устройство для парофазного гидролиза хлоридов металлов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАРОФАЗНОГО ГИДРОЛИЗА ХЛОРИДОВ МЕТАЛЛОВ, включающий корпус, горелку для сжигания природного газа, камеру горения природного газа, трубу для подачи основного компонента, отличающееся тем, что, с целью получения продукта высокого качества за счет осуществления процесса в изотермических условиях, оно снабжено кварцевой трубой, соединенной с трубой для подачи основного компонента и установленной по геометрической оси корпуса, завихрителем абгазов с соплами, при этом горелка для сжигания природного газа расположена над выходом кварцевой трубы, завихритель - под камерой горения, а сопла - по периферии и тангенциально корпусу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к хлорной металлургии титана, может быть применено при переработке тетрахлорида титана на гидроксид или диоксид титана.

Известны горелки природного газа различных систем и конструкций, в частности пылегазовая горелка, содержащая коаксиально расположенные центральный канал первичного воздуха, каналы аэросмеси вторичного воздуха и периферийный канал сбросного сушильного агента с размещенным в нем кольцевым газовым коллектором, внутри которого установлена диффузорная вихревая камера с коаксиальным лопаточным завихрителем на входе, а также короб с передними и задними торцовыми стенками, примыкающими к входному участку канала вторичного воздуха, и горелочную амбразуру.

Недостатками конструкции являются:

- невозможность регулирования температуры в зоне горения в диапазоне ниже 500^оС, т.к. факел природного газа при температуре ниже указанной начинает гаснуть и процесс прекращается,

- горелки природного газа, предназначенные для сушки, сжигания дополнительных газов, абгазов и др. примесей в газообразном или дисперсном состоянии работают в диапазонах температур не ниже 1000^оС, основная цель их модификаций - полнота сжигания горючих компонентов.

Известна горелка для получения пигментной двуокиси титана, содержащая корпус, в котором выполнены сопла для подачи природного газа и отверстия для подачи основных компонентов, кроме того, в корпусе смонтирован подвижный конус с двумя диафрагмами, сопла для подачи природного газа расположены по окружности вокруг отверстий для подачи основных компонентов, и в отверстиях для выхода смеси основных компонентов расположен газодинамический клапан.

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- невозможность регулирования температуры внутри реакционной камеры, где происходит "горение" тетрахлорида титана;

- в описанной конструкции температура внутри реакционной камеры не может быть ниже температуры горения природного газа;

- невозможность снижения температуры в реакционной камере за счет разбавления факела горения природного газа избыточным воздухом, т.к. при этом нарушается стабильное горение факела;

- конструкция предусматривает получение пигментной двуокиси титана только рутильной формы.

Цель изобретения - получить продукт высокого качества за счет осуществления процесса в изотермических условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для парофазного гидролиза хлоридов металла, включающее корпус, горелку для сжигания природного газа, камеру горения природного газа, трубу для подачи основного компонента, согласно изобретению, снабжено кварцевой трубой, соединенной с трубой для подачи основного компонента и установленной по геометрической оси корпуса завихрителем абгазов с соплами, при этом горелка для сжигания природного газа расположена над выходом кварцевой трубы, завихритель - под камерой горения, а сопла - по периферии и тангенциально корпусу.

На чертеже изображено устройство для парофазного гидролиза хлоридов металлов.

Устройство содержит корпус 1, патрубок 2 абгазов, газовый насос 3, коллектор 4 абгазов, воздушный коллектор 5, сопла 6 для воздуха, камеру 7 горения природного газа, газовую камеру 8, кварцевую трубу 9 для подачи компонента, трубу 10 из нержавеющей стали, механизм 11 перемещения трубы, трубу 12 подачи природного газа, завихритель 13 абгазов, абгазов сопла 14, реакционную камеру 15, термопару 16, насадок 17 реакционной камеры 17.

Взаимосвязь элементов конструкции:

По трубе 10 из нержавстали подается тетрахлорид титана, затем через соединительную муфту тетрахлорид титана поступает в кварцевую трубу 9. Кварцевая труба проходит по геометрической оси корпуса, в пламени горелки природного газа нагревается и нагревает пары тетрахлорида титана до 350-400^оС, вводит их в реакционную камеру 15. Газовая камера 8 соединена с камерой горения природного газа, куда вводится воздух из воздушного коллектора 5 через тангенциально размещенные сопла 6. Продукты горения проходят через завихритель 13 абгазов, куда также через расположенные по периферии и тангенциально корпусу сопла подается абгаз из коллектора 4 абгазов. После смешения все газы проходят через насадок 17 реакционной камеры. По термопаре 16 судят о температуре в реакционной камере.

Принцип работы устройства.

Тетрахлорид титана подается по нержавеющей трубе к устройству. Нержавеющая труба 10 обеспечивает надежность перемещения, но для того, чтобы в процессе перегрева не произошло разъедание ее стенок от действия паров тетрахлорида титана, она через уплотнительную муфту соединена с кварцевой трубой 9 для подачи компонента. Кварц термически и химически стоек по отношению к парам тетрахлорида титана (при всех возможных перегревах). Механизм перемещения по геометрической оси горелки установлен на металлической ее части, как более надежный вариант, исключающий ее поломку.

Газовая горелка для сжигания природного газа своими соплами выходит в камеру 7 горения природного газа, туда же выходят сопла 6 для воздуха, через которые подается воздух в количествах 1:12 для обеспечения полноты сгорания природного газа. В этой камере горения природного газа развивается температура примерно около 1000^оС, а для технологического процесса нужна температура порядка 350-400^оС, для этой цели завихритель расположен под камерой горения, предназначенный для того, чтобы смешать абгазы, взятые из пылевой камеры, с продуктами, образовавшимися от горения природного газа. Смесь всех газов должна иметь температуру 350-400^оС. Контроль температуры осуществляется с помощью термопары 16. Кроме этого, с помощью механизма перемещения трубы кварцевая трубка для подачи компонента (тетрахлорида титана), ее открытый конец, из которого выходят пары тетрахлорида титана, вдвигается или наоборот выдвигается в точку заданной температуры (350-400^оС).

Размещение трубки подачи тетрахлорида титана по геометрической оси корпуса (а именно в центре горелки и завихрителя) объясняется тем, что, во-первых, факел и само пламя охватывают периферийные части камеры горения газа, и таким образом температура в центре, где размещена трубка, ниже примерно на 400-500^оС, что позволяет только подогревать, но не перегревать подаваемый компонент - тетрахлорид титана.

В камере горения природного газа температура достигает 950-1000^оС и проходящая по оси этой камеры труба для подачи тетрахлорида выполнена из кварца, металлическая труба при этих температурах взаимодействует с тетрахлоридом титана и быстро выходит из строя. Поэтому, чтобы избежать ее разъедания, она до соединительной муфты выполнена из металла (для механической прочности), а затем из кварца - материала, стойкого в парах тетрахлорида титана.

Перемещение трубки подачи компонента (тетрахлорида титана) вдоль оси необходимо для первичного регулирования и установки ее в зону заданной температуры в реакционной камере.

Горелка для сжигания природного газа находится над выходом кварцевой трубы, чтобы обеспечить подогрев компонента в зоне факела горения до температуры 400-500^оС и в то же время не создавать в реакционной камере высоких температур благодаря смешению продуктов горения с оборотными газами в завихрителе. Завихритель абгазов необходим для тщательного перемешивания и выравнивания температуры газов до заданных 350-400^оС, кроме того, завихритель выполнен таким образом, что выравнивает (снижает) давление в камере горения природного газа, обеспечивая стабильное горение.

Завихритель обеспечивает также необходимую скорость газов, исключающую осаждение частиц продуктов горения (гидрооксидов) на стенках.

Патрубок и труба для отбора абгазов из пылевой камеры, сопла расположены так, чтобы отобрать часть смеси газов с мелкодисперсными частицами продукта и возвратить ее в реакционную камеру, преследуя при этом основную цель - снижение температуры в реакционной камере и улучшение условий кристаллизации двуокиси титана на мелкодисперсных зародышах.

Таким образом, предложенное устройство, по сравнению с прототипом, имеет преимущество: возможность получить товарный продукт анатазной формы, пригодный для приготовления катализаторов.