DE1592530C3 - Process and device for the production of finely divided titanium dioxide by reacting titanium tetrachloride with oxygen - Google Patents
Process and device for the production of finely divided titanium dioxide by reacting titanium tetrachloride with oxygenInfo
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- DE1592530C3 DE1592530C3 DE1967T0034837 DET0034837A DE1592530C3 DE 1592530 C3 DE1592530 C3 DE 1592530C3 DE 1967T0034837 DE1967T0034837 DE 1967T0034837 DE T0034837 A DET0034837 A DE T0034837A DE 1592530 C3 DE1592530 C3 DE 1592530C3
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzen von Titantetrachlorid mit Sauerstoff. Um die bei der Umsetzung entstehenden Wärmeverluste auszugleichen, wird häufig durch Verbrennen von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff zusätzlich Wärme zugeführt. Hierbei werden entweder Titante-The invention relates to a method and a device for producing finely divided titanium dioxide by reacting titanium tetrachloride with oxygen. To the resulting from the implementation Compensating for heat losses is often done by burning carbon monoxide with oxygen in addition Heat supplied. Either titanium
JO trachlorid, Sauerstoff und Kohlenmonoxid in konzentrischen Rohren einer Kammer zugeführt, in der gleichzeitig sowohl das Kohlenmonoxid als auch das Titantetrachlord mit dem Sauerstoff umgesetzt werden. Oder das Kohlenmonoxid wird mit Sauerstoff in einer Vorbrennkammer umgesetzt, wobei das entstehende Gasgemisch möglichst hoch erhitzt wird, und anschließend wird dieses heiße Gasgemisch in einer zweiten Kammer mit dem Titantetrachlorid und gegebenenfalls zusätzlichem Sauerstoff in Berührung gebracht.JO trachloride, oxygen and carbon monoxide in concentric Pipes fed to a chamber in which both the carbon monoxide and the Titanium tetrachloride can be reacted with the oxygen. Or the carbon monoxide becomes in one with oxygen Pre-combustion chamber implemented, the resulting gas mixture being heated as high as possible, and then this hot gas mixture is in a second chamber with the titanium tetrachloride and optionally brought into contact with additional oxygen.
Es sind zahlreiche Vorschläge bekannt, die Gase aus einer relativ kleinen Brenneranordnung in eine weite Kammer ausströmen zu lassen und die Umsetzung in dieser Kammer vorzunehmen. Um ein Titandioxid mit gleichmäßigem feinem Korn zu erhalten, müssen dabei die einzelnen Gase schnell miteinander vermischt und in einer kleinen Zone ohne Bildung größerer Gasrückströmungen vollständig umgesetzt werden. Andererseits darf die Umsetzung nicht unmittelbar an den Rohrmündungen oder in der Nähe der Kammerwand stattfinden, weil dann Titandioxidablagerungen gebildet werden, die die Strömungsverhältnisse in der Reaktionszone nachteilig verändern. Deshalb dürfen die einzelnen Gasströme nicht zu dick sein und keine zu hohe Geschwindigkeit aufweisen. Das hat zur Folge, daß in der ZeiteinheitThere are numerous proposals known, the gases from a relatively small burner assembly in a wide Let the chamber flow out and carry out the reaction in this chamber. To use a titanium dioxide To obtain a uniform fine grain, the individual gases must be quickly mixed with one another and in in a small zone without the formation of larger gas backflows. on the other hand the implementation must not take place directly at the pipe mouths or in the vicinity of the chamber wall, because then titanium dioxide deposits are formed which adversely affect the flow conditions in the reaction zone change. Therefore, the individual gas streams must not be too thick and not too high a speed exhibit. This has the consequence that in the unit of time
Γ)1> nur wenig Titantetrachlorid durchgesetzt werden kann. Außerdem entstehen leicht Störungen im Strömungsverhalten an der Übergangsstelle zwischen der engen Brenneranordnung und der weiten Kammer, so daß die gebildeten Produkte uneinheitlich sind. Γ) 1 > only a small amount of titanium tetrachloride can be enforced. In addition, disturbances in the flow behavior easily arise at the transition point between the narrow burner arrangement and the wide chamber, so that the products formed are inconsistent.
bü Um unter gleichmäßigeren Reaktionsbedingungen einen größeren Durchsatz zu erzielen, hat man Titantetrachlorid, Sauerstoff und Kohlenmonoxid aus einer größeren Anzahl von Rohren geführt, die über einen größeren Querschnittsbereich in eine Reaktions- bü In order to achieve a greater throughput under more uniform reaction conditions, titanium tetrachloride, oxygen and carbon monoxide have been led out of a large number of tubes which, over a larger cross-sectional area, are fed into a reaction chamber.
hr> kammer einmünden (deutsche Auslegeschrift 10 36 221). Hierbei wird das Titantetrachlorid innerhalb der bei der Kohlenmonoxidverbrennung gebildeten Hilfsflamme umgesetzt. An den Austrittsöffnungen der Rohre hr> chamber flow into (German interpretative document 10 36 221). The titanium tetrachloride is converted within the auxiliary flame formed during the combustion of carbon monoxide. At the outlet openings of the pipes
herrschen hohe Temperaturen; die Titandioxidbildung setzt daher in ihrer unmittelbaren Nähe ein, und es bilden sich Ansätze, die die Austrittsöffnungen schnell zusetzen. Außerdem sind die Rphrmündungen den heißen Reaktionsgasen ausgesetzt, was zu ihrer j schnellen Zerstörung führen kann.there are high temperatures; the formation of titanium dioxide therefore begins in their immediate vicinity, and approaches are formed which quickly clog the outlet openings. In addition, the Rphrmündungen are exposed to the hot reaction gases, which can lead to their rapid destruction j.
Es ist zwar bekannt, eine vorzeitige Umsetzung dadurch zu vermeiden, daß Titantetrachlorid und Sauerstoff durch eine Zwischenschicht aus Kohlenmonoxid oder aus einem inerten Hilfsgas getrennt ι ο eingeleitet werden. Bei dem einen Verfahren werden dabei sämtliche Gase in laminaren Strömen in die Kammer eingeleitet (niederländische Patentanmeldung 65 09 025). Die Geschwindigkeiten der einzelnen Gasströme müssen sehr genau aufeinander abgestimmt sein, ι "> und es entsteht eine sehr lange Umsetzungszone, in der die entstandenen Titandioxidteilchen verschiedene und im allgemeinen zu hohe Verweilzeiten haben, so daß das Produkt ungleichmäßig und zu grob wird. Bei dem anderen Verfahren wird mindestens einem der Gasströ- 2u me ein Drall erteilt (schweizerische Patentschrift 2 76 037). Hierbei wird zwar die Reaktionsverzögerung wieder aufgehoben, doch treten wieder dadurch, daß das gesamte Kohlenmonoxid gleichzeitig mit dem Titantetrachlorid umgesetzt wird, in der Nähe der Austrittsöff- nung des Brenners hohe Temperaturen auf, so daß der durch die Zwischenschicht angestrebte Schutz der Austrittsöffnungen nicht sehr wirksam ist, wenn nicht sehr viel Inertgas verwendet wird, was andererseits zu einer Verdünnung der Reaktionsabgase führt, wodurch -5< > ihre erneute Verwendung für die Titantetrachloridherstellung erschwert wird. Hinzu kommt noch, daß bei Anwesenheit einer Inertgaszwischenschicht die 'Zündung der Gase wegen der relativ niedrigen Temperatur des Sauerstoffes nicht immer an derselben Stelle erfolgt, -55 was ebenfalls zu einer verminderten Qualität des Titandioxids führt. Although it is known, to avoid a premature reaction in that titanium tetrachloride and oxygen through an intermediate layer of carbon monoxide or of an inert auxiliary gas are introduced separately ι ο. In one process, all gases are introduced into the chamber in laminar flows (Dutch patent application 65 09 025). The speeds of the individual gas streams have to be very precisely coordinated, ι "> and there is a very long implementation zone in which the titanium dioxide particles resulting different and generally too high residence have, so that the product becomes uneven and rough. The other In the process, at least one of the gas flows is given a twist (Swiss patent specification 2 76 037). In this case, the reaction delay is canceled again, but the fact that all the carbon monoxide is reacted simultaneously with the titanium tetrachloride occurs again in the vicinity of the outlet openings. tion of the burner to high temperatures, so that the protection of the outlet openings sought by the intermediate layer is not very effective if not a great deal of inert gas is used, which on the other hand leads to a dilution of the reaction gases, which means that they can be reused for the production of titanium tetrachloride In addition, there is the fact that in the presence of an intermediate layer of inert gas, the ignition of the gases does not always take place at the same point because of the relatively low temperature of the oxygen, which also leads to a reduced quality of the titanium dioxide.
Wird das gesamte Kohlenmonoxid mit Sauerstoff in einer Vorbrennkammer umgesetzt (britische Patentschriften 10 10 061 und 10 47 713, niederländische Patentanmeldung 2 98 872), so treten in der Vorbrenn- kanuner sehr hohe Temperaturen bis zu über 20000C auf, so daß diese aus besonderen feuerfesten Spezial- materialien angefertigt sein muß. Das Titantetrachlorid wird in einer langen Reaktionszone umgesetzt, und das gebildete Titandioxid ist ungleichmäßig. When all the carbon monoxide with oxygen in a precombustion chamber reacted (British patent specifications 10 10 061 and 10 47 713, Dutch patent application 2 98 872), so as that occur in the Vorbrenn- kanuner very high temperatures of up to more than 2000 0 C, it from special refractory special materials must be made. The titanium tetrachloride is reacted in a long reaction zone and the titanium dioxide formed is non-uniform.
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Titandioxid durch Umsetzen von Titantetrachlorid mit Sauerstoff in einer Reaktionskammer, wobei durch Verbrennen von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff Wärme zugeführt wird und gegebenenfalls inertes Gas anwesend ist, derart, daß Kohlenmonoxid mit dem gesamten für die Umsetzung benötigten Sauerstoff in eine gasdurchlässige keramische Platte eingeführt und in dieser Platte und/oder unmittelbar hinter dieser Platte verbrannt wird, wobei ein heißes sauerstoffhaltiges Gasgemisch entsteht, das sich prak tisch laminar und mit geringer Geschwindigkeit fortbewegt, und wobei in dieses Gasgemisch Titantetrachloriddampf eingeblasen wird. Das Verfahren ist bo dadurch gekennzeichnet, daß man den Titantetrachlo riddampf in Richtung der Fortbewegung des heißen sauerstoffhaltigen Gasgemisches in Form von einem oder mehreren mit einem Drall versehenen Strahlen einbläst und diese Strahlen mit einem weiteren Strahl w von weiterem Kohlenmonoxid und gegebenenfalls einem Inertgas mantelförmig umgibt. The application relates to a process for the preparation of finely divided titanium dioxide by reacting titanium tetrachloride with oxygen in a reaction chamber, wherein heat is supplied by burning of carbon monoxide with oxygen and optionally inert gas is present such that carbon monoxide required with the whole of the reaction of oxygen in a gas-permeable ceramic plate is introduced and burned in this plate and / or immediately behind this plate, a hot oxygen-containing gas mixture is formed, which is practically laminar and moves at low speed , and titanium tetrachloride vapor is blown into this gas mixture. The method is characterized in that the titanium tetrachloride vapor is blown in in the direction of the movement of the hot oxygen-containing gas mixture in the form of one or more jets provided with a swirl and these jets are enveloped in a further jet w of further carbon monoxide and optionally an inert gas.
Dabei leitet das weitere Kohlenmonoxid beim Mischen mit dem heißen sauerstoffhaltigen Gasgemisch die Umsetzung des Titantetrachlorids mit Sauerstoff ein.The additional carbon monoxide, when mixed with the hot oxygen-containing gas mixture, initiates the conversion of the titanium tetrachloride with oxygen.
Als gasdurchlässige Platte kann eine Lochplatte verwendet werden, die zahlreiche Löcher aufweist, in denen der erstgenannte Teil des Kohlenmonoxids verbrannt wird. Hierbei wird zunächst in der Lochplatte ein heißes sauerstoffhaltiges Gasgemisch gebildet, das in vielen praktisch laminaren Einzelstrahlen mit geringer Geschwindigkeit die Lochplatte verläßt. Bereits einige Millimeter hinter der Lochplatte schließen sich die Einzelstrahlen zu einem einzigen homogenen Gasstrom zusammen, in dem nur eine geringe oder gar keine Turbulenz herrscht. Anstatt der Lochplatte kann aber auch eine keramische Fritte verwendet werden. Hierbei wird der erstgenannte Teil des Kohlenmonoxids im wesentlichen unmittelbar hinter der Fritte verbrannt, wobei ebenfalls ein homogener Gasstrom entsteht.As a gas-permeable plate, a perforated plate can be used which has numerous holes in which the former part of the carbon monoxide is burned. This is done first in the perforated plate a hot oxygen-containing gas mixture is formed, which in many practically laminar individual jets with leaves the perforated plate at low speed. Close a few millimeters behind the perforated plate the individual jets combine to form a single homogeneous gas flow in which only a small or there is no turbulence at all. Instead of the perforated plate, however, a ceramic frit can also be used will. Here, the first-mentioned part of the carbon monoxide is essentially immediately behind the frit is burned, which also creates a homogeneous gas flow.
In den Gasstrom wird das Titantetrachlorid mit einem Drall eingeblasen. Das sauerstoffhaltige Gasgemisch weist eine Temperatur von über etwa 1000° C auf. Der jeden Titantetrachloridstrahl umgebende kohlenmonoxidhaltige Mantelstrahl tritt mit dem heißen sauerstoffhaltigen Gasgemisch in Reaktion und bildet einen räumlich festliegenden Flammenring, der einige Millimeter von der Einmündungsstelle des Titantetrachlorids entfernt beginnt. Durch den Flammenring wird die Umsetzung des Titantetrachlorids mit dem Sauerstoff stets an derselben Stelle eingeleitet. Durch diesen Umstand und durch die gleichmäßigen Bedingungen im sauerstoffhaltigen Gasgemisch verläuft die Umsetzung sehr gleichmäßig, und es wird ein gutes Produkt erhalten.The titanium tetrachloride is blown into the gas stream with a swirl. The oxygen-containing gas mixture has a temperature of over about 1000 ° C. Of the each jet of carbon monoxide surrounding each jet of titanium tetrachloride joins the hot oxygen-containing jet Gas mixture reacts and forms a spatially fixed ring of flame, which is a few millimeters from the point where the titanium tetrachloride joins away begins. The flame ring causes the titanium tetrachloride to react with the oxygen always initiated at the same point. Due to this fact and the uniform conditions in the Oxygen-containing gas mixture, the reaction proceeds very evenly, and it becomes a good product obtain.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit, Brenner mit einem beliebig großen Querschnitt zu* verwenden, wobei überall optimale Reaktionsbedingungen herrschen. Es ist ferner möglich, in der Zeiteinheit große Titantetrachloridmengen durchzusetzen. Es entstehen praktisch keine Titandioxidansätze an der gasdurchlässigen Platte und an den Rohrmündungen. Infolge der weitgehend laminaren Strömungsverhältnisse in der Umgebung jedes Titantetrachloridstrahles treten keine störende Rückströmungen auf. Infolge seines Dralls wird jeder Titantetrachloridstrahl schnell mit dem sauerstoffhaltigen Gas vermischt und in einer kurzen Zone umgesetzt, so daß sich nur geringe und weitgehend gleiche Verweilzeiten für die gebildeten Titandioxidteilchen ergeben und deshalb das gebildete Produkt feinkörnig und sehr gleichmäßig ist.One advantage of the method according to the invention is the possibility of using any burner to use a large cross-section *, with optimal reaction conditions prevailing everywhere. It is further possible to enforce large amounts of titanium tetrachloride in the unit of time. There are practically none Titanium dioxide deposits on the gas-permeable plate and on the pipe mouths. As a result of largely Laminar flow conditions in the vicinity of every jet of titanium tetrachloride do not occur Back currents on. As a result of its swirl, each jet of titanium tetrachloride quickly blends with the oxygen-containing one Gas mixed and implemented in a short zone, so that only slight and largely the same Residence times for the titanium dioxide particles formed result in and therefore the product formed fine-grained and is very even.
Dadurch, daß nur ein Teil des insgesamt benötigten Kohlenmonoxids innerhalb oder unmittelbar hinter der gasdurchlässigen Platte verbrannt wird, werden hier nur mäßig hohe Temperaturen erreicht; es ist deshalb möglich, beliebige keramische Materialien für die Platte zu verwenden; außerdem ist infolge des geringen Kohlenmonoxidgehaltes die Gefahr einer Rückzündung durch die Einströmöffnungen ausgeschaltet. Es hat sich vom Materialstandpunkt als vorteilhaft erwiesen, in die gasdurchlässige Platte nur so viel Kohlenmonoxid einzuführen, daß durch seine Verbrennung die Temperatur in der Platte zwischen 1000 und 1700° C beträgt. Der hierzu durch die Platte zu schickende Kohlenmonoxidanteil hängt vori der Größe des Brenners, von der Menge des umzusetzenden Titantetrachlorids und von der Art und Menge sonst durchgesetzter Inertgase ab und kann durch Versuche leicht ermittelt werden. .Müssen beispielsweise neben 100 Volumenteilen Sauer-Because only part of the total carbon monoxide required is within or immediately behind the gas-permeable plate is burned, only moderately high temperatures are reached here; it is therefore possible to use any ceramic material for the plate; moreover is due to the small Carbon monoxide content eliminates the risk of flashback through the inlet openings. It has From a material point of view, it has been shown to be advantageous, only so much carbon monoxide into the gas-permeable plate to introduce that the temperature in the plate is between 1000 and 1700 ° C due to its combustion. The proportion of carbon monoxide to be sent through the plate for this purpose depends on the size of the burner The amount of titanium tetrachloride to be converted and the type and amount of inert gases otherwise passed through and can easily be determined by experiment. . If, for example, 100 parts by volume of sour
stoff insgesamt 40 Volumenteile Kohlenmonoxid umgesetzt werden, so können bei normaler Belastung der Reaktionskammer 20 Volumenteile Kohlenmonoxid durch die gasdurchlässige Platteund 20 Volumenteile in den Mantelstrahlen zugegeben werden. Bei hoher r, Belastung der Reaktionskammer können beispielsweise 30 Volumenteile Kohlenmonoxid durch die Platte und 10 Volumenteile in den' Mantelstrahlen zugeführt werden.If a total of 40 parts by volume of carbon monoxide are converted, 20 parts by volume of carbon monoxide can be added through the gas-permeable plate and 20 parts by volume in the jacket jets under normal load of the reaction chamber. At high r, load the reaction chamber, for example, 30 parts by volume of carbon monoxide may be supplied through the plate and 10 parts by volume in the 'coat rays.
Kohlenmonoxid und Sauerstoff werden vorteilhafterweise miteinander vermischt, bevor sie in die gasdurchlässige Platte eingeführt werden, doch ist es bei Anwendung einer Lochplatte auch möglich, beide Gase getrennt zuzuführen. Werden beide Gase vorher vermischt, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Löcher in der Lochplatte diffusorartig zu erweitern. Eine sprungartige Erweiterung der Löcher ist zwar strömungstechnisch nicht so günstig, ist aber ebenfalls möglich. Infolge des geringen Querschnittes der Löcher unmittelbar oberhalb der Lochplatte bzw. durch die Querschnittsminderung in der Fritte wird ein Zurückschlagen der Flammen vermieden. Bei Verwendung von Diffusoren wird durch die kontinuierliche Erweiterung des Lochquerschnittes die Geschwindigkeit der Gasstrahlen vermindert, so daß diese beim Austritt aus der Lochplatte weitgehend laminar sind. Außerdem wird dann kein Gas aus der Reaktionszone durch Injektorwirkung in die Lochfnündungen hineingesogen.Carbon monoxide and oxygen are advantageously mixed together before they enter the gas-permeable Plate are introduced, but when using a perforated plate it is also possible to use both gases to be fed separately. If the two gases are mixed beforehand, it has proven advantageous to use the Expand holes in the perforated plate like a diffuser. A sudden expansion of the holes is true Not so favorable in terms of flow, but it is also possible. As a result of the small cross-section of the holes Recoil occurs immediately above the perforated plate or as a result of the reduction in cross section in the frit the flames avoided. When using diffusers, the continuous expansion of the hole cross-section reduces the speed of the gas jets, so that they exit from the Perforated plate are largely laminar. In addition, no gas is then released from the reaction zone as a result of the injector effect sucked into the holes.
In die gasdurchlässige Platte kann außer Kohlenmonoxid und Sauerstoff zur weiteren Erniedrigung der Temperatur in der Platte ein Inertgas zugegeben werden, beispielsweise Stickstoff, Chlor oder von Titandioxid befreites Reaktionsabgas. So kann mindestens ein Teil des Sauerstoffes durch Luft ersetzt sein.In addition to carbon monoxide and oxygen, the gas-permeable plate can be used to further reduce the Temperature in the plate an inert gas can be added, for example nitrogen, chlorine or from Titanium dioxide-freed reaction exhaust gas. At least some of the oxygen can be replaced by air.
Die Eigenschaften, insbesondere die Korngröße, des gebildeten Titandioxids können durch die Menge des in jedem Mantelstrahl zugeführten Gases beeinflußt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dem Kohlenmonoxid ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, Chlor, oder von Titandioxid befreites und gekühltes Reaktionsabgas zuzumischen. Die Inertgasmenge kann bis etwa 100 Volumenprozent des in den Mantelstrahl zugeführten Kohlenmonoxids betragen. Dabei wird das erhaltene Titandioxid desto feinteiliger, je mehr Inertgas zugegeben wird. Auch durch die Geschwindigkeit jedes Mantelstrahles kann die Korngröße variiert werden.The properties, in particular the grain size, of the titanium dioxide formed can be determined by the amount of in each jacket jet supplied gas can be influenced. It is particularly advantageous to the Carbon monoxide an inert gas, for example nitrogen, chlorine, or freed from titanium dioxide and cooled Mix in reaction exhaust gas. The amount of inert gas can be up to about 100 percent by volume of that in the jacket jet added carbon monoxide. The resulting titanium dioxide becomes more finely divided, the more Inert gas is added. The grain size can also be varied by the speed of each jacket jet will.
Jedem Titantetrachloridstrahl kann dadurch der erforderliche Drall erteilt werden, daß das Titantetrachlorid am oberen Ende jedes Zuführungsrohres tangential eingeführt wird.Each jet of titanium tetrachloride can be given the required twist by the fact that the titanium tetrachloride is introduced tangentially at the top of each feed pipe.
Die Wand der Reaktionskammer kann durch ein tangential eingeleitetes kaltes Gas gespült und damit von Titandioxidansätzen freigehalten werden. Dieses Verfahren ist in der DErAS 12 76 610 näher beschrieben worden.The wall of the reaction chamber can be flushed by a tangentially introduced cold gas and thus be kept free of titanium dioxide deposits. This method is described in more detail in DErAS 12 76 610 been.
Das Titantetrachlorid wird in Dampfform zugeleitet. Eine gewisse Vorerhitzung des Titantetrachlorids über seinen Siedepunkt hinaus ist möglich. Zur Verbesserung der Eigenschaften des gebildeten Titandioxids können f>o dem Titantetrachlorid in an sich bekannter Weise geringe Mengen weiterer Stoffe, beispielsweise Aluminiumchlorid, Siliciumtetrachlorid, Zirkoniumtetrachlorid, Wasserdampf zugesetzt werden. Auch die übrigen Gase können vorerhitzt werden; so ist es unter f>5 Umständen besonders vorteilhaft, den Sauerstoff vorzuerhitzen und damit Kohlenmonoxid einzusparen.The titanium tetrachloride is supplied in vapor form. Some preheating of the titanium tetrachloride over beyond its boiling point is possible. To improve the properties of the titanium dioxide formed, f> o the titanium tetrachloride in a known manner small amounts of other substances, for example aluminum chloride, Silicon tetrachloride, zirconium tetrachloride, water vapor can be added. The rest of them too Gases can be preheated; so it is under f> 5 Particularly advantageous in certain circumstances to preheat the oxygen and thus save carbon monoxide.
Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einer senkrecht angeordneten Reaktionskammer mit durch deren Deckel geführten getrennten Zuleitungen für Titantetrachlorid und Sauerstoff, wobei als Zuleitung für den Sauerstoff eine gasdurchlässige keramische Platte vorgesehen ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Zuleitung für das Titantetrachlorid eine oder mehrere axial gerichtete Zuführungen vorgesehen sind, die die gasdurchlässige Platte durchstoßen und etwas unterhalb von ihr enden, wobei jede Zuführung aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren besteht, an der Eintrittsöffnung des inneren Rohres eine oder mehrere tangentiale Zuführungen angeordnet sind und außerdem dieses innere Rohr an seiner Austrittsöffnung erweitert ist. Ferner sind für die gasdurchlässige Platte und die Rohre getrennte Zuleitungen vorgesehen. Die gasdurchlässige Platte kann eine mit zahlreichen axial gerichteten Löchern versehene Lochplatte oder eine Fritte sein.A device suitable for carrying out the method according to the invention consists of a vertically arranged reaction chamber with separate feed lines for titanium tetrachloride and oxygen passed through its cover, a gas-permeable ceramic plate being provided as the feed line for the oxygen. This device is characterized in that one or more axially directed feed lines are provided as feed line for the titanium tetrachloride which pierce the gas-permeable plate and end slightly below it, each feed consisting of two concentrically arranged tubes at the inlet opening of the inner tube one or more tangential feeds are arranged and, moreover, this inner tube is widened at its outlet opening. Furthermore, separate feed lines are provided for the gas-permeable plate and the tubes. The gas-permeable plate can be a perforated plate provided with numerous axially directed holes or a frit.
In den F i g. 1 und 2 wird beispielsweise eine Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt F i g. 2 ist ein Schnitt durch Fig. 1 in Richtung A-B. Die Vorrichtung besteht aus einer senkrecht angeordneten zylindrischen Reaktionskammer 1, die oben durch eine keramische ( Lochplatte 2 abgeschlossen ist/Oberhalb der Lochplatte 2 befinden sich vier Platten 3, 4, 5 und 6, wobei die unterste Platte 3 unmittelbar auf der Lochplatte 2 liegt. Zwischen den vier Platten 3 bis 6 befinden sich drei Zwischenräume 7,8,9. In der Lochplatte 2 befinden sich zahlreiche Löcher 10, die durch kleine Bohrungen 11 in der Platte 3 mit dem untersten Zwischenraum 7 in Verbindung stehen. Mehrere Zuführungen 12 durchstoßen die Platten 3,4 und 5. Die Mündungen der Löcher 10 und Zuführungen 12 nehmen zwar einen großen Teil der Qüerschnittsfläche der Reaktionskammer ein, lassen aber eine schmale Zone in der Nähe der Kammerwand frei.In the F i g. 1 and 2, for example, an embodiment of the device is shown in FIG. 2 is a section through FIG. 1 in the direction AB. The device consists of a vertically arranged cylindrical reaction chamber 1, which is closed at the top by a ceramic (perforated plate 2 / above the perforated plate 2 there are four plates 3, 4, 5 and 6, the lowest plate 3 lying directly on the perforated plate 2). between the four plates 3 to 6 has three spaces 7,8,9. There are numerous holes 10 are provided through small holes 11 in the plate 3 with the lowermost gap 7 in conjunction in the perforated plate 2. Several leads 12 penetrate the Plates 3, 4 and 5. The mouths of the holes 10 and inlets 12 take up a large part of the cross-sectional area of the reaction chamber, but leave a narrow zone free in the vicinity of the chamber wall .
In Fig.3 wird ein Ausschnitt aus Fig. 1 mit einer einzelnen Zuführung 12 und einem Loch 10 mit der zugehörigen Bohrung 11 gezeigt. Während die Bohrung 11 zylindrisch ist, ist das Loch 10 konisch geformt Die Zuführung 12 besteht aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren 13 und 14, die an ihrem oberen Ende ohne Zwischenraum miteinander verbunden sind und beide etwas unterhalb der Lochplatte 2 in die ( Reaktionskammer 1 einmünden. Zwischen beiden Rohren wird ein Ringkanal 15 gebildet, der durch mehrere öffnungen 16 mit dem Zwischenraum 8 in Verbindung steht. Das innere Rohr 13 ragt oben über das Rohr 14 hinaus in ein Gehäuse 17, welches durch eine tangentiale öffnung 18 mit dem Zwischenraum 9 in Verbindung steht. Zwischen der oberen Kante 19 des Rohres 13 und der Deckplatte 20 des Gehäuses 17 wird ein Ringspalt 21 gebildet. Im unteren Teil besitzt das Rohr 13 eine Verengung 22, und unterhalb dieser Verengung ist der innere Querschnitt des Rohres 13 trompetenartig erweitert. Eine entsprechende Erweiterung weist Rohr 14 auf. Gegebenenfalls sind zur Zentrierung im Ringkanal 15 einige Distanzstücke 23 angeordnet.FIG. 3 shows a detail from FIG. 1 with a single feed line 12 and a hole 10 with the associated bore 11. While the bore is cylindrical 11, the hole 10 is conically shaped, the supply 12 consists of two concentric nested tubes 13 and 14 which are connected together at their upper end with no space therebetween and both open out slightly below the perforated plate 2 in the (reaction chamber 1 . between the two tubes, an annular channel 15 is formed which communicates through a plurality of openings 16 with the space 8 in conjunction. the inner tube 13 projects above through the pipe 14 out into a housing 17, which by a tangential opening 18 with the gap 9 in An annular gap 21 is formed between the upper edge 19 of the pipe 13 and the cover plate 20 of the housing 17. In the lower part, the pipe 13 has a constriction 22, and below this constriction the inner cross section of the pipe 13 is widened like a trumpet A corresponding extension has a tube 14. If necessary , some spacers 23 are arranged in the annular channel 15 for centering et.
Durch eine Zuleitung 24 wird ein kohlenmonoxidsauerstoff-haltiges Gasgemisch in den Zwischenraum 7 eingeleitet, welches von da durch die Bohrungen 11 in die Löcher 10 gelangt. Dort findet die Verbrennung des Kohlenmonoxids statt. Das heiße sauerstoffhaltige Gas strömt dann in die Reaktionskammer 1. A gas mixture containing carbon monoxide and oxygen is introduced into the intermediate space 7 through a feed line 24, and from there passes through the bores 11 into the holes 10. This is where the carbon monoxide is burned. The hot oxygen-containing gas then flows into the reaction chamber 1.
In den Zwischenraum 8 wird durch eine Zuleitung 25 Kohlenmonoxid, dem gegebenenfalls ein Inertgas Carbon monoxide, optionally an inert gas, is fed into the space 8 through a feed line 25
beigemischt ist, eingeführt und gelangt von da aus durch die öffnungen 16 zuerst in den Ringkanal 15 und dann in die Reaktionskammer 1. Durch, eine Zuleitung 26 wird Titantetrachloriddampf in den Zwischenraum 9 eingeleitet und strömt durch die tangential öffnung 18 in das Gehäuse 17, wobei es einen Drall erhält. Danach wird der Titantetrachloridstrom durch den Ringspalt 21 gedrosselt, wobei die Strömung homogenisiert wird, und gelangt dann in das Rohr 13 und von da in die Reaktionskammer 1.is admixed, introduced and from there passes through the openings 16 first into the annular channel 15 and then into the reaction chamber 1. Titanium tetrachloride vapor is introduced into the space 9 through a feed line 26 and flows through the tangential opening 18 into the housing 17, whereby it receives a twist. After that, will the titanium tetrachloride flow is throttled through the annular gap 21, the flow being homogenized, and then passes into the tube 13 and from there into the reaction chamber 1.
Die Querschnittserweiterung an der Austrittsöffnung des Rohres 13 bewirkt ein festes Anliegen der Titantetrachloridströmung an der Rohrwand, so daß hier Titandioxidansätze mit Sicherheit vermieden werden. Das bei der Umsetzung in der Reaktionskammer entstandene titandioxidhaltige Gasgemisch wird nach unten abgezogen. Zur Freihaltung der Reaktionskammerwand von Ansätzen wird durch mehrere tangentiale Rohre 27 ein kaltes Gas eingeblasen.The cross-sectional enlargement at the outlet opening of the tube 13 causes a firm fit of the Titanium tetrachloride flow on the pipe wall, so that titanium dioxide deposits are definitely avoided here will. The gas mixture containing titanium dioxide formed during the reaction in the reaction chamber becomes pulled down. To keep the reaction chamber wall free from approaches, several tangential pipes 27 blown a cold gas.
Die Wandungen der Löcher 10 sollen im allgemeinen nicht mehr als etwa 20° gegen die Lochachse geneigt sein.The walls of the holes 10 should generally not be inclined by more than about 20 ° relative to the axis of the hole be.
Die Löcher 10 können auch zylindrisch geformt sein. Dann soll ihre Länge mindestens das dreifache, vorzugsweise mindestens das fünffache ihres Durchmessers betragen, wobei dieser wesentlich größer sein muß als der Durchmesser der Bohrungen 11.The holes 10 can also have a cylindrical shape. Then their length should be at least three times, preferably at least five times their diameter, these being significantly larger must than the diameter of the holes 11.
Die Bohrungen 11 müssen so klein sein, daß eine gute Gasverteilung auf alle Löcher 10 gewährleistet ist und keine Rückzündungen auftreten können. Sie sollen im allgemeinen keinen größeren Durchmesser als 2 mm haben.The holes 11 must be so small that a good one Gas distribution to all holes 10 is guaranteed and no re-ignition can occur. You should im generally do not have a diameter greater than 2 mm.
Die Verengung 22 im Rohr 13 kann fehlen, doch soll der innere Durchmesser des inneren Rohres 13 an seiner Austrittsöffnung stets erweitert sein; er soll dort mindestens das l,2fache des Durchmessers an der engsten Stelle des Rohres 13 betragen.The constriction 22 in the tube 13 can be absent, but the inner diameter of the inner tube 13 should be at its The outlet opening must always be widened; it should be at least 1.2 times the diameter of the the narrowest point of the pipe 13.
Die Zuführungen 12 sollen maximal um den halben Betrag des Innendurchmessers von Rohr 13 aus der Lochplatte 2 herausragen. Rohr 13 und Rohr 14 können in gleicher Höhe in die Reaktionskammer 1 austreten. Es kann aber auch das eine Rohr über das andere Rohr hinausreichen.The feeds 12 should be at most half the amount of the inner diameter of the pipe 13 from the Perforated plate 2 protrude. Tube 13 and tube 14 can exit into reaction chamber 1 at the same height. However, one pipe can also extend beyond the other pipe.
Es wurde eine Vorrichtung gemäß den F i g. 1 bis 3 verwendet. Auf eine Reaktionskammer 1 mit einem inneren Durchmesser von 120 mm war eine Brenneranordnung aufgesetzt, deren Zwischenräume 7, 8 und 9 innere Durchmesser von 100 mm aufwiesen. Die Lochplatte 2 war 50 mm dick und bestand aus feuerfestem Stampfzement. Darüber befand sich eine 10 mm dicke Eisenplatte 3. In der Brenneranordnung befand sich zentral eine Zuführung 12, deren Austrittsöffnung des Brenners 5 mm aus der Lochplatte 2 in die Reaktionskammer 1 hineinragte und die in Höhe der Platten 2 und 3 von 24 öffnungen 10,11 umgeben war, wobei diese öffnungen in zwei konzentrischen Kreisen zu je 12 Stück mit Kreisdurchmessern von 40 und 80 mm angeordnet waren. Die Bohrungen 11 hatten Durchmesser von 1,5 mm, die Löcher 10 waren konisch geformt und besaßen oben einen Durchmesser von 3 mm und unten einen Durchmesser von 12 mm.A device according to FIGS. 1 to 3 used. On a reaction chamber 1 with a internal diameter of 120 mm was a burner assembly placed, the spaces 7, 8 and 9 of which had internal diameters of 100 mm. the Perforated plate 2 was 50 mm thick and consisted of fireproof rammed cement. There was a 10 mm thick iron plate 3. Centrally located in the burner arrangement was a feed 12, whose outlet opening of the burner 5 mm from the perforated plate 2 into the Reaction chamber 1 protruded into it and was surrounded by 24 openings 10, 11 at the level of plates 2 and 3, these openings in two concentric circles of 12 pieces each with circle diameters of 40 and 80 mm were arranged. The bores 11 had a diameter of 1.5 mm, the holes 10 were conical in shape and had a diameter of 3 mm at the top and a diameter of 12 mm at the bottom.
ίο Das 180 mm lange innere Rohr 13 der Zuführung 12 hatte in seinem zylindrischen Teil eine Wandstärke von 2 mm und einen inneren Durchmesser von 18 mm, der durch die Einschnürung 22 25 mm oberhalb der Austrittsöffnung des Brenners bis auf 10 mm verengt wurde. Unterhalb der Einschürung erweiterte sich der Rohrinnenraum bis zur Austrittsöffnung des Brenners derart, daß die Begrenzungsfläche im Längsschnitt einen Kreisbogen mit einem Radius von 20 mm bildete, und besaß an der Austrittsöffnung des Brenners einen Durchmesser von 30 mm. Das Gehäuse 17 hatte einen inneren Durchmesser von 71mm und besaß eine tangentiale öffnung 18 mit einem Querschnitt von 80 mm2 und einen 5 mm breiten Ringspalt 21. Die Rohre 13 und 14 bildeten einen 2 mm weiten Ringkanal 15, der durch 12 öffnungen 16 mit je 5 mm Durchmesser mit dem Zwischenraum 8 in Verbindung stand.ίο The 180 mm long inner tube 13 of the feed 12 had a wall thickness of 2 mm and an inner diameter of 18 mm in its cylindrical part, which was narrowed by the constriction 22 25 mm above the outlet opening of the burner to 10 mm. Below the constriction, the inside of the tube expanded to the outlet opening of the burner in such a way that the boundary surface in the longitudinal section formed an arc with a radius of 20 mm, and had a diameter of 30 mm at the outlet opening of the burner. The housing 17 had an inner diameter of 71 mm and had a tangential opening 18 with a cross section of 80 mm 2 and a 5 mm wide annular gap 21 5 mm in diameter with the gap 8 was in connection.
Durch die Zuleitung 24 wurden 8 Nm3/h eines Gemisches eingeleitet, das aus 3 Volumenteilen Sauerstoff von 2500C und 1 Volumenteil Kohlenmonoxid von 500C gebildet worden war, und in den Löchern 8 Nm 3 / h of a mixture which had been formed from 3 parts by volume of oxygen at 250 ° C. and 1 part by volume of carbon monoxide at 50 ° C. were introduced through the feed line 24, and into the holes
10 verbrannt. Gleichzeitig wurden durch den Ringspalt 15 2 NmVh Kohlenmonoxid von 500C und durch Rohr 13 ein Gemisch von 25 kg/h Titantetrachlorid und 1,15 kg/h Aluminiumchlorid (entsprechend 4% Al2O3, berechnet auf das Pigment) mit einer Temperatur von 320° C in die Reaktionskammer eingeleitet und dort umgesetzt. Durch 4 tangentiale Rohre 27 wurden zur Freihaltung der Kammerwand insgesamt 20 Nm-Vh Luft von Raumtemperatur eingeleitet.10 burned. At the same time have been through the annular gap 15 2 NMVH carbon monoxide of 50 0 C and through tube 13, a mixture of 25 kg / h of titanium tetrachloride and 1.15 kg / h aluminum chloride (corresponding to 4% Al 2 O 3, calculated on the pigment) having a temperature of 320 ° C introduced into the reaction chamber and implemented there. A total of 20 Nm-Vh of room temperature air was introduced through 4 tangential pipes 27 to keep the chamber wall free.
Die Umsetzung verlief einwandfrei und war bereits in 250 mm Entfernung von der Lochplatte 2 beendet. Es wurde ein Rutilpigment sehr guter Qualität erhalten, das keine nachweisbaren Mengen Anatas enthielt (Nachweisgrenze für die röntgenographische BestimmungThe implementation went smoothly and was already completed at a distance of 250 mm from the perforated plate 2. It a rutile pigment of very good quality was obtained which did not contain any detectable amounts of anatase (detection limit for radiographic determination
0,3%). Die Kammerwand und die Lochplatte waren weitgehend frei von Titandioxidansätzen.0.3%). The chamber wall and the perforated plate were largely free of titanium dioxide deposits.
Der Spalt 21 konnte zur Regelung des Titantetrachloriddralls zwischen 5 und 10 mm variiert werden, und es konnten 25 bis 50 kg/h Titantetrachlorid durch die Zuführung 12 durchgesetzt werden. Es ist ohne weiteres möglich, in entsprechend größeren Vorrichtungen bei einer entsprechend größeren Anzahl von öffnungen 10,The gap 21 could be used to regulate the titanium tetrachloride twist be varied between 5 and 10 mm, and it could 25 to 50 kg / h of titanium tetrachloride through the Feed 12 are enforced. It is easily possible to use in correspondingly larger devices a correspondingly larger number of openings 10,
11 durch mehrere Zuführungen 12 größere Titantetrachloridmengen durchzusetzen.11 to enforce larger amounts of titanium tetrachloride through several feeds 12.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
809 540/3809 540/3
Claims (11)
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