MXPA01012631A - Proceso para la recuperacion de cloro a partir de cloruros de hierro. - Google Patents

Abstract

La presente invencion proporciona un proceso para la recuperacion de valor de cloro a partir de una corriente de alimentacion de particulado de cloruros metalicos, en donde la energia total y el flujo de la masa de reactivo se manejan para minimizar la acumulacion de depositos de solidos sobre las paredes del reactor y maximizar la conversion de cloruros metalicos a oxidos metalicos y cloro.

Description

PROCESO PARA LA RECUPERACIÓN DE CLORO A PARTIR DE CLORUROS DE HIERRO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso para recuperar el valor de cloro a partir de cloruros metálicos y la conversión de los cloruros metálicos a óxidos metálicos.

¡Muchos procesos industriales que se diseñan para convertir menas de minerales a productos de mayor pureza y valor involucran una etapa inicial, en donde los valores metálicos en la mena se convierten a cloruros metálicos. El proceso para la producción de pigmento de dióxido de titanio, procesos para la producción de metales de titanio y zirconio son ejemplos de tales procesos de conversión, en donde los valores metálicos en la mena se convierten primero a cloruros metálicos . La conversión de los valores metálicos de la mena a cloruros metálicos proporciona un medio para separar hierro y otros cloruros metálicos de los metales de valor superior, tal como los de titanio y zirconio; pero continúa siendo una necesidad un proceso mediante el cual podrían recuperarse los valores de cloro del hierro y otros metales considerados que son de bajo valor. Se han mostrado varios procesos para la recuperación de REF. : 134061 ..« ft < * cloro, tal como los de las Patentes U.S. Nos. 2,642,339 por Sawyer; 4,994,255 por Hsu; 3,793,444 por Reeves et al.,; 4,174,381 por Reeves et al. (todos procesos de lecho fluidizado); 3,919,400 por Bonsack (reacción de vapores de cloruro férrico con cloruro de sodio y oxidación del complejo salino formado con oxigeno molecular); y 4,576,636 por Robinson et al. (oxidación de cloruro ferroso con adiciones por etapas de oxigeno) . La aplicación práctica de los procesos tal como estos se han limitado debido a la acumulación de depósitos, particularmente depósitos de incrustaciones duras, sobre las paredes del reactor de proceso. Algunas de las patentes listadas anteriormente se refieren al problema de la acumulación en la pared en el reactor. Por ejemplo, las de Sawyer y Hsu muestran cada una la adición de partículas a un reactor de lecho fluidizado para limpiar la pared del reactor. La U.S. 3,092,456 por Nelson y la U.S. 3,325,252 por Wikswo et al., muestran cada una el uso de un material para enfriar la pared del reactor. La U.S. 3,464,792 por Herriman et al. muestra la introducción de una segunda corriente de gas (que podria ser el gas de oxidación, vapores de haluro metálico o una mezcla de estos) a través de varias entradas de inyección en una primera corriente de gas arco calentada, de alta temperatura (que podria contener oxigeno o una mezcla de oxigeno, vapores de haluro metálico y un gas inerte) , de tal manera que la segunda corriente de gas enfrie la primera corriente de gas y las paredes del reactor. De acuerdo con Herriman et al., debe existir un flujo uniforme de los reactivos en este proceso; y por lo tanto, las entradas de inyección para las dos corrientes gaseosas deben permitir que cantidades iguales de gas pasen a través de las mismas. La U.S. 3,481,703 por Zirngibl muestra el uso de un gas inerte calentado mediante un arco eléctrico como un medio para calentar los vapores del cloruro metálico y el gas de oxidación para la temperatura de ignición de reacción. Esta patente muestra distribuciones de flujo para el electrodo, pero no muestra o sugiere nada con relación a la distribución de masa o energía de los reactivos. La U.S. 3,642,442 por Hoekje et al. muestra la preparación de dióxido de titanio pigmentario usando gas de oxidación calentado por arco eléctrico para poner en contacto una corriente de vapor de tetracloruro de titanio. Los parámetros de operación como se muestra en esta patente, podrían provocar que la reacción se limite por la velocidad de mezclado que, particularmente en el caso de la oxidación de cloruros de hierro, podria resultar en altos niveles de depósitos sobre las paredes del reactor. La U.S. 4,073,874 y U.S. 3,925,057 por Fukushima muestran un proceso para la oxidación de vapor de cloruro férrico. La patente "874 muestra que en el reactor, la velocidad del gas ?..t.i •,k i, l j de oxidación, alimentado en el perímetro del reactor, y la velocidad de la descarga central de los vapores de cloruro férrico se seleccionan para estar dentro del intervalo de los números de Reynolds, evitando que los vapores de cloruro férrico penetren el flujo circundante del gas de oxidación. Ambas patentes ?874 y la 057 proporcionan procesos que se limitan por la velocidad de mezclado. En todas estas patentes listadas anteriormente, la zona de reacción, que es la zona o espacio en el reactor donde la reacción de oxidación se lleva a cabo, se extiende a las paredes del reactor. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para la oxidación de cloruros metálicos y recuperación de cloro, en el que se minimizan o controlan la formación de depósitos en la pared. Otro objetivo de la presente invención es permitir la alimentación directa de partículas de cloruros metálicos en el reactor para evitar la necesidad de precalentar y/o vaporizar el cloruro metálico antes de que entre al reactor. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso que no requiera calor adicional para ser aplicado al reactor más allá del requerido para iniciar la oxidación del cloruro metálico. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso que podria operarse como un reactor mantenido solo o ?é j»_A—__ti¿3 - - - "•-*— _____ . i i como un reactor integrado en un proceso que genera subproductos de cloruro metáiico. En esta instalación integrada del presente proceso, el cloro recuperado del proceso de oxidación podria por ejemplo, recircularse en un dorador. La alimentación sólida de los cloruros metálicos, en particular cloruros ricos en hierro, podria alimentarse al reactor de oxidación directamente de un proceso de separación después del dorador. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso en el que las partículas del óxido del producto se enfrien por debajo del punto de adhesión antes de que alcancen las paredes del reactor. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso en el que la temperatura de la masa sea relativamente baja, resultando en conversiones de equilibrio superiores del cloruro metálico a cloro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para oxidar un cloruro metálico con oxigeno en un reactor que comprende introducir una corriente de alimentación que contiene partículas de cloruro metálico en un chorro que contiene gas para formar una zona de reacción pequeña, bien mezclada en donde al menos una porción de la corriente de alimentación de ítá .?.A á¡í&f, cloruro metálico reacciona para formar una corriente de producto, en donde: (a) la corriente de alimentación se introduce en la zona de arrastre del chorro; (b) el contenido calorífico del chorro es al menos el suficiente para iniciar la oxidación del cloruro metálico; (c) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse; (d) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; (e) el momentum total del chorro es igual o mayor que el momentum total de la corriente de alimentación; y (f) el diámetro de la zona de reacción es más pequeño que el diámetro del reactor. En el presente proceso podria suministrarse oxigeno al reactor solo por via del chorro, por via del chorro y la corriente de alimentación o solo por via de la corriente de alimentación. Se prefiere que al menos una parte del oxigeno suministrado al reactor pueda ser oxigeno recuperado de la corriente de producto. El presente proceso podria incorporarse en un proceso para la producción de dióxido de titanio que proporciona un proceso mejorado que tiene las etapas de: hacer reaccionar una mena que contiene titanio en presencia de cloro y carbono; separación de cloruros metálicos de subproducto a partir de tetracloruro de titanio; oxidación del tetracloruro de titanio para formar un pigmento base, comprendiendo el mejoramiento la introducción de cloruros metálicos de subproducto como un componente particulado de una corriente de alimentación en un chorro que contiene gas para formar una zona de reacción pequeña, bien mezclada, en donde al menos una porción de la corriente de alimentación de cloruro metálico reacciona para formar una corriente de producto que contiene óxido metálico y cloruro, en donde: (a) la corriente de alimentación se introduce en la zona de arrastre del chorro; (b) el contenido calorífico del chorro es al menos el suficiente para iniciar la oxidación del cloruro metálico; (c) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse; (d) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; (e) el momentum total del chorro es igual o mayor que el momentum total de la corriente de alimentación; y (f) el diámetro de la zona de reacción es más pequeño que el diámetro del reactor.

El chorro en la presente invención podria ser una corriente precalentada, o podria entrar al reactor a temperatura ambiente y callentarse por una reacción exotérmica secundaria que se lleva a cabo en el flujo de chorro. Si el chorro se calienta por una reacción secundaria, se prefiere que la reacción química secundaria sea una reacción de combustión, en donde al menos uno de los reactivos es un componente del chorro. Si el chorro es una corriente precalentada, se prefiere que el chorro sea un chorro de plasma. En el presente proceso, el reactor podria operar como un reactor adiabático o el reactor podria ser enfriado. El reactor podria enfriarse externamente, o podria enfriarse internamente mediante la adición de un fluido, partículas o una mezcla de partículas y fluidos. En el presente proceso el chorro o la corriente de alimentación podrían contener partículas de carbono o productos de oxidación del carbono. En el presente proceso o el presente proceso incorporado en un proceso mejorado para la producción de dióxido de titanio, el proceso podria correrse de modo que uno o más chorros arrastren una o más corrientes de alimentación formando una o más zonas de reacción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para oxidar una corriente de alimentación de cloruro metálico particulado con oxigeno en un reactor para producir como productos de reacción cloro y óxidos metálicos. Este proceso comprende introducir la corriente de alimentación que contiene partículas del cloruro metálico en un chorro que contiene gas para formar una zona de reacción pequeña, bien mezclada. Resulta esta zona de reacción bien mezclada y los depósitos de la pared del reactor se controlan o eliminan cuando: (a) la corriente de alimentación se introduce en la zona de arrastre del chorro; (b) el contenido calorífico del chorro es al menos el suficiente para iniciar la oxidación del cloruro metálico; (c) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse; (d) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; (e) el momentum total del chorro es igual o mayor que el momentum total de la corriente de alimentación; y (f) el diámetro de la zona de reacción es más pequeño que el diámetro del reactor.

El oxigeno podria suministrarse al reactor solo a través de chorro, solo a través de la corriente de alimentación o a través del chorro y la corriente de alimentación. El oxigeno sin reaccionar en la corriente de producto podria separarse y alimentarse al reactor como reciclo en la corriente de alimentación. Se prefiere que la cantidad total de oxigeno alimentado al reactor sea igual a o mayor que la necesitada para oxidar todo el material oxidable en la corriente de alimentación. Como se usa en la presente, el término zona de arrastre significa la región del chorro en donde el fluido circundante se extrae en el chorro por fuerzas fricciónales. De acuerdo a la presente invención, la corriente de alimentación se coloca con relación al chorro, de modo que cuando la corriente de alimentación se pone en contacto con el chorro, la corriente de alimentación se barre a lo largo de la dirección del flujo de chorro. Combinados, el chorro y la corriente de alimentación llegan a ser un flujo simple que se mueve en una dirección cerca del punto de descarga del chorro hasta la salida del reactor. La corriente de alimentación podria colocarse con relación al chorro de varias maneras, de modo que se arrastre en el chorro. Por ejemplo, la corriente de alimentación podria introducirse como una corriente co-axial o corrientes que rodean un chorro central, o la corriente de alimentación _jj_js*..at ju _eo.ti.j_ii j.fcj . ¿. .- J. . . . x&*f ffft.¿3f ff f podria introducirse como una corriente central o corrientes rodeadas por los chorros. La entrada o entradas a través de las cuales la corriente de alimentación se libera al reactor se localizan cerca de la boquilla del chorro mediante la cual la corriente de alimentación va a arrastrarse. En el diseño de un reactor que va a usarse en el presente proceso, el ángulo y la distancia entre la localización de la boquilla de chorro y la entrada de la corriente de alimentación podrían determinarse por experimentación o cálculo, de modo que para una geometría dada y velocidades de flujo se logrará el arrastre apropiado. En general, existirá algún ángulo entre la corriente de alimentación y el chorro. Se prefiere que este ángulo sea de 0 grados a aproximadamente 110 grados. Como se usa en la presente el término adhesión, cuando se usa para referirse a cloruros metálicos o productos de óxidos metálicos, significa que la relación de la temperatura Kelvin de las partículas particulares a su temperatura Kelvin de punto de fusión es igual a o menor de aproximadamente 2/3. Como se usa en la presente el término chorro se refiere a un flujo de gas liberado al reactor a través de una boquilla que es en general más pequeña en diámetro que la tubería que alimenta en la boquilla. La diferencia de tamaño o diferencia de diámetro en la boquilla de chorro y la tubería resulta en un aumento en la velocidad del flujo de gas conforme pasa a ___^^^| través de la boquilla en el reactor. El chorro podria descargarse en el reactor a través de una o más boquillas en el reactor. ^ Como se usa en la presente, el término corriente de alimentación significa la corriente que contiene las partículas de cloruro metálico que van a oxidarse. Esta corriente también podria incluir oxigeno, aire, óxidos de carbono u otros gases y partículas de carbono, óxidos metálicos u otros sólidos. En la práctica de la presente invención, la corriente de alimentación podria ser una corriente de proceso de un dorador tal como una para la cloración de menas que contienen titanio. De esta manera, la corriente de alimentación podria contener una mezcla de una variedad de cloruros metálicos, partículas de carbono o coque, óxidos metálicos, silice y similares. El oxigeno o aire separado de la corriente de producto del reactor podria recircularse en el reactor con la corriente de alimentación. Otros tipos de partículas podrían alimentarse al reactor como parte de la corriente de alimentación que incluye partículas, que solas o en combinación con el cloruro metálico, funcionan como catalizadores o de otra manera mejoran la velocidad o grado de la reacción de oxidación. Por ejemplo, en el caso de la oxidación del cloruro de hierro, tales partículas incluyen óxido de hierro o complejos de cloruro de hierro con cloruro de sodio. La corriente de alimentación podria introducirse en el chorro a partir de una o de más localizaciones en el reactor. El reactor también podria contener uno o más chorros. Estos chorros en combinación con una o más corrientes de alimentación podrían producir uno o más zonas de reacción en el reactor. Como se usa en la presente, el término flujo másico significa la masa total que entra al reactor por unidad de tiempo. El término flujo másico, como se usa en la presente, también abarca el término velocidad ásica, que se usa en el análisis de dinámica de fluidos de los procesos de fluyo continuo. La velocidad másica es el flujo másico divido por el tiempo y tiene unidades, por ejemplo, de kilogramos por hora por hora o masa por tiempo cuadrado. La masa entra al reactor a manera del chorro y la corriente de alimentación. Cada uno de estos representa un componente de la masa total. Esto es, durante una unidad de tiempo particular, usualmente una hora, el flujo másico total para una zona de reacción es la suma de la masa de material liberado a la zona de reacción por el chorro más la suma del material liberado a la zona de reacción por la corriente de alimentación. Un reactor, de acuerdo al presente proceso, podria tener una o muchas zonas de reacción. Por ejemplo, una zona de reacción podria formarse por uno o más chorros £. fA.Af- f£j *Á*A.F~ asociados con una o más corrientes de alimentación; o podrían formarse varias zonas de reacción por grupos de chorros asociados y corrientes de alimentación. Como se usa en la presente, el término momentum significa el producto de la masa por su velocidad. Como se usa en la presente el término momentum también abarca el término velocidad de momentum, que se usa en el análisis de dinámica de fluidos de procesos continuos. La velocidad de momentum es el momentum dividido por el tiempo y tiene unidades, por ejemplo, de kilogramos metros por segundo cuadrado. El chorro y la corriente de alimentación tienen momentum. El momentum total de cada flujo, el del chorro y el de la corriente de alimentación, incluye contribuciones de componentes lineares y angulares. Por ejemplo, la turbulencia, un movimiento angular, podria estar presente en el chorro, la corriente de alimentación o ambos. La turbulencia contribuye al mezclado y recirculación de partículas en la zona de reacción. Si el chorro es un chorro de plasma, es probable que el momentum total de chorro incluirá algún componente de turbulencia que resulta de la fluctuación de los campos magnéticos aplicados a los electrodos del generador de plasma para aumentar la vida del electrodo. La presente invención proporciona una zona de reacción bien mezclada, altamente turbulenta, pero ajustadamente unida. Los alrededores de esta zona de reacción podrían calcularse como se describe adelante. El diámetro del reactor se selecciona de modo que la zona de reacción sea más pequeña que el diámetro del reactor. Los inventores, en sus investigaciones, han encontrado que se prefiere que el diámetro del reactor sea al menos dos veces el diámetro de la zona de reacción. Aunque podria llevarse a cabo reacción adicional fuera de esta zona de reacción enlazada; la velocidad de reacción fuera de la zona de reacción comparada con la de la zona de reacción es mucho más lenta. Dentro de esta zona de reacción los reactivos en la corriente de alimentación y los del chorro se mezclan y reaccionan rápidamente resultando en velocidades de conversión altas del cloruro metálico a cloro y el óxido metálico. Es característico del presente proceso sus velocidades altas de conversión de cloruro a tiempos de contacto cortos y a temperaturas de masa relativamente bajas. Por ejemplo, en la oxidación de cloruros de hierro de acuerdo con el proceso de la presente invención, las velocidades de conversión de cloruros a cloro de 90% o más se logran a tiempos de contacto menores de un minuto y a temperaturas de masa menores de 800°C. La velocidad de mezclado en la zona de reacción es suficiente que este proceso, aplicado a una mezcla de cloruros de hierro, lleva a cabo el efecto benéfico de la velocidad de oxidación rápida del cloruro ferroso. De acuerdo con el presente proceso, el chorro contiene suficiente contenido calorífico para iniciar la reacción de oxidación del cloruro metálico cuando se mezcla con la corriente de alimentación. Esto es, la suma de los contenidos caloríficos del chorro y la corriente de alimentación 5 arrastrada deben ser suficientes para iniciar la reacción de oxidación. La corriente de alimentación podria precalentarse o liberarse a ambiente o a una temperatura inferior que el ambiente. El contenido calorífico actual, requerido para iniciar la reacción de oxidación, depende del cloruro metálico 10 particular o mezcla de cloruros metálicos que van a oxidarse. El contenido calorífico del chorro y de la corriente de alimentación podrían ajustarse, de acuerdo con la presente invención, de modo que su contenido calorífico combinado después del arrastre sea suficiente para iniciar la reacción. 15 El término contenido calorífico, cuando se usa con referencia a la corriente de alimentación, significa el contenido calorífico o entalpia calculada como la suma de la masa de cada componente de la corriente de alimentación por el calor especifico de tal componente. 20 El término contenido calorífico, cuando se usa con referencia al chorro, significa: (1) el contenido calorífico o entalpia calculada como la suma de la masa de cada componente del chorro por el calor especifico de tal componente; o (2) el calor que se efectúa a partir de una reacción exotérmica 25 secundaria que se lleva a cabo en el chorro después de que el _A______.-_—- -. ? J_j.__.ttj,, __«_., , ..____. ..», ,* ... -....•. . *,--,.». _. - i __*— É..I chorro se descarga en el reactor. Por reacción secundaria se entiende una reacción exotérmica a parte de la oxidación de los cloruros metálicos. La".oxidación de los cloruros metálicos es el propósito reactivo primario del presente proceso y se considera que es la reacción exotérmica primaria. Los términos secundaria o primaria como se usan para describir la reacción exotérmica no se refieren a una secuencia de tiempo. Como puede observarse de la información posterior, la reacción exotérmica secundaria precede en realidad a la reacción primaria en tiempo, aunque la iniciación de las reacciones secundaria y primaria se podria presentarse casi simultáneamente . Como se observa en la descripción del contenido calorífico en la presente invención, el chorro podria estar a temperatura ambiente, o podria precalentarse a alguna temperatura elevada antes de descargarse dentro del reactor.

Si el chorro es una corriente precalentada, el flujo de gas en el chorro podria calentarse externamente mediante una variedad de medios conocidos en el arte que incluyen cualquier medio convencional tal como calentadores por resistencia o intercambiador de calor de la combustión de combustibles. Se prefiere calentar el chorro por un generador de plasma. En este caso el chorro se calienta pasándolo a través de un arco eléctrico. El término chorro plasmático como se usa en la presente se refiere a un chorro calentado por un arco eléctrico. Aunque el chorro podria precalentarse usando un generador de plasma, no existe el requerimiento en la presente invención de que el chorro sea un plasma químico que tiene oxigeno activado o atómico presente. De hecho, el presente 5 proceso podria correrse eficientemente cuando el chorro se precaliente a temperaturas de aproximadamente 1000 a 5000°C, haciendo posible usar además dispositivos de calentamiento de arco eléctrico para calentar el chorro. Si el chorro se calienta por la exoterma de una reacción 10 química secundaria que se lleva a cabo en el flujo de chorro, el chorro se descarga en el reactor a una temperatura, por ejemplo, temperatura ambiente, que es inferior que la temperatura necesitada para iniciar la oxidación de los cloruros metálicos. La reacción secundaria se ignicia en un 15 punto, ya sea antes o después, la corriente de alimentación se introduce en el chorro. La exoterma de las reacciones secundarias suministra al chorro y a la corriente de alimentación arrastrada al menos el contenido calorífico necesario para iniciar la reacción de oxidación del cloruro 20 metálico. El punto al cual la reacción química secundaria se ignicia se determina por la mecánica de fluidos para proporcionar un frente de flama colocado suficientemente lejos de las paredes del reactor para evitar las interrupciones de flujo y la deposición de material sobre las paredes del 25 reactor. La adición de un iniciador al chorro podria igniciar »«—————»•——3— •<„ ,_ La.A_.t_ ..?-..j,__j_— .. ...—.-. - ----- - - *- * - " --^ »_«_.«-— i la reacción exotérmica secundaria. Por ejemplo, las partículas de carbono pirofóricas (un iniciador) podrían adicionarse a la corriente de alimentación, o podrían introducirse en el chorro en un punto de alimentación separado. La zona de reacción de tamaño controlado, pero intensamente activa de la presente invención resulta de la división precisa del contenido calorífico de la zona de reacción total y el momentum de la zona de reacción total en componentes predeterminados liberados a la zona de reacción por el chorro y la corriente de alimentación de particulado. Esta división precisa resulta en una reacción que se lleva a cabo en un espacio confinado en el reactor. El tamaño (diámetro y volumen) de este espacio o zona de reacción podria determinarse a partir de los cálculos modelo como se muestra posteriormente. Se podria considerar a partir del siguiente análisis del presente proceso como se ilustra en el Ejemplo 1 y compararlo con el arte previo, en particular U.S. 4,073,874 por Fukushima. En este análisis solo dos flujos se describen, un chorro y una corriente de alimentación, aunque el análisis podria extenderse para abarcar más de un chorro y más de una corriente de alimentación asi como más de una zona de reacción con un reactor. El chorro y la corriente de alimentación tiene cada uno masa, que podria representarse como un flujo másico o una velocidad másica. Se podrían usar flujos másicos de la corriente de alimentación y velocidad de chorro o másicas de la corriente de alimentación y el chorro, dado que, de acuerdo con la presente invención, es la comparación de los flujos másicos o velocidades másicas entre la corriente de alimentación y el chorro lo que es importante. En el Ejemplo 1 el chorro es un flujo de 100% en peso de oxigeno descargado al reactor a la velocidad de 33.56 kilogramos por hora (74 libras por hora) a 1.033 kg/cm2 (una atmósfera) de presión y 20°C. El flujo másico de la corriente de alimentación en el Ejemplo es el total de las partículas y un flujo de oxigeno. De esta manera, el flujo másico total de la corriente de alimentación es la suma del flujo másico de las partículas y el gas (también alimentado a 1.033 kg/cm2 (1 atmósfera) y 20°C)) y es igual a 315.25 kilogramos por hora (695 libras por hora) . El flujo másico total del reactor por hora dividido por la corriente de alimentación y el chorro se representa por la relación de estos dos flujo: 695 dividido por 74 o 9.4 a 1. Si se hubiera usado la comparación de las velocidades másicas, la relación seria la misma. La presente invención requiere que la relación del flujo másico o velocidad másica de la corriente de alimentación comparada con la del chorro sea al menos 1 a 1. Esto se ______________ expresa en las reivindicaciones como la "corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro". El chorro y la corriente de alimentación tiene cada uno propiedades cinéticas por el hecho de que se mueven dentro y fluyen a través del reactor. La propiedad cinética de cada uno de estos flujos podria representarse por el momentum o por la velocidad de momentum. En el Ejemplo, la velocidad del chorro es de 850 m/s, mientras que de la corriente de alimentación es 20 m/s. En unidades del SI, la velocidad de momentum de cada flujo es 7.9 kgm/s2 para el chorro y 1.73 kgm/s2 para la corriente de alimentación. La división de la velocidad de momentum total del reactor se representa por la relación de la velocidad de momentum del chorro a la de la corriente de alimentación: 7.9 dividido por 1.73 o aproximadamente 5 a 1. Si se hubiera usado la comparación de los momentums, la relación seria la misma. La presente invención requiere que la relación del momentum o velocidad de momentum del chorro comparado con la de la corriente de alimentación sea al menos 1 a 1. Esto se expresa en las reivindicaciones como el "momentum total del chorro es igual a o mayor que el de la corriente de alimentación" . En el Ejemplo, aunque la corriente de alimentación &~_- a «i * contiene mayor masa, su velocidad inferior significa que la corriente de alimentación tiene un momentum más inferior que el chorro. Cuando se introduce la corriente de alimentación densa y lenta en la zona de arrastre del chorro, el chorro y 5 la corriente de alimentación llegan a ser esencialmente un flujo simple moviéndose desde la entrada del reactor hasta la salida del reactor. Combinando el chorro de alto momentum con la alimentación de alta masa, bajo momentum, el chorro se disminuye rápidamente. Tal disminución rápida disminuye la 10 velocidad del componente de las partículas dirigidas hacia las paredes del reactor. Se cree que en la presente invención, la velocidad de las partículas del producto de óxido metálico adheridas se disminuye tanto que se enfrian muy por debajo de su punto de adhesión antes de que puedan alcanzar las paredes 15 del reactor. Este efecto elimina esencialmente la acumulación de depósitos en la pared del reactor de incrustaciones duras. Los Ejemplos 1 y 2, posteriores, ilustran un modo de la presente invención; sin embargo, la zona de reacción bien mezclada de la presente invención resulta cuando: 20 (1) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; y (2) el momentum del chorro es igual o mayor que el de la corriente de alimentación. 25 En la U.S. 4,073,874 por Fukushima, las velocidades de las corrientes gaseosas de oxigeno y el cloruro férrico mostradas son bajas como se muestra por los Números de Reynolds. En Fukushima, el intervalo de los Números de Reynolds para el cloruro férrico gas se muestra que es de 2.1 a 8.9, cada uno xlO4. Esta enseñanza combinada con la enseñanza de que el intervalo de las relaciones entre las velocidades del gas de oxidación y la del cloruro férrico son de 0.1 a 6, significa que el momentum de las dos corrientes es casi igual, pero Fukushima no muestra o sugiere la división del flujo másico total del reactor en las corrientes de oxidación o de cloruro férrico. Tampoco Fukushima muestra que una corriente deba arrastrarse por la otra. Fukushima muestra choques de chorros, pero ni muestra ni sugiere arrastre. La invención de la patente ?874 también se limita a un intervalo de números de Reynolds. Como puede observarse de lo anterior, la presente invención no se limita en desarrollo de ninguna manera práctica a un intervalo estrecho de Números de Reynolds. Esto significa que el proceso de la presente invención podria incrustarse más fácilmente que el del arte previo. En el presente proceso, las propiedades térmicas o contenidos caloríficos del chorro y la corriente de alimentación también son importantes. Se requiere suficiente contenido calorífico para iniciar la reacción de oxidación. El presente proceso requiere: (1) el contenido calorífico del chorro caliente es al menos el suficiente para iniciar la reacción cuando el chorro caliente se mezcla con la corriente de alimentación; y (2) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse. Esta división del contenido calorífico total liberado al reactor entre el chorro y la corriente de alimentación de acuerdo con la presente invención, resulta en un proceso de temperatura global relativamente baja. Los inventores creen que la velocidad de reacción en el presente proceso es una velocidad mucho menor limitada por el mezclado que las invenciones del arte previo. No se requiere calor adicional para acelerar la reacción; de esta manera, no hay pérdida en la velocidad de conversión debido a condiciones de equilibrio desfavorables. Por ejemplo, la temperatura de masa del presente proceso como se ilustra en los Ejemplos opera a una temperatura de masa promedio mucho menor que los procesos conocidos previos. Las temperaturas de masa inferiores resultan en velocidades de conversión de equilibrio mayores asi como en una operación eficiente de más energía. El presente proceso podria operarse como un proceso adiabático. Un reactor que opera con el presente proceso no requiere calentamiento o enfriamiento de las paredes para prevenir la deposición de incrustaciones de la pared. íi?fí .í M_,_.__*«_&___>.«.....

Aunque el calentamiento o enfriamiento de la pared no es critico, si se desea, el presente proceso podria incorporar calentamiento o enfriamiento de la pared del reactor. El enfriamiento podria llevarse a cabo enfriando externamente las 5 paredes del reactor, por ejemplo permitiendo solo pérdidas de calor o usando un reactor enchaquetado. El reactor podria enfriarse internamente mediante la adición de un fluido, partículas o una mezcla de partículas y fluidos, adicionado en un punto suficientemente lejos de la zona de reacción, de modo 10 que la zona de reacción no se expanda hasta alcanzar la pared del reactor. En general, en la práctica déla presente invención, la corriente de alimentación consistirá de partículas de cloruro metálico mezcladas con un gas que proporciona algo de 15 velocidad mayor que la de caida libre o imprime movimiento a las partículas conforme salen del punto de descarga de la alimentación. Cuando la corriente de alimentación contiene las partículas con un gas propulsor, la masa de la corriente de alimentación es la masa total de las partículas más el 20 propulsor. En el caso de operación continua del presente proceso, el oxigeno sin reaccionar presente en la corriente de producto podria recircularse a la zona de reacción a manera de que la corriente de alimentación funcione como un reactivo y un propulsor. 25 Las partículas sólidas de la corriente de alimentación podrían descargarse dentro del reactor a temperatura ambiente o a alguna temperatura elevada con tal de que las partículas puedan alimentarse como sólidos. Por ejemplo, usando el presente proceso para la oxidación de cloruros de hierro, se prefiere alimentar cloruro ferroso a una temperatura menor de 400°C. En el presente proceso el arrastre del chorro y la corriente de alimentación forman una zona de reacción bien mezclada, pero ajustadamente unida. Por ejemplo, basado en las velocidades másicas y de momentum y la configuración del reactor en el Ejemplo 1, la zona de reacción tiene un diámetro de aproximadamente 14 cm. En esta zona de reacción, las partículas (reactivo o producto) tienen velocidades de aproximadamente 1000 m/s. La gran diferencia en las densidades del chorro caliente y la corriente de alimentación en este Ejemplo, resultan en la deceleración rápida de los flujos arrastrados; de modo que a una distancia menor de aproximadamente 30 cm desde el punto de arrastre, las partículas tienen componentes de velocidad dirigidos hacia la pared del reactor menores de 5 m/s. En el presente proceso, el chorro podria ser un gas inerte (que no reacciona bajo las condiciones en el reactor) o un gas inerte mezclado con oxigeno, o un chorro que contiene 100 por ciento en peso de oxigeno. Se prefiere que el chorro contenga al menos algún porcentaje de oxigeno dado que este ÍÍC. .?.¿1 ?.. . á A .i ,? promueve la velocidad de reacción evitando la dilución de las corrientes de reactivos en la zona de reacción. Se prefiere que el chorro sea de 100% en peso de oxigeno. La cantidad total de oxigeno suministrado al reactor a manera del chorro y la corriente de alimentación se prefiere que sea al menos la cantidad estequiométrica necesitada para oxidar los materiales oxidables en la corriente de alimentación. Tipicamente, la cantidad total de oxigeno suministrado al reactor es mayor que la cantidad estequiométrica. Los expertos en este arte apreciarán que la presente invención podria ser aplicable a una amplia variedad de cloruros metálicos, incluyendo la mayoría, sino todos, los cloruros de metales de transición. El presente proceso podria aplicarse a mezclas de cloruros metálicos asi como a compuestos de cloruros metálicos individuales. Por ejemplo, los cloruros de hierro como cloruro férrico, ferroso o como mezclas de cloruro férrico y ferroso podrían oxidarse por el presente proceso, resultando en velocidades de conversiones altas de estos compuestos a cloro y óxido de hierro. En el presente proceso la técnica para recuperar los óxidos metálicos de producto y cloro no es critica. La recuperación del producto podria lograrse mediante los métodos conocidos en el arte.

MÉTODO PARA EL CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA ZONA DE REACCIÓN En los materiales citados, el término zona de mezclado tiene el mismo significado que la zona de reacción de la presente invención. El cálculo del diámetro de la zona de reacción se basa en las enseñanzas de Schlichting, Boundary-Layer Theory, McGraw-Hill, New York, 6t Edition (1968), páginas 699-703, (Schlichting) . Schlichting muestra un modelo semi-empirico de chorros circulares. Su teoría se basa en las velocidades de momentum cinemáticas, que por definición no incluyen unidades de masa. Aunque el chorro en la presente invención no se limita a un chorro circular, la teoría de Schlichting podria usarse para calcular el diámetro de la zona de reacción, particularmente cuando se aplica a los Ejemplos. De Schlichting, en general la velocidad de momentum cinemática (K) se define como la integral definida de 0 a infinito : Para la presente invención la integración de la ecuación anterior es de 0 a r, el radio de la boquilla del chorro, y la ecuación se reduce a: K = A donde A es el área de la boquilla y V es la velocidad del chorro en la boquilla. Además, las velocidades de volumen efectivas del chorro y la corriente de alimentación se calculan, en todos los casos ajustando una temperatura común. La velocidad de volumen es el volumen del gas más las partículas asociadas con la velocidad másica. La temperatura común es la temperatura calculada para el flujo simple, combinado del chorro más la corriente de alimentación. El término temperatura común se usa debido a que enfatiza que cuando la corriente de alimentación se arrastra en el chorro, la combinación llega a ser un flujo común. La temperatura común se calcula a partir de (1) las temperaturas iniciales de cada flujo y (2) la masa total y los calores específicos de cada componente de cada flujo con (3) compensación para la exoterma de la reacción de oxidación. El grado de la exoterma y el factor de compensación (3) se determina de una comparación de la temperatura de masa medida del reactor a la temperatura no compensada calculada usando solo (1) y (2) anteriores . En la presente invención, el chorro y la corriente de alimentación se colocan de modo que el chorro arrastre la corriente de alimentación. De Schlichting, la velocidad de volumen (Q) de la corriente de alimentación arrastrada en el chorro se da por el producto Q = 0.404X K, en donde X es la distancia corriente abajo de la boquilla y la constante 0.404 es 24.47 de la ecuación de Schlichting. Usando esta ecuación, después se podria calcular a qué distancia X, todo (aproximadamente 95% o más) de la velocidad de volumen de la corriente de alimentación se arrastra en el chorro. Para el Ejemplo 1, esta distancia, X es 0.33 metros. La mitad del ancho del chorro arrastrado es de aproximadamente 0.21 por X, o 7 centímetros. La constante 0.21 se llega como 2.5 por 0.0848. Estas constantes se toman nuevamente de Schlichting en la figura 24.8 (con comentario por H. Reichardt) . El ancho total del chorro y el flujo arrastrado, que es igual al diámetro de la zona de reacción, es dos veces la mitad del ancho o 14 centímetros. De esta manera, el diámetro de la zona de reacción es el diámetro calculado del chorro combinado y los flujos de la corriente de alimentación a la distancia X, en donde la corriente de alimentación se arrastra, y la alimentación y el chorro llegan a ser un flujo simple, que se mueve lentamente. Los siguientes Ejemplos se pretende que ilustran la operación de la presente invención. Estos Ejemplos se pretende que ilustran, pero no limitan la invención. : ¡ 1 *,..»» EJEMPLOS Ejemplo 1 Una mezcla de cloruros metálicos que contienen cloruros de hierro se oxidó de acuerdo con la presente invención en un proceso continuo para producir una mezcla de óxidos metálicos y cloro. La reacción de oxidación se llevó a cabo en un reactor que fue de 45.7 cm (18 pulgadas) de diámetro y 304.8 cm de longitud (10 pies) . El chorro se formó de oxigeno casi puro alimentando el oxigeno a temperatura ambiente y a una velocidad de flujo másico de 33.56 kilogramos por hora (74 libras por hora) y una presión de 1.033 kg/cm2 (una atmósfera) a un generador de plasma estinghouse con una capacidad nominal de 150 kW. El oxigeno se calentó mediante una descarga eléctrica conforme fluyó entre el ánodo y el cátodo del generador. La variación del campo magnético aplicado a los electrodos del generador causó que el flujo de oxigeno cambiara proporcionando algo de turbulencia . El generador calentó el flujo de oxigeno, de modo que su contenido calorífico fue de 1.72 Kcal/litro (7200 J/litro) de oxigeno a STP, y su temperatura calculada estuvo en el intervalo de 4000-4500°C. El oxigeno calentado después se alimentó a través de una boquilla que tuvo un diámetro de 1.43 cm al reactor para formar un chorro. El momentum del chorro fue de 7.9 kgm/s2 y conforme el oxigeno pasó a través de la boquilla en el reactor su velocidad fue de 850 m/s. La dirección del flujo de chorro fue desde arriba del reactor verticalmente abajo de la longitud del reactor. El reactor se precalentó usando nitrógeno hasta una temperatura calculada de aproximadamente 800 °C durante una hora antes de introducir la corriente de alimentación de las partículas de cloruro metálico. La corriente de alimentación fue una mezcla de partículas y gas producida como subproducto en la cloración de la mena que contiene titanio. Las partículas presentes en la corriente de alimentación incluyeron cloruros de hierro y metales, coque, silice y otros óxidos metálicos. Los cloruros de hierro representaron 44% del peso de particula de la corriente de alimentación. En los cloruros de hierro, el cloruro ferroso representó el componente principal. El contenido total de oxigeno del chorro más el oxigeno alimentado a través de la corriente de alimentación fue de 455% del requerido para oxidar completamente los cloruros de hierro. Las partículas, suministradas como sólidos a través de un alimentador de tornillo a una velocidad de flujo másico de 226.34 kilogramos por hora (499 libras por hora), se mezclaron, a temperatura ambiente, con una corriente de oxigeno casi puro en un eductor para producir la corriente de luj ? -. J. . Iku?í? .tf í. __»—. -. -, -—.. alimentación. El oxigeno se alimentó a temperatura ambiente a una velocidad de flujo másico de 88.90 kilogramos por hora (196 libras por hora) . La velocidad de flujo másico total de la corriente de alimentación, la suma de las partículas y las alimentaciones de oxigeno fue de 315.25 kilogramos por hora (695 libras por hora). La velocidad de la corriente de alimentación fue de 20 m/hr, y su momentum fue de 1.73 kgm/s2.

La corriente de alimentación se alimentó al reactor por medio de un puerto anular simple colocado a aproximadamente un ángulo de 0 o con respecto al chorro y en forma separada del chorro de 5 cm. Se calculó una temperatura de mezcla promedio de 575 °C de las temperaturas y las velocidades de flujo del chorro y la corriente de alimentación. Esta temperatura es exclusiva de la exoterma producida por la reacción de oxidación. La exoterma de reacción combinada con la energía calorífica ya presente en el chorro combinado y la corriente de alimentación produjo una temperatura del reactor adiabático promedio de aproximadamente 750°C. El tiempo de residencia para los reactivos en el reactor fue de aproximadamente 7 segundos. El tiempo de contacto actual o tiempo de residencia en la zona de reacción fue mucho menor . La corriente de producto se enfrió y los sólidos se separaron del gas de salida del reactor. La conversión de cloro de los cloruros metálicos fue mayor de 90%. Esta conversión de cloro muy alta en tal periodo de tiempo corto muestra que la reacción del presente proceso no se limita mezclando como las del arte previo. Después de 1.5 horas de operación, la reacción se detuvo, el reactor se dejó enfriar y se abrió para inspección. Existió solo un recubrimiento de polvo fino de óxido de hierro de aproximadamente 0.3 cm de espesor sobre las paredes del reactor. No existió formación de incrustaciones duras sobre las paredes del reactor. Se colectó algo de óxido de hierro de producto, nuevamente un polvo suave, en la base del reactor.

La examinación de la masa, momentum y distribuciones de contenido calorífico en el chorro y la corriente de alimentación muestran que aproximadamente 90% del flujo másico total en el reactor fue contribuido por la corriente de alimentación (100 x 695/(695 + 74)). El chorro representó aproximadamente 82% del momentum total (100 x 7.9/(7.9 + 1.73)). El diámetro de la zona de reacción calculado fue de 14 cm.

Ejemplo 2 El proceso del Ejemplo 1 se repitió con las siguientes diferencias. El oxigeno al generador fue a una velocidad de flujo másico de 27.21 kilogramos por hora (60 libras por _._ _, _ »- a* a * _. _»__-*-_- - hora) . El contenido calorífico del chorro que contiene gas fue de 1.708 Kcal/1 (7150 J/1). El momentum del chorro fue de 5.15 kgm/s2. El cloruro de hierro representó 50% en peso de las partículas alimentadas con cloruro ferroso siendo el componente principal de los cloruros de hierro. Nuevamente, la corriente de alimentación contuvo partículas similares a las del Ejemplo 1 y se alimentó a una velocidad de flujo másico de 271.25 kilogramos por hora (598 libras por hora). Se mezcló oxigeno casi puro con las partículas a una velocidad de flujo másico de 42.63 kilogramos por hora (94 libras por hora). La velocidad de flujo másico total de la corriente de alimentación fue de 313.89 kilogramos por hora (692 libras por hora). El momentum de la corriente de alimentación fue de 0.70 kgm/s2. El contenido de oxigeno total del chorro más el oxigeno alimentado a través de la corriente de alimentación fue de 270% del requerido para oxidar completamente los cloruros de hierro. La temperatura promedio calculada en el reactor después del mezclado de la corriente de alimentación y el chorro fue de 580 °C. El tiempo de residencia en el reactor fue de aproximadamente 9 segundos. La conversión de cloro fue mayor de 90%. Después de 2 horas de operación, la reacción se detuvo, el reactor se dejó enfriar y se abrió para inspección. Como en el Ejemplo 1, existió solo un recubrimiento de polvo fino de óxido de hierro de aproximadamente 0.3 cm de espesor sobre las paredes del reactor. No existió formación de incrustaciones duras sobre las paredes del reactor. Se colectó algo de óxido de hierro de producto, nuevamente un polvo suave, en la base del reactor. La examinación de la masa, momentum y distribuciones de contenido calorífico en el chorro y la corriente de alimentación fueron como sigue: Aproximadamente 92% (100 x 692/(695 + 60)) del flujo másico en el reactor fue contribuido por la corriente de alimentación. El chorro representó aproximadamente 88% del momentum total (100 x 5.15/(5.15 + 0.7)). El diámetro de la zona de reacción calculado fue de 14 cm.

Ejemplo Comparativo El siguiente ejemplo ilustra la operación de un sistema de reacción que está fuera de las reivindicaciones de la presente invención. Antes de arrancar, el reactor, 5.08 centímetros (2 pulgadas) de diámetro y montado hopzontalmente, se precalentó pasando una corriente de oxigeno casi puro que se calentó por calentamiento por resistencia a través del reactor. La temperatura del oxigeno se controló a aproximadamente 980°C y se alimentó al reactor a una velocidad de flujo másico de 90.72 kilogramos por hora (200 libras por hora) a través de una boquilla convergente/divergente para formar el chorro. El contenido calorífico del chorro fue de 0.3824 kcal/1 (1600 5 J/1). El momentum del chorro fue de 19.2 kgm/s2. Casi todo el gas oxigeno liberado al reactor se liberó por via del chorro. El contenido de oxigeno total liberado al reactor fue de 970% del requerido para oxidar completamente los cloruros metálicos. 10 Las partículas de la corriente de alimentación fueron una mezcla de cloruros metálicos producidos como subproducto de cloruro metálico en la cloración de la mena que contiene titanio y similares a las de los Ejemplos 1 y 2. Las partículas de cloruro metálico se introdujeron al reactor a 15 temperatura ambiente, a una velocidad de flujo másico de 50.80 kilogramos por hora (112 libras por hora) . La corriente de alimentación también contuvo lavados de arena de silice, que se midieron separadamente de las partículas de cloruro metálico y se mezclaron con la alimentación de partículas de 20 cloruro metálico antes de la introducción dentro del reactor. El flujo másico total de la corriente de alimentación fue de aproximadamente 90.72 kilogramos por hora (200 libras por hora) . La corriente de alimentación se alimentó por gravedad en el reactor por via de un puerto localizado por encima del 25 chorro y a aproximadamente un ángulo de 90° con respecto al ——Jta________ ,_ji^^.t.?. ^j¿^...-. —^JJJ.- ....,._-.. ...... J - . _-_ >_—_____-_•->....*-.—•. -__-*-._-. -_i.*_-J_ flujo de chorro. Un vacio parcial, inducido por el arrastre de la corriente de alimentación en el flujo de la boquilla de oxigeno, arrastró la corriente de alimentación dentro del reactor. El momentum de la corriente de alimentación, fue casi 0 kgm/s2 y aproximadamente dos tipos de magnitud menores que de la del chorro debido a que la velocidad axial neta de la corriente de alimentación es casi 0 m/s. La temperatura promedio calculada en el reactor después del mezclado de la corriente de alimentación y el chorro fue de 640°C. Bajo estas condiciones, la zona de reacción se extendió a las paredes del reactor. Las partículas de la alimentación y el óxido metálico de producto se dirigieron hacia las paredes del reactor a velocidades altas. En contacto, estas partículas se enfriaron formando depósitos duros. La adición de sólidos lavados no evitó los depósitos en la pared. El tiempo de residencia en el reactor fue de aproximadamente 0.21 segundos. El análisis de los productos mostró que la velocidad de conversión de cloro inicial fue de 76%; la velocidad cayó a aproximadamente 40% después de una hora en la corrida. La corrida se determinó después de 1 hora y 7 minutos de operación, y el reactor se abrió para inspección. Una formación de sólido en forma de dona de sólidos se observó a aproximadamente 7.62 centímetros (3 pulgadas) corriente abajo del punto al cual los cloruros metálicos se introdujeron al reactor. Esta formación redujo el diámetro interior del reactor de 5.08 centímetros (2") a aproximadamente 4.31 centímetros (1.7"). También se encontró acumulación alrededor de la punta de la boquilla de oxigeno, extendiendo la punta aproximadamente 0.635 cm (W ) en el reactor. Las indicaciones fueron que con la operación continua de este sistema, el reactor se habría tapado. Comparando la distribución de momentum y el contenido calorífico del chorro y la corriente de alimentación en este ejemplo comparativo muestran que casi todo el momentum en este sistema estuvo en el chorro aunque la distribución del flujo másico entre la boquilla y la corriente de alimentación fue casi igual. El diámetro calculado de la zona de reacción fue equivalente al diámetro del reactor. Cuando el diámetro del reactor y el diámetro de la zona de reacción son partículas equivalentes se aceleran hacia las paredes y sobre el contacto con las paredes forman depósitos de incrustaciones. En este caso los depósitos en la pared fueron suficientemente fuertes que continuaron la acumulación y restringieron el flujo a través del reactor. Estos depósitos también alteraron el balance calorífico a tal velocidad que la reacción se redujo con el tiempo.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. _-.-t_.__4_.

Claims (19)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un proceso para oxidar un cloruro metálico con oxigeno en un reactor que comprende introducir una corriente de alimentación que contiene partículas de cloruro metálico en un chorro que contiene gas para formar una zona de reacción pequeña, bien mezclada, en donde al menos una porción de la corriente de alimentación de cloruro metálico reacciona para formar una corriente de producto, caracterizado porque: (a) la corriente de alimentación se introduce en la zona de arrastre del chorro; (b) el contenido calorífico del chorro es al menos el suficiente para iniciar la oxidación del cloruro metálico; (c) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse; (d) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; (e) el momentum total del chorro es igual o mayor que el momentum total de la corriente de alimentación; y (f) el diámetro de la zona de reacción es más pequeño que el diámetro del reactor.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque todo el oxigeno se suministra al reactor a través del chorro.

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el chorro contiene un gas inerte.

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos parte del oxigeno se suministra al reactor como oxigeno sin reaccionar recuperado de la corriente de producto.

5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el chorro es una corriente precalentada.

6. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el chorro es un plasma.

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido calorífico del chorro se proporciona por una reacción exotérmica secundaria llevándose a cabo en el flujo de chorro.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la reacción química secundaria es una reacción de combustión, en donde al menos uno de los reactivos es un componente del chorro.

9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor es adiabático.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor se enfria externamente.

11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el chorro o la corriente de alimentación contienen partículas de carbono o productos de oxidación del 5 carbono.

12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 3, caracterizado porque el chorro es 100% en peso de oxigeno o una mezcla de oxigeno con un gas inerte.

13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, 10 caracterizado porque el oxigeno suministrado al reactor se suministra en una cantidad igual a o mayor que la requerida para oxidar estequiométricamente el material en la corriente de alimentación.

14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, 15 caracterizado porque un componente del momentum total del chorro o la corriente de alimentación o ambos es turbulento.

15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor se enfria internamente mediante la adición de un fluido, partículas o una mezcla de 20 partículas y fluidos.

16. Un proceso mejorado para la producción de pigmento de dióxido de titanio que tiene las etapas de hacer reaccionar una mena que contiene dióxido de titanio en presencia de cloro y carbono; separación de los cloruros metálicos de subproducto 25 a partir de tetracloruro de titanio; oxidación del g^^-___M____i^^_-t.^.___j_ti _———J. J "• •* -"* - --»-— ..«-.—---__A.Lá. tetracloruro de titanio para formar un pigmento base, el mejoramiento comprende introducir los cloruros metálicos de subproducto como un componente particulado de una corriente de alimentación en un chorro que contiene gas para formar una zona de reacción pequeña, bien mezclada, en donde al menos una porción de la corriente de alimentación del cloruro metálico reacciona para formar una corriente de producto que contiene óxido metálico y cloro, caracterizado porque: (a) la corriente de alimentación se introduce en la zona de arrastre del chorro; (b) el contenido calorífico del chorro es al menos el suficiente para iniciar la oxidación del cloruro metálico; (c) la temperatura de la corriente de alimentación es inferior a una temperatura a la cual las partículas de la corriente de alimentación llegan a adherirse; (d) la corriente de alimentación representa al menos la mitad del flujo másico total de la corriente de alimentación y el chorro; (e) el momentum total del chorro es igual o mayor que el momentum total de la corriente de alimentación; y (f) el diámetro de la zona de reacción es más pequeño que el diámetro del reactor.

17. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 o 16, caracterizado porque el diámetro del reactor es al menos dos veces el de la zona de reacción. __ __-i- ,.

18. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 o 16, caracterizado porque el ángulo entre la corriente de alimentación y el chorro es entre 0 y aproximadamente 110 grados.

19. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 o 16, caracterizado porque uno o más chorros arrastran una o más corrientes de alimentación formando una o más zonas de reacción. .,—s»