesser als derjenige der Reaktionskammer an ihrem stromaufwärts liegenden Ende aufweist und der Durchmesser des stromabwärts liegenden Endes des konischen oder sich verjüngenden Abschnitts gleich dem (oder etwas kleiner als der) Durchmesser des stromaufwärts liegenden Endes der Reaktionskammer ist. Der hier verwendete Ausdruck »etwas kleiner als« bezeichnet den Unterschied von einigen Prozent (beispielsweise von 2 oder 3), die erforderlich sein können, um sicherzustellen, daß keine wesentliche Menge von dem inerten teilchenförmigen, feuerfesten Material auf die stromabwärts liegende Fläche des Titantetrachlorideinlasses auftrifft; andererseits darf aber das Strömungsbild des Gases in dem Reaktor nicht wesentlich verändert werden. Der Abschluß des stromaufwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas mit einem kurzen konischen oder sich verjüngenden Abschnitt ist vorteilhaft, wenn der Unterschied zwischen den Neigungswinkeln der beiden Flächen des Titantetrachlorideinlasses mit Bezug auf die Senkrechte zu der Achse der Reaktionskammer innerhalb des Bereiches von 0 bis 15° beträgt, d.h. bei 0° < (<%-j3) < 15°, jedoch kann dieses Merkmal auch vorhanden sein, wenn dieser Unterschied 15° übersteigt, d. h. bei α fe β + 15°. Die Länge dieses Teils der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas beträgt wenigstens das 5fache, zweckmäßig wenigstens das 7fache und vorzugsweise wenigstens das lOfache des Durchmessers der Zufuhrleitung an ihrem stromabwärts liegenden Ende.

Das stromabwärts liegende Endteil der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas hat eine gerade Achse, ist koaxial mit der Reaktionskammer und ist im wesentlichen nichtdivergierend in der Strömungsrichtung des oxydierenden Gases. Seine Länge beträgt vorteilhaft mindestens das 5fache des Durchmessers der Zufuhrleitung an ihrem stromabwärts liegenden Ende, aber kann auch weniger als das 5fache des Durchmessers betragen.

Das Einsetzen des stetigen stabilisierten Stroms des oxydierenden Gases vor dem Erreichen des Titantetrachlorideinlasses wird im zweiten Fall durch die Art der Einführung des oxydierenden Gases in dieses stromabwärts liegende Endteil der Zufuhrleitung und/oder durch die Anwendung einer Einrichtung, die innerhalb des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung zur Ausrichtung oder für die Herbeiführung der Geradlinigkeit des Stroms des oxydierenden Gases angeordnet ist, sichergestellt. Im allgemeinen wird die Einstellung oder Ausbildung des stetigen stabilisierten Stroms innerhalb eines kurzen Längenabschnitts von diesem stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas durch die gleichförmige Einführung des oxydierenden Gases (ausgenommen von irgendwelchem oxydierendem Gas, das als Trägergas für das inerte, teilchenförmige, feuerfeste Material verwendet wird und das in die Zufuhrleitung durch eine Düse eingeführt wird) um den Umfang des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung herum und durch die Vermeidung von plötzlichen Änderungen in der Strömungsrichtung, bevor das oxydierende Gas den stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung erreicht, unterstützt. Die Einführung von dem oxydierenden Gas in den stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch eine einzige Seiteneintrittsöffnung, deren Durchmesser wesentlich geringer als derjenige der Zufuhrleitung am Eintritt ist, ist insbesondere zu vermeiden.
Vorzugsweise weist die Zuführungsleitung für das oxydierende Gas eine ringförmige Verteilungskammer auf, die mit dem stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch eine im Umfang sich erstreckende Öffnung verbunden ist. Auf diese Weise wird das

oxydierende Gas gleichförmig um den Umfang des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung eingeführt. Im Gegensatz dazu ist .die Einführung des oxydierenden Gases in den stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch eine einzige Seiteneintrittsöffnung, deren Durchmesser wesentlich geringer als derjenige der Zufuhrleitung am Eintritt ist, zu vermeiden.

Die Reaktionskammer kann von rohrförmiger Gestalt sein, und zweckmäßig ist die Oberfläche des Teils der Reaktionskammer in Nähe des Titantetrachlorideinlasses stumpfkegelig und verjüngt sich in Richtung auf die Zufuhrleitung, wobei der Winkel des Konus innerhalb des Bereiches von 1 bis 30° und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 2 bis 15° liegt. Die Länge des konischen oder schräg verlaufenden Teils ist zweckmäßig innerhalb des Bereiches von 1 bis 25 Durchmessern der Reaktionskammer an deren stromaufwärts liegendem Ende.

Es wird angenommen, daß der stumpfkegelige Teil eine Trennung oder Ablösung des Stroms von der Oberfläche der Reaktionskammer und demgemäß ein Rückmischen der Reaktionsteilnehmer herbeiführt

Mit anderen Worten, es wird angenommen, daß der stumpfkegelige Teil als Flammenhalter dient und zu einer Stabilisierung der Reaktion neigt, indem er eine Rückführung im Kreislauf der heißen Gase zusammen mit kleinen Teilchen von dem Produkt zu dem Bereich des Titantetrachlorideinlasses herbeiführt. Die Größe dieses Effekts kann durch Änderung des Winkels des Konus und außerdem in gewissem Ausmaß durch Änderung der Neigungswinkel der stromaufwärts liegenden und stromabwärts liegenden Flächen des Titantetrachlorideinlasses mit Bezug auf die Senkrechte zu der Achse der Reaktionskammer variiert werden, und demgemäß besitzen diese Faktoren,einen gewissen Einfluß auf die mittlere Teilchengröße des Titandioxydprodukts.

Es wird angenommen, daß bei der Bildung des Titandioxyds zwei Mechanismen stattfinden. Der erste Mechanismus besteht in einer vollständigen Gasphasenoder homogenen Reaktion. Der zweite Mechanismus umfaßt eine heterogene Reaktion, die an der Oberfläche von Titandioxydkeimen oder -kernen oder anderen Kernen stattfindet und zum Teilchenwachstum beiträgt Die relativen Geschwindigkeiten dieser Reaktionen bestimmen sowohl die mittlere Teilchengröße als auch die Teilchengrößenverteilung des Produkts. Die Kreislaufführung der feinen Teilchen zu dem Bereich des Titantetrachlorideinlasses stellt sicher, daß ein angemessener Oberflächenbereich von Titandioxyd in diesem Bereich zur Verfügung steht. Dies führt zu einer Teilchengrößenverteilung in einem engen Bereich.

Es wurde auch gefunden, daß die Schaffung eines derartigen stumpfkegeligen Bereiches zur Steigerung des Anteils an Titandioxydprodukt, das in der Rutilform vorliegt, führt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur

Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase unter Einsatz einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

(a) der vorerhitzte Titantetrachloriddampf derart zugeführt wird, daß seine mittlere Geschwindigkeit über die Fläche des Mundstücks des Einlasses mindestens 15 m/sec und nicht mehr als 75 m/sec beträgt, und seine Strömungsgeschwindigkeit bei gleichförmiger Verteilung über die Länge des Einlasses praktisch konstant ist, daß

(b) das oxydierende Gas derart zugeführt wird, daß seine mittlere Geschwindigkeit über die Fläche des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung mindestens 15 m/sec beträgt, und daß

(c) die Oberfläche der Reaktionskammer mittels eines äußeren strömenden Mediums derart gekühlt wird, daß ihre Temperatur 650° C nicht überschreitet, und daß

te. (d) ein inertes teilchenförmiges feuerfestes Material von größerer mittlerer Teilchengröße als das Titandioxydprodukt in Suspension in einem Gas in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas derart eingeführt wird, daß dieses Material auf die Oberfläche der Reaktionskammer unmittelbar

stromabwärts von dem Einlaß auftrifft.
Die Kühlung kann mittels eines Wärmeträgers erfolgen, der an der äußeren Oberfläche der Wand der Reaktionskammer fließt, jedoch mit den Reaktionsteilnehmern nicht in Berührung kommt.

Die Tatsache, daß die mittlere Geschwindigkeit des oxydierenden Gases über die Fläche des stromabwärts gelegenen Endes der Zuführleitung für das oxydierende Gas wenigstens 15 m/sec beträgt, kann zur Verhinderung des Eindiffundierens von Titantetrachlorid in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas beitragen. Die hohe Geschwindigkeit des Titantetrachloriddampfes an der Einlaßöffnung verringert ebenfalls die Gefahr, daß oxydierendes Gas in den Einlaß gelangt.
Die gleichförmige Verteilung des Titantetrachloridstroms über die Länge des Einlasses verhindert die Ablenkung des Stroms des oxydierenden Gases zu einer Seite der Reaktionskammer und demgemäß eine Abnahme der Gasgeschwindigkeit auf der anderen Seite der Reaktionskammer.

Vorteilhafterweise beträgt die mittlere Geschwindigkeit des Titantetrachlorids über der Öffnungsfläche des Einlasses wenigstens etwa 30 m/sec.

Die mittlere Geschwindigkeit des oxydierenden Gases über der Fläche des stromabwärts liegenden Endes der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas beträgt zweckmäßig wenigstens etwa 23 m/sec und vorzugsweise wenigstens 38 m/sec. Derartige höhere Geschwindigkeiten können den Titantetrachloriddampf noch mehr am Eindiffundieren in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas hindern.

Das Kühlen der Oberfläche der Reaktionskammer

auf eine 650° C nicht übersteigende Temperatur führt dazu, daß ein gegebenenfalls auf dieser Oberfläche abgeschiedenes Titandioxyd in einer Form vorliegt, die leichter zu entfernen ist.

Die Einführung des inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials neigt zur Entfernung von jeglichem gegebenenfalls auf der Oberfläche der Reaktionskammer abgelagerten Titandioxydprodukt.

Das inerte teilchenförmige feuerfeste Material wird zweckmäßig zusammen mit dem Trägergas, in welchem es suspendiert ist, in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas durch eine koaxial innerhalb der Zufuhrleitung angebrachte und in Stromabwärtsrichtung weisende Düse eingebracht. Die Düse kann aus einem geeigneten korrosionsbeständigen und abnutzungsbeständigen nichtmetallischen Material, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, hergestellt sein und kann erforderlichenfalls von einem Mantel umgeben sein, durch den ein Kühlmedium geleitet werden kann.

Wenn das inerte teilchenförmige feuerfeste Material durch eine Düse eingeführt wird, kann die Düse

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irgendeine der verschiedenen Konfigurationen aufweisen. So kann die Düse in Stromabwärtsrichtung konvergierend oder vorzugsweise in Form einer Venturidüse sein. Bei der Venturiform kann die Düse mit einem konischen, in einem kurzen Abstand stromabwärts von der öffnung der Venturidüse und koaxial mit der Venturidüse angeordneten Glied versehen sein, wobei die Spitze oder der Scheitel des Konus in Stromaufwärtsrichtung weist. Das konische Glied lenkt die gasförmige Suspension nach außen ab, JO und zweckmäßig ist das konische Glied so angebracht, daß eine Einstellung oder Einregelung seiner Lage oder Anordnung in axialer Richtung möglich ist, um das Ausmaß dieser Ablenkung variieren zu können.

An Stelle der Einführung des inerten teilchenförmi- '5 gen feuerfesten Materials durch eine koaxial innerhalb der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas angeordnete Düse kann das Material in die-Zufuhrleitung bei oder gegen deren stromaufwärts liegendes Ende eingebracht werden, oder es kann in das vorerhitzte oxydierende Gas eingeführt werden, bevor das vorerhitzte oxydierende Gas in diese Zufuhrleitung eintritt, und es kann innerhalb der Zufuhrleitung eine Ablenkungseinrichtung vorgesehen und so angeordnet sein, um die gasförmige Suspension des teilchenförmigen Materials gegen die Oberfläche der Zufuhrleitung abzulenken. Die Ablenkungseinrichtung kann ein geriffeltes oder schraubenförmig geführtes Glied umfassen, das koaxial innerhalb der Zufuhrleitung angebracht ist, oder sie kann ein innerhalb der Zufuhrleitung koaxial angebrachtes Glied, dessen Durchmesser zunächst ansteigt und dann abnimmt, in Stromabwärtsrichtung umfassen, so daß der Bereich zwischen dem Glied und der Oberfläche der Zufuhrleitung eine Gestalt annimmt, die als ringförmige Venturi angesehen werden kann. Wenn das teilchenförmige Material in diese Zufuhrleitung bei oder gegen das stromaufwärts liegende Ende davon eingeführt wird oder in das vorerhitzte oxydierende Gas vor dem Eintreten des vorerhitzten oxydierenden Gases in die Zufuhrleitung eingebracht wird, kann das *° teilchenförmige Material durch eine oder mehrere Düsen eingebracht werden.

Das inerte teilchenförmige feuerfeste Material muß aus einem harten Feststoff bestehen, der von Chlor bei der Temperatur und unter den übrigen sich während der Reaktion ergebenden Bedingungen im wesentlichen nicht angegriffen wird. Dieses Material kann aus Zirkonteilchen, Aluminiumoxydteilchen oder Titandioxydteilchen bestehen, beispielsweise aus solchen Teilchen, die aus einem Wirbelschichtbett aus Titan- ^M dioxydteilchen, das bei der Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation Anwendung findet, innerhalb des Bettes abgezogen wurden. Vorteilhaft besteht das Material aus Siliciumdioxydsand. Das Material kann auch aus einer Mischung von mehreren dieser Materialien bestehen. Die Teilchen sollen einen Durchmesser von nicht weniger als 178 μπι aufweisen, und die praktische obere Grenze der Teilchengröße wird im allgemeinen durch die Bedingung bestimmt, daß das teilchenförmige feuerfeste Material aus der *° Reaktionskammer durch den Gasstrom herausgetragen werden soll. Vorzugsweise besitzen im wesentlichen sämtliche Teilchen eine Größe im Bereich von etwa 400 bis 1700 urn.

Die optimale Geschwindigkeit oder die optimale Rate der Einführung des inerten feuerfesten Materials hängt von der Ausbildung und den Dimensionen des Reaktors ab und kann während der Ausführung des Verfahrens variiert werden. Das Material soll bei erhöhter Temperatur eingeführt werden.

Das inerte teilchenförmige feuerfeste Material soll in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 6 m/sec, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 15 bis 30 m/sec, eingeführt werden. Die obere Grenze für die Geschwindigkeit der Einführung des inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials wird durch die Forderung bestimmt, daß die Geschwindigkeit nicht so hoch sein soll, um eine unzulässige Abnutzung der Reaktoroberfläche oder -oberflächen zu verursachen. Im allgemeinen soll die Einführungsgeschwindigkeit des inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials etwa 53 m/sec und vorzugsweise etwa 36 m/sec nicht übersteigen, um eine unzulässige oder übermäßige Abnutzung der Reaktoroberflächen, auf welche das inerte teilchenförmige feuerfeste Material aufschlägt, und bei Einführung des Materials durch eine Düse eine übermäßige Abnutzung der Innenoberfläche der Düse zu vermeiden.

Das Trägergas in der Suspension, in welcher das teilchenförmige feuerfeste Material eingeführt wird, kann ein inertes Gas sein, d. h. ein Gas, das gegenüber den Reaktionsteilnehmern unter den Reaktionsbedingungen inert ist, z.B. Chlor oder Stickstoff. Von den inerten Gasen wird im allgemeinen Chlor bevorzugt, da es die Konzentration an Chlor in dem Produktgasstrom nicht verringert, wobei das Chlor zweckmäßig im Kreislauf zurückgeführt und zur Erzeugung von weiterem Titantetrachlorid verwendet wird.

Das Trägergas ist vorzugsweise ein oxydierendes Gas, insbesondere Sauerstoff.

Die Konzentration des teilchenförmigen feuerfesten Materials in seinem Trägergas soll hoch sein, nämlich innerhalb des Bereiches von etwa 0,0016 bis etwa 0,016 kg Material je 1 Liter Gas (gemessen am Einführungsdruck des Gases in die Reaktionskammer) liegen.

Das Titandioxydprodukt kann von dem inerten teilchenförmigen feuerfesten Material mittels Abscheide- oder Absetzkammern abgetrennt werden; es können jedoch Zyklone an Stelle der oder nachfolgend auf die Absetzkammern zur Anwendung gelangen. Wenn, wie es üblicherweise der Fall ist, das Titandioxydprodukt der Naßtrennungs- und Klassierungsstufe unterworfen wird, kann das Titandioxydprodukt von dem inerten teilchenförmigen feuerfesten Material während dieser Stufen abgetrennt werden. Nach der Abtrennung von dem Titandioxydprodukt und gegebenenfalls nach Trocknung wird das inerte teilchenförmige feuerfeste Material vorteilhafterweise dem Reaktor im Kreislauf zurückgeführt

Das oxydierende Gas enthält zweckmäßig molekularen Sauerstoff und kann aus im wesentlichen reinem Sauerstoff oder aus Sauerstoff in Vermischung mit einem inerten Gas oder inerten Gasen bestehen; beispielsweise kann das oxydierende Gas aus Luft oder sauerstoffangereicherter Luft bestehen.

Die Wände der Reaktionskammer, der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und der Einrichtung für die Zuführung des Titantetrachlorids zu dem Einlaß für diesen Reaktionsteilnehmer können aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien gebildet sein. Im allgemeinen liegt die Wahl zwischen korrosionsbeständigen Metallen, z.B. rostfreien Stahlsorten, oder Nickellegierungen einerseits und nichtmetallischen feuerfesten Materialien, z. B. glasartigem Siliciumdi-

oxyd, Quarzglas oder Aluminiumoxyd andererseits.

Die Verwendung von Metallen besitzt die Vorteile, daß die verschiedenen Teile leichter in Metall als in einem nichtmetallischen feuerfesten Material herzustellen sind, und daß Metallteile widerstandsfähiger und dauerhafter sind. Auch die verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen erleichtert das Kühlen der in Berührung mit den Reaktionsteilnehmern oder den Reaktionsprodukten stehenden Wandoberflächen, wo dies erwünscht ist. Andererseits muß bei den meisten Metallen jede Oberfläche, die dem Titantetrachloriddampf oder dem durch die Reaktion gebildeten Chlor ausgesetzt ist, auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur gekühlt werden, wenn das Korrosionsausmaß auf einer annehmbaren Höhe niedergehalten '5 werden soll. Das Korrosionsausmaß wird üblicherweise in den Größen des Verunreinigungsgrades des Produkts betrachtet und für einige Zwecke, wird festgestellt, daß das höchste annehmbare oder zulässige Ausmaß an Verunreinigung durch Eisen, Chrom und Nickel 5 Teile je Million (bezogen auf Gewicht und bezogen auf das Produktgewicht) von jeder dieser Verunreinigungen ist.

Wenn die Reaktionskammer aus einem der üblichen, korrosionsbeständigen Metalle hergestellt ist, ist die höchste mittlere Oberflächentemperatur, die zulässig ist, beträchtlich niedriger als 650⁰C. Zusätzlich zur Verringerung des Korrosionsausmaßes schafft jedoch das weitere Kühlen eine erhöhte Sicherheit gegen die Bildung von harten Abscheidungen von Titandioxydprodukt und für diesen letzteren Zweck wird die Wand der Reaktionskammer zweckmäßig bei einer 400⁰C nicht übersteigenden Temperatur gehalten. Es ist auch ersichtlich, daß, während das Korrosionsausmaß (gemessen in Angaben der Verunreinigung des Produkts) durch die Temperaturverteilung über die gesamten ausgesetzten Oberflächen bestimmt wird, so daß eine kleine Fläche bei einer oberhalb 650⁰C vorliegenden Temperatur das Korrosionsausmaß nicht übermäßig oder unzulässig steigern dürfte, eine kleine Fläche bei einer derartigen Temperatur, wenn sie dem Titandi- *o oxydprodukt ausgesetzt war, jedoch das Wachsen einer harten Ablagerung von dem Produkt herbeiführen könnte.

Bei der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und der Einrichtung für die Zuführung des Titantetrachlorids « zu dem Einlaß ist ein Kühlen nachteilig, außer zwecks Vermeidung der Korrosion, da sie die erforderlichen Vorerhitzungstemperaturen zur Erzielung der gewünschten Mischgastemperatur erhöht.

Der gesamte Reaktor kann aus Metall aufgebaut sein, so Diese Anordnung besitzt den wesentlichen Vorteil, daß die Vorrichtung beträchtlich dauerhafter und widerstandsfähiger ist, als wenn ein Teil oder die gesamte Vorrichtung aus einem nichtmetallischen Material aufgebaut ist, wobei außerdem die Notwendigkeit für Verbindungen zwischen metallischen und nichtmetallischen Teilen vermieden wird, abgesehen von der gegebenenfalls notwendigen Schaffung von Verbindungen zwischen der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und der Zufuhrleitung für das Titantetrachlorid einerseits und den nichtmetallischen Vorerhitzern andererseits. Außerdem wird durch die Verwendung von Metall die Herstellung der verschiedenen Teile mit der erforderlichen Genauigkeit wesentlich erleichtert

Insbesondere wird durch die Verwendung von Platin oder einer korrosionsbeständigen Legierung davon bei Anwendung eines vollständig aus Metall hergestellten Reaktors die Verringerung oder Ausschaltung der Notwendigkeit zur Kühlung der stromaufwärts von dem Titantetrachlorideinlaß liegenden Reaktoroberflächen ermöglicht. Bisher wurde angenommen, daß die Kühlung dieser Oberfläche aus zwei Gründen notwendig wäre: 1, um das Korrosionsausmaß auf ein annehmbares Ausmaß zu verringern und 2, um den Aufbau von Titandioxyd auf derartigen Oberflächen zu verhindern. Gemäß der Erfindung wird jedoch durch die Einführungsgeschwindigkeit des oxydierenden Gases, die Form der Strömung des oxydierenden Gases zu der Oxydationszone, die Neigungswinkel der Flächen von dem Titantetrachlorideinlaß und die Einführungsgeschwindigkeit und gleichförmige Verteilung des Titantetrachlorids sichergestellt, daß im wesentlichen kein Titandioxyd innerhalb der stromaufwärts von dem Titantetrachlorideinlaß liegenden Bereiche gebildet wird oder in diese Bereiche gelangt (entweder innerhalb der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas oder der ringförmigen Verteilungskammer für das Titantetrachlorid), so daß die Vermeidung der Kühlung von Teilen des Reaktors, die stromaufwärts von dem Titantetrachlorideinlaß liegen, zur Verhinderung der Bildung von harten Ablagerungen von Titandioxyd möglich ist. Das Korrosionsproblem wird durch die Verwendung von Platin oder einer Platinlegierung überwunden, und dabei werden die Vorteile eines insgesamt aus Metall gefertigten Aufbaus mit einem verhältnismäßig geringen oder gar keinem Kühlen stromaufwärts von dem Titantetrachlorideinlaß erzielt.

Jeder Teil des Reaktors, der aus Metall hergestellt ist und in Berührung mit einem oder beiden Reaktionsteilnehmern oder mit dem Produktgasstrom gelangt, muß natürlich ausreichend beständig gegenüber einem Angriff bei der vorherrschenden Temperatur sein, um das Korrosionsausmaß am Übersteigen einer annehmbaren Höhe zu verhindern. So besteht eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Wahl des Metalls für den Aufbau von irgendeinem derartigen Teil des Reaktors und der maximalen Arbeitstemperatur dieses betreffenden Teils. Bei sehr hohen Temperaturen muß Platin oder dessen Legierung verwendet werden, jedoch können bei Temperaturen von 300 bis 500⁰C für die dem Titantetrachlorid oder Chlor ausgesetzten Teile und bei Temperaturen von 800 bis 1050⁰C für die dem Sauerstoff ausgesetzten Teile rostfreie Stahlarten oder vorzugsweise Nickel oder Nickellegierungen, wie Inconel, verwendet werden in Abhängigkeit davon, welche Teile innerhalb dieser Temperaturbereiche liegen. Jeder Teil des Reaktors, der aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material hergestellt ist, wird zweckmäßig aus glasartigem Siliciumdioxyd oder Quarzglas (das beispielsweise die Form von Quarzglas mit einem Gehalt von 96% Siliciumdioxyd und 3% Boroxyd haben kann und welches im Handel erhältlich ist) oder aus Aluminiumoxyd gebildet

Bei Herstellung aus Metall können die Wände der Reaktionskammer und die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas in starr oder fest miteinander verbundenen Längen, beispielsweise mit Hilfe von durch Flansche durchgehenden Schrauben, hergestellt sein. Wenn, wie vorstehend erläutert, der Titantetrachlorideinlaß diskontinuierlich ist, kann der stromabwärts liegende Endteil der Wand der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas integral mit dem stromaufwärts liegenden Endteil der Reaktionskammer ausgebildet sein.

Das zur Kühlung irgendeines Teils des aus Metall hergestellten Reaktors verwendete Kühlmedium kann

Luft, Wasser, Wasserdampf, öl, ein geschmolzenes Metall, z. B. Natrium, Quecksilber oder Blei, oder ein geschmolzenes Metallsalz oder eine Schmelzmischung von Metallsalzen (z. B. eine Mischung aus 40% Natriumnitrit, 7% Natriumnitrat und 53% Kaliumnitrat, bezogen auf Gewicht) sein.

Nachstehend werden beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der gemäß der Erfindung aufgebauten Vorrichtung, die zur Herstellung von pigmentartigem Titandioxyd durch die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid gemäß der Erfindung geeignet sind, anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 stellt ein axiales Schnittbild durch eine Ausführungsform der Vorrichtung dar;

F i g. 2 ist ein schematischer axialer Schnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Teil eines Reaktors, der nicht gemäß der Erfindung ausgebildet ist, und zeigt einen Teil des Gasstrommusters innerhalb des Reaktors;

Fig.3 zeigt in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt im gleichen Maßstab wie in F i g. 2 durch einen Teil des Reaktors (entsprechend dem in F i g. 2 gezeigten Teil), der gemäß der Erfindung ausgebildet ist und zeigt einen Teil des Gasstrommusters innerhalb des Reaktors;

F i g. 4 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Teil der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung, die durch den Zusatz einer Einrichtung für die Einführung von Kohlenmonoxyd abgeändert ist;

Fig.5 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig.6 zeigt einen axialen Schnitt durch das stromabwärts liegende Endteil einer abgeänderten Form einer Zufuhrleitung für das oxydierende Gas, die in den Ausführungsformen der in den F i g. 1 und 5 gezeigten Vorrichtungen zweckmäßig verwendet werden kann, und die

F i g. 7 bis 11 zeigen axiale Schnitte durch abgeänderte Düsen und ähnliche Einrichtungen für den Gebrauch in den Ausführungsformen der in den F i g. 1 und 5 gezeigten Vorrichtung.

Gemäß der in F i g. 1 gezeigten ersten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung eine stumpfkegelige Reaktionskammer 1 und eine zylindrische Zufuhrleitung 2 für das vorerhitzte oxydierende Gas. Die Leitung 2 ist mit der Reaktionskammer koaxial und ist für die Zuführung von oxydierendem Gas zu dem offenen engeren Ende der Reaktionskammer 1 angeordnet.

Das stromabwärts liegende Ende der Zufuhrleitung 2 ist durch einen Abstand von dem stromaufwärts liegenden oder engeren Ende der Reaktionskammer 1 getrennt, um einen in Umfangsrichtung sich erstreckenden Einlaß 3 zu bilden, der eine Verbindung zwischen der Reaktionskammer 1 und einer ringförmigen Verteilungskammer 4 schafft und als Einlaß für den vorerhitzten Titantetrachloriddampf dient.

Der unmittelbar stromabwärts von dem Einlaß 3 liegende Teil der Reaktionskammer 1 ist von einem stumpfkegeligen rohrförmigen Bauteil 5 begrenzt, das an seinem stromaufwärts liegenden Ende mit nach außen sich erstreckenden Flanschen ausgebildet ist. Der innerste Teil 6 des Flansches ist stumpfkegelig und verjüngt sich in Stromabwärtsrichtung, und der äußerste Teil 7 ist rund oder kreisförmig. Ein zylindrischer Kühlmantel 8 umgibt das Bauteil 5. Durch ein Einlaßrohr 9 kann Kühlwasser einem in dem Kühlmantel 8 gebildeten Einlaß in Nähe von dessen stromabwärts liegendem Ende zugeführt werden, und durch ein Auslaßrohr 10 kann Wasser durch einen in dem Kühlmantel 8 gebildeten Auslaß abgezogen werden.
Die Zufuhrleitung 2 ist aus einem zylindrischen rohrförmigen Bauteil gebildet, das allgemein durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Das stromabwärts liegende Endteil 12 des Bauteils 11 besitzt eine Doppelwand, um eine Flüssigkeitskühlung des Teils 12 zu ermöglichen, wobei Einlaß- und Auslaßrohre 13 und

ία 14 für das flüssige Kühlmittel in Nähe des stromaufwärts liegenden Endes des Teils 12 vorgesehen sind. Die stromabwärts liegende Endfläche 15a des Bauteils 11, die die stromaufwärts liegende Fläche des Einlasses 3 bildet, ist in Stromabwärtsrichtung zu der Achse der Reaktionskammer 1 geneigt. Die stromabwärts liegende Fläche 15£> des Einlasses 3 wird von der stromaufwärts liegenden Oberfläche des Innenteils 6 des Flansches gebildet, der integral oder in einem Stück mit dem Bauteil 5 ausgebildet ist, und somit ist die Fläche 15b ebenfalls in Stromabwärtsrichtung zu der Achse der Reaktionskammer 1 geneigt. Die Richtung, in welcher sich die stromabwärts liegende Fläche 156 des Einlasses 3 erstreckt, ist derartig, daß der Winkel β zwischen dieser Richtung und der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer 1 geringer ist als der entsprechende Winkel α für die stromaufwärts liegende Fläche 15a des Einlasses 3, so daß die Weite des Einlasses 3 gegen die Achse der Reaktionskammer abnimmt.

In einem kurzen Abstand stromabwärts von dem Einlaß- und dem Auslaßrohr 13 und 14 ist das Bauteil 11 mit einem außen sich erstreckenden ringförmigen Flansch 16 ausgebildet, an welchem ein ringförmiger Flansch 17 an dem stromaufwärts liegenden Ende des Kühlmantels 8 mittels Bolzen (nicht gezeigt) befestigt ist. An seinem stromabwärts liegenden Ende ist der Kühlmantel 8 an dem rohrförmigen Bauteil 5 durch einen anderen ringförmigen Flansch 18 befestigt. Ein rohrförmiges Bauteil 19, das koaxial mit dem rohrförmigen Bauteil 11 und einstückig mit dem Außenteil 7 des Flansches am stromaufwärts liegenden Ende des rohrförmigen Bauteils 5 angebracht ist, besitzt ein stromaufwärts liegendes Endteil von verringertem Durchmesser, um dicht über dem Teil 12 des Bauteils 11 zu passen. Das Bauteil 19 ist an seinem stromaufwärts liegenden Ende an dem Flansch 17 befestigt. Das Bauteil 19 und der Kühlmantel 8 sind jeweils mit einer zylindrischen Verlängerung ausgebildet, die gemeinsam eine gekühlte Leitung 20 für die Zuführung von vorerhitztem Titantetrachloriddampf zu der ringförmigen Verteilungskammer 4 bilden.

Das stromaufwärts liegende Endteil des Bauteils 11 ist von einem rohrförmigen zylindrischen Bauteil 24 umgeben, das koaxial mit dem Bauteil 11 angeordnet ist und an seinem stromabwärts liegenden Ende mit einem sich einwärts erstreckenden ringförmigen Flansch 25 und an seinem stromaufwärts liegenden Ende mit einem sich nach innen erstreckenden ringförmigen Flansch 26 ausgebildet ist. Der Flansch 25 ist an seinem Innenrand an dem Bauteil 11 befestigt, und der Flansch 26 ist an seinem Innenrand an ein kurzes rohrförmiges Bauteil 27 vom gleichen Innen- und Außendurchmesser wie das Bauteil 11, das koaxial mit dem Bauteil 11 angebracht ist, befestigt. Das stromabwärts liegende Ende des Bauteils 27 ist durch einen Abstand von dem stromaufwärts liegenden Ende des Bauteils 11 zur Bildung eines in Umfangsrichtung sich erstreckenden Schlitzes 28 getrennt. Der Schlitz 28 schafft eine Verbindung zwischen einer ringförmigen Verteilungskammer 29, die

durch das rohrförmige Bauteil 11 und die rohrförmigen Bauteile 24 und 27 und die Flansche 25 und 26 begrenzt ist. Das Bauteil 24 ist mit .,einer zylindrischen Ausdehnung oder Verlängerung 30 ausgebildet, die als Einlaß für das vorerhitzte oxydierende Gas dient.

Das rohrförmige Bauteil 27 ist an seinem stromaufwärts liegenden Ende mit einem sich nach außen erstreckenden ringförmigen Flansch 31 ausgebildet, der mittels Bolzen (nicht gezeigt) an eine runde Platte 32 befestigt ist, die koaxial mit dem rohrförmigen Bauteil 27 angeordnet ist.

Die Platte 32 ist mit einer runden öffnung ausgebildet, die koaxial mit dem Bauteil 11 angeordnet ist und durch welche ein Rohr 33 hindurchgeht. Das Rohr 33 erstreckt sich koaxial mit dem Bauteil 11 und endet in einem kurzen Abstand stromaufwärts von dem Einlaß 3, um die Einführung eines inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials zu ermöglichen.

Die öffnungsweite des Einlasses 3 kann etwa 1 cm betragen. Die Richtung, in welcher die stromaufwärts liegende Fläche 15a des Einlasses 3 sich erstreckt, kann unter einem Winkel von 38° zu der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer 1 (α = 38°) geneigt sein und die Richtung, in welcher die stromabwärts liegende Fläche 156 des Einlasses 3 sich erstreckt, kann unter einem Winkel von 23° zu der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer 1 (ß = 23°) geneigt sein. Der Winkel des imaginären Konus, auf welchem die Innenoberfläche des stumpfkegeligen Bauteils 5 liegt, kann 10° betragen. Die Länge des Bauteils (Endteils) 11 kann gleich dem lOfachen seines Innendurchmessers betragen. ,

Die Vorrichtung kann aus einer Nickellegierung, beispielsweise Inconel, hergestellt sein.

Im Betrieb wird das vorerhitzte oxydierende Gas dem Einlaß 30 zugeführt, worauf es durch die ringförmige Verteilungskammer 29 und den Schlitz 28 in die Zufuhrleitung 2 für das oxydierende Gas sich fortbewegt. Im Verlauf seines Durchgangs herab zu der Zufuhrleitung 2 verschwinden irgendwelche groben Unregelmäßigkeiten im Strömungsmuster des oxydierenden Gases, und ein festgesetzter oder stetiger Strom (wie vorstehend definiert) wird ausgebildet, bevor das oxydierende Gas den Einlaß 3 erreicht, so daß unter Vernachlässigung von kleinen Wirbeln (die unter Wirbelströmungsbedingungen unvermeidlich vorhanden sind) das oxydierende Gas von links nach rechts, wie in F i g. 1 gezeigt, über die gesamte Querschnittsfläche der Zufuhrleitung unmittelbar zu der linken Seite des Einlasses 3 strömt Es kann mühelos festgestellt werden, so ob dieses Ergebnis mit einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung und mit besonderen Gasströmungsgeschwindigkeiten erzielt wird, indem man die Strömungsmuster von Flüssigkeiten in Modellen mit zweckmäßig gewähltem Maßstab untersucht.

Der vorerhitzte Titantetrachloriddampf wird durch die Leitung 20 zugeführt, worauf er durch die ringförmige Verteilungskammer 4 und den Einlaß 3 weitergeleitet und in die Reaktionskammer 1 eingeführt wird, wo er sich mit dem vorerhitzten oxydierenden Gas mischt und unter Bildung eines feinteiligen Titandioxyds und bei Verwendung von Sauerstoff als oxydierendes Gas, von Chlor umsetzt Die stumpfkegelige Form des Teils der Reaktionskammer 1, das unmittelbar stromabwärts von dem Einlaß 3 vorliegt, verbessert das Mischen der Reaktionsteilnehmer und veranlaßt die Rückführung eines Teils der Reaktionsprodukte in die Nähe des Einlasses 3.

Das erhitzte inerte teilchenförmige feuerfeste Material, z. B. Siliciumdioxydsand, das in einem Trägergas, beispielsweise einem oxydierenden Gas, suspendiert ist, wird dem Rohr 33 zugeführt, wobei das Trägergas unter Druck steht. Dies führt zu einem Versprühen des aus dem Ende des Rohres 33 austretenden teilchenförmigen Materials und zu einem Aufschlagen auf die Oberflächen der Reaktionskammer 1 und der Zufuhrleitung 2 in Nähe des Einlasses 3. Es wird angenommen, daß das teilchenförmige Material zusätzlich zu seiner Neigung, den Aufbau von Titandioxydablagerungen auf der Oberfläche der Reaktionskammer 1 zu verhindern, die Reaktion infolge der Verdrängung von Titandioxydteilchen durch das als Keime dienende Material unterstützt.

Nach Verlassen der Reaktionskammer 1 wird der Produktgasstrom rasch gekühlt, und das Titandioxydprodukt wird aus der Suspension herausgebracht und von dem teilchenförmigen inerten Material abgetrennt.

Der qualitative Effekt der Neigung der stromaufwärts liegenden Fläche 15a des Einlasses 3 auf das Gasströmungsmuster kann aus Fig.2 und 3 der Zeichnung gesehen werden. Fig.2 zeigt, in welcher Weise Wirbel innerhalb des-Einlasses 3 gebildet werden und oxydierendes Gas den Einlaß 3 betreten kann, was mit der Gefahr einer Abscheidung von Titandioxyd auf den Flächen 15a und 150 des Einlasses verbunden ist, wenn die stromaufwärts liegende Fläche 15a des Einlasses 3 sich in senkrechter Richtung zu der Achse der Reaktionskammer 1 erstreckt (α = 0°).

In F i g. 3 ist andererseits ersichtlich, wie die Neigung der stromaufwärts liegenden Fläche 15a des Einlasses 3 unter einem Winkel von 30° zu der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer 1 (<% = 30°) eine Stromtrennung vermeidet, die die Bildung der Wirbel verursacht, wenn die stromaufwärts liegende Fläche des Einlasses nicht in dieser Weise geneigt ist.

Wie in F i g. 4 gezeigt, kann die Ausführungsform der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung abgeändert werden, um die Einführung eines brennbaren Gases in die Zufuhrleitung 2 für das oxydierende Gas zu ermöglichen. Diese Abänderung besteht in dem Zusatz von zwei oder mehreren Rohren 34, deren stromabwärts liegende Endteile sich parallel zu und in Nähe des Rohres 33 erstrecken und in einem kurzen Abstand stromaufwärts von dem stromabwärts liegenden Ende des Rohres 33 enden.

Die Rohre 34 gehen durch öffnungen in der Platte 32 und divergieren voneinander und von dem Rohr 33 stromaufwärts von der Platte, wobei sie sich mit einer Sammelleitung 35 verbinden, welcher das brennbare Gas durch ein Zufuhrrohr 36 zugeführt werden kann.

Die Betriebsweise dieser abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung ist die gleiche wie diejenige der unveränderten Form, mit Ausnahme, daß die Einführung eines brennbaren Gases in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas die Freisetzung einer zusätzlichen Wärme unmittelbar, bevor das oxydierende Gas den Titantetrachloriddampf trifft, verursacht Dadurch wird die Mischgastemperatur erhöht und eine genauere Regelung und eine raschere Änderung der Mischgastemperatur ermöglicht

Die in F i g. 5 gezeigte zweite Ausführungsform der Vorrichtung ist der in F i g. 1 gezeigten Form ähnlich, mit der Ausnahme, daß keine Einrichtung zum Kühlen des stromabwärts liegenden Teils 12 des rohrförmigen Bauteils 11, des größeren Teils der Oberfläche der ringförmigen Verteilungskammer 4 und der Oberfläche der Leitung 20 vorgesehen ist, und eine Platinausklei-

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dung für die ungekühlten Oberflächen, die dem vorerhitzten Titantetrachloriddampf ausgesetzt sind, vorgesehen ist. Die stromabwärts liegende Fläche 156 des Einlasses 3 erstreckt sieh unter einem rechten Winkel zu der Achse der Reaktionskammer 1 (ß = 0°).

So ist der stromabwärts liegende Teil 12 des Gliedes 11 durch einen Teil 12a mit lediglich einer einzigen Wandung ersetzt. Die stromaufwärts liegende Fläche 15a des Einlasses 3, die Oberfläche der ringförmigen Verteilungskammer 4, mit Ausnahme der stromabwärts liegenden Endoberfläche (die durch das Kühlmittel, welches die Oberfläche der Reaktionskammer 1 kühlt, gekühlt wird) und die Oberfläche der Leitung 20 sind mit einer Platinauskleidung 37 versehen. Auch das Bauteil 19 (vgl. Fig. 1) ist durch ein zylindrisches Glied 19a ersetzt, das in seiner Längsrichtung durchgehend mit einem gleichen Durchmesser ausgebildet ist

Die Betriebsweise dieser zweiten Ausführungsform der Vorrichtung ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform mit der Abweichung, daß aufgrund der Tatsache, daß die Reaktionsteilnehmer einem geringeren Grad an Kühlung unterworfen werden, eine gegebene Mischgastemperatur mit geringeren Vorheiztemperaturen erreicht wird.

Wie in Fig.6 gezeigt, kann die in Fig.l gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung (unabhängig davon, ob sie in der in F i g. 4 gezeigten Weise abgeändert ist) mit einem rohrförmigen Bauteil 11 mit einem abgeänderten stromabwärts liegenden Teil i2b, dessen Endteil sich in Stromabwärtsrichtung verjüngt, ausgestattet sein. Die sich ergebende Beschränkung in der Zufuhrleitung 2 für das oxydierende Gas neigt zu einer Steigerung der Gasgeschwindigkeit in Nähe der Oberfläche der Zufuhrleitung. Der Durchmesser der Zufuhrleitung 2 an ihrem stromabwärts liegenden Ende kann sehr schwach geringer als der Durchmesser der Reaktionskammer 1 an ihrem stromaufwärts liegenden Ende sein. In der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung kann die Gestalt des stromabwärts liegenden Teils 12a des rohrförmigen Bauteils 11 in ähnlicher Weise abgeändert werden.

In den in den F i g. 1 und 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung dient der stromabwärts liegende Endteil des Rohres 33 als zylindrische Düse für die gasförmige Suspension des inerten teilchenförmigen Materials, das durch das Rohr 33 eingeführt wird. Es können jedoch statt dessen auch andere Formen von Düsen zur Anwendung gelangen. So kann, wie in F i g. 7 gezeigt, der stromabwärts liegende Endteil des Rohres 33 durch eine konvergierende Düse 38 ersetzt sein. Statt dessen kann, wie in F i g. 8 gezeigt, eine Venturi-Düse, die allgemein durch das Bezugszeichen 39 bezeichnet ist, und die einen konischen Einlaß 40, eine Verengung 41 und einen Auslaßkonus 42 umfaßt, zur Anwendung gelangen. Der Winkel des Einlaßkonus 40 kann innerhalb des Bereiches von 20 bis 30° liegen, und der Winkel des Auslaßkonus 42 kann innerhalb des Bereiches von 7 bis 12° liegen. Die Länge der Verengung 41 kann innerhalb des Bereiches von dem •/2- bis lOfachen des Durchmessers der Verengung liegen.

Bei der in F i g. 9 gezeigten Anordnung ist eine Düse der Venturi-Art, die allgemein durch das Bezugszeichen

43 angezeigt ist, mit einem Teil 44 versehen, der aus einem konischen, koaxial mit der Düse 43 angebrachten Bauteil besteht und so angeordnet ist, daß er sich in Stromaufwärtsrichtung verjüngt. Der Scheitel des Teils

44 ist in Nähe der Ebene des stromabwärts liegenden

Endes der Düse 43 angeordnet, wobei jedoch der Teil 44 durch eine Stange oder einen Stab 45 in Lage gehalten wird, der sich koaxial innerhalb der Düse 43 und des Rohres 33 zu dem stromaufwärts liegenden Ende des Rohres 33 erstreckt, das in dieser Anordnung geschlossen ist und an welchem eine Einstelleinrichtung 46 vorgesehen ist, um die Einstellung des Teils 44 in axialer Richtung zu ermöglichen. Da das stromaufwärts liegende Ende des Rohres 33 geschlossen ist, ist ein

Ό Rohr 47 vorgesehen, das mit einem Einlaß in der Seitenwand des Rohres 43 verbunden ist, um die Einführung des teilchenförmigen Materials und seines Trägergases in das Rohr 33 zu ermöglichen.

Gemäß einer anderen Arbeitsweise zur Einführung des inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials wird dieses unter Verwendung einer koaxial innerhalb der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas angebrachten Düse, die zum Aussprühen des teilchenförmigen Materials unmittelbar auf die Wandoberflächen des Einlasses 3 angeordnet ist, abgegeben und statt dessen das teilchenförmige Material in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas in Nähe des stromaufwärts liegenden Endes der Leitung, beispielsweise durch zwei von der Achse der Leitung im Abstand angeordnete Düsen, eingeführt und dann eine Ablenkeinrichtung in den stromabwärts liegenden Teil der Zufuhrleitung vorgesehen. Zwei derartige Anordnungen sind in den F i g. 10 und 11 jeweils gezeigt.

Gemäß der in Fig. 10 gezeigten Anordnung besitzt die Ablenkeinrichtung eine Form, die allgemein durch das Bezugszeichen 48 angezeigt ist. Der stromaufwärts liegende Teil 49 der Einrichtung 48 ist zylindrisch, jedoch der stromabwärts liegende Endteil 50 nimmt zunächst im Durchmesser zu und dann im Durchmesser in Stromabwärtsrichtung ab. Auf diese Weise wird das vorerhitzte oxydierende Gas, das inerte teilchenförmige Material und irgendein Trägergas, die innerhalb des Teils 11 strömen, auf einen ringförmigen Bereich beschränkt, der in Nähe der Innenoberfläche des Teils Il ist, und dessen Breite zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt, um einen ähnlichen Effekt wie denjenigen einer Venturi-Düse zu ergeben. Gewünschtenfalls kann die Einrichtung 48 mit einer mittleren Bohrung 51 ausgebildet sein, die entweder als Einlaß für

•♦5 ein brennbares Gas oder als Düse für die Einführung von weiterem teilchenförmigen! Material dient.

In der in F i g. 11 gezeigten Anordnung besitzt die Ablenkeinrichtung die Form einer Stange oder eines Stabes 52, der koaxial innerhalb des Rohrbauteils 11

so angeordnet und mit schraubenförmigen Flanschen 53 ausgestattet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert, in welchen die Teile und Prozentangaben auf Gewicht bezogen sind.

Beispiel 1

Titandioxyd wurde durch die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid unter Anwendung einer Vorrichtung, wie sie im wesentlichen in F i g. 1 dargestellt ist, erzeugt. Die Vorrichtung war aus Nickellegierung hergestellt, und der Winkel des imaginären Konus, auf welchem die Oberfläche des stumpfkegeligen Gliedes 5 liegt, betrug 4° 30'. Die Länge der Zuführleitung 2 betrug das lOfache ihres Durchmessers am stromabwärts liegenden Ende. Die stromaufwärts liegende Fläche 15a des in Umfangsrichtung sich erstreckenden Einlasses 3 erstreckte sich in Stromabwärtsrichtung zu der Achse der Reaktionskammer 1 unter einem Winkel von 15° zu

der Senkrechten zu dieser Achse (« = 15°). Die stromabwärts liegende Fläche 15i> des Einlasses 3 erstreckte sich in senkrechter Richtung zu dieser Achse (ß = 0°). Die Trennung oder der Abstand in axialer Richtung des stromabwärts liegenden Endes des Rohres 33 von dem stromabwärts liegenden Rand des Einlasses 3 war derartig, daß der aus dem Rohr 33 austretende Siliciumdioxydsand auf die Oberfläche der Zufuhrleitung 2 und der Reaktionskammer 1 in Nähe des Einlasses 3 aufschlug. Die öffnungsweite des Einlasses 3 betrug etwa 1 cm.

Gelöstes Aluminiumchlorid enthaltendes Titantetrachlorid wurde in einem erhitzten Verdampfungskessel verdampft und der sich ergebende Titantetrachloriddampf mit einem Gehalt von 2,0% Aluminiumchlorid '5 wurde in einem Vorerhitzer aus Hartfeuerporzellan vorerhitzt. Der vorerhitzte Dampf wurde der Leitung 20 bei einer konstanten Menge von 75 Teilen Titantetrachlorid je Stunde zugeführt, wobei die mittlere Geschwindigkeit des Dampfes über der Öffnungsfläche des Einlasses 3 etwa 61 m/sec betrug. Der Druckabfall über den Einlaß 3 errechnete sich zu etwa 127 cm Wassersäule.

Sauerstoff wurde in einem Vorerhitzer aus einem Nickellegierungsrohr vorerhitzt und dem Einlaß 30 bei einer konstanten Menge von 12,9 Teilen Sauerstoff je Stunde zugeführt, wobei zu dem Sauerstoffstrom vor dem Eintreten in den Vorerhitzer mittels einer Mikroverdrängerpumpe in einer Menge von 0,12 Teilen Wasser je Stunde abgemessen wurde.

Der vorerhitzte Sauerstoff wurde dem Rohr 33 unter Druck zugeführt, wobei die Menge von Sauerstoff durch das Rohr 33 1 Teil Sauerstoff je Stunde betrug. Erhitzter Siliciumdioxydsand mit einem Teilchendurchmesser von etwa 800 bis 1700 μπι wurde in den Reaktor durch das Rohr 33 mit einer Menge von 7,5 Teilen je Stunde eingeführt.

Die mittlere Geschwindigkeit des Sauerstoffes über der Fläche des stromabwärts liegenden Endes der Zufuhrleitung 2 betrug etwa 56 m/sec.

Die Mischgastemperatur (wie vorstehend definiert) betrug 920° C.

Wasser wurde dem Einlaß 9 zur Kühlung der Innenoberfläche des stumpfkegeligen Teils 5 und der Innenoberfläche des Teils 19 und zu dem Einlaß 13 zur Kühlung der Innenoberfläche des stromabwärts liegenden Endteils 12 des rohrförmigen Gliedes 11 zugeführt. Berechnungen auf der Basis von Bestimmungen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers und seiner Temperaturzunahme beim Durchgang durch die Vor- so richtung zeigten, daß die Temperatur der Innenoberfläche des Gliedes 5 etwa 330° C betrug.

Das erzeugte Titandioxyd wurde von den gasförmigen Reaktionsprodukten und dem teilchenförmigen Material (Siliciumdioxydsand) abgetrennt. s⁵

Eine Probe des erzeugten Titandioxyds wurde untersucht, wobei gefunden wurde, daß es ausgezeichnete Pigmenteigenschaften besaß und vollständig in der Rutilform vorlag. Der C.B.U.-Wert (Ruß-Unterton-Wert) betrug - 2,2 Einheiten.

Das Verfahren wurde während einer Dauer von 107 Stunden ausgeführt, und im Verlauf dieser Dauer trat keine wesentliche Bildung von Titandioxydprodukt an den Wänden des Reaktors auf.

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Beispiel 2

Titandioxyd wurde durch die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid unter Anwendung der gleichen Vorrichtungsform, wie die in Beispiel 1 verwendet wurde, die jedoch in der in Fig.4 gezeigten Weise abgeändert war, erzeugt. Die Trennung oder der Abstand in axialer Richtung der stromabwärts liegenden Enden der beiden Rohre 34 von dem stromabwärts liegenden Ende des Rohres 33 betrug etwa 2,5 cm.

Gelöstes Aluminiumchlorid enthaltendes Titantetrachlorid wurde in einem erhitzten Verdampfungskessel verdampft, und der sich ergebende Titantetrachloriddampf mit einem Gehalt von 1,63% Aluminiumchlorid wurde in einem Vorerhitzer aus Hartfeuerporzellan vorerhitzt und dann der Leitung 20 bei einer konstanten Menge von 75 Teilen Titantetrachlorid je Stunde zugeführt, wobei die mittlere Geschwindigkeit der gasförmigen Mischung über der Öffnungsfläche des Einlasses 3 etwa 53 m/sec betrug. Der Druckabfall über dem Einlaß 3 errechnete sich zu etwa 127 cm Wassersäule.

Sauerstoff wurde in einem Vorerhitzer aus einem Nickellegierungsrohr vorerhitzt und dem Einlaß 30 bei einer konstanten Menge von 13,61 Teilen Sauerstoff je Stunde zugeführt, wobei in den Sauerstoffstrom vor dem Eintreten in den Vorerhitzer Wasser in einer Menge von 0,32 Teilen Wasser je Stunde abgemessen wurde.

Der vorerhitzte Sauerstoff wurde dem Rohr 33 unter Druck und bei einer Menge von 1 Teil Sauerstoff je Stunde zugeführt. Erhitzter Siliciumdioxydsand mit einem Teilchendurchmesser von etwa 800 bis 1700 μηι wurde in den Reaktor durch das Rohr 33 bei einer Menge von 7,5 Teilen je Stunde eingeführt.

Die mittlere Geschwindigkeit des Sauerstoffes über der Fläche des stromabwärts liegenden Endes der Zufuhrleitung 2 betrug etwa 60 m/sec.

Vorerhitztes Kohlenmonoxyd wurde dem Rohr 36 in einer Menge von 1,24 Teilen je Stunde zugeführt. Die Gesamtmenge an die in den Reaktor eingeführten Sauerstoff war ausreichend, um eine vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxyds zu ergeben, wobei Sauerstoff in einer solchen Menge zurückblieb, die einen Überschuß von etwa 10% über der zur stöchiometrischen Umsetzung mit dem Titantetrachlorid erforderliche Menge ergab.

Aufgrund der Einführung des Kohlenmonoxyds würde die Mischgastemperatur 810° C betragen, jedoch erhöhte sich diese infolge der Verbrennung von > Kohlenmonoxyd auf 930° C.

Wie in Beispiel 1 wurde Kühlwasser den Einlassen 9 und 13 zugeführt, und es wurde berechnet, daß die Temperatur der Innenoberfläche des Bauteils 5 etwa 330° C betrug.

Das erzeugte Titandioxyd wurde von den gasförmigen Reaktionsprodukten und von Siliciumidoxydsand abgetrennt.

Eine Probe des erzeugten Titandioxyds wurde untersucht, wobei festgestellt wurde, daß es ausgezeichnete Pigmenteigenschaften und einen C.B.U.-Wert von —4,3 besaß und vollständig in der Rutilform vorlag.

Die Menge von zu dem Reaktor zugeführtem Kohlenmonoxyd wurde dann auf 1,12 Teile je Stunde mit einer entsprechenden Abnahme in der Sauerstoffbeschickung von 0,07 Teilen je Stunde verringert. Hierdurch wurde die mittlere Geschwindigkeit des Sauerstoffes über der Fläche des stromabwärts liegenden Endes der Zufuhrleitung 2 auf etwa 59 m/sec verringert.

Die berechnete Abnahme in dem Beitrag von Kohlenmonoxyd zu der Mischgastemperatur betrug

10°C, so daß die Mischgastemperatur auf 920°C erniedrigt war. Eine Probe des Produkts wurde nach Erreichung des Ausgleichs in dem System entnommen, d. h., wenn die Temperatur des aus den Kühlmänteln abgegebenen Wassers anzeigte, daß ein thermisches Gleichgewicht erreicht worden war, was etwa 10 Minuten nach der Verringerung des Zuführungsausmaßes an Kohlenmonoxyd erfolgte. Das erzeugte Titandioxyd ergab ausgezeichnete Pigmenteigenschaften, besaß einen C.B.U.- Wert von — 3,2 und lag vollständig in ι ο der Rutilform vor.

Bei einem Vergleichsversuch wurde die Mischgastemperatur von 930 auf 920⁰C durch Erniedrigung der Vorheiztemperatur des Titantetrachloriddampfes herabgesetzt, und es wurde kein thermisches Gleichgewicht erhalten, bis eine Zeitdauer von 1 Stunde und 20 Minuten nach der Einregelung der zugeführten Wärmeleistung von dem Titantetrachloridvorerhitzer verstrichen war.

Beispiel 3

20

Titandioxyd wurde durch die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid unter Anwendung der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung erzeugt. Die Vorrichtung war aus einer Nickellegierung mit einer Platinauskleidung aus 99,9% reinem Platin hergestellt. Der Winkel des imaginären Konus, auf welchem die Oberfläche des stumpf kegeligen Bauteils 5 liegt, betrug 4° 30'. Die Länge der Zufuhrleitung 2 betrug das lOfache ihres Durchmessers an ihrem stromabwärts liegenden Ende. Die stromabwärts liegende Fläche 15a des sich in Umfangsrichtung erstreckenden Einlasses 3 erstreckte sich in Stromabwärtsrichtung zu der Achse des Reaktors unter einem Winkel von 15° zu der Senkrechten zu dieser Achse (« = 15°). Die Trennung oder der Abstand in axialer Richtung des stromabwärts liegenden Endes des Rohres 33 von dem stromabwärts liegenden Rand der öffnung des Einlasses 3 war derartig, daß der aus dem Rohr 33 austretende Siliciumdioxydsand auf die Oberfläche der Zufuhrleitung 2 und der Reaktionskammer 1 in Nähe des Einlasses 3 auftraf. Die öffnungsweite des Einlasses 3 betrug etwa 1 cm.

Gelöstes Aluminiumchlorid enthaltendes Titantetrachlorid wurde in einem erhitzten Verdampfungskessei verdampft, und der sich ergebende Titantetrachloriddampf mit einem Gehalt von 2,0% Aluminiumchlorid wurde in einem Vorerhitzer aus Hartfeuerporzellan vorerhitzt. Die vorerhitzte Dampfmischung wurde der Leitung 20 mit einer konstanten Menge von 75 Teilen so Titantetrachlorid je Stunde zugeführt, wobei die mittlere Geschwindigkeit dieser gasförmigen Mischung über der Öffnungsfläche des Einlasses 3 etwa 55 m/sec betrug. Der Druckabfall über dem Einlaß 3 wurde zu etwa 127 cm Wassersäule berechnet.

Sauerstoff wurde in einem Vorerhitzer aus einem Nickellegierungsrohr vorerhitzt und mit einer konstanten Menge von 12,9 Teilen Sauerstoff je Stunde dem Rohr 30 zugeführt, wobei Wasser in den Sauerstoffstrom vor dem Eintreten in den Vorerhitzer mit einer Menge von 0,26 Teilen je Stunde abgemessen wurde. Der vorerhitzte Sauerstoff wurde in einer Menge von 1 Teil Sauerstoff je Stunde dem Rohr 33 unter Druck zugeführt. Erhitzter Siliciumdioxydsand mit einem Teilchendurchmesser von etwa 800 bis 1700 μηι wurde in den Reaktor durch das Rohr 33 mit einer Menge von 7,5 Teilen je Stunde eingeführt.

Die mittlere Geschwindigkeit des Sauerstoffes über dem stromabwärts liegenden Ende der Zufuhrleitung 2 betrug etwa 53 m/sec.

Die berechnete Mischgastemperatur betrug 920⁰C. Wasser wurde dem Kühlmantel zugeführt, und aus der Menge von Wasser und dem Anstieg in der Temperatur des Wassers während seines Durchgangs durch den Kühlmantel wurde berechnet, daß die Innenoberfläche des Teils 5 bei einer Temperatur von etwa 330⁰C aufrechterhalten wurde.

Die Gesamtmenge des in den Reaktor eingeführten Sauerstoffes war etwa 10% über derjenigen, die für die stöchiometrische Reaktion mit dem Titantetrachlorid erforderlich war.

Eine Probe des erzeugten Titandioxyds wurde von Sand und gasförmigen Reaktionsprodukten abgetrennt: Die Untersuchung dieser Probe zeigte, daß sie ausgezeichnete Pigmenteigenschaften und einen C.B.U.-Wert von —2,7 Einheiten besaß und vollständig in der Rutilform vorlag.

Nach 2 Monaten kontinuierlicher Verwendung war keine offensichtliche Korrosion der Brenneroberflächen vorhanden, und die Vorerhitzerrohre aus Hartfeuerporzellan zeigten keine Anzeichen einer Entglasung.

Es wurde berechnet, daß bei Fortlassen der Platinauskleidung 37 und bei ausreichender Kühlung der betreffenden Oberfläche zur Vermeidung einer Korrosion der Nickellegierung die Temperatur, auf welche das Titantetrachlorid vorerhitzt werden müßte, um die gleiche Mischgastemperatur zu ergeben, in der Größenordnung von 100⁰C über der Temperatur von 980⁰C liegen müßte, wobei 98O⁰C tatsächlich angewendet wurden; dabei wurde angenommen, daß die Temperatur, auf welche der Sauerstoff vorerhitzt wurde, unverändert blieb.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydätion von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas mit Einrichtungen zur getrennten Vorerhitzung und Zufuhr des Titantetrachlorids und des oxydierenden Gases, einer langgestreckten Reaktionskammer, zu der die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas mit einem eine gerade Achse aufweisenden und koaxial zu der to Reaktionskammer angeordneten stromabwärts liegenden Endteil führt, dessen Durchmesser an seinem stromabwärts liegenden Ende gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Reaktionskammer an ihrem stromaufwärts liegenden Ende ist, wobei '5 zwischen dem stromabwärts liegenden Ende der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und dem stromaufwärts liegenden Ende der Reaktionskammer ein ringförmiges, schlitzförmiges Einlaßteil für das Titantetrachlorid vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts liegende Wandfläche (15a; des Einlaßteils (3) für das Titantetrachlorid mit einem Winkel α zu der Senkrechten zu der Achse der Reaktionskammer (1) und die stromabwärts liegende Wandfläche (156^ mit einem Winkel β zu der genannten Senkrechten geneigt sind, wobei die Winkel <% und β als positiv gerechnet werden, wenn die entsprechenden Wände sich in einer stromabwärts liegenden Richtung gegen die genannte Achse erstrecken, und der Winkel β als negativ gerechnet wird, wenn er sich in einer stromaufwärts liegenden Richtung gegen die genannte Achse erstreckt, wobei α der Beziehung 10° ^ <% ^ 75° genügt und β entweder der Beziehung β δ 0° oder der Beziehung -(α-10°) S β < 0° entspricht,' und daß eine Einrichtung (33) zur Einführung einer gasförmigen Suspension eines inerten teilchenförmigen feuerfesten Materials derart angeordnet ist, daß das Material auf die Fläche der Reaktionskammer (1) aufschlägt, welche unmittelbar dem Einlaß (3) benachbart ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β der Beziehung 0 < β ί 45° genügt und der Winkel <x der Beziehung tx t, β genügt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel « der Beziehung α ^ β + 15° genügt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α der Beziehung 15° < χ < 60° genügt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung des vorerhitzten Titantetrachloriddampfes zu dem Einlaß (3) aus einer Verteilungskammer (4) besteht, die den Einlaß (3) umgibt und die selbst mit einem Einlaß (20) für die Einführung des vorerhitzten Titantetrachloriddampfes ausgestattet ist, wobei innerhalb der Verteilungskammer (4) ein Verteilungswiderstand enthalten ist, der eine Mehrzahl von Strömungswegen von dem Einlaß (20) der Verteilungskammer (4) zu dem Einlaß (3) der Reaktionskammer (1) ergibt, wobei die Strömungswege praktisch einheitlich um die Verteilungskam- mer (4) herum verteilt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärts liegende Endteil (12) der Zufuhrleitung (2) für das oxydierende Gas in einem kurzen verjüngenden Abschnitt (12b) frustokonischer Form endet, wobei sich die Verjüngung in Richtung der Reaktionskammer (1) erstreckt, und das verbleibende Endteil (12) zylindrisch ist und einen größeren Durchmesser als die Reaktionskammer (1) an ihrem stromaufwärts liegenden Endteil hat, und der Durchmesser des stromabwärts liegenden Endteils des verjüngenden Abschnitts (t2b) gleich oder geringfügig kleiner als der Durchmesser des stromaufwärts liegenden Endteils der Reaktionskammer (1) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung (2) für das oxydierende Gas koaxial mit der Reaktionskammer und praktisch nicht divergierend in Richtung der Strömung des oxydierenden Gases verläuft und mindestens das Fünffache des Durchmessers der Zufuhrleitung an ihrem stromabwärts liegenden Endteil besitzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (2) für das oxydierende Gas eine ringförmige Verteilungskammer (29) aufweist, die mit dem stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung (2) durch eine im Kreisumfang sich erstreckende öffnung (28) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) im an den Titantetrachlorideinlaß (3) sich anschließenden Bereich frustokonisch ausgebildet ist und sich in Richtung der Zufuhrleitung verjüngt, wobei der öffnungswinkel des Konus im Bereich von 1 bis 30° liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des verjüngten Teils der Reaktionskammer im Bereich von 1 bis 25 Durchmessern der Reaktionskammer (1) an ihrem stromaufwärts liegenden Endteil liegt.

11. Verfahren zur Herstellung von Titandioxyd unter Einsatz einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der vorerhitzte Titantetrachloriddampf derart zugeführt wird, daß seine mittlere Geschwindigkeit über die Fläche des Mundstücks des Einlasses mindestens 15 m/sec beträgt, und seine Strömungsgeschwindigkeit bei gleichförmiger Verteilung über die Länge des Einlasses praktisch konstant ist, daß

(b) das oxydierende Gas derart zugeführt wird, daß seine mittlere Geschwindigkeit über die Fläche des stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung mindestens 15 m/sec beträgt, und daß

(c) die Oberfläche der Reaktionskammer mittels eines äußeren strömenden Mediums derart gekühlt wird, daß ihre Temperatur 650⁰C nicht überschreitet, und daß

(d) ein inertes teilchenförmiges feuerfestes Material von größerer mittlerer Teilchengröße als das Titandioxydprodukt in Suspension in einem Gas in die Zufuhrleitung für das oxydierende Gas derart eingeführt wird, daß dieses Material auf die Oberfläche der Reaktionskammer unmittelbar stromabwärts von dem Einlaß auftrifft.