專利名稱：圓周形氣刀及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及到新型氣刀的使用，其有助于防止固體顆粒堵塞容器入口。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明特別有利于減少在制造四氯化鈦過(guò)程中由旋風(fēng)器或一些其它氣體/固體分離裝置從四氯化鈦氣體產(chǎn)品中移除的固體氯化物所產(chǎn)生的堵塞。
通過(guò)氯化含鈦始料中的鈦價(jià)來(lái)制備四氯化鈦是本領(lǐng)域公知的。例如，在制備金屬鈦或二氧化鈦(″TiO2″)過(guò)程中，四氯化鈦的制備是有用的。
本領(lǐng)域公知，四氯化鈦可由含鈦的始料與氯氣在氯化器中反應(yīng)產(chǎn)生。在此過(guò)程中，將含有需要的四氯化鈦氣體和固體氯化物的固體負(fù)載氣體混合物從氯化器內(nèi)移出，冷卻，然后用常規(guī)方法轉(zhuǎn)移到旋風(fēng)分離器中，以移出其中的固體。接著，將該固體倒入到通常稱為氯化槽的懸浮容器中，在其中該固體和水混合形成懸浮液。
上述移出的固體在進(jìn)入懸浮容器前通常非常熱，這些熱的固體和水的混合物在懸浮容器內(nèi)的懸浮液上方空間及長(zhǎng)管道中形成高濕氣體相，通過(guò)所述管道旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器中進(jìn)入懸浮容器。所述旋風(fēng)塵含有金屬氯化物，該金屬氯化合物是吸濕性，因而當(dāng)其進(jìn)入將旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器帶到懸浮容器中的管道的高溫區(qū)中時(shí)變得有粘性。該粘性固體會(huì)慢慢地積累于管道壁上，直到管道完全堵塞，從而使旋風(fēng)器中的固體再也不能排出。清除該堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危險(xiǎn)。
本發(fā)明通過(guò)在懸浮容器的出口或靠近出口處設(shè)置新型的氣刀而解決了上述問(wèn)題。上述旋風(fēng)塵在其進(jìn)入懸浮容器的途中經(jīng)過(guò)氣刀，該新型氣刀是具有圓周的，也就是說(shuō)，該新型氣刀沿氣刀內(nèi)壁注入氣流，該氣流以足夠的速度注入從而減少了吸濕性旋風(fēng)塵在該氣刀壁上(因而在氯化槽入口處)的積累，因而該氯化槽能持續(xù)地接收來(lái)自旋風(fēng)器的固體，而提高在線時(shí)間和安全性。
在一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明是適于減少吸濕固體在高濕環(huán)境的懸浮容器入口處積累的新型氣刀。在另一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明是防止吸濕固體在高濕環(huán)境的懸浮容器入口處積累的方法。
本發(fā)明經(jīng)由下述附圖進(jìn)行舉例說(shuō)明，附圖中相同部件使用相同標(biāo)號(hào)。這些附圖公開(kāi)本發(fā)明的不同優(yōu)選具體實(shí)施方案僅是為了說(shuō)明的目的，并不限定本發(fā)明的范圍。


圖1是四氯化鈦制造過(guò)程的示意圖；圖2示出了用本發(fā)明的氣刀和旋風(fēng)分離器、懸浮容器的過(guò)程；圖3示出了本發(fā)明氣刀的剖視圖；圖4示出了圖3的氣刀的俯視圖。
圖1示出了四氯化鈦一般制備過(guò)程100的示意圖。圖1所示的該過(guò)程100包括氯化含鈦礦石。將礦石104和焦炭106，優(yōu)選為石油焦炭定時(shí)運(yùn)輸至氯化器102中，以維持在某一床體位108和組成成分。氯氣110通過(guò)氯化器102底部的分配裝置供給所述床體。當(dāng)氯氣110向上流過(guò)床體時(shí)發(fā)生氯化反應(yīng)，床體中的大部分鈦價(jià)經(jīng)反應(yīng)形成四氯化鈦。礦石104中的金屬氧化物大部分轉(zhuǎn)化成氣態(tài)金屬氯化物，還形成如二氧化碳(“CO2”)和一氧化碳(“CO”)等其它氣體。礦石中的雜質(zhì)也被氯化，形成如FeCl2和MnCl2等氯化物。
熱反應(yīng)的固體負(fù)載氣體混合物從氯化器102的112處排出，包括CO，CO2，COS，HCl，N2，低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的氯化物如TiCl4、FeCl3、FeCl2、MnCl2、SnCl4、SiCl4、VOCl3、NaAlCl4和未反應(yīng)的固體如TiO2、SiO2和未燃焦炭。該固體負(fù)載氣體混合物在冷卻管114內(nèi)冷卻，有時(shí)是在氯化器截面內(nèi)冷卻，然后送入旋風(fēng)分離器116內(nèi)，在其中氣體和固體分離。
旋風(fēng)分離器包括將氣體和固體分離的公知裝置。旋風(fēng)分離器通常構(gòu)造成管狀或圓柱狀的主體，該主體與其下部的圓錐體部分相連，在靠近圓柱主體的上方設(shè)有切向側(cè)入口。有氣體輸出管，其一般向下延伸通過(guò)旋風(fēng)器的頂部而進(jìn)入該旋風(fēng)器的主體內(nèi)。該管必須延伸至略低于入口的最低處，以保證固體和氣體有效分離。
在操作中，高速引入固體負(fù)載的氣體通過(guò)切向側(cè)入口，它們沿著渦形路徑，繞著氣體輸出管的外面向下到達(dá)旋風(fēng)分離器的底部。在離心力的作用下，比氣體重的固體緊靠旋風(fēng)器壁，然后在重力的作用下下落至旋風(fēng)器底部。分離的氣體沿渦形路徑上升通過(guò)氣體出口管而離開(kāi)所述旋風(fēng)器頂部。分離的固體通過(guò)位于圓錐體底部的固體輸出口流出。這些分離了的固體一般是旋風(fēng)塵或廢棄固體。
為了使隨旋風(fēng)塵排出的氣體量最小化，一般在旋風(fēng)器底部使用雙閥傾倒的筒狀腿。這些閥的開(kāi)啟和閉合是連鎖的，因此在預(yù)定時(shí)間只可能打開(kāi)一個(gè)閥。當(dāng)頂閥打開(kāi)時(shí)，底閥就閉合。這樣就使得旋風(fēng)塵下落通過(guò)頂閥并填滿該傾倒的筒狀腿。當(dāng)頂閥關(guān)閉時(shí)，底閥打開(kāi)，從而清空該傾倒的筒狀腿到懸浮容器中。該閥定時(shí)、持續(xù)運(yùn)行。
如圖1，固體負(fù)載氣體混合物從氯化器截面114通過(guò)切向入口118流進(jìn)旋風(fēng)器116。該固體負(fù)載氣體混合物中的氣體通過(guò)旋風(fēng)器116頂部的氣體輸出管120而從該旋風(fēng)器116中排出，固體通過(guò)旋風(fēng)器116底部的傾倒的筒狀腿122而從該旋風(fēng)器116中排出。
在上述旋風(fēng)器底部聚集的旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器底部排出，由導(dǎo)管或管道通過(guò)重力轉(zhuǎn)移并沉積到懸浮容器內(nèi)。連接該旋風(fēng)器和懸浮容器的導(dǎo)管部長(zhǎng)度可以不同，一般的長(zhǎng)度可以為20至50英寸。
上述懸浮容器通常是指氯化槽。一旦上述旋風(fēng)塵沉積到懸浮容器內(nèi)，就會(huì)和水混合而形成懸浮液。一般地，該懸浮容器內(nèi)的任何氣體通過(guò)該容器上方的出口移除，而懸浮液作為廢棄物泵出或用于進(jìn)一步處理。圖1示出了進(jìn)入懸浮容器132內(nèi)的旋風(fēng)塵124，加入到該懸浮容器132中的水126，從懸浮容器132中排出的氣體128和從懸浮容器132中抽出的懸浮液130。
在進(jìn)入懸浮容器時(shí)，該旋風(fēng)塵通常非常熱。這些熱的固體和水的混合物在懸浮容器內(nèi)的懸浮液上部空間形成高溫氣體相。這種高濕環(huán)境可以擴(kuò)展到將旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器帶到懸浮容器中的管道的全長(zhǎng)中。該旋風(fēng)塵含有金屬氯化物，其是吸濕性的，因而當(dāng)其進(jìn)入將旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器帶到懸浮容器中的管道的高濕區(qū)中時(shí)變得有粘性。該粘性固體會(huì)慢慢地在管道向懸浮容器的開(kāi)口處或管壁上積累，直到管道完全堵塞，從而使旋風(fēng)器中的固體再也不能排出。
清除該堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危險(xiǎn)。停止制備過(guò)程來(lái)清除堵塞不僅不經(jīng)濟(jì)，而且操作工進(jìn)入管道內(nèi)部清除堵塞會(huì)造 成氣噴的危險(xiǎn)。該堵塞還能產(chǎn)生濃縮的TiCl4，如果操作工用水清潔管道，其能發(fā)生爆炸式水解。
根據(jù)本發(fā)明，新型氣刀可有利地用于減少或消除吸濕材料在將旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器運(yùn)送到懸浮容器的管道內(nèi)的積累。該新型氣刀與旋風(fēng)分離器連接，即該新型氣刀與將旋風(fēng)塵從旋風(fēng)器運(yùn)送到懸浮容器中的導(dǎo)管或管道以這種方式連接使旋風(fēng)塵在進(jìn)入懸浮容器前或進(jìn)入懸浮容器時(shí)通過(guò)該氣刀。優(yōu)選地，該氣刀置于或靠近懸浮容器入口處。
本發(fā)明的氣刀是具有圓周的。具有圓周即意味著在旋風(fēng)塵通過(guò)該氣刀時(shí)，在氣刀內(nèi)沿著該氣刀通道的圓周產(chǎn)生氣流。一般地，從旋風(fēng)器運(yùn)輸旋風(fēng)塵至懸浮容器的管道和氣刀內(nèi)都有供旋風(fēng)塵通過(guò)的圓形通道。然而，本發(fā)明并不限于此。其它幾何形狀也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。例如，該運(yùn)輸旋風(fēng)塵的管道和氣刀內(nèi)通道可以是橢圓形或甚至是長(zhǎng)方形的。
本發(fā)明的氣刀所產(chǎn)生的上述氣流具有足夠的速度而將大部分或全部吸濕材料從該氣刀內(nèi)側(cè)吹出。以該方式，該氣刀使吸濕材料積累量減少，明顯減少了積累的吸濕材料堵塞懸浮容器入口的機(jī)會(huì)。當(dāng)在生產(chǎn)TiCl4過(guò)程中使用來(lái)減少旋風(fēng)塵的積累時(shí)，該氣流具有的速度優(yōu)選地為至少30米/秒(每秒100英尺)，更優(yōu)選地為至少每秒60米(每秒200英寸)，更優(yōu)選地為至少120米/秒(每秒400英尺)。本發(fā)明的某些應(yīng)用可能需要?dú)饬鞯乃俣却笥?50米/秒(每秒500英尺)，優(yōu)選的氣流速度為恰好150米/秒(每秒500英尺)。
上述氣刀形成的氣流通常和吸濕材料經(jīng)過(guò)該氣刀流經(jīng)的方向相同。在一具體實(shí)施方案中，該氣流與吸濕材料的流經(jīng)方向平行。然而，改變?cè)摎獾兑孕纬膳c吸濕材料流經(jīng)方向成一定角度的氣流，從而使氣流在氣刀通道是圓形時(shí)以螺旋式運(yùn)動(dòng)流動(dòng)，這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
圖2示出了結(jié)合旋風(fēng)器206和懸浮容器204，使用本發(fā)明的氣刀202的過(guò)程200。將所述的固體負(fù)載氣體在切向入口208處導(dǎo)入旋風(fēng)器206中。在旋風(fēng)器206內(nèi)，固體和氣體分離。氣體通過(guò)氣體輸出管210排出該旋風(fēng)分離器，固體在重力作用下集中到旋風(fēng)器206的底部212。雙閥傾倒的筒狀腿214使隨著旋風(fēng)塵傾卸的氣體的量最小化。管道216將傾倒的筒狀腿214與氣刀202連接。從雙閥傾倒的筒狀腿214中傾倒出的旋風(fēng)塵通過(guò)該管道216并通過(guò)氣刀202而落入懸浮容器204中。
圖3示出了本發(fā)明氣刀300的切面圖。吸濕材料302通過(guò)管道304，如圖2所示的管道216，進(jìn)入該氣刀300，沿箭頭306所示方向向下通過(guò)該氣刀300。
所述氣刀300包括三個(gè)交迭的壁部分308、310和312，該壁部分的交迭部分形成間隙，對(duì)氣體加壓使其通過(guò)該間隙。該間隙的朝向與旋風(fēng)塵移動(dòng)的方向一致。朝向相同即意味著通過(guò)間隙的加壓氣體移動(dòng)通過(guò)氣刀的方向與旋風(fēng)塵的方向相同。優(yōu)選地，本發(fā)明的氣刀包括至少兩個(gè)不同的圓周形間隙，對(duì)氣體加壓使其通過(guò)該間隙。通常，間隙的尺寸(即，兩壁部分間的距離)不大于0.18cm(0.07英寸)，優(yōu)選地不大于0.13cm(0.05英寸)。在一具體實(shí)施方案中，在TiCl4制備過(guò)程中使用間隙尺寸為0.09cm(0.036英寸)的氣刀來(lái)防止吸濕性旋風(fēng)塵在該氣刀壁上積累特別有利。
本發(fā)明所述的氣刀至少有一氣體入口。一般地，本發(fā)明的氣刀有二至四個(gè)氣體入口。在圖2中，氣體流入氣體入口314，并沿箭頭方向流過(guò)。加壓該氣體使其通過(guò)壁部分308、310和312間的間隙，達(dá)到足夠的速度而吹走該氣刀壁部分308、310和312內(nèi)部的大部分或全部吸濕材料。氣體的所述速度可以用常規(guī)方式來(lái)計(jì)算，即用流進(jìn)所述氣體入口的氣體流量除以圓周形間隙的橫切面積來(lái)計(jì)算。
圖4示出了圖3所述氣刀300的俯視圖。參見(jiàn)圖4，該氣刀300有四個(gè)氣體入口，還包括一系列閂316。在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中該閂316用來(lái)將氣刀300固定在懸浮容器內(nèi)。然而，其它將氣刀連接到懸浮容器內(nèi)的方法也包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。圖4還示出在該氣刀300中心的開(kāi)孔318，穿過(guò)該開(kāi)孔旋風(fēng)塵進(jìn)入懸浮容器。在TiCl4制備過(guò)程中，在懸浮容器的入口處使用本發(fā)明的氣刀非常有利，無(wú)需在懸浮容器內(nèi)附加通風(fēng)器。
如圖4所示，所述氣刀300的壁部分可以通過(guò)位于該氣刀300壁部分間的小焊接點(diǎn)320而相互連接。也就是，這些焊接點(diǎn)320位于壁部分間的間隙中。該焊接點(diǎn)320的尺寸并不十分重要，只要他們不影響氣體通過(guò)間隙的流動(dòng)即可。
本發(fā)明的氣刀可以用任何適于目的應(yīng)用的材料制成，無(wú)需不必要的試驗(yàn)，就可決定合適的材料。一般地，在TiCl4生產(chǎn)過(guò)程中使用的氣刀用抗腐蝕合金，如Inconel 600或Inconel 601(可商業(yè)購(gòu)得的各種鋼材和合金)來(lái)制造。
適于使用本發(fā)明的氣刀的氣體依賴于使用該氣刀的特定用途。然而，無(wú)需不必要的試驗(yàn)就可決定適合的氣體。在TiCl4制備過(guò)程中使用氣刀的優(yōu)選氣體包括空氣、氧氣、一氧化碳或在氣刀的通常情況下不會(huì)發(fā)生一點(diǎn)反應(yīng)的任何其它氣體。
雖然本發(fā)明詳細(xì)描述了其具體實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)對(duì)前述的理解可以容易地想到這些具體實(shí)施方案的改變、變體和等同方式。例如，本發(fā)明的氣刀可以有利地用于除TiCl4制備過(guò)程之外的應(yīng)用中。得益于本發(fā)明減少在從一容器運(yùn)輸?shù)搅硪蝗萜鳎缤ㄟ^(guò)導(dǎo)管或管道的過(guò)程中的材料積累的能力，將本發(fā)明的氣刀用于許多應(yīng)用都包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該是所附權(quán)利要求和任何等同的范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣刀，包括數(shù)個(gè)交迭的壁部分，其形成具有圓周的通道，所述通道適于使固體材料以第一方向通過(guò)氣刀；至少兩個(gè)交迭的壁部分在它們之間形成間隙，所述間隙朝向所述的第一方向；和至少一氣體入口，其以使氣體進(jìn)入所述入口而通過(guò)所述間隙并沿著通道的圓周進(jìn)入通道的方式與所述間隙相連。
2.如權(quán)利要求1所述的氣刀，其中所述的圓周是圓形的。
3.如權(quán)利要求1所述的氣刀，其中所述的間隙不大于0.18厘米。
4.如權(quán)利要求1所述的氣刀，其中所述的間隙不大于0.13厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的氣刀，其中所述的氣刀與旋風(fēng)分離器連接。
6.如權(quán)利要求5所述的氣刀，其中所述旋風(fēng)分離器將氣體與出吸濕性固體分離。
7.如權(quán)利要求1所述的氣刀，其中所述氣刀與懸浮容器連接，該懸浮容器適于接收從旋風(fēng)分離器排出的吸濕性固體。
8.如權(quán)利要求7所述的氣刀，其中所述的懸浮容器具有高潮濕環(huán)境。
9.一種在固體材料通過(guò)通道時(shí)減少該通道內(nèi)表面固體材料積累的方法，該方法包括在所述固體材料通過(guò)的通道方向上沿通道內(nèi)表面注入氣流。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述固體材料是吸濕性的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述固體材料是來(lái)自旋風(fēng)分離器的旋風(fēng)塵。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述通道暴露在高濕環(huán)境中。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少30米的速度注入。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少60米的速度注入。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少120米的速度注入。
全文摘要
提供了一種新型圓周形氣刀，其沿內(nèi)壁注入氣流。該氣刀可有利地置于懸浮罐出口處或附近，以減少運(yùn)輸?shù)綉腋∥锶萜鞯墓腆w材料的積累。該氣流以足夠的速度注入以減少固體材料在氣刀壁上(在懸浮物容器的入口處)的積累。一般地，在制備TiCl
文檔編號(hào)C22B34/12GK1723071SQ200380105444
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者哈里·尤金·弗林, 喬·伯特·馬克爾, 萊斯利·E·克勞德, 約翰尼·B·珀金斯 申請(qǐng)人:科麥奇化學(xué)公司