DE2122974C3 - Reaktor vom Axial-Typ und Verfahren zur Herstellung von als Pigment geeignetem Titandioxid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Axial-Reaktor sowie ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligem, als Pigment geeignetem Titandioxid, welches in dem genannten Reaktor durchgeführt werden kann und bei welchem TiCU mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in der Gasphase umgesetzt wird.

Es ist bekannt, daß es sich bei einem Axial-Reaktor bzw. Reaktor vom Axial-Typ um einen im wesentlichen zylindrischen Reaktor handelt in welchem die Ströme der verschiedenen Reaktionsteilnehmer im Gleichstrom und im wesentlichen parallel zur Längsachse des Reaktors in eine Misch- und Reaktionszone eingeführt werden. Es ist auch bekannt daß es möglich ist fein zerteilte Metalloxide herzustellen, indem man Metallha-

Vi logenide in der Gasphase oxidiert Im allgemeinen muß die Reaktionstemperatur dabei über 900° C liegen. Es ist weiterhin bekannt Titandioxid mit Pigmentqualität herzustellen, indem man TiCl₄ mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas (gewöhnlich Luft) nach folgen der Gleichung

TiCU+O₂-TiO₂+2CI₂

umsetzt. Das bei dieser Umsetzung gewonnene Chlor kann dazu verwendet werden, ein titanhaltiges Aus gangsmaterial (z. B. Rutil-Erz) zu chlorieren.

Schließlich ist es auch bekannt daß TiCU und O₂ vor der Umsetzung auf ausreichende Temperaturen vorgeheizt werden müssen. Die zu diesem Zweck am häufigsten benutzten Methoden sind folgende: indirektes Aufheizen der Reaktionsteilnehmer auf etwa 800-1000° C in geeigneten Kammern, die mit inerten Materialien wie Kieselsäure, amorphem Kohlenstoff oder Graphit

ausgekleidet sind, bevor sie in den Reaktor eingeleitet werden; direktes Erhitzen in einer Hilfsflamme, die durch Verbrennen einer Mischung von Kohlenmonoxid (oder einem anderen Brennstoff) und Sauerstoff erzeugt wird.

Axial-Reaktoren zur Herstellung von Titandioxid mit Pigmentqualität sind seit langem bekannt Solche Reaktoren weisen gewöhnlich eine Reaktionskammer und eine größere Zahl von koaxialen, im allgemeinen zylindrischen, im Abstand voneinander angeordneten Röhren auf, die mehrere ringförmige koaxiale Durchgänge bilden, durch welche die verschiedenen gasförmigen Reaktionsteilnehmer in die Reaktionskammer eingeleitet werden. In neuerer Zeit ist beispielsweise ein Axil-Reaktor bekanntgeworden, bei welchem die unteren Enden der verschiedenen Rohre, d. h. die Enden, die in die Reaktionskammer hineinreichen, koplanar sind. Die Reaktionsteilnehmer werden getrennt in folgender Reihenfolge (gerechnet vom innersten zum äußersten ringförmigen Durchgang) zugeführt: Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Titantetrachlorid, Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Diese Anordnung der Reaktionsteilnehmer erfolgt zu dem Zweck, eine unzeitgemäße Reaktion zwischen dem Titantetrachlorid und dem Sauerstoff in der Nähe der unteren Enden der Rohre zu vermeiden, durch welche es zu einer Ablagerung von festen Reaktionsprodukten an den Enden kommen würde. Solche Ablagerungen können die vorzeitige Reaktion in der nächsten Nähe der unteren Enden des Reaktors behindern und gegebenenfalls zu einer vollständigen Verstopfung des Reaktors führen.

Um das Auftreten von derartigen Ablagerungen noch weiter auszuschalten, hat man sogar schon vorgeschlagen, einen Inertgas-Strom, z. B. einen Stickstoffstrom, zwischen die konzentrischen Ströme aus Titantetrachlorid und Kohlenmonoxid einzuschalten. Die Verwendung von Inertgasen ist jedoch mit einigen Nachteilen verbunden. So wird beispielsweise, wie weiter vorn bereits gesagt worden ist, das bei der Oxidation des TiCU gebildete Chlor dazu verwendet, in der sogenannten Chlorierungsstufe das titanhaltige Ausgangsmaterial in neues TiCU umzuwandeln. Durch die Verwendung eines Inertgases kommt es jedoch zu einer Verdünnung des gewonnenen Chlors. Diese Verdünnung ist auf jeden Fall unerwünscht, weil dadurch das Arbeiten mit größeren Apparaturen notwendig wird als bei Verwendung von unverdünntem Chlor. Bei keinem der bisher bekanntgewordenen Axial-Reaktoren und den zur Durchführung in diesen Reaktoren bestimmten Verfahren, die unter Verwendung einer Hilfsflamme zum Erhitzen der Reaktionsteilnehmer durchgeführt werden, ist es bisher möglich gewesen zu verhindern, daß die Oxidationsreaktion des TiCl, in einer kohlenmonoxidfreien Umgebung stattfindet Die Anwesenheit von nicht verbranntem Kohlenmonoxid bei der Umsetzung zwischen Titantetrachlorid und Sauerstoff ruft jedoch viele Nachteile hervor.

So ist es beispielsweise bekannt, daß TiCU ein starker Verbrennungs-Inhibitor ist, was dazu führt, daß das in der Mischzone des TiCU mit dem O2 vorhandene Kohlenmonoxid nicht voiUtftndig verbrannt werden kann. Dies führt wiederum zu einer niedrigen Mischungstemperatur und zu einem langsamen Beginn der Oxidationsreaktion. Das Kohlenmonoxid fördert außerdem die Rechlorierung der TiO₂-Teilchen, was zu einer Verminderung der Ausbeute und zur Gewinnung eines Produktes mit sehr ungleichmäßiger Teilchengröße führt

Es sind ferner aus der DE-PS 12 41 808 und US-PS 35 82 278 Reaktoren bekannt, worin TiCU radial in einen sich gradlinig bewegenden Feuergasstrom eingeführt wird, der in der Hauptsache aus CO₂ besteht
s Gemäß DE-PS 1241 808 besteht der radiale Strom aus einem Gemisch aus TiCU und O2. Ein derartiges Gemisch kann nicht auf eine Temperatur über 450° C erhitzt werden, um eine unpassende Reaktion zu vermeiden. Es muß deshalb eine größere Wärmemenge mit Hilfe eines Hilfsbrenngases zugeführt werden, wodurch die Menge an sich bildendem CO₂ größer ist

Das Pigment bildet sich dadurch in verdünnteren Gasen, wobei dann kostspieligere und größere Apparaturen für die Abtrennung von TiOr-Teilchen von den Gasen benötigt werden. Außerdem vergrößert die kombinierte Zufuhr von TiCU und O₂ das Risiko der Bildung von TKVAblagerungen auf den Zuleitungen des radialen Stroms.

Gemäß der US-PS 35 82 278 wird ein radialer TiCU-Strom in einen Feuergasstrom eingeführt Ferner werden zwei weitere Spülgasströme, beispielsweise N₂, verwendet Die Verwendung dieser weiteren Ströme erhöht die Kosten des Verfahrens und der Vorrichtung, und die Gegenwart der Spülgase besitzt die gleichen Nachteile wie vorstehend bereits dargelegt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reaktors und des Verfahrens zur Herstellung von Titandioxid mit Pigmentqualität lassen sich alle Nachteile der bekannten Verfahren ausschalten. Gegenüber der DE-PS 12 41 808 besteht der Vorteil der Erfindung insbesondere darin, daß die Beschickungsgase auf höhere Temperaturen vorerwärmt werden können und daß die erfindungsgemäße Anordnung der Gasströme die Gefahr von TiO₂-Ablagerungen weitestgehend ausschaltet

Gegenüber der US-PS 35 82 278 besteht der Vorteil darin, daß keine Hilfsgase verwendet werden müssen.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxid, welches zur Verwendung als Pigment geeignet ist durch Umsetamg von gasförmigem TiCI₄ und O₂ in einer Hilfsflamme, die durch vollständige Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid erzeugt wird, bei welchem das TiCU in den Teil der Reaktionszone eingeleitet wird, in dem das Kohlenmonoxid praktisch vollständig verbrannt ist, das dadurch gekennzeichnet ist daß koaxial angeordnete einzelne Ströme von TiCU und einem Gemisch aus O₂ und Kohlendioxid in diesen Teil der Reaktionszone eingeleitet werden und daß der TiCU-Strom im wesentlichen ringförmig ist und sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite von zwei Strömen des Gemischs aus O₂ und Kohlendioxid umgeben ist

Zum Gegenstand der Erfindung gehört weiterhin ein Reaktor vom Axial-Typ, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise durchgeführt wird. Der erfindungsgemäße Reaktor weist eine Reaktionskammer und eine größere Zahl von konzentrischen, im Abstand voneinander angeordneten Rohren auf, die mehrere konzentrische Durchgänge bilden, an deren Austrittsenden sich die Reaktionskammer anschließt und durch welche Titantetrachlorid, Sauerstoff und gasförmiger Brennstoff in die Reaktionskammer eingeleitet werden. Der erfindungsgemäße Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre, die den TiCU-Durchgang bilden, weiter in die Reaktionskammer

b5 hineinreichen als die anderen Rohre, so daß das Austrittsende der anderen Durchgänge, angeordnet ist Die Unteransprüche haben Ausgestaltungen der

Erfindung zum Gegenstand.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die konzentrischen Rohre zylindrisch und bilden mehrere ringförmige periphere Durchgänge sowie einen inneren zylindrischen Durchgang.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen bedeutet

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt in der Ebene A-A von Fig.l,

Fig.3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors,

Fig.4 einen Querschnitt in der Ebene A-A von Fig. 3.

Man erkennt in den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen einen Reaktor R, der aus den zylindrischen und koaxial angeordneten Rohren 7, 8, 9, 10, U und 12 (Numerierung vom äußersten zum innersten Rohr) besteht Diese Rohre bilden mehrere koaxiale Durch· gänge, durch welche verschiedene Reaktionsteilnehmer in die Reaktionskammer 13 eingeleitet werden können, die den Durchmesser (/aufweist.

Die Reaktionskammer 13 umfaßt eine CO-Verbrennungskammer 13' und eine TiCU-Verbrennungskammer 13", die sich bis hinter die Auslaßenden der Rohre 10 und 11 erstreckt Die TiCU-Reaktionskammer 13" weist eine Länge / auf, die vorzugsweise etwa 5- bis 15mal so groß ist wie der Durchmesser d Die Gesamtlänge der Reaktionskammer 13 (d.h. 13' plus 13") soll im allgemeinen etwa 5,3- bis 15,6mal größer sein als der Durchmesser d der Reaktionskammer. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Rohre 10 und U den Durchgang 1, der zur Zuführung von TiCU in die Reaktionskammer 13 dient; die Rohre 10 und 11 reichen so weit in die Reaktionskammer hinein, daß ihre Austrittsenden unterhalb der Austrittsenden der Rohre 8, 9 und 12 enden, und zwar stehen sie um den Abstand h vor, der im allgemeinen das 03- bis 0,6fache des Durchmessers d der Reaktionskammer betragen soll. Die lichte Weite b des Durchganges 1 soll vorzugsweise das etwa 0,01- bis 0,1 fache des Durchmessers c/betragen. Der Durchmesser a des Rohres 11 (d. h. des innersten der Rohre, die den TiCU-Durchgang begrenzen) soll vorzugsweise das etwa 0,4- bis 0,6fache des Durchmessers d der Reaktionskammer 13 ausmachen.

Um das Auftreten von Wirbeln zu vermeiden, sollen die Rohre 10 und 11 an ihren Austrittsenden vorzugsweise abgeschrägt sein. Die Größe des Gesamtabschrägungswinkels α soll im allgemeinen etwa 4 bis 20° betragen. Das TiCU wird gewöhnlich bis auf eine Temperatur von etwa 400 bis 500⁰C vorgeheizt, bevor es in den Reaktor eingeführt wird. Die Zuführungsgeschwindigkeit des TiCU soll zwischen etwa 20 und 120 m pro Sekunde liegen.

Die Innenwand des Rohres 7 und die Außenwand des Rohres 8 bilden den Durchgang 2, durch weichen der Sauerstoffstrom zugeführt wird, der im allgemeinen auf eine Temperatur von 750 bis 80O⁰C vorgeheizt wird. Die so Zuführungsgeschwindigkeit beträgt im Falle des O2 etwa 10 bis 40 m pro Sekunde.

Die Innenwand des Rohres 8 und die Außenwand des Rohres 9 bilden den Durchgang 14, durch welchen ein CO-Strom zugeführt wird, der im allgemeinen bis auf etwa 380 bis 420"C vorgeheizt worden ist Die Innenwand des Rohres 9 und die Außenwand des Rohres 10 bilden den Durchgang 3, durch welchen ein OrStrom zugeführt wird, der auf dieselbe Temperatur vorgeheizt worden ist wie der Strom, der durch den Durchgang 2 zugeführt wird. Die Zuführungsgeschwindigkeit des O₂ liegt bei etwa 10 bis 40 m pro Sekunde.

Die Innenwand des Rohres U und die Außenwand des Rohres 12 bilden den Durchgang 4, durch welchen wiederum ein Sauerstoffstrom zugeführt wird, der auf dieselbe Temperatur vorgeheizt worden ist wie der Sauerstoffstrom, der durch die Durchgänge 2 und 3 zugeführt wird. Die Zuführungsgeschwindigkeit des O2 liegt zwischen etwa 10 und 40 m pro Sekunde. Kohlenmonoxid, welches auf dieselbe Temperatur vorgeheizt worden ist wie das, welches durch den Durchgang 14 zugeführt wird, wird durch das Innenrohr 12 geleitet Die Zuführungsgeschwindigkeit von CO in die CO-Verbrennungskammer 13' soll bei etwa 40 bis 90 m pro Sekunde liegen. Die Innenwände des äußersten Rohres 7 bilden — unterhalb der Rohre 10 und 11 — die TiCU-Verbrennungskammer 13".

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohre 8 und 9 an ihren Austrittsenden miteinander verbunden, und zwar mit Hilfe eines perforierten Metallringes 15. Die Löcher 5, die in dem Metallring 15 vorhanden sind, bewirken, daß das Kohlenmonoxid aus dem Durchgang 14 in Form einzelner dünner Ströme in die darunterliegende CO-Verbrennungskammer 13' eintritt Die Löcher sollen vorzugsweise dem Umfang des Metallringes 15 folgend in einer Kreislinie angeordnet sein. Bei dieser Anordnung soll auch das Innenrohr 12, welches den zylindrischen Innendurchgang bildet, an seinem Austrittsende mit einem perphoriertem Diaphragma 16 versehen sein, durch welches das CO in Form einzelner dünner Ströme in die Verbrennungskammer 13' eintritt Die Zuführungsgeschwindigkeit des CO in die Verbrennungskammer 13' soll zwischen etwa 40 und 90 m pro Sekunde liegen.

Die Löcher 6 sollen vorzugsweise auf einer Kreislinie liegen, die mit Bezug auf die Achse des Rohres 12 konzentrisch angeordnet ist Durch die Unterteilung des CO-Stromes in eine große Zahl dünner gasförmiger Teilströme, die sowohl innen als auch außen von 2 ringförmigen Sauerstoffströmen — die beide mit Bezug auf den Reaktor koaxial verlaufen — umgeben sind, erreicht man, daß die CO-Verbrennungsreaktion sehr weitgehend stabilisiert wird. Außerdem wird die Hilfsflamme beständig an dem Brenner verankert

In den Fig.3 und 4 der Zeichnungen erkennt man einen Reaktor T, der eine Modifikation des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Reaktors darstellt; der Reaktor Γ weist dieselben Strukturelemente 1 bis 16 auf, jedoch sind die benachbarten Rohre 10 und 11. die den ringförmigen TiCU-Durchgang bilden, an ihren Austrittsenden mit Hilfe eines perforierten Metallringes 17 verbunden, was dazu führt, daß das TiCU in Form dünner Einzelströme in die Reaktionskammer fließt Es können beispielsweise 10 bis 40 dieser rechteckigen Locher mit den Abmessungen b mal q vorhanden sein, wobei q vorzugsweise etwa das 1- bis 3fache von b ausmachen soll In einem solchen Fall liegt die Zuführungsgeschwindigkeit des TiCU am besten zwischen etwa 50 und 120 m pro Sekunde. In jedem Fall soll die Geschwindigkeit des Reaktionsgemisches in der Reaktionskammer 13 zwischen etwa 30 und 90 m pro Sekunde liegen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors sind die Austrittsenden der Rohre 8, 9 und 12 koplanar; die Ausführungsformen, bei welchen die Austrittsenden

nicht koplanar sind, liegen jedoch ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung. In diesen letztgenannten Fällen müssen jedoch die verschiedenen Abstände h, h 1, h 2 etc. zwischen den Austrittsenden der Rohre, die den TiCU-Durchgang bilden, und den Austrittsenden der anderen Durchgänge innerhalb des weiter vorn angegebenen Bereiches liegen, d. h. etwa das 0,3- bis 0,6fache des Durchmessers d der Reaktionskammer betragen.

Die erfindungsgemäßen Reaktoren werden aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Legierungen hergestellt Beispielsweise kann man Inox-Stähle 16—25—6 (Cr-Ni-Mo), Kobaltlegierungen wie »Haynes«, Nickellegierungen wie »Nimonic«, »Inconel« und »Hastelloy« verwenden. Die Wände der Reaktoren (sowohl in den Verbrennungs- als auch den Reaktionszonen) werden gekühlt, beispielsweise mit unter Druck stehendem Wasser oder mit diathermischen ölen; die Wandtemperaturen werden so zwischen 300 und 500° C gehalten. Das Titandioxid, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem erfindungsgemäßen Reaktor gewonnen wird, besitzt außergewöhnlich gute Pigmenteigenschaften. Es besteht fast ausschließlich aus Rutil, und die Verteilung der Teilchengrößen umfaßt nur einen engen Bereich. Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt etwa 0,18 bis 0,25 Mikron. Der prozentuale Variations-Koeffizient liegt zwischen etwa 25 und 40%.

Als Maß für die durchschnittliche Teilchengröße dient hier das »arithmetische Mittel«, c/io, welches wie folgt definiert ist:

S₁₀ = — Σά-Ji.

In der Gleichung bedeuten: η die gemessene Gesamtzahl der Teilchen (in den vorliegenden Versuchsdaten war /2=2000); d, den Durchmesser eines gegebenen Teilchens; // die Häufigkeit, d. h. die Anzahl der Teilchen mit dem Durchmesser dj.

Dieses arithmetische Mittel ist beispielsweise in »Particle size — Theory and Industrial Applications« von Richard D. Cadle, Reinhold Pub. Co, New York 1965, beschrieben.

Als Maß für die Teilchengrößenverteilung dient hier der »prozentuale Variations-Koeffizient«. Unter dem »prozentualen Variations-Koeffizienten« (im folgenden der Einfachheit halber einfach als ν bezeichnet) wird folgendes Verhältnis verstanden:

v = — ■ 100.

In der Formel bedeutet s die Standardabweichung von der Verteilung entsprechend der Quadratwurzel der Varianz. (Die Varianz einer Verteilung entspricht dem Mittel der Quadrate der Abweichungen vom Mittel.) Die Standardabweichung ist — wie bekannt ist — ein Maß für die durchschnittliche Streuung der Verteilung. Das Zeichen dio in der Formel bedeutet das erwähnte arithmetische Mittel.

Dieser »prozentuale Variations-Koeffizient« ist beispielsweise in dem Werk »Statistical methods in research and production with special reference to the chemical industry« von Owen LDavies, Oliver und Boyd, London 1963, noch näher erläutert.

Das mit Hilfe der Erfindung gewonnene Pigment zeichnet sich auch durch eine hervorragende Deckkraft aus. Die Werte der Deckkraft wurden nach der »New Jersey Zink-Methode« bestimmt, die in dem Werk von H. A. Gardner und G. G. Sward, »Paints, Varnishes, Lacquers and Colors«, Gardner Lab. Inc, Bethesda, Maryland, USA (Seite 52, 12. Ausgabe, März 1962), beschrieben ist. Die reguläre Deckkraft (auf englisch: »regular tinting strength RTS«) wird unter Verwendung von 1 g TiO₂ gemessen. 1 g TiO₂ wird mit 0,82 g Rizinusöl und einer vorbestimmten Menge eines schwarzen Pigmentes, welches seinerseits aus einem

ίο Gewichtsteil Schwarzpulver und 7 Gewichtsteilen CaI-ciumcarbonat hergestellt worden ist, vermischt. Die homogenisierte Probe wird mit einer Standardprobe verglichen. Die Menge an schwarzem Pigment, die erforderlich ist, um Gleichheit zwischen der geprüften Probe und der Standard-Probe zu erzielen, ist das Maß für die Färbekraft. Der Test mit der Bezeichnung »verdünnte Deckkraft (auf englisch »diluted tinting strength DTS«) wird in entsprechender Weise durchgeführt, und zwar geht man von einer Mischung aus 0,15 g TiO₂ und 0,85 g Calciumcarbonat aus. Aus dem Unterschied zwischen der regulären Deckkraft und der verdünnten Deckkraft sowie dem Ton der Grau-Mischungen läßt sich eine Aussage über das Pigmentkorn machen.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Es wurde der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Reaktor verwendet. Dieser Reaktor wies folgende Kenndaten auf (Maße in Millimetern): d=6\; /=800; a=32; Λ=27; Z>=2. 25NmVh Sauerstoff, der auf 750°C vorgeheizt worden ist, wurden in die Durchgänge 2, 3 und 4 eingeleitet; 12 NmVh auf 400⁰C vorgeheiztes Kohlenmonoxid wurden in den Durchgang 14 und in das Rohr 12 eingeleitet Nach dem Einleiten der Verbrennungsreaktion und der Erreichung des thermischen Gleichgewichtes wurden 138 kg/h auf 500° C vorgeheiztes TiCl₄, welches 1 Gew.-% AICI3 als Rutilisierungsmittel enthielt, in den Reaktor eingeführt Die Reaktionstemperatur lag bei 1530+20⁰C. Nach lOstündiger Betriebsdauer lag die Ausbeute an TiO₂ mit Pigmentqualität (Rutil) bei 550 kg. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 0,21 Mikron. Der prozentuale Variations-Koeffizient lag bei 35%. Die reguläre Deckkraft lag bei 1620 Blauton 1. Der Wert der verdünnten Deckkraft lag bei 1730 Blauton 2.

Beispiel 2

Es wurde ein Reaktor des gleichen Typs wie im Beispiel 1 verwendet Die relevanten Kenndaten waren dieselben wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme jedoch, daß h auf 10 mm verkürzt war. Unter diesen Bedingungen war die Verbrennungsreaktion des CÖ nicht vollständig, bevor die verbrannten Gase mit dem

TiCU vermischt wurden. Das Ausmaß der CO-Verbrennung wurde bestimmt, indem man einige Proben der verbrannten Gase mit Hilfe von gekühlten Probeentnahmerohren abtrennte. Die Abnahme wurde in der Nähe des TiCU-Schlitzes vorgenommen, bevor das TiCU eingeleitet wurde.

30,5NmVh Sauerstoff, der auf 750⁰C vorgeheizt worden war, und 15NmVh CO, welches auf 400⁰C vorgeheizt worden war, wurden in den Reaktor eingeleitet, und zwar unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1. Nach dem Einleiten der Verbrennungsreaktion und dem Erreichen des thermischen Gleichgewichtes wurden 173 kg/h TiCl₄, welches auf 500⁰C vorgeheizt worden war und 1 Gew.-% AICI3 enthielt, in

den Reaktor eingeleitet. Die Reaktionstemperatur lag bei 1540 ±20° C. Nach 15stündiger Betriebsdauer lag die Ausbeute an Titandioxid (Rutil) mit Pigmentqualität bei 1050 kg. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 0,17 Mikron. Der prozentuale Variations-Koeffizient war 40%. Reguläre Deckkraft 1530 Blauton 2; verdünnte Deckkraft 1580 Blauton 2.

Beispiel 3

Es wurde der in den F i g. 3 und 4 dargestellte Reaktor verwendet Die relevanten Eigenschaften desselben waren folgende (Maße in mm): </=61; /=800; a=32; Λ=27; b=2; o=2,5: Zahl der Düsen = 25. 17NmVh Sauerstoff, der auf 75O⁰C vorgeheizt worden war, wurden durch die Durchgänge 2, 3 und 4 geleitet; 7,5 NmVh Kohlenmonoxid wurden durch das Rohr 12 und durch den Durchgang 14 geleitet. Nach Beginn der Verbrennungsreaktion und nach dem Erreichen des thermischen Gleichgewichtes wurden 87 kg/h TiCU, welches auf 500⁰C zuvor erhitzt worden war und welches 1 Gew.-% AlCl₃ enthielt, in den Reaktor eingeleitet. Die Reaktionstemperatur lag bei 1500 ±20° C. Nach 18stündiger Betriebsdauer lagen 640 kg TiO₂ (Rutil) mit Pigmentqualität vor. Die durchschnittliche Teilchengröße betrug 0,18 Mikron. Der prozentuale Variations-Koeffizient war 40%. Reguläre Deckkraft: 1580 Blauton 2; verdünnte Deckkraft: 1640 Blauton 2.

Die Hauptfaktoren und die Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

1) Der TiCU-Strom wird in eine Zone der Reaktionskammer eingeleitet, in welcher keine nennenswerten Mengen an nichtverbranntem Kohlenmonoxid vorhanden sind; der TiCU-Strom, der aus dem Ringschlitz austritt, ist vielmehr sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite von einer Mischung aus Sauerstoff und Kohlendioxid, welches bei der Verbrennung des CO entstanden ist, umgeben. Die Nachteile der bisher bekannten Verfahren werden damit vollkommen vermieden.

2) Indem man die TiCU-Zuführungsgeschwindigkeit und die lichte Weite des ringförmigen Schlitzes für .das TiCU beständig auf dem gleichen Wert hält, ist es möglich, den Reaktor beliebig zu vergrößern oder zu verkleinern, ohne die Mischdauer der gasförmigen Ströme und die Pigmenteigenschaften zu beeinflussen.

3) Der erfindungsgemäße Reaktor ist ein »Kolbenfluß-Reaktor«, d. h. ein Reaktor ohne Rezirkulation. Die gewonnenen TiO2-Teilchen weisen infolgedessen alle dieselbe »Geschichte« auf; es ist leicht einzusehen, daß man auf diese Weise leichter ein Produkt erhält, welches sich durch ein sehr hohes Gleichmaß der Teilchengrößen auszeichnet.

4) Es ist möglich, in einfacher Weise die Abmessungen der TiOrTeilchen zu verändern, indem man einfach die lichte Weite des ringförmigen Schlitzes für das TiCU verändert.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Reaktor vom Axial-Typ für die Herstellung von als Pigment geeignetem Titandioxid, welcher eine Reaktionskammer und eine größere Zahl von konzentrischen, im Abstand voneinander angeordneten Rohren aufweist, die mehrere konzentrische Durchgänge bilden, durch welche gasförmiges TiQ₄, O₂ und CO von außen in die Reaktionskammer eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10,11), die den Durchgang (1) für das TiCH₄ bilden, weiter in die Reaktionskammer (13) hineinreichen als die anderen Rohre tu, 9,12), so daß das Austrittsende des TiCU-Durchganges (1) stromabwärts, bezogen auf die Austrittsenden der anderen Durchgänge (2,3,4,5,6) angeordnet ist

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Rohre (7,8,9,10, U und 12) zylindrische Form haben und mehrere periphere ringförmige Durchgänge (1, 2, 3, 4, 14) sowie einen inneren zylindrischen von dem Rohr (12) umschlossenen Durchgang bilden.

3. Reaktor nach den Ansprachen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende des ringförmigen TiCU-Durchganges (1) um einen Abstand (h) die Austrittsenden der anderen ringförmigen Durchgänge (2, 3, 4, 14) sowie das Austrittsende des zylindrischen, von dem Rohr (12) umschlossenen innersten Durchganges fiberragt, wobei der Abstand (h) das etwa 03- bis 0,6fache des Durchmessers (d) der Reaktionskammer (13) ausmacht

4. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite (b) des ringförmigen TiCU-Durchganges (1) das etwa 0,01-bis 0,1 fache des Durchmessers (d) der Reaktionskammer (13) ausmacht

5. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (a) des innersten der beiden Rohre (10, 11), die den ringförmigen TiCU-Durchgang (l) begrenzen, das etwa 0,4- bis 0,6fache des Durchmessers (d) der Reaktionskammer (13) beträgt

6. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innerste Rohr (12), welches zur Zuführung von Kohlenmonoxid dient, an seinem Austrittsende mit einem perforierten Diaphragma (16) versehen ist, welches dazu dient, das Kohlenmonoxid in die Reaktionskammer (13) in Form vieler dünner Einzelströme einzuleiten.

7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (6) auf einer Kreislinie angeordnet sind, die mit Bezug auf die Reaktorachse konzentrisch verläuft

8. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Rohre (8,9), die den ringförmigen CO-Durchgang (14) bilden, an ihren Austrittsenden mit Hilfe eines perforierten Metallringes (15) verbunden sind, durch welchen das CO in die Reaktionskammer (13) in Form vieler dünner Einzelströme eintritt

9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (5) auf einer Kreislinie angeordnet sind, die mit Bezug auf die Reaktorachse konzentrisch verläuft

10. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die benachbarten Rohre (10, 11), die den ringförmigen TiCU-Durchgang (1) bilden, an ihren Austrittsenden mittels einer perforierten Wand (17) verbunden sind, durch die das Titantetrachlorid in Form vieler dünner Einzelströme in die Reaktionskammer (13) eintritt

11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in der perforierten

Verbindungswand (17) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die größere Seitenlange (q) des Rechteckes das etwa 1- bis 3fache der Breite bzw. lichten Weite (b) des TiCU-Schlitzes (1) ίο ausmacht, und daß die Löcher auf einer Kreislinie angeordnet sind.

12. Reaktor nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Länge der Reaktionskammer (13) das etwa 5,3- bis 15,6fache

is des Durchmessers ^derselben ausmacht

13. Verfahren zur Herstellung von Titandioxid, welches zur Verwendung als Pigment geeignet ist, durch Umsetzung von gasförmigem TiCl₄ und O2 in einer Hilfsflamme, die durch vollständige Verbren nung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid erzeugt wird, bei welchem das TiCl₄ in den Teil der Reaktionszone eingeleitet wird, in dem das Kohlenmonoxid praktisch vollständig verbrannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial angeordnete einzelne Ströme von TiCl₄ und einem Gemisch aus O₂ und Kohlendioxid in diesen Teil der Reaktionszone eingeleitet werden und daß der TiCU-Strom' im wesentlichen ringförmig ist und sowohl an der !nnenseite als auch an der Außenseite von zwei Strömen des Gemischs aus O2 und Kohlendioxid umgeben ist