JP2006509626A - 円周状エアナイフ及びその利用 - Google Patents

Abstract

新規な、円周状のエアナイフであって、エアナイフの内部壁に沿ってガス流を噴射する。エアナイフは懸濁容器の入口に又は入口近くに配置され、懸濁容器に運搬される固体物質が集まるのを低減する。ガス流はエアナイフの壁（したがって、懸濁容器の入口）に固体物質が集まるのを低減するのに十分な速度で噴射される。空気が円周状のエアナイフは、懸濁容器の入口において吸湿性サイクロンダストの集まりを低減するため、特にTiCl_４の生産方法において有用である。

Description

本発明は、概して、固体粒子が容器の入口を塞ぐことを防ぐための、新規なエアナイフの使用に関する。より詳細には、本発明は、四塩化チタンを製造するプロセスにおいて、サイクロン又はその他のガス/固体分離装置により、四塩化チタン製品ガスから取り除かれた固体塩化物が塞ぐのを減少するのに有用である。

チタン含有出発物質中のチタンの塩素化を通じて、四塩化チタン（TiCl₄）を生産することが概して知られている。TiCl₄生産は有用であり、例えば、チタン金属や二酸化チタン（TiCl_２）の生産が挙げられる。

従来から知られるように、TiCl₄はクロリネータ中でチタン含有出発物質を塩素ガスと反応させることにより生産できる。この工程において、所望のTiCl₄ガスと残留固体塩化物からなる固体含有ガス混合物はクロリネータから取り除かれ、冷却され、そして通常はサイクロンセパレータに移動されて、固体含有ガス混合物から固体が取り除かれる。そして、固体は懸濁容器に廃棄され（クロリネータ廃液とよく呼ばれる。）、ここで固体は水と混合して懸濁液を生成する。

除去された固体は、懸濁容器に入れる際に通常は非常に温かい。これらの熱固体と水を懸濁容器中で混合すると、容器の懸濁液上の空間に非常に多湿のガス相が生じる。サイクロンから懸濁容器にサイクロンダストを運搬する管丈も含む。サイクロンダストは金属塩化物を含み、これらは吸湿性であり、サイクロンから懸濁容器へサイクロンダストを運搬する管の高湿度領域に入ると粘着性がでる。この粘着性固体は、管が完全に詰まるまで徐々に管の壁に集まり、サイクロンからのさらなる固体の放出を停止させる。詰まりを除去するために、取り除くための操作の停止時間を必用とし、また、安全上問題となり得る。

本発明は、懸濁容器の入口に又はその付近に新規のエアナイフを配置することにより、上記の問題に焦点にあてる。サイクロンダストは懸濁容器に進む途中にエアナイフを通過する。この新規なエアナイフは円周状である。すなわち、新規なエアナイフは、エアナイフの内壁に沿ってガス流を噴射する。ガス流は充分な速度で噴射されて、エアナイフの壁に集合した吸湿サイクロンダストを減少させ（及び、したがって、クロリネータ廃液の入口において）、クロリネータ廃液はサイクロンからの固体を受取り続けることができ、オンライン時間及び安全性を改善する。

一具体例では、本願発明は、多湿環境を含む懸濁容器の入口において吸湿性固体の集合を減少させるような、新規なエアナイフである。第２の具体例では、本願発明は、多湿環境を含む懸濁容器の入口において吸湿固体が集合するのを防ぐ方法である。

本願発明は次の図面における例により説明され、その図面において同様の参考記号は同様の構成要素として示される。図面は、説明の目的のみのために本願発明の種々の好ましい具体例を示し、本願発明の範囲を制限する意図ではない。

図１は通常のTiCl₄製造方法１００の概要を説明する。図１に示される方法１００はチタン生産鉱石の塩素化に関連する。鉱石１０４及びコークス１０６、好ましくは石油コークスは、特定のベッド水準１０８及び組成を維持するために、指定された時間の基準に基づいて、クロリネータ１０２に運搬される。塩素ガス１１０はクロリネータ１０２の底部における分配機を通じてベッドに供給される。塩素ガス１１０がベッドから吹き上げると塩素化反応が起こる。ベッド中のほとんどのチタンは反応してTiCl₄を形成する。鉱石１０４における金属酸化物は大部分がガス化金属塩素化物に変換される。その他のガスも形成され、これらは多量の二酸化炭素（CO₂）及び一酸化炭化（CO）を含む。鉱石中の不純物も塩素化され、FeCl₂及びMnCl₂等の塩化物を形成する。

熱反応固体含有ガス混合物はクロリネータ１０２から排出され１１２、通常はCO、 CO₂、COS、 HCl、 N₂、低沸点塩化物及び高沸点塩化物、例えば、TiCl_４、FeCl_３、FeCl₂、MnCl₂、 SnCl_４、SiCl_４、VOCl_３、NaAlCl_４、及び未反応固体、例えば、TiO₂、SiO₂と同様に未焼結コークスを含んでもよい。固体含有ガス混合物は冷却導管１１４（クロリネータ・クロスオーバーと呼ばれることもある。）において冷却され、そして、ガス及び固体が分離されるサイクロンセパレータ１１６に送られる。

サイクロンセパレータ１１６は、ガスと固体を分離するための公知の手段を含む。サイクロンセパレータは、概して、下方が先細りの円錐部と結合した管状又は円筒状の本体から構成される。接続側注入口は円筒上の本体の上部の近くに備えられる。ガス排出管が備えられ、概して、サイクロンの上部からサイクロンの本体の中に下方に延びる。この管は、固体とガスとの効率よい分離を確実にするため、通常、下方向かって注入口の最も低い位置より少し下の位置まで、下方に延びなければならない。

操作において、固体含有ガスは接続注入口から高速で導入される。これらはセパレータの底部に向かって下方に、ガス排出管の外側周辺の周りを渦状に回る。この固体はガスより重く、遠心力によりサイクロンの壁に対して投げつけられる。そして、重力により固体はサイクロンの底部に落ちる。分離したガスは、渦状の軌道に従い上方に行き、ガス排出管を通ってサイクロンセパレータの上部から通過する。これらの分離した固体は通常はサイクロンダスト又は廃棄固体と呼ばれる。

サイクロンダストに加えて処分されるガスの量を最小にするために、サイクロンの底部に、２のバルブ廃棄スプールレッグが概して使用される。これらのバルブの開口及び閉口は連結しているので、１のバルブだけをいつでも開口することができる。上部のバルブが開口している際に、底部のバルブは閉口している。これにより、サイクロンダストは上部バルブから注がれ、廃棄スプール足を満たす。上部バルブが閉口している際は、底部バルブは開口し、懸濁容器への廃棄スプールレッグを空にする。このバルブはタイマーにより連続して開ける。

図１において、固体含有ガス混合物はクロリネータ・クロスオーバー１１４からサイクロン１１６に接続注入口１１８を通って流れる。固体含有ガス混合物からのガスはサイクロン上部のガス排出管１２０を通ってサイクロン１１６を出て、固体はサイクロン１１６の底部の廃棄スプールレッグ１２２を通ってサイクロンを出る。

サイクロンの出口の底部に集められたサイクロンダストはサイクロンの底部を出て、重力により管及び管を通って移動し、懸濁容器に入る。サイクロンと結合する管部分及び懸濁容器の長さを変化させることができ、概して約２０フィートから約５０フィートの長さである。

懸濁液は、たいていクロリネータ廃液と呼ばれる。懸濁容器に入れると、サイクロンダストは水と混合して懸濁液を生成する。懸濁容器中のあらゆるガスは、概して、容器上部の穴を通じて取り除かれ、懸濁液は容器から廃液として又はさらなる工程用としてくみ上げられる。図１は懸濁容器１３２に入るサイクロンダスト１２４、懸濁容器１３２に加えられる水１２６、懸濁容器１３２から除去されるガス１２８、及び懸濁容器１３２から汲み上げられる懸濁液１３０を示す。

サイクロンダストは、概して、懸濁容器に入れられる際には非常に暖かい。これらの熱固体と水を懸濁容器において混合することにより、容器の懸濁液上部の空間に多湿ガス相が生じる。この多湿環境は、サイクロンから懸濁容器へサイクロンダストを運搬する管丈に延びる。このサイクロンダストは金属塩化物を含み、これは吸湿性であり、サイクロンから懸濁容器にサイクロンダストを移動させる管の多湿領域に入ったときに、粘着性が出る。この粘着性固体は、管が完全に詰まるまで徐々に懸濁容器の中の管の開口部又は管の壁に集合し、サイクロンからの固体のさらなる放出を停止させる。

詰まりを取り除くために作業の停止時間が必要になり、安全性の問題となり得る。生産工程を中止して詰まりを取り除くことは経済的な不利益なだけでなく、詰まりを取り除くために管内部に近づく操作者がガス放出の危険を作り出す。

本願発明によると、新規なエアナイフは有利に利用されており、サイクロンセパレータから懸濁容器のサイクロンダストを運搬する管の内側に、吸湿性物質が集合するのを低減又は排除する。サイクロンダストが懸濁容器に入る前又はダストが懸濁容器入る時にサイクロンダストがエアナイフを通過するように、サイクロンから懸濁容器へのサイクロンダストを運搬する管又は管に新規なエアナイフは結合するという意味では、新規なエアナイフはサイクロンセパレータと結合している。好ましくは、エアナイフは懸濁容器の入り口又は入口近くに配置される。

本願発明のエアナイフは円周状である。円周状であることにより、サイクロンダストが通過するエアナイフにおいて、円周状の通路に沿ってエアナイフ内部にガス流を形成することを意味する。概して、サイクロンから懸濁容器へサイクロンダストを運搬する管は環状であって、エアナイフ内部にサイクロンダストが通過する環状通路を有するであろう。しかしながら、本願発明は、これに限定されない。その他の幾何学的な形状は本願発明の範囲内である。例えば、サイクロンダストを運搬する管及びエアナイフの内部通路は長円形であっても、長方形であってもよい。

本願発明のエアナイフにより形成されるガス流の速度は、エアナイフの内部壁からほとんど又はすべての吸湿性物質を吹き飛ばすのに十分である。この様に、エアナイフは堆積し得る吸湿性物質の量を低減し、懸濁容器への開口部が堆積した吸湿性物質により閉塞し得ることを顕著に低減する。TiCl_４製造方法に使用してサイクロンダスト堆積物を減少させる際に、ガス流の速度は少なくとも３０メートル/秒（１００フィート/秒）が好ましく、６０メートル/秒（２００フィート/秒）がより好ましいであろう。さらに好ましくは、ガス流の速度は１２０メートル/秒（４００フィート/秒）であろう。本願発明のある出願人は１５０メートル/秒（５００フィート/秒）のガス流を要求するかもしれないが、１５０メートル/秒（５００フィート/秒）以下が好ましい。

エアナイフにより形成されるガス流は通常、吸湿性物質がエアナイフを通って進む方向と同じ様な方向に向かう。一具体例において、ガス流は吸湿性物質の方向に対して平行に進む。しかしながら、エアナイフが吸湿性物質の方向に対してある角度で進むガス流を形成することは本願発明の範囲に含まれ、この場合に、エアナイフの通路が環状であればガス流がらせん状の動きをして進む。

図２はサイクロンセパレータ２０６及び懸濁容器２０４と関連して、本願発明のエアナイフ２０２を利用した方法２００を説明する。固体含有ガスは接続注入口２０８においてサイクロンセパレータ２０６に導入される。サイクロンセパレータ２０６の内部で、固体及びガスが分離する。ガスはガス排出管２１０を通ってサイクロンセパレータ２０６を出て、重力により固体はサイクロンセパレータ２０６の底部２１２に集まる。２のバルブ廃棄スプールレッグ２１４はサイクロン廃液とともに廃棄されるガスの量を最小にする。管２１６は廃棄スプールレッグ２１４とエアナイフ２０２を連結する。２のバルブ廃棄スプールレッグから廃棄されるサイクロンダストは、管２１６及びエアナイフ２０２を通じて懸濁容器２０４に落下する。

図３は本願発明のエアナイフ３００の切開図である。吸湿性物質３０２は図２に示す管２１６のような管３０４を通じてエアナイフ３００に入り、エアナイフ３００を通って矢印３０６に示す下方向に進む。

エアナイフ３００は３つの重なる壁部３０８，３１０及び３１２を備える。壁部の重なる部分にガスが通る隙間が形成される。隙間はサイクロンダストが移動する方向と同じ方向に面する。同じ方向に面することにより、隙間を通じて移動するガスはサイクロンダストと同じ方向に向かってエアナイフを通って移動する。好ましくは本願発明のエアナイフは、少なくとも２の異なる円周状の隙間を備え、この隙間をガスが通るであろう。概して、隙間の大きさ（すなわち、２の壁部の距離）は、０．１８ｃｍ（０．０７インチ）以下であり、好ましくは０．１３ｃｍ（０．０５インチ）以下である。一具体例において、０．０９ｃｍ（０．０３６インチ）の隙間を有するエアナイフがTiCl_４生産法において有利に利用され、吸湿性サイクロンダストをエアナイフの壁に集合させないようにする。

本願発明のエアナイフは少なくとも１のガス取入口を備える。概して、本願発明のエアナイフは２から４のガス取入口を備えるであろう。図２においてガス流はガス取入口３１４へ流れ、矢印の方向に進む。ガスはエアナイフの壁部３０８，３１０及び３１２の内側からほとんど又はすべての吸湿性物質を吹き飛ばすのに充分な速度で、壁部３０８，３１０及び３１２の間の隙間を通って進む。ガス速度は、ガス取入口へのガス流を、環状隙間の断面積で割ることにより従来の方法で計算される。

図４は図３に示すエアナイフ３００を見下ろした図を説明する。図４に見られるように、エアナイフ３００は４のガス取入口を備える。エアナイフ３００は一連のボルト３１６も備える。本願発明の具体例におけるボルト３１６は、懸濁容器に対してエアナイフ３００を固定するために使用される。しかしながら、懸濁容器に対してエアナイフを結合するための他の方法も本願発明の範囲である。図４はサイクロンダストが懸濁容器に向かう途中に通過するエアナイフ３００の中心の開口部３１８を示す。本願発明のエアナイフは、TiCl_４生産方法において懸濁容器の入口にて有利に使用され、懸濁容器内にさらなる換気を必要としない。

図４に示すように、エアナイフ３００の壁部は、エアナイフ３００の壁部の間に配置された小さい溶接部３２０により互いに付着することができる。すなわち、これらの溶接部３２０は壁部の間の隙間にある。溶接部３２０の大きさは、隙間を通るガスの流れを遮るものでない限り、特に構わない。

本願発明のエアナイフは意図した用途に適したどの物質を使用しても製造することができる。適切な物質は、過度の実験をすることなく決定できる。概して、TiCl_４生産方法に使用されるエアナイフは、Inconel600又はInconel601（種々のスチール及び合金の販売業者から商業的に入手可能）等の耐腐食性のスチールから製造されるであろう。

本願発明のエアナイフの使用に適したガスは、特に、エアナイフが使用される用途による。しかしながら、適切なガスは過度の実験をすることなく決定できる。TiCl_４生産方法において、エアナイフに使用される好ましいガスには、窒素、アルゴン、二酸化炭素、又はエアナイフ内で行われている状態でほとんど反応しないその他のあらゆるガスを含む。

本願発明を特定の具体例を用いて詳細に説明したが、当業者には、前記の理解を達成さえるためには、具体例を容易に変化させ、変更し、等価なものにしてもよい。例えば、本願発明のエアナイフは、TiCl_４生産に加えてその他の用途に有利に使用される。例えば、管又はパイプを通じて、一の容器から他の容器に運搬される際に物質が集まるのを低減する本願発明の能力から利益を受ける多くの用途において、新規な本願発明のエアナイフを利用することは、本願発明の範囲である。したがって、本願発明の範囲は、添付の請求の範囲及びこれと均等な範囲であると判断されるべきである。

図１はTiCl₄の製造方法を説明する。 図２はサイクロンセパレータ及び懸濁容器と関連して本願発明によるエアナイフを利用した方法を説明する。 図３は本願発明の切開図を説明する。 図４は図３のエアナイフを上から見下ろした図を説明する。

Claims (15)

1. 複数の重なる壁部であって、前記壁部は円周を有する通路を定義し、前記通路は固体物質が第１の方向においてエアナイフを通過するように調整され；
   少なくとも２の複数の重なる壁部であって、前記壁部と壁部との間に隙間を形成し；前記隙間は第１の方向に面し；及び
   少なくとも１のガス取入口であって、前記ガス取入口に入るガスが前記隙間を通って前記通路の円周に沿って通路に進むように、前記ガス取入口は前記隙間と連結する；を含むエアナイフ。
2. 前記円周は環状である請求項１に記載のエアナイフ。
3. 前記隙間は０．１８ｃｍ以下である請求項１に記載のエアナイフ。
4. 前記隙間は０．１３ｃｍ以下である請求項１に記載のエアナイフ。
5. 前記エアナイフはサイクロンセパレータに連結される請求項１に記載のエアナイフ。
6. 前記サイクロンセパレータはガスから吸湿性固体を分離する請求項１のエアナイフ。
7. 前記エアナイフはサイクロンセパレータから吸湿性固体を含む固体を受け取るように懸濁容器に連結される請求項１に記載のエアナイフ。
8. 前記懸濁容器は多湿環境を含む請求項７に記載のエアナイフ。
9. 通路を通って固体物質が進む方向に通路の内部表面に沿ってガス流を噴射する工程を含む工程を含む、固体物質が通路を通過する際に通路の内部表面に固体物質が集合するのを低減する方法。
10. 前記固体物質は吸湿性である請求項９に記載の方法。
11. 前記固体物質はサイクロンセパレータからのサイクロンダストである請求項９に記載の方法。
12. 通路は多湿環境に曝されている請求項９に記載の方法。
13. 前記ガス流の速度は少なくとも３０ｍ/秒で噴射される請求項９に記載の方法。
14. 前記ガス流の速度は少なくとも６０ｍ/秒で噴射される請求項９に記載の方法。
15. 前記ガス流の速度は少なくとも１２０ｍ/秒で噴射される請求項９に記載の方法。

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