Способ получения двуокиси титана — SU 1825482 (original) (raw)
Формула
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ ТИТАНА, включающий взаимодействие четыреххлористого титана с кислородсодержащими газами и осаждение твердых продуктов реакции из газовой фазы, отличающийся тем, что, с целью получения агрегированного аморфного порошка анатазной формы, взаимодействие осуществляют в факеле природного газа при температуре 300 - 350oС при скорости потока газа 4 - 5 м/с, регулируемого абгазами, осаждение твердых продуктов проводят при температуре 400 - 450oС и скорости потока газов 0,1 - 0,2 м/с, затем доосаждают их при температуре 150 - 200oС и скорости потока газа 0,01 - 0,02 м/с и осажденные твердые продукты сушат при 500 - 550oС.
Описание
Изобретение может быть применено к производству катализаторов на основе пигментной двуокиси титана анатазной формы.
Цель изобретения - получение агрегированного, аморфного порошка анатазной формы.
Поставленная цель достигается тем, что парофазный гидролиз проводят при 300-350оС в факеле природного газа со скоростью потока 4-5 м/c, регулируемого абгазами, осаждают продукты реакции при 400-450оС и скорости потока газов 0,1-0,2 м/c и проводят охлаждение до 150-200оС при скорости потока 0,01-0,02 м/c, затем твердый продукт сушат при 500-550оС.
Сущность способа заключается в том, что пары тетрахлорида титана гидролизуют в факеле природного газа с разбавлением продуктов горения абгазами до температуры 300-350оС и при скорости потока 4-5 м/c. Такой режим сжигания тетрахлорида титана обеспечивает получение двуокиси титана анатазной формы. Образовавшиеся продукты реакции коагулируют в потоке газов, нагреваемых до 400-450оС с целью предварительной сушки и отгонки хлор иона. При таких температурах броуновская и градиентная коагуляция максимальная.
При скоростях потока 0,1-0,2 м/c около 60-80% агрегированного продукта отделяется от газового потока и выводится из процесса.
На следующей стадии, газовый поток охлаждают до 150-200оС при снижении скорости до 0,01-0,02 м/c, обеспечивающей дальнейшее отделение (осаждение) продуктов реакции.
Снижение температуры необходимо для того, чтобы завершить процесс очистки газов в рукавных фильтрах.
Полученный агрегированный продукт имеет аморфную структуру, его сушат при 500-550оС в вибрационном слое, для полного удаления хлор иона.
Лабораторные исследования показали, что вводя пары тетрахлорида титана, нагретые до 200-300оС в пламя горелки природного газа не удается получить стабильного состава двуокиси титана анатазной формы. Часть продукта получается в виде рутила.
С целью получения стабильного состава анатазной формы окислов пары тетрахлорида титана вводят не в сам факел, а в ту его часть, где он уже разубожен абгазами до температуры 300-350оС, причем эта температура выдерживается довольно точно путем регулирования количеств абгазов.
Скорость потока газов, образующихся в процессе реакции должна быть 5-6 м/c. При таких скоростях происходит формирование (агрегирование) частичек двуокиси титана и их стабилизация.
Характерно, что при этих температурах и скоростях броуновская (температурная) коагуляция и градиентная коагуляция - максимальны.
Затем смесь газов поступает на стабилизацию твердых, скоагулированных частиц при 400-450оС. Нагревая (или сжигая) пары тетрахлорида титана при этой температуре в факеле природного газа, получить анатазную форму окиси (гарантированную) не удается, а при стабилизации уже полученной агрегированной смеси при этих температурах анатазная форма не разрушается.
Кроме того, такая температура обеспечивает первоначальную отгонку хлор иона, сорбированную на твердых частицах окиси титана.
Одновременно скорость потока газов снижают до 0,1-0,2 м/c, обеспечивая оседание (осаждение) агрегированных частиц из газового потока. Для окончательной очистки газов, скорость потока снижают до 0,01-0,02 м/c c одновременным снижением температуры газов до 150-200оС с последующей очисткой известными способами, например, в рукавных фильтрах.
Полученный аморфный, агрегированный продукт выводится из процесса и сушится при 500-550оС с целью полного удаления хлор иона.
Термическая обработка стабилизированного, аморфного, агрегированного продукта при 500-550оС не меняет анатазную форму.
П р и м е р. В непрерывном цикле, в лабораторных условиях испаряли тетрахлорид титана, а его пары нагревали до 250оС ( 
5оС).
Природный газ сжигался в горелке с избытком воздуха 20-25%, т.е. бралось соотношение природный газ:воздух порядка 1:12.
В пламя горелки вводили абгазы, взятые из первой камеры пылеулавливания с температурой 100-120оС и в количестве, обеспечивающем температуру в рабочей зоне, куда подавали пары тетрахлорида титана около 340оС ( 10оС). Подачу абгазов регулировали на входе в рабочую камеру. Скорость образующейся смеси газов замеряли визуально и регулировали установкой, обогреваемой кварцевой насадкой, требуемого сечения. Путем подборки определили ее оптимальные параметры: диаметр и длину. Наилучшая была скорость 5,5 м/c.
Кварцевая насадка переходила в расширительную камеру, обогреваемую с помощью ТЭНов (термоэлектрических нагревателей), стабилизированных на температуру 430оС ( 10оС), скорость газового потока, в которой составляла 0,15 м/c (расчетная). Количество выпавшей (осевшей на дно) агрегированной смеси, по общему балансу составило 75%. Затем газы подавались во вторую камеру, больших размеров с расчетной скоростью 0,15 м/c стенки которой термостатированы на 160оС ( 10оС). В этой камере выпало примерно 15% твердых продуктов реакции. Температура газов на выходе из камеры составляла примерно 140оС, что вполне удовлетворяла их очистке в рукавном фильтре с фторопластовыми рукавами. Количество твердых продуктов, задержанных рукавным фильтром, составило 6-8%. Безвозвратные потери составили около 2-3%, вместо 5% по прототипу.
Анализ твердых продуктов - двуокиси титана показал анатазную форму. Размер (гранул), агрегированных частиц около 1,2-1,5 мкм.
Обоснование принятых режимов:
Парофазный гидролиз тетрахлорида титана при температуре 300-350оС. Обусловлен тем, что при более низких температурах уловить агрегированные частицы в первом аппарате можно не более 60-70% из-за их мелкодисперсности. Известно, что, чем ниже температура парофазного гидролиза, тем меньше размерность полученных частиц.
Например, при температуре гидролиза 275-280оС, в первой стадии осаждения получено 75% гидроокиси, что недостаточно. Потери двуокиси титана (сквозные) около 15-25%.
При температуре более 350оС количество агрегированных частиц, уловленных в первом аппарате также уменьшается примерно на 6-10%, что также нежелательно.
Скорость потока на выходе из факела должна быть 4-5 м/c. Опытным путем в лабораторных условиях подтверждена необходимость начальной скорости потока на выходе из факела равной 4-5 м/c, обеспечивающая коагуляцию аморфных частиц в агрегированное состояние, при котором дальнейшее повышение температуры для стабилизации продукта не влияет на качество (т.е. на разрушение анатазной формы). При больших скоростях агрегирование идет хуже, часть продукта, особенно во второй камере (при их улавливании), имеет рутильную форму. Это нежелательно, т.к. снижает выход в товарный продукт.
Скорость потока 0,1-0,2 м/c определена опытным путем. При скорости потока более 0,2 м/c количество осевшего (уловленного) материала составило 55-60% . Например, при скоростях 0,3 м/c количество осевшего материала было 45-50% . Скорости менее 0,1 м/c нежелательны чисто по экономическим соображениям - требуют больших размеров камер. Кроме того, при скоростях 0,05-0,08 м/c качество агрегированного продукта не удовлетворяло по показателям на хлор ион.
Температура стабилизации агрегированного материала - 400-450оС. При температурах выше 450оС, например 475оС, часть продукта (примерно 15%) имела рутильную форму. При температуре стабилизации менее 400оС, например 380оС, содержание хлор иона составило 7% в промежуточном продукте и около 0,5% в целевом продукте. Это недопустимо.
Охлаждение газового потока до 150-200оС необходимо для того, чтобы подготовить газовый поток для его очистки в рукавном фильтре. При охлаждении газов ниже 150оС, например до 120оС, на рукавном фильтре конденсируются пары соляной кислоты, растет сопротивление фторопластовой ткани рукавов до 50-75 мм вод. столба. Это не желательно.
При температурах выше 200оС, например 250оС, возникает опасение "подгорания" ткани рукавов. Появляются отдельные участки с потерей прочности на 35-50%.
Диапазон температур 150-200оС (1 10оС) выбран на основании лабораторных исследований, показавших стабильность работы ткани.
Скорость потока газов на второй стадии осаждения равна 0,01-0,02 м/c выбрана из расчета максимального осаждения остатков твердых продуктов. При скоростях ниже 0,01, например - 0,005 м/c, размеры камеры экономически нецелесообразны, по тому эффекту, который дал при осаждении продукта. Т.е. ожидаемый эффект ниже затрат.
При скоростях потока более 0,02, например 0,03 м/c, степень улавливания на 15% ниже расчетной.
Оптимально доказано в лабораторных условиях, что для конкретного продукта, полученного парофазным гидролизом тетрахлорида титана, скорость потока 0,01-0,02 м/c позволяет осадить агрегированный материал (без рукавного фильтра) на 95%, а с учетом улавливания продукта в рукавном фильтре до 98%.
Температура окончательной сушки продукта принята 500-550оС.
При температуре ниже 500оС остаточный хлор ион составляет в пределах 0,1-0,2%, это много.
При температурах перегрева, т. е. например до 600оС, содержание рутильной формы в продукте составило около 10-18%. Это брак.
Использование: технология получения двуокиси титана для катализаторов. Сущность изобретения: проводят взаимодействие тетрахлорида титана при 300 - 350°С в факеле природного газа со скоростью потока 4 - 5 м. регулируемого абгазами, осаждают продукты реакции при 400 - 450°С и скорости потока газов 0,1 - 0,2 м. доосаждают при 150 - 200°С и скорости потока 0,01 - 0,02 м. продукт объединяют и сушат при температуре 500 - 550°С
Заявка
4916855/26, 08.01.1991
Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет"
Титов А. А, Крохин В. А, Антипов И. В, Мальцев Н. А, Ряпосов Ю. А, Мельников Л. В, Заиканов В. Н, Булгаков В. Н, Белослудцев В. С
МПК / Метки
МПК: C01G 23/07
Опубликовано: 30.07.1994