Способ получения диоксида титана

 

Использование: неорганическая химия, получение пигментов для лакокрасочной промышленности. Сущность способа: жидкий тетрахлорид титана и воду диспергируют. Проводят сжигание природного газа в горелке при объемном соотношении природный газ: воздух, равном 1: (11 - 20). В реакционную зону подают диспергированные тетрахлорид титана и воду. Проводят термогидролиз при массовом отношении тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в реакционной зоне равном 0,3 - 3,0. Температура в реакционной зоне 500 - 1500^oC.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к производству диоксида титана, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является известный способ получения двуокиси титана в паровой фазе.

Способ по прототипу заключается в следующем.

Производят сжигание горючего газа (СО; H₂; CH₄; C₂H₂ или нефтяные газы) в горелке при тангенциальной подаче кислорода. Полученные продукты горения вводят в реакционную зону, в которую подают нагретый (в виде пара) тетрахлорид титана.

Физико-химическая сущность известного способа заключается в процессе протекания термогидролиза тетрохлорида титана в реакционной зоне с кислородом по следующим реакциям (в качестве горючего газа принят метан CH₄): TiCl₄+CH₄+2O₂_→ TiO₂+4HCl+CO₂ TiCl₄+O₂_→ TiO₂+2Cl₂ Недостатками известного способа являются следующие: значительные затраты на подготовку компонентов реагирования перегрев тетрахлорида титана, использование чистого кислорода; сложное аппаратурное оформление способа, определяемое необходимостью предварительной подготовки реагентов.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в снижении затрат на единицу готовой продукции и упрощении аппаратурного оформления.

Данные задачи решаются предлагаемым способом получения диоксида титана, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков: организация процесса сгорания горючего газа; подача в зону реакции продуктов горения горючего газа и тетрахлорида титана; осуществление процесса термогидролиза тетрахлорида титана с получением двуокиси титана.

Существенными отличительными признаками заявленного способа является то, что: в реакционную зону подают продукты горения смеси природного газа и воздуха, сжигаемые в объемном отношении 1 (11 20);
тетрахлорид титана и воду вводят в реакционную зону в жидком предварительно диспергированном виде и испарение их проводят непосредственно в реакционном объеме (реакционной зоне, зоне реакции);
процесс термогидролиза проводят при температуре в реакционной зоне 500 1500^oC и массовом отношении тетрахлорида титана и суммарному количеству водяных паров в зоне реакции, равном 0,3 3,0.

Как показали опытно-промышленные испытания, вышеуказанные условия осуществления заявляемого способа обеспечивают при прочих равных условиях достижение технического результата, заключающегося в следующем:
снижение затрат на единицу продукции пигментного диоксида титана;
упрощение аппаратурного оформления способа получения диоксида титана из тетрахлорида титана.

Анализ совокупности признаков заявляемого изобретения и достигаемого при этом технического результата показывает, что между ними существует определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем: экспериментально установлено, что использование в заявленном способе более дешевого реагента воздуха (взамен кислорода в способе прототипе) и подача в реакционную зону тетрахлорида титана и воды в жидком предварительно диспергированном виде (без выполнения сложной операции предварительного нагрева и испарения по способу прототипу) значительно снижает затраты на осуществление способа и упрощает его аппаратурное оформление.

Кроме того, экспериментально установлено, что выполнение следующих условий заявленного способа, а именно:
сжигание природного газа и воздуха перед подачей в реакционную зону в объемном отношении 1 (11 20);
проведение процесса вводом в реакционную зону TiCl₄ и воды в предварительно диспергированном виде с соблюдением массового отношения тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в зоне реакции равном 0,3 3,0;
осуществление процесса термогидролиза тетрахлорида при температуре в реакционной зоне 500 1500^oC обеспечивает не только снижение затрат на осуществление способа и упрощение его аппаратурного оформления, но и получение пигментного диоксида титана с высокими потребительскими свойствами.

В частности сжигание природного газа и воздуха перед подачей в реакционную зону в объемном отношении 1 (11 20) не только производятся высокотемпературные (1180 1830^oC) продукты горения, содержащие водяные пары, но и обеспечивается полнота и безопасность сжигания природного;
при осуществлении процесса термогидролиза тетрахлорида при температуре в реакционной зоне 500 1500^oC обеспечивается полное гидролитическое разложение тетрахлорида титана, т. е. качество целевого продукта;
при проведении процесса с вводом в реакционную зону TiCl₄ и H₂O в предварительно диспергированном виде обеспечивается снижение затрат на осуществление способа и упрощение его аппаратурного оформления;
при соблюдении массового отношения тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в зоне реакции равном 0,3 3,0 обеспечивается получение пигментной окиси титана с высокими потребительскими свойствами (показателями качества).

Пример.

Процесс осуществляют в реакционной камере, снабженной горелкой для сжигания смеси природного газа и воздуха, пневматическими форсунками для подачи тетрахлорида титана и воды.

В горелку (двухканального типа труба в трубе) реакционной камеры подают природный газ состава, об. CH₄ 95,8 99,7; C₂H₅ 0,1 0,6; C₃H₈ до 0,1; СО до 0,2; N₂ 0,2 0,4 в количестве 50 нм³/час и воздух 500 1000 нм³/час в объемном отношении 1 (11 20). Процесс горения природного газа описывается уравнением CH₄ + O₂ CO₂ + 2H₂O.

При этом получают продукты горения топлива с температурой 1180 - 1830^oC в количестве 600 1050 нм³/час следующего состава, об. CO₂ 4,9 8,6; H₂O 11,3 18,5; N₂ 70,0 74,0; O₂ 1,7 9,8. В реакционную зону с продуктами горения топлива поступает 87 93 кг/час H₂O в виде пара.

В реакционную камеру подают жидкий тетрахлорид титана сорта ОТТ-ОТУ-10-102-89 в количестве 125 350 кг/час и воду в количестве 30 285 кг/час. Предварительно тетрахлорид титана и воду диспергируют с помощью пневматических форсунок. Процесс термогидролиза проводят при температуре в реакционной зоне 500 1500^oC при массовом отношении тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в реакционной зоне, равном 0,3 3,0. Требуемая температура в реакционной зоне создается регулированием расходов природного газа, воздуха, тетрахлорида титана и воды.

Получили в количестве 53 147 кг/час диоксида титана, который улавливали в пылеуловителях, отходящие газы направляли на газоочистные сооружения для отмывки от хлористого водорода.

Данным способом можно получать диоксид титана как рутильной, так и анатазной форм.

Формула изобретения

Способ получения диоксида титана, включающий предварительное сжигание в горелке горючего и кислородсодержащего газов, подачу тетрахлорида титана и воды в реакционную зону, проведение процесса термогидролиза с получением диоксида титана, отличающийся тем, что предварительно перед подачей в реакционную зону жидкий тетрахлорид титана и воду диспергируют, процесс сжигания в горелке производят при объемном соотношении природный газ: воздух, 1:(11 20), а процесс термогидролиза проводят при массовом отношении тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в реакционной зоне 0,3 3,0 при температуре в реакционной зоне 500 1500^oC.