DE1592451C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase.

Es ist bekannt, die Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid so durchzuführen, daß ein vorerhitztes oxydierendes Gas in eine langgestreckte Reaktionskammer durch eine erste Einlaßrichtung eingeführt wird und vorerhitzter Titantetrachloriddampf in die Reaktionskammer durch zweite Einlaßvorrichtungen eingeführt wird, wobei die zweiten Einlaßvorrichtungen die Form einer sich um den Umfang herum erstrekkenden Einlaßöffnung, die in der Wand der Reaktionskammer ausgebildet ist, aufweisen.

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 der FR-PS 13 63 614 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas bekannt, bei denen eine langgestreckte metallische

ίο 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.

Bei allen bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen zur Herstellung von Titandioxyd besteht ein Zwang zur Kühlung von Teilen der Vorrichtungen, um die Korrosion zu verringern oder zu verhindern und Ablagerungen von Titandioxyd an Teilen der Vorrichtung zu verhindern oder höchstens in weicher, d. h. leicht entfernbarer, Form zu gestatten. Jede Kühlung bedeutet jedoch eine Beeinträchtigung der Reaktion, besonders bei Reaktoren mit kleinem Durchmesser, und führt zu einem unangemessenen Wärmeverbrauch.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Um-Setzung von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase, bei der nicht die geschilderten Nachteile auftreten.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase, die Einrichtungen zur getrennten Vorerhitzung von Titantetrachlorid und oxydierendem Gas, eine längliche metallische Reaktionskammer, eine Zuführleitung für das oxydierende Gas, deren stromabwärts liegendes Endteil im Abstand von dem stromaufwärts liegenden Endteil der Reaktionskammer unter Bildung eines sich um den Umfang erstreckenden Einlasses angeordnet ist, der als Einlaß für das vorerhitzte Titantetrachlorid dient, sowie eine metallische ringförmige und beim Betrieb über die Länge des Einlasses praktisch konstante Strömungsgeschwindigkeit für das Titantetrachlorid gewährleistende Verteilungskammer aufweist, die den Einlaß für das oxydierende Gas umgibt, wobei der stromabwärts von der ringförmigen Verteilungskammer gelegene Teil der Reaktionskammer mit einem äußeren und an die Verteilungskammer angrenzenden Kühlmantel versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Teile der inneren Oberfläche der ringförmigen metallischen Verteilungskammer, deren entsprechende Außenseiten nicht mit dem Kühlmantel in Berührung stehen, aus Platin oder einer Platinlegierung bestehen.

Die Tatsache, daß die Reaktionskammer und die ringförmige Verteilungskammer aus Metall gefertigt sein können, hat den Vorteil, daß sich eine robuste und dauerhafte Konstruktion ergibt, jedoch stellte die Notwendigkeit der Anwendung einer Kühlung des Reaktionsgefäßes stromaufwärts von der Reaktionszone bisher einen ernsthaften Nachteil dar, da es schwierig ist, die gesteigerten Vorerhitzungstemperaturen zu erzielen, welche bei einer derartigen Kühlung notwendig werden. Im allgemeinen ist es notwendig, bestimmte Reaktionsgefäßoberflächen zu kühlen, um eine Korro-

sion der Reaktionsgefäßwände durch das Titantetrachlorid zu verhüten. Bei der .Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das geschilderte Korrosionsproblem durch die Anwendung von Platin oder einer Platinlegierung überwunden und deshalb können die Vorteile einer vollständigen Metallkonstruktion voll erhalten werden, ohne daß eine Kühlung stromaufwärts des Titantetrachlorideinlasses notwendig ist oder nur eine relativ geringe Kühlung.

Die Reaktionsteilnehmer (einschließlich eventuell vorhandener inerter Bestandteile im oxydierenden Gas) werden vorteilhafterweise auf solche Temperaturen vorerhitzt, daß die Temperatur des Mischgases (die eine berechnete Temperatur ist, d. h. die Temperatur, die erreicht werden würde, wenn keine Reaktion zwischen dem oxydierenden Gas und dem Titantetrachlorid eintrat), innerhalb des Bereiches von 850⁰C bis 1100⁰C liegt. Die zur Bildung einer gegebenen Mischgastemperatur erforderlichen Vorerhitzungstemperaturen hängen teilweise von den Mengen, Temperaturen und der Art der anderen Substanzen ab, beispielsweise des verbrennbaren Gases und des Gases, in dem inertes, teilchenförmiges, feuerfestes Material suspendiert ist, die in die Reaktionskammer eingebracht werden, wobei die Einführung von kalten Gasmengen im allgemeinen ein höheres Ausmaß der Vorerhitzung der Reaktionsteilnehmer notwendig macht, ausgenommen wenn das kalte Gas oder ein Teil desselben eine exotherme Reaktion mit dem oxydierenden Gas erleidet. Weiterhin hängen die zur Bildung einer gegebenen Mischgastemperatur erforderlichen Vorerhitzungstemperaturen von den Wärmeverlusten ab, welche zwischen den Vorerhitzern und den Gebieten der Einführung der Reaktionsteilnehmer in die Reaktionskammer erfolgen.

Der Titantetrachlorideinlaß ist vorzugsweise kontinuierlich in sich um den Umfang erstreckender Richtung, kann jedoch auch diskontinuierlich sein, beispielsweise aus drei oder vier kürzeren Einlassen gefertigt sein, deren sämtliche Achsen in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Reaktionskammer liegen. Wenn der Titantetrachlorideinlaß diskontinuierlich ist, kann das stromabwärts liegende Endteil der Wand der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas aus einem Stück mit dem stromaufwärts liegenden Endteil der Reaktionskammerwand gefertigt sein.

Für typische Reaktionskammerdurchmesser ist die Öffnungsbreite des Titantetrachlorideinlasses vorteilhafterweise im Bereich von 0,25 bis 2,5 cm und vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 1,9 cm.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Titantetrachlorids über die Fläche der Einlaßöffnung beträgt mindestens 15m/sec und vorzugsweise mindestens 30 m/sec.

Die erforderliche Gleichförmigkeit über die Länge des Einlasses der Strömungsgeschwindigkeit des Titantetrachlorids durch den Einlaß kann erreicht werden, indem sichergestellt wird, daß hier ein ausreichender Druckabfall über den Einlaß selbst vorhanden ist. Der Einlaß sollte von einheitlicher Breite sein. Die Verteilungskammer muß einen Strömungsweg von ausreichend großer Querschnittsfläche ergeben, damit der Dampf über die Länge des Einlasses, jedoch außerhalb hiervon, strömt, wobei nur ein geringer Druckabfall entlang dieses Strömungswegs erfolgt. Das Fließschema innerhalb der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas und in der Reaktionskammer in der Gegend des Einlasses muß so sein, daß der Druck praktisch einheitlich um den Umfang der Reaktionskammer herum ist.

Wenn die erforderliche Gleichförmigkeit der Strömung des Titantetrachlorids durch den Einlaß in dieser Weise erreicht ist, ist der Druckabfall über den Einlaß vorteilhafterweise äquivalent zu mindestens 12, vorzugsweise mindestens 38 cm Wasser. Vorzugsweise ist der Druckabfall über den Einlaß mindestens 100 cm Wasser äquivalent.
An Stelle oder zusätzlich zur Herbeiführung eines ausreichenden Druckabfalls über den Titantetrachlorideinlaß zwecks Erzielung der gewünschten Gleichförmigkeit über die Länge des Einlasses der Strömungsgeschwindigkeit des Titantetrachlorids durch den Einlaß kann innerhalb der Verteilungskammer ein Verteilungswiderstand vorhanden sein, der eine Mehrzahl von Strömungswegen von dem Einlaß oder den Einlassen zu der Verteilungskammer in Richtung zu dem Einlaß zur Reaktionskammer ergibt, wobei die Strömungswege praktisch einheitlich um die Verteilungskammer herum angeordnet sind, und der selbst einen wesentlichen Druckabfall ergibt.

Die Erzielung eines regelmäßigen Flusses von oxydierendem Gas in den Bereich des Titantetrachlorideinlasses, was sehr erwünscht ist, wird durch Einführung des oxydierenden Gases (ausschließlich irgendeines oxydierenden Gases, welches als Trägergas für das inerte teilchenförmige feuerfeste Material verwendet wird und das in die Zufuhrleitung durch eine Düse eingeführt wird) gleichförmig um den Umfang dieses stromabwärts liegenden Endteils der Zufuhrleitung unterstützt und ebenfalls durch die Vermeidung plötzlicher Änderungen in der Richtung der Strömung, bevor das oxydierende Gas diesen stromabwärtsliegenden Endteil der Zufuhrleitung erreicht. Die Einführung des oxydierenden Gases in diesen stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch einen einzigen seitlichen Eintritt, dessen Durchmesser wesentlich niedriger als derjenige der Leitung an dem Eintritt ist, ist besonders zu vermeiden.

Das vorerhitzte oxydierende Gas (ausschließlich von eventuell vorhandenem oxydierendem Gas, das als Trägergas für das inerte, teilchenförmige, feuerfeste Material verwendet wird und das vorteilhafterweise in den stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch eine Düse eingeführt wird vorteilhafterweise in den stromabwärts liegenden Endteil der Zufuhrleitung durch eine ringförmige Verteilungskammer und eine sich am Umfang herum erstreckende öffnung, die in der Wand der Leitung gebildet ist, eingebracht.

Es ist besonders bevorzugt, aus Platin oder einer korrosionsbeständigen Legierung hiervon solche Teile dieser inneren Oberfläche der Verteilungskammer auszubilden, welche im Betrieb nicht gekühlt werden können, ohne daß gleichzeitig ein Teil der Oberfläche der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas gekühlt wird.

Wenn die Fläche des Teils der inneren Oberfläche, die gekühlt wird, ausreichend klein ist und wenn die Temperatur, auf die das oxydierende Gas vorerhitzt wird, ausreichend hoch, beispielsweise innerhalb des Bereichs von 950⁰C bis 1000⁰C ist, zeigt es sich, daß es möglich ist, eine ausreichend hohe Mischgastemperatur für die meisten Zwecke zu erhalten, ohne daß das Titantetrachlorid auf eine 1000⁰C übersteigende Temperatur vorerhitzt wird, und wenn das Titantetrachlorid in einem aus Kieselsäure aufgebauten Vorerhitzer vorerhitzt wird, hat dies einen sehr wesentlichen Vorteil, da Kieselräure eine Neigung zur Entglasung zeigt, wenn sie für lange Zeiträume auf Temperaturen gehalten

wird, die ausreichend hoch sind, um das Titantetrachlorid auf einen Wert oberhalb 1000⁰C vorzuerhitzen. Durch diese Entglasung können Brüche entstehen und die Arbeitslebensdauer des Vorerhitzers wird erheblich verkürzt. Weiterhin können Verstopfungen der Vorerhitzerrohre erfolgen, wenn sie während langer Zeiträume bei derartig hohen Temperaturen gehalten werden.

Falls Platin selbst verwendet wird, wird das Platin vorteilhafterweise als Auskleidung auf ein anderes Material, beispielsweise einen geeigneten Stahl, der die notwendige Festigkeit bei den jeweiligen Temperaturen und einen nicht zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber demjenigen von Platin besitzt, aufgebracht. Die Platinauskleidung kann auf dem Trägermetall in irgendeiner geeigneten Weise befestigt werden. Bestimmte korrosionsbeständige Platinlegierungen haben andererseits eine ausreichende strukturelle Festigkeit, so daß sie ohne irgendeine Unterstützung verwendet werden können.

Jeder Teil des Reaktionsgefäßes, der aus Metall gefertigt ist und der in Berührung mit einem oder beiden Reaktionsteilnehmern oder mit dem gebildeten Gasstrom kommt, muß selbstverständlich ausreichend beständig gegenüber dem Angriff bei der in Frage kommenden Temperatur sein, um zu verhüten, daß die Korrosion einen vertretbaren Wert übersteigt.

Im Fall der meisten Metalle müssen sämtliche Oberflächen, die an den Titantetrachloriddampf oder das bei der Umsetzung gebildete Chlor ausgesetzt sind, auf eine relativ niedrige Temperatur abgekühlt werden, falls die Korrosion auf einem vertretbar niedrigen Wert gehalten werden soll. Das Ausmaß der Korrosion wird üblicherweise als Ausmaß der Verunreinigung des Produkts betrachtet und für einige Zwecke wird festgestellt, daß die höchste vertretbare Menge an Verunreinigungen durch Eisen, Chrom oder Nickel 5 Gewichtsteile je Million, bezogen auf das Gewicht der Produkte, an jedem dieser Verunreinigungen beträgt.

Wenn die Reaktionskammer aus einem der üblichen korrosionsbeständigen Materiale aufgebaut ist, ist die höchste Durchschnittsoberflächentemperatur, die hingenommen werden kann, beträchtlich niedriger als 650° C. Außer der Verminderung des Ausmaßes der Korrosion ergibt jedoch die weitere Kühlung eine gesteigerte Sicherheit gegenüber der Ausbildung von harten Abscheidungen an Titandioxydprodukt, und für diesen letzteren Zweck wird die Wand der Reaktionskammer vorteilhafterweise bei einer 400⁰C nicht übersteigenden Temperatur gehalten. Auch ist selbstverständlich, daß, während das Ausmaß der Korrosion, bestimmt als Verunreinigung des Produkts, durch die Temperaturverteilung über sämtliche ausgesetzten Oberflächen bestimmt wird, zwar eine kleine Fläche bei einer Temperatur oberhalb 650⁰C die Korrosionsmenge nicht übermäßig ansteigen läßt, daß eine kleine FIaehe von derartig hoher Temperatur jedoch, falls sie dem Titandioxydprodukt ausgesetzt ist, das Wachstum einer harten Abscheidung des Produkts ermöglicht. Somit ist die Wahl des Metalls für die Konstruktion irgendeines derartigen Teils des Reaktionsgefäßes und die maximale Betriebstemperatur des in Frage kommenden Teils voneinander abhängig. Bei sehr hohen Temperaturen müssen Platin oder Legierungen hiervon verwendet werden, jedoch können bei Temperaturen von 300 bis 500⁰C für Titantetrachlorid oder Chlor ausgesetzte Teile und bei Temperaturen von 800 bis 1050⁰C für an Sauerstoff ausgesetzte Teile hierfür rostfreie' Stähle oder vorzugsweise Nickel oder Nickellegierungen, beispielsweise Inconel, verwendet werden, was davon abhängt, welche Teile für diese Temperaturbereiche in Betracht kommen.

Vorteilhafterweise wird ein inertes, teilchenförmiges, feuerfestes Material von größerer mittlerer Teilchengröße als das Titandioxydprodukt in die Reaktionskammer in Suspension in einem Gas in der Weise eingeführt, daß das teilchenförmige Material auf den Oberflächen der Reaktionskammer und der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas, die unmittelbar benachbart zu dem Titantetrachlorideinlaß sind, aufschlägt, um irgendeine Neigung zur Abscheidung von Titandioxydprodukt auf diesen Oberflächen zu verhindern oder wesentlich zu vermindern, wobei dieses teilchenförmige Material praktisch völlig aus der Reaktionskammer ausgetragen wird und dann dieses teilchenförmige Material von dem Titandioxydprodukt abgetrennt wird.

Eine Form einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die zur Herstellung von pigmentärem Titandioxyd durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid gemäß der Erfindung geeignet ist, wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Gemäß der Zeichnung weist die Vorrichtung eine Reaktionskammer 1 in Form eines Kegelstumpfes und eine zylindrische Zufuhrleitung 2 für das vorerhitzte oxydierende Gas auf. Die Leitung 2 verläuft zur Reaktionskammer 1 und ist so angeordnet, daß sie das oxydierende Gas zu dem offenen, engeren Ende der Reaktionskammer 1 liefert.

Das stromabwärts liegende Ende der Zufuhrleitung 2 befindet sich in einem Abstand von dem stromaufwärtsliegenden oder engeren Ende der Reaktionskammer 1 und bildet eine sich am Umfang erstreckende Einlaßöffnung 3, welche die Verbindung zwischen der Reaktionskammer 1 und einer ringförmigen Verteilungskammer 4 herstellt, die als Einlaß für den vorerhitzten Titantetrachloriddampf dient.

Der unmittelbar stromabwärts von dem Einlaß 3 liegende Teil der Reaktionskammer 1 wird durch ein kegelstumpfartiges Bauteil 5 begrenzt, welches an seinen beiden Enden radial nach auswärts abstehende ringförmige Flansche 6 bzw. 7 aufweist. Ein Kühlmantel 8 umgibt das Bauteil 5 und ist an seinen beiden Enden mit den Flanschen 6 bzw. 7 verbunden. Ein Einlaß 9 und ein Auslaß 10 ermöglichen die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser zum und vom Mantel 8.

Die Zufuhrleitung 2 wird durch ein allgemein zylindrisches rohrförmiges Bauteil 11 begrenzt. Das stromabwärts liegende Ende des Bauteils 11 ist in Strömungsrichtung gegen die Achse der Reaktionskammer 1 abgeschrägt. Das Bauteil 11 ist mit einem radial nach außen abstehenden ringförmigen Flansch 12 versehen. Zwischen dem Flansch 6 und dem Flansch 12 ist ein rohrförmiges zylindrisches Bauteil 13 angeordnet, das koaxial zum rohrförmigen Bauteil 11 verläuft. Das Bauteil 13 ist an seinem stromaufwärts liegenden Ende mit einem radial nach außen abstehenden ringförmigen Flansch 14 versehen, welcher durch nicht dargestellte Schrauben am ringförmigen Flansch 12 befestigt ist. Das Bauteil 13 ist an seinem stromabwärts liegenden Ende mit einem nach außen abstehenden ringförmigen Flansch 15 versehen, der durch nicht dargestellte Schrauben am Flansch 6 befestigt ist. Das Bauteil 13 dient somit nicht nur zur Bildung der äußeren Wand der ringförmigen Verteilungskammer 4 sondern auch zum Festlegen der Lage des kegelstumpfförmigen Bauteils 5 gegenüber dem rohrförmigen Bauteil 11. Das Bauteil 13 ist mit einem zylindrischen Ansatz ausgestat-

tet, welcher eine Leitung 16 bildet, die die Zufuhr von vorerhitztem Titantetrachloriddampf zur ringförmigen Verteilungskammer 4 ermöglicht. Das stromaufwärts liegende Ende des Einlasses 3, die Oberfläche der ringförmigen Verteilungskammer 4, ausgenommen die stromabwärts liegende Stirnfläche, die durch das innerhalb des Mantels 8 strömende Kühlmittel gekühlt wird, und die Oberfläche der Leitung 16 sind mit einer Platinauskleidung 17 versehen.

Der stromaufwärtsliegende Endteil des Bauteils 11 ist von einem rohrförmigen zylindrischen Bauteil 18 umgeben, das koaxial zum Bauteil 11 verläuft und an seinen beiden Enden mit jeweils einem nach innen abstehenden ringförmigen Flansch 19 und 20 ausgestattet ist. Der Flansch 19 ist an seiner inneren Kante am Bauteil 11 befestigt. Der Flansch 20 ist an seiner inneren Kante an einem kurzen rohrartigen Bauteil 21 befestigt, das den gleichen innen- und Außendurchmesser wie das Bauteil 11 aufweist und koaxial zum Bauteil 11 angeordnet ist. Das stromabwärts liegende Ende des Bauteils 21 hat einen Abstand vom stromaufwärtsliegenden Ende des Bauteils 11, so daß ein um den Umfang verlaufender Schlitz 22 entsteht. Der Schlitz 22 stellt eine Verbindung zu einer ringförmigen Verteilungskammer 23 her, welche durch die Bauteile 11 und 21, die Flansche 19 und 20 und das rohrförmige Bauteil 18 begrenzt ist. Das Bauteil 18 ist mit einem zylindrischen Ansatz versehen, der einen Einlaß 24 für das vorerhitzte oxydierende Gas bildet.

Das rohrförmige Bauteil 21 ist an seinem stromaufwärts liegenden Ende mit einem sich nach außen erstreckenden ringförmigen Flansch 25 ausgestattet, welcher durch nicht dargestellte Schrauben an einer kreisförmigen Platte 26 befestigt ist, die koaxial zum rohrförmigen Bauteil 21 angeordnet ist.

Die Platte 26 ist mit einer kreisförmigen Öffnung versehen, die koaxial zum Bauteil 11 liegt und von einem Rohr 27 durchdrungen ist. Das Rohr 27 verläuft koaxial innerhalb des Bauteils 11 und endet in einem kurzen Abstand stromaufwärts vom Einlaß 3 und ermöglicht die Einführung von inertem teilchenförmigen feuerfesten Material in das Reaktionsgefäß.

Die Öffnungsbreite des Einlasses 3 kann etwa 1 cm sein und die Richtung, in der sich die stromaufwärts liegende Endfläche des Einlasses 3 zur Achse der Reaktionskammer 1 erstreckt, kann in einem Winkel von 38° zur Senkrechten zu dieser Achse geneigt sein. Der Winkel des imaginären Kegels, auf dem die Innenfläche des kegelstumpfartigen Bauteils 5 liegt, kann 4°30' sein. Die Länge des Bauteils 11 kann gleich dem Zehnfachen seines Innendurchmessers sein.

Die Vorrichtung kann außer der Platin- oder Platinlegierungsauskleidung beispielsweise aus einer Nickellegierung, wie Inconel gefertigt sein.

Beim Betrieb wird das vorerhitzte oxydierende Gas dem Einlaß 24 zugeführt. Von dort geht es durch die ringförmige Verteilungskammer 23 und den Schlitz 22 in die Zufuhrleitung 2 für das oxydierende Gas. Im Verlauf seines Durchgangs durch die Zufuhrleitung 2 verschwinden sämtliche groben Unregelmäßigkeiten im Fließbild des oxydierenden Gases. Es ergibt sich eine stabilisierte Strömung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, bevor das oxydierende Gas den Einlaß 3 erreicht.

Der vorerhitzte Titantetrachloriddampf wird der Leitung 16 zugeführt. Von dort geht der Dampf durch die ringförmige Verteilungskammer 4 und den Einlaß 3 und tritt in die Reaktionskammer 1 ein, wo er sich mit dem vorerhitzten oxydierenden Gas vermischt und reagiert, wobei sich feinzerteiltes Titandioxyd und, falls das oxydierende Gas Sauerstoff ist, Chlor bildet. Die Kegelstumpfform des Teils der Reaktionskammer 1, der unmittelbar stromabwärts vom Einlaß 3 liegt, verbessert das Vermischen der Reaktionsteilnehmer und hat zur Folge, daß ein Anteil des Reaktionsprodukts in die Gegend des Einlasses 3 zurückgeführt wird.

Erhitztes inertes teilchenförmiges feuerfestes Material, beispielsweise Kieselsand, der in einem Trägergas, beispielsweise in einem oxydierenden Gas, suspendiert ist, wird dem Rohr 27 zugeführt, wobei das Trägergas unter Druck steht.

Dadurch entsteht eine sich aus dem Ende des Rohres 27 ergießende Sprühwirkung des teilchenförmigen Materials, das auf der Oberfläche der Reaktionskammer und der Oberfläche in der Nähe des Einlasses 3 der Zufuhrleitung 2 aufschlägt. Außer der Verhütung des Aufbaus von Titandioxyd-Ablagerungen auf der Oberfläche der Reaktionskammer 1 wird angenommen, daß das teilchenförmige Material die Reaktion unterstützt, da die durch das inerte Material wegtransportierten Titandioxydteilchen als Impfkerne dienen.

Die Zirkulierung von Kühlwasser durch den Kühlmantel 8 dient zur Verhinderung einer übermäßigen Korrosion der inneren Oberfläche des rohrförmigen Bauteils 5 und solcher Teile des Flansches 6, die dem Titantetrachlorid in der ringförmigen Verteilungskammer und beim Strömungsweg durch den Einlaß 3 ausgesetzt sind.

Der Produktgasstrom wird nach dem Verlassen der Reaktionskammer 1 rasch abgekühlt und das Titandioxydprodukt wird aus der Suspension entfernt und von dem inerten teilchenförmigen Material abgetrennt.

Beispiel

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung weiterhin, wobei Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen sind.

Titandioxyd wurde durch Dampfphasenoxydation von Titantetrachlorid unter Anwendung der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung hergestellt. Die Vorrichtung bestand aus einer Nickellegierung und die Platinauskleidung erfolgte mit Platin von einer Reinheit von 99,9%. Der Winkel des imaginären Kegels, in dem die innere Oberfläche des abgestumpft konischen Bauteils 5 liegt, betrug 4° 30'. Die Länge der Zufuhrleitung 2 betrug das lOfache ihres Durchmessers an ihrem stromabwärts liegenden Ende. Die stromaufwärts liegende Endfläche des umlaufenden Einlasses 3 war in Strömungsrichtung in einem Winkel von 15° zur Senkrechten zur Achse der Reaktionskammer geneigt. Der Abstand in axialer Richtung des stromabwärts liegenden Endes des Rohres 27 von der stromaufwärts liegenden Kante der Einlaßöffnung 3 war so, daß der aus dem Rohr 27 kommende Kieselsand auf den Oberflächen der Zufuhrleitung 2 und der Reaktionskammer 1 benachbart zum Einlaß 3 aufschlug. Die Breite der Einlaßöffnung 3 betrug 1,0 cm.

Gelöstes Aluminiumchlorid enthaltendes Titantetrachlorid wurde in einem Heizgefäß verdampft und der gewonnene Titantetrachloriddampf mit einem Gehalt von 2% Aluminiumchlorid wurde in einem Vorerhitzer aus geschmolzenem Siliziumdioxyd vorerhitzt. Das vorerhitzte Dampfgemisch wurde der Leitung 16 mit einer konstanten Menge von 75 Teilen Titantetrachlorid je Stunde zugeführt, wobei die Durchschnittsgeschwindigkeit dieses gasförmigen Gemisches

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über die Fläche der Einlaßöffnung 355 m/sec betrug. Der Druckabfall über den Einlaß 3 entsprach etwa 127 cm Wassersäule.

Sauerstoff wurde in einem Nickellegierungsrohr als Vorerhitzer vorerhitzt und dem Einlaß 24 in einer konstanten Menge von 12,9 Teilen Sauerstoff je Stunde zugeführt, wobei Wasser dem Sauerstoffstrom vor seinem Eintritt in den Vorerhitzer in einer Menge von 0,26 Teilen je Stunde zugesetzt wurde. Der vorerhitzte Sauerstoff wurde dem Rohr 27 unter Druck zugeführt, wobei die Zufuhrmenge des Sauerstoffs ein Teil je Stunde betrug. Erhitzter Siliciumdioxydsand mit einer Körnchengröße zwischen etwa 800 Mikron und etwa 1700 Mikron Durchmesser wurde in die Reaktionskammer durch das Rohr 27 in einer Menge von 7,5 Teilen je Stunde eingeführt.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Sauerstoffs am stromabwärts liegenden Ende der Zufuhrleitung 2 betrug etwa 52 m/sec.

Die berechnete Mischgastemperatur betrug 920⁰C. Wasser wurde dem Kühlmantel zugeführt. Aus der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und dem Temperaturanstieg des Wassers während seines Durchgangs durch den Kühlmantel wurde errechnet, daß die innere Oberfläche des Bauteils 5 bei einer Temperatur von etwa 330⁰C gehalten wurde.

Die Gesamtmenge des der Reaktionskammer zugeführten Sauerstoffs lag etwa 10% über der Menge die zur stöchiometrischen Umsetzung mit dem Titantetrachlorid erforderlich war.

Eine Probe des Titandioxydprodukts wurde von den sand- und gasförmigen Reaktionsprodukten abgetrennt. Die Probe zeigte ausgezeichnete Pigmenteigenschaften, lag völlig in Rutilform vor und hatte einen C.B.U.-Wert von -2,7 Einheiten.

Es trat keine sichtbare Korrosion der Brenneroberflächen auf und die Vorerhitzungsrohre aus geschmolzenem Siliciumdioxyd zeigten keine Anzeichen von Entglasung nach einem kontinuierlichen Betrieb von 2 Monaten.

Es wurde berechnet, daß, falls die Platinauskleidung 17 weggelassen worden wäre und die in Betracht kommenden Oberflächen ausreichend gekühlt worden wären, um eine Korrosion der Nickellegierung zu verhindern, die Temperatur, auf die das Titantetrachlorid hätte vorerhitzt werden müssen, um dieselbe Mischgastemperatur zu ergeben, hätte etwa 100⁰C über der Temperatur von 980⁰C liegen müssen, die tatsächlich angewandt wurde, wobei vorausgesetzt wurde, daß die Temperatur, auf die der Sauerstoff vorerhitzt wurde, unverändert geblieben wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxyd durch Umsetzung von Titantetrachlorid mit einem oxydierenden Gas in der Dampfphase, die Einrichtungen zur getrennten Vorerhitzung von Titantetrachlorid und oxydierendem Gas, eine längliche metallische Reaktionskammer, eine Zufuhrleitung für das oxydierende Gas, deren stromabwärts liegendes Endteil im Abstand von dem stromaufwärts liegenden Endteil der Reaktionskammer unter Bildung eines sich um den Umfang erstreckenden Einlasses angeordnet ist, der als Einlaß für das vorerhitzte Titantetrachlorid dient, sowie eine metallische ringförmige und beim Betrieb über die Länge des Einlasses praktisch konstante Strömungsgeschwindigkeit für das Titantetrachlorid gewährleistende Verteilungskammer-aufweist, die den Einlaß für das oxydierende Gas umgibt, wobei der stromabwärts von der ringförmigen Verteilungskammer gelegene Teil der Reaktionskammer mit einem äußeren und an die Verteilungskammer angrenzenden Kühlmantel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Teile der inneren Oberfläche (17) der ringförmigen metallischen Verteilungskammer (4), deren entsprechende Außenseiten nicht mit dem Kühlmantel (8) in Berührung stehen, aus Platin oder einer Platinlegierung bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile der inneren Oberfläche der Verteilungskammer (4), die beim Betrieb nicht ohne gleichzeitige Kühlung eines Teils der Oberfläche der Zufuhrleitung für das oxydierende Gas gekühlt werden können, aus Platin oder einer korrosionsbeständigen Platinlegierung (17) gefertigt sind.