JP7200041B2 - 分散盤、塩化炉、及び金属塩化物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、分散盤、塩化炉、及び金属塩化物の製造方法に関する。

四塩化チタンは、スポンジ状の固体金属チタン（以下、「スポンジチタン」と称する。）の製造原料のみならず、酸化チタンや触媒あるいは医薬の分野に幅広く利用されている。四塩化チタンは、コークスと、チタン鉱石と、塩素ガスとを高温にて反応させることにより製造されている。

四塩化チタンの生成は、耐火物構造の塩化炉内に形成された鉱石とコークスを塩素ガスで流動化した流動層内で行われている。四塩化チタンを生成する塩化反応は、発熱反応であるために、流動層内温度が所望の反応温度に達した後は外部からの加熱は不要となり、自発的に反応が進行する。上記塩化炉内では、チタン鉱石とコークスを含む原料層が、塩素ガスにより流動化されており、このため、塩化炉の内面は、高温下で激しい摩耗環境に曝されている。

例えば、特許文献１では、金属酸化物を含有する原料とコークスが上部に載置され、下部から供給される塩素ガスを前記原料に接触させる塩素ガスの分散盤であって、底板と、前記底板の上面に配置された不定形耐火物からなる断熱層と、前記断熱層の上部に配置された耐塩素性を有する不活性粒子からなる分散層とを備え、前記底板と前記断熱層には塩素ガスを通過させる複数のガス流路が設けられている分散盤が提案されている。

特開２０１４－２１０６８９号公報

特許文献１に記載されたように、従来から分散盤を補強することが報告されており、その目的は塩化炉の連続操業の長期化を図るものである。しかしながら、塩化炉の操業を続けることによる分散盤損傷の進行は把握が困難であり、特に連続操業の終盤においては塩化炉の操業を停止するか否かの判断基準が未だ確立されていない。したがって、分散盤の損傷度合を把握するために、未だ塩化炉の構造には改善の余地があるといえる。

そこで、本発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、一実施形態において、塩化炉に使用される断熱層の損傷度合いを把握することが可能な分散盤を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのような分散盤を使用した塩化炉を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのような塩化炉を使用した金属塩化物の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は一側面において、金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで、金属塩化物を生成するための塩化炉に備わる分散盤であって、底板と、前記底板の上面に設けられた断熱層とを備え、前記断熱層には、厚さ方向に異なる位置において前記断熱層の温度を計測するための複数の温度計が設置されている、分散盤である。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記複数の温度計で一組の温度計を構成する。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記一組の温度計が、前記底板の上面の中心部に位置されている。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、複数の前記一組の温度計が、底板の上面に位置されている。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、複数の前記一組の温度計が、前記底板の上面にその上面の中心を軸にして円周方向に沿って位置されている。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記底板は、炭素鋼、ステンレス鋼、及びＮｉよりなる群から選択される１種以上である金属で形成されている。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記断熱層は、耐熱セラミックスで形成された充填物が充填されている。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記温度計は、測温部と、前記測温部の外周を覆った保護管と、前記保護管を保持するホルダーとを備える。

本発明に係る分散盤の一実施形態においては、前記保護管は、窒化珪素、炭化珪素、及びアルミナよりなる群から選択される１種以上で形成されている。

本発明は別の側面において、上記いずれかの分散盤を備える、塩化炉である。

本発明に係る塩化炉の一実施形態においては、厚さ方向に前記断熱層よりも高い位置に塩素ガス吹き出し口を更に備える。

本発明は別の側面において、上記いずれかの塩化炉を使用する金属塩化物の製造方法であって、金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで、金属塩化物を製造する製造工程を含む、金属塩化物の製造方法である。

本発明に係る金属塩化物の製造方法においては、前記製造工程は、前記断熱層の厚さ方向に異なる位置において前記断熱層の温度を複数の温度計により測定する測定工程と、前記断熱層の測定温度に基づき、前記塩化炉の操業を停止する停止工程とを含む。

本発明の一実施形態によれば、塩化炉に使用される断熱層の損傷度合いを把握することができる分散盤を提供する。

本発明に係る分散盤を説明するための部分拡大断面図である。 本発明に係る塩化炉の内部構造を模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る金属塩化物の製造方法の製造工程を説明するためのフロー図である。 実施例１における断熱層を示す概略上面図である。 実施例２における断熱層を示す概略上面図である。 実施例３における断熱層を示す概略上面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、厚さ方向は、分散盤１０を正面視したときに、底板２０の上面２２に垂直な方向を意味する（図１参照）。更に、本明細書において、Ｈ１～Ｈ３は、底板２０の上面２２を基準とした場合に、厚さ方向において当該上面２２から断熱層３０の上面３１に向かう方向（上方ＵＤ）にその距離を規定している（図１参照）。

塩化炉の操業においては、塩化炉を使用し続けると、分散盤の断熱層の経時的劣化に伴い断熱層が上部（流動層側）から下部（底板側）に向かって徐々に減肉する。よって、底板の温度が上昇していく。そうすると、底板には、供給された塩素ガスと底板の温度の上昇に起因して、腐食又は貫通孔が生じる。これにより、流動層から底板を通過してウインドボックスに１０００℃以上の高温の炉内原料が落下し、ウインドボックス内部が過熱され、ウインドボックスや塩素配管にまで腐食又は貫通孔が生じうる。そのような場合には、塩化炉の系外に塩素ガスの漏えいや高温の原料の流出が生じうる。

そこで、本発明者らは、分散盤の損傷に起因する塩素漏洩等を的確に防止する手法を種々検討した結果、複数の温度計を併用して分散盤の、特に断熱層の損傷状態を把握することが有利であるとの知見を得た。断熱層内では流動層内よりも温度が低いため、断熱機能が維持されているか否かを温度計の設置深さに基づき把握することを本発明者らは知見し、さらに検討を重ねて本発明者らは本件技術を完成するに至った。
以下の実施形態の説明や実施例では、金属酸化物原料をチタン鉱石とし、金属塩化物を四塩化チタンとして説明する場合がある。
以下、各実施形態について、図面を使用して説明する。

［１．分散盤］
本発明に係る分散盤の一実施形態によれば、塩化炉に使用される断熱層の損傷度合いを把握できる。本発明に係る分散盤の一実施形態は、金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで金属塩化物を生成するための塩化炉１００に備わる分散盤１０であって、図１に示すように、底板２０と、断熱層３０とを備える。そして、断熱層３０には、厚さ方向に異なる位置において断熱層３０の温度を計測するための複数の温度計５０、６０、７０が設置されている。すなわち、各温度計５０、６０、７０に備わる測温部５１、６１、７１は、厚さ方向に異なる位置において断熱層３０に設置されている。底板２０と、断熱層３０と、温度計５０、６０、７０は公知のものを適宜使用可能である。ただし、温度計５０、６０、７０については後述の要件を満たす必要がある。当該分散盤１０の厚さは適宜設計可能であるが、例えば、底板２０と断熱層３０を併せて５００～７００ｍｍ程度とすることができる。なお、本明細書において、金属酸化物を酸化チタンとし、金属塩化物を四塩化チタンとして説明しているが、金属酸化物および金属塩化物はこれらに限定されるものではない。以下、各構成要素についてそれぞれ説明する。

（底板）
底板２０は、塩化炉１００においてウインドボックス１１０の上方に位置し（図２参照）、塩素ガスが通過するように多数の通気孔（不図示）が形成されている。好ましくは、塩素ガスは通気孔に設けられたノズル２１を介して断熱層３０の上外側、すなわち流動層１２０に供給される。ノズル２１の塩素ガス吹き出し口２１ａは断熱層３０より高い位置とした方が好ましい場合もある。底板２０の材質は、耐熱性という観点から、炭素鋼、ステンレス鋼、及びＮｉよりなる群から選択される１種以上であればよい。なお、底板２０の厚さは適宜設計可能であるが、例えば４０～８０ｍｍである。炭素鋼は炭素含有量が２質量％以下の鋼であって、いわゆる極低炭素鋼、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼等を含むものである。炭素鋼の具体例として、ＳＳ４００等が挙げられる。ステンレス鋼は、耐熱性及び強度という観点から、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）等が添加された鋼である。ステンレス鋼の具体例として、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼等が挙げられる。

上記通気孔の大きさは、塩素ガスを分散させるために必要なガス流量と圧力損失から規定することができる。底板２０の通気孔（好ましくは上記ノズル２１）の個数は、通気孔の径によって異なってくるが、分散盤１０が２ｍ程度の直径を有する場合には、５０～１００個あればよい。このような底板２０を用いることにより、塩素ガス供給管１３０（図２参照。）から供給される塩素ガスを流動層１２０に対してより均一に供給することができる。

（断熱層）
断熱層３０は、底板２０の上面２２の上方ＵＤに形成される。断熱層３０は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。また、断熱層３０を耐熱セラミックス製の充填物を充填して形成している場合、分散盤１０を適切に軽量化しつつ塩化炉１００内の塩素ガスの影響を低減可能である。上記耐熱セラミックス製の充填物としては、例えば窒化ケイ素製、溶融シリカ製、又はアルミナ製等の充填物が挙げられる。上記耐熱セラミックス製の充填物の形状は特に限定されるものではないが、球状や平板状等が挙げられる。中でも上記充填物の形状は、分散盤１０の耐久性という観点から、平板状がよい。また、充填物は、原料の流動により流動層１２０に巻き込まれないような大きさであることが好ましい。なお、断熱層３０の厚さは適宜設計可能であるが、例えば４００～６５０ｍｍである。

本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、断熱層３０には厚さ方向の異なる位置において断熱層３０の温度を計測するための複数の温度計５０、６０、７０が設置されている。塩化炉１００の操業を継続した場合、塩化炉１００内の温度を高温に維持しているために断熱層３０が消耗される。これにより、断熱層３０の厚さが薄くなっていく。そこで、例えば、断熱層３０内にて厚さ方向に異なる位置に測温部５１、６１、７１を設置したことで、最も底板２０側近くに設置された測温部５１により計測された温度が上昇し始めたら、断熱層３０の損傷が生じていると把握することができる。また、例えば、測温部６１または測温部７１により計測された温度が上昇し始めたら、断熱層３０の損傷が生じていると把握することもできる。以上より、分散盤１０の設計にもよるが、断熱層３０には厚さ方向の異なる位置において２～４本の温度計を備えることとしてよい。

本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、断熱層３０が損傷している箇所をより正確に把握するという観点から、厚さ方向の異なる位置において断熱層３０の温度を測定する複数の温度計（例えば温度計５０、６０、７０の３本）で一組の温度計４０を構成することが好ましい。ここで、一組の温度計４０のうち複数の温度計５０、６０、７０は、底板２０が損傷している箇所を把握するという観点から、例えば底板２０の上面２２において０．０４～０．１６ｍ²の面積内にそれぞれ設置されている。一組の温度計４０を構成する複数の温度計５０、６０、７０は、複数であることが好ましく、より具体的には２～４本あればよい（図１は、温度計３本で一組の場合を図示している）。なお、上記面積内における複数の温度計５０、６０、７０の配列は特に限定されないが、例えばジグザグ状や上記面積内の中心を軸にして円周方向に沿った配置であってもよい。
例えば、図１のように、一組の温度計４０が３本の温度計５０、６０、７０から構成される場合には、各温度計５０、６０、７０の先端近傍に測温部５１、６１、７１が存在するので、断熱層３０の損傷度合いを精度良く把握するという観点から、第１の温度計５０の先端５０ａが断熱層３０の厚さ中央よりも底板２０側に設置され、第２の温度計６０の先端６０ａが断熱層３０の厚さ中央付近に設置され、第３の温度計７０が断熱層３０の厚さ中央よりも流動層１２０（図２参照。）側に配置される。
第１の温度計５０においては、断熱層３０の厚さをＨとし、厚さ方向における底板２０の上面２２から第１の温度計５０の先端５０ａまでの距離をＨ１とした場合に、断熱層３０の損傷度合いを把握するという観点から、Ｈ１／Ｈが０．５以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましい。なお、上記Ｈ１／Ｈは下限側としては、典型的に０．０以上であり、より典型的に０．１以上である。本明細書において、上記Ｈ１／Ｈが０．０である場合は、Ｈ１が底板２０の上面２２に位置することを意味する。
また、第２の温度計６０においては、断熱層３０の厚さをＨとし、厚さ方向における底板２０の上面２２から第２の温度計６０の先端６０ａまでの距離をＨ２とした場合に、断熱層３０の損傷度合いを把握するという観点から、Ｈ２／Ｈが０．７５～０．２５であることが好ましい。上記Ｈ２／Ｈは上限側として、０．７５以下であることが好ましく、０．６０以下であることがより好ましい。なお、上記Ｈ２／Ｈは下限側として、０．２５以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましい。
また、第３の温度計７０においては、断熱層３０の厚さをＨとし、厚さ方向における底板２０の上面２２から第３の温度計７０の先端７０ａまでの距離をＨ３とした場合に、断熱層３０の損傷度合いを把握するという観点から、Ｈ３／Ｈが０．５以上であることが好ましい。上記Ｈ３／Ｈは下限側として、０．５以上であることが好ましく、０．６以上であることがより好ましい。なお、上記Ｈ３／Ｈは上限側として、典型的に１．０以下であり、より典型的に０．８以下である。本明細書において、上記Ｈ３／Ｈが１．０である場合は、Ｈ３が断熱層３０の上面３１に位置することを意味する。
以上の説明により、厚さ方向における底板２０の上面２２から各温度計５０、６０、７０の先端５０ａ、６０ａ、７０ａまでの距離について、Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３は、Ｈ３＞Ｈ２＞Ｈ１との関係で示される。

本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、塩化炉１００の操業中に断熱層３０の中心部が他の部位よりも損傷が生じやすいという観点から、一組の温度計４０が底板２０の上面２２の中心部に位置されていることが好ましい。

本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、断熱層３０が損傷している箇所をより正確に把握するという観点から、複数の一組の温度計４０が底板２０の上面２２に位置されていることが好ましい。更に、底板２０の上面２２において、塩化炉１００の操業シミュレーションにより事前に断熱層３０が損傷しやすい箇所が複数判明していれば、各箇所に一組の温度計４０を配置すればよい。
また、本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、中心軸に設置される一組の温度計４０の他に、さらに複数の一組の温度計４０が、底板２０の上面２２の中心を軸（以下、中心軸Ｘと称する。）にして円周方向に沿って位置され、それらの複数の一組の温度計４０が上方ＵＤに延在して断熱層３０にそれぞれ設置されている。このとき、複数の一組の温度計４０が、底板２０の上面２２に等間隔で断熱層３０にそれぞれ位置されてもよい。すなわち、複数の一組の温度計４０を底板２０の上面２２に位置する場合には、その一組の温度計４０の数に応じて、一方の一組の温度計４０と、他の一組の温度計４０とを円周方向において所定の間隔で位置すればよい（図４～６参照）。以上のような複数の一組の温度計４０の配置により、断熱層３０の損傷度合いをより精度良く把握することができる場合がある。
このとき、中心軸Ｘから分散盤１０の外周までの距離をＲとし、中心軸Ｘから外周に向かって一組の温度計４０の各温度計の中心までの離間距離ｒとした（図４参照。）場合、ｒ／Ｒは、分散盤１０各所の温度を適切に把握するという観点から、０．１～０．９であることが好ましい。上記ｒ／Ｒは、下限側として０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましく、０．４以上であることが更に好ましい。また、上記ｒ／Ｒは、上限側として０．９以下であることが好ましく、０．８以下であることがより好ましく、０．７以下であることが更に好ましい。
なお、本明細書の図４においては一組の温度計Ｂ～Ｄについてｒの値が同じとなっているが、「円周方向に沿って」とは各ｒが同一である必要はない。例えば、各ｒの平均値をａｒとした場合、中心軸Ｘから外周に向かって一組の温度計Ｂ～Ｄの各温度計の中心までの離間距離を示す各ｒ値がａｒ±３０％の範囲内となるように各一組の温度計Ｂ～Ｄを配置してもよい。なお、本明細書の図５、６も同様である。

本発明に係る分散盤１０の一実施形態においては、温度計５０、６０、７０は、測温部５１、６１、７１と、測温部５１、６１、７１と連結する導線５１ａ、６１ａ、７１ａと、底板２０の上面２２から断熱層３０に向かって延在して測温部５１、６１、７１の外周を覆う保護管５２、６２、７２と、保護管５２、６２、７２を断熱層３０内に取り付けて保持するホルダー５３、６３、７３と、保護管５２、６２、７２及びホルダー５３、６３、７３の間に耐熱セメント等で形成されたシール剤５４、６４、７４とを備える。また、測温部５１、６１、７１としては公知のものを適宜採用すればよいが、例えば熱電対が挙げられる。

導線５１ａ、６１ａ、７１ａは、例えば外部に設置されたインターフェイス（不図示）等に接続され、測温部５１、６１、７１で測定された温度情報をモニター（不図示）に出力する。導線の材質としては金属であれば特に限定されないが、例えば鉄－銅ニッケル合金、銅－銅ニッケル合金等が挙げられる。

保護管５２、６２、７２は、測温部５１、６１、７１が塩素ガスと接触して腐食されることを防ぐため、分散盤１０において測温部５１、６１、７１の外周を覆うように保護する。保護管５２、６２、７２の両端部のうちいずれか一方は、開口部を有する。その開口部は、ホルダー５３、６３、７３に係合される形状にしてよい。保護管５２、６２、７２は、耐熱性、及び耐摩耗性という観点から、窒化珪素、炭化珪素、及びアルミナよりなる群から選択される１種以上で形成されていることが好ましい。中でも、保護管５２、６２、７２は塩素ガスで腐食されないため、耐腐食性という観点から、窒化珪素がより好ましい。

ホルダー５３、６３、７３は、塩化炉１００（図２参照。）内に塩素ガスが流れることを防止することを目的で使用する。ホルダー５３、６３、７３は金属製であれば特に限定されないが、接合性の観点から底板２０と同じ材質である、炭素鋼、ステンレス鋼、及びＮｉよりなる群から選択される１種以上を用いればよい。

シール剤５４、６４、７４は、保護管５２、６２、７２及びホルダー５３、６３、７３の間に挟まれることで、保護管５２、６２、７２内に塩素ガスが流れることを防止する目的で使用する。また、シール部材５５、６５、７５は、塩化炉１００（図２参照。）内に意図せぬ過剰の塩素ガスが流れることを防止する目的で使用する。すなわち、本実施形態においては、シール剤５４、６４、７４及びシール部材５５、６５、７５による、二重シール構造を採用している。シール部材５５、６５、７５は底板２０の下端側に設けられる。シール部材５５、６５、７５は金属製であれば特に限定されないが、高温環境に基づく底板２０の孔形成を低減するため、好ましくは炭素鋼又はステンレス鋼で形成されている。なお、シール部材５５、６５、７５を耐熱セラミックで形成した場合は、シール部材５５、６５、７５に塩素ガスが流入し、温度計自身が塩素と反応して損傷するおそれがある。

［２．塩化炉］
本発明に係る塩化炉１００は、図２に示すように、ウインドボックス１１０と、先述した分散盤１０と、流動層１２０と、塩素ガス供給管１３０と、原料供給管１４０と、金属塩化物ガス回収管１５０とを備える。以下、各構成要素をそれぞれ説明する。

（ウインドボックス）
ウインドボックス１１０は、塩化炉１００の底側に設けられる。先述した分散盤１０は、ウインドボックス１１０に接続されている。ウインドボックス１１０の形状又は材質は公知のものを適宜採用可能である。塩素ガスはウインドボックス１１０および分散盤１０を通過して流動層１２０に供給される。

（流動層）
流動層１２０は、分散盤１０上に設けられている。該流動層１２０は、金属酸化物原料及びコークスで形成されている。金属酸化物原料及びコークスは、加熱中に塩素ガス供給管１３０から供給された塩素ガスと反応することで、金属塩化物ガスを生成する。金属酸化物原料は、酸化チタンを含有するチタン鉱石であってよい。

（塩素ガス供給管）
塩素ガス供給管１３０はウインドボックス１１０に接続される。

（原料供給管）
原料供給管１４０は、流動層１２０に金属酸化物原料及びコークスを供給するため、厚さ方向において分散盤１０よりも高い位置に塩化炉１００の側壁１６０に設けられている。原料供給管１４０の形状又は材質は公知のものを適宜採用可能である。なお、塩化炉１００の施設においては、当該原料供給管１４０を、側壁１６０のレンガ間に挿通すればよい。

（金属塩化物ガス回収管）
金属塩化物ガス回収管１５０は、塩化炉１００内で生成された金属塩化物ガスを回収するために、塩化炉１００の頂部に設けられている。このとき、金属塩化物ガスは四塩化チタンガスでよい。この回収された金属塩化物ガスが四塩化チタンガスである場合には、コンデンサーにおいて該四塩化チタンガスを四塩化チタンの沸点１３６℃以下に冷却することで、液体四塩化チタンを回収すればよい。また、金属塩化物ガス回収管１５０の形状又は材質は公知のものを適宜採用可能である。

［３．金属塩化物の製造方法］
本発明に係る金属塩化物の製造方法の一実施形態においては、先述した塩化炉１００を使用して金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで、金属塩化物を製造する製造工程を含む。このように製造された金属塩化物ガスは、気体となって塩化炉１００内を上昇し、塩化炉１００の頂部に接続された金属塩化物ガス回収管１５０を経て回収される。このとき、金属塩化物ガスは四塩化チタンガスでよい。

本発明に係る金属塩化物の製造方法の一実施形態においては、上記製造工程は、図３に示した測定工程Ｓ１１と、停止工程Ｓ２１とを更に含む。

（測定工程）
測定工程Ｓ１１は、断熱層３０の厚さ方向に異なる位置において断熱層３０の温度を複数の温度計５０、６０、７０により測定する。各温度計５０、６０、７０に備わる測温部５１、６１、７１で測定された温度から断熱層３０の損傷度合いを把握することができる。

（停止工程）
停止工程Ｓ２１は、測定工程Ｓ１１により測定された断熱層３０の測定温度に基づき、塩化炉１００の操業を停止する。
停止工程Ｓ２１において操業を停止する判断基準は、分散盤１０の構成や塩化炉１００の操業条件に基づき設定可能である。例えば、断熱層３０に窒化珪素製充填物を充填し、塩化炉１００内の温度を１０００～１１００℃に調整している場合には、底板２０に最も近くに設置された測温部５１が４００℃以上であるとき、断熱層３０に損傷が生じていると把握することができるので、操業を一時停止する。一方、４００℃未満である場合には、断熱層３０に損耗が生じていないと把握することができるので、操業を続けることができる。また、断熱層３０の厚さ方向に異なる位置において温度計が３本以上設置されている場合には、当該厚さ方向において断熱層３０の上面３１側から数えて予め規定した温度計（例えば２番目以降の温度計）が４００℃以上であるとき、操業を一時停止してもよい。更に、断熱層３０の厚さ方向に異なる位置に設置された各温度計５０、６０、７０に備わる測温部５１、６１、７１で測定された温度の温度差によって操業を停止してもよい。

例えば、塩化炉１００の操業を停止した後は分散盤１０を塩化炉１００から取り外し、断熱層３０の損傷が生じていた場合には、未使用の分散盤１０に交換すればよい。そうすることで、塩化炉の操業を再開できる。

以下、本発明の内容を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、表１では、実施例１及び２における一組の温度計は３本の温度計が束となっており、実施例３における一組の温度計は２本の温度計が束となっている。

（実施例１）
図２に示した構成を備える塩化炉１００を使用した。分散盤１０の直径を２０００ｍｍ（図４～６に示したＲ：１０００ｍｍ）とし、分散盤１０の厚さが６５０ｍｍとなるように、底板２０の厚さを５０ｍｍとし、断熱層３０の厚さＨが６００ｍｍとなるように平板状の窒化珪素片を充填した。次いで、温度計３本からなる一組の温度計４０（複数の温度は、断熱層３０の厚さ方向に垂直な方向から観察したときに０．０４～０．１６ｍ²の面積内に設置されている。）を複数用意した。当該一組の温度計４０を、図４に示すように、中心部（Ａ地点）に１ヶ所設置し、さらに離間距離ｒが６００ｍｍとなるようにし、底板２０の上面２２にその上面２２の中心を軸にして円周方向に沿って等間隔に３ヶ所（Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点）設置した。このとき、底板２０の上面２２から温度計５０、６０、７０の先端５０ａ、６０ａ、７０ａまでの距離（図１参照。）が、Ｈ１：１２５ｍｍ（以下、第１の温度計５０と称する。）、Ｈ２：２５０ｍｍ（以下、第２の温度計６０と称する。）、Ｈ３：３７５ｍｍ（以下、第３の温度計７０と称する。）となるようにそれぞれ設置した。上記温度計５０、６０、７０の測温部５１、６１、７１を熱電対とし、保護管５２、６２、７２を窒化珪素製とし、ホルダー５３、６３、７３をステンレス鋼製とし、底板２０を炭素鋼製とした。更に、流動層１２０は、チタン鉱石（品種：合成ルチル、ＴｉＯ₂純度：９６質量％）とコークス（石油系カルサインドコークス）により形成されていた。

当該分散盤１０を使用して塩化炉１００を操業し、塩化炉１００内の平均温度１０５０℃、Ｃｌ₂ガスの平均供給量３０ｍ³／ｍｉｎで四塩化チタンの製造を継続した。塩化炉１００内の平均温度１０５０℃にした直後、各温度計５０、６０、７０の温度は、温度計５０は８０℃、温度計６０は１５０℃、温度計７０は３００℃あった。

操業の結果、四塩化チタン製造量５７，０００ｔ、操業期間１１ヶ月の時点で計４ヶ所全ての第３の温度計７０の温度が塩化炉１００内の温度と同じ１０５０℃まで上昇した。さらに、四塩化チタン製造量７８０００ｔ、操業期間１５ヶ月まで操業を続けたところ、Ａ地点にある一組の温度計４０のうち第２の温度計６０の温度と、Ｂ地点の一組の温度計４０のうち第２の温度計６０が１０５０℃まで上昇し、またＡ地点にある一組の温度計４０のうち第１の温度計５０の温度と、Ｂ地点にある一組の温度計４０のうち第１の温度計５０の温度が４５０℃まで上昇した。そのため、四塩化チタンの製造を一時停止し、分散盤１０を塩化炉１００から外した。

作業者が分散盤１０の損傷を検証したところ、Ａ地点とＢ地点において断熱層３０が著しく減肉しており断熱層３０の厚さは２７０ｍｍとなっていた。しかしながら、操業期間中、分散盤１０からウインドボックス１１０への原料の落下や塩素漏れは確認されなかった。よって、実施例１では分散盤１０の寿命を適切に把握できたとこで寿命近くまで四塩化チタンの操業を行うことができた。その結果、より多くの四塩化チタンを製造できた。

（実施例２）
一組の温度計４０を、図５に示すように、中心部（Ｅ地点）に１ヶ所設置し、さらに離間距離ｒが６００ｍｍとなるようにし、底板２０の上面２２にその上面２２中心を軸にして円周方向に沿って等間隔に４ヶ所（Ｆ地点、Ｇ地点、Ｈ地点、Ｉ地点）それぞれ位置するように、断熱層３０に設置したこと以外、実施例１と同様に四塩化チタンを製造し、その製造後の分散盤１０を評価した。

（実施例３）
一組の温度計４０を２本の温度計５０、６０（Ｈ１：２００ｍｍ、Ｈ２：４００ｍｍ）にし、その一組の温度計４０を、図６に示すように、中心部（Ｊ地点）に１ヶ所設置し、さらに離間距離ｒが４００ｍｍとなるように底板２０の上面２２にその上面２２の中心を軸にして円周方向に沿って等間隔に２ヶ所（Ｋ地点、Ｌ地点）それぞれ位置するように、断熱層３０に設置したこと以外、実施例１と同様に四塩化チタンを製造し、その製造後の分散盤１０を評価した。

（比較例１）
一組の温度計４０を使用せず、操業期間を８ヶ月としたこと以外、実施例１と同様に四塩化チタンを製造し、その製造後の分散盤１０を評価した。
操業の結果、四塩化チタンの製造量４２０００ｔの時点で塩化炉１００を停止し、分散盤１０を塩化炉１００から外した。
作業者が分散盤１０の損傷を検証したところ、断熱層３０の著しい減肉は確認されなかった。比較例１は分散盤１０の損傷を適切に把握できず、塩化炉１００の停止が早すぎたため、四塩化チタンの製造量が少なかった。なお、操業期間中は分散盤１０からの塩素漏れは確認されなかった。

（比較例２）
一組の温度計４０を使用せず、操業期間を１６ヶ月としたこと以外、実施例１と同様に四塩化チタンを製造し、その製造後の分散盤１０を評価した。
操業の結果、製造量８２０００ｔの時点で分散盤１０の底板２０に穴が空き、炉内原料がウインドボックスに落下し、分散盤１０からの塩素漏れが確認された。
作業者が分散盤１０の損傷を検証したところ、断熱層３０が損傷した箇所の底板２０と塩素が反応し孔が形成されていた。

（考察）
実施例１～３では、複数の一組の温度計４０を分散盤１０に分散設置したことで精度よく断熱層３０の損傷度合いを把握することができた。その結果、塩化炉の操業に支障が出ない状態で四塩化チタンを多く製造することができた。
また、実施例１～３では、比較例１と異なり、操業停止後の底板２０と断熱層３０の合計の厚さが適切に少なかった。これは、分散盤の損傷状態を適切に把握し、効率良く四塩化チタンを製造することができたといえる。
一方、比較例１～２では、一組の温度計を分散盤に設置しなかったことで、断熱層の損傷を把握することができなかった。比較例１では塩化炉の操業停止が早すぎたため四塩化チタンの製造効率が低下した。比較例２では予期せぬタイミングで塩化炉の補修が必要となったため別工程との工程調整が必要となり、やはり四塩化チタン、特に精製四塩化チタンの製造効率が低下した。

１０ 分散盤
２０ 底板
２１ ノズル
２１ａ 塩素ガス吹き出し口
２２ 上面
３０ 断熱層
３１ 上面
４０ 一組の温度計
５０ 第１の温度計
５０ａ、６０ａ、７０ａ 先端
５１、６１、７１ 測温部
５１ａ、６１ａ、７１ａ 導線
５２、６２、７２ 保護管
５３、６３、７３ ホルダー
５４、６４、７４ シール剤
５５、６５、７５ シール部材
６０ 第２の温度計
７０ 第３の温度計
１００ 塩化炉
１１０ ウインドボックス
１２０ 流動層
１３０ 塩素ガス供給管
１４０ 原料供給管
１５０ 金属塩化物ガス回収管
１６０ 側壁
Ｓ１１ 測定工程
Ｓ２１ 停止工程
ＵＤ 上方

Claims (13)

1. 金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで、金属塩化物を生成するための塩化炉に備わる分散盤であって、
   底板と、
   前記底板の上面に設けられた断熱層とを備え、
   前記断熱層には、厚さ方向に異なる位置において前記断熱層の温度を計測するための複数の温度計が設置されている、分散盤。
2. 前記複数の温度計で一組の温度計を構成する、請求項１に記載の分散盤。
3. 前記一組の温度計が、前記底板の上面の中心部に位置されている、請求項２に記載の分散盤。
4. 複数の前記一組の温度計が、前記底板の上面に位置されている、請求項２又は３に記載の分散盤。
5. 複数の前記一組の温度計が、前記底板の上面にその上面の中心を軸にして円周方向に沿って位置されている、請求項２～４のいずれか一項に記載の分散盤。
6. 前記底板は、炭素鋼、ステンレス鋼、及びＮｉよりなる群から選択される１種以上である金属で形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の分散盤。
7. 前記断熱層は、耐熱セラミックスで形成された充填物が充填されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の分散盤。
8. 前記温度計は、測温部と、前記測温部の外周を覆った保護管と、前記保護管を保持するホルダーとを備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の分散盤。
9. 前記保護管は、窒化珪素、炭化珪素、及びアルミナよりなる群から選択される１種以上で形成されている、請求項８に記載の分散盤。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の分散盤を備える、塩化炉。
11. 前記厚さ方向に前記断熱層よりも高い位置に塩素ガス吹き出し口を更に備える、請求項１０に記載の塩化炉。
12. 請求項１０又は１１に記載の塩化炉を使用する金属塩化物の製造方法であって、
    金属酸化物原料と、コークスと、塩素ガスとを反応させることで、金属塩化物を製造する製造工程を含む、金属塩化物の製造方法。
13. 前記製造工程は、前記断熱層の厚さ方向に異なる位置において前記断熱層の温度を複数の温度計により測定する測定工程と、前記断熱層の測定温度に基づき、前記塩化炉の操業を停止する停止工程とを更に含む、請求項１２に記載の金属塩化物の製造方法。

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