Устройство для проведения реакции газообразных реагентов, содержащих твердые частицы

 

Изобретение относится к устройству для проведения реакции в трубчатых реакторах одного или более газообразных реагентов с высокими скоростями потоков. Устройство для введения в трубчатый реактор газообразного реагента с высокой скоростью потока, который содержит или подхватывает твердые частицы, содержит цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента, имеющую закрытый передний конец и задний конец, приспособленный для соединения уплотняющим образом с находящимся выше по потоку концом трубчатого реактора, и имеющую кольцеобразное отверстие по ее периферии, первую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и, по меньшей мере, одну боковую сторону, уплотняющим образом прикрепленную к внешней части камеры нагнетания газообразного реагента, причем первая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое выпускное отверстие и тангенциальное впускное отверстие для приема потока газообразного реагента с высокой скоростью потока, содержащего твердые частицы, и для принуждения потока к завихрению в ней, вторую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и боковые стороны и имеющую больший диаметр, чем первая накопительная камера, уплотняющим образом прикрепленная к внешней части камеры нагнетания газообразного реагента, причем вторая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое впускное отверстие, уплотняющим образом примыкающее к кольцеобразному боковому выпускному отверстию первой накопительной камеры, кольцеобразную щель, образованную внутри второй накопительной камеры, примыкающую к ее боковой стороне, противоположной от ее кольцеобразного бокового впускного отверстия, причем кольцеобразная щель уплотняющим образом примыкает по всему кольцеобразному отверстию в камере нагнетания газообразного реагента и проходит до участка близко к наружной боковой стенке второй накопительной камеры, и множество разнесенных на расстоянии друг от друга лопаток, прикрепленных внутри кольцеобразной щели, чтобы образовывать в ней две или больше радиальных щелей. Изобретение позволяет обеспечить возможность проведения реакций с низким перепадом давления в реакторе без чрезмерной эрозии, обусловленной твердыми частицами, переносимыми или подхватываемыми газообразными реагентами 3 с. и 8 з. п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение касается процессов и устройства для проведения реакции в трубчатых реакторах газообразных реагентов с высокой скоростью потока, содержащих измельченную твердую фазу, и более конкретно проведения реакции в трубчатом реакторе при высокой температуре кислорода и газообразного тетрахлорида титана с высокой скоростью потока, которые могут содержать или подхватывать примеси в виде твердых частиц для образования диоксида титана.

В реакциях, проводимых в трубчатых реакторах, где в реакторы нагнетаются газообразные реагенты с высокой скоростью потока, могут возникать проблемы, связанные с неполным смешиванием и сильной эрозией боковых стенок реактора из-за присутствия в реагентах примесей в виде твердых частиц. Неполное смешивание может привести к результатам реакции ниже требуемых, а эрозия вызывает загрязнение производимых продуктов материалами, образующими реактор, а также значительно сокращает срок службы реактора. Например, при производстве диоксида титана газообразные реагенты представляют собой нагретый кислород и нагретый газообразный тетрахлорид титана, которые объединяются в трубчатом реакторе с высокими скоростями потоков. В реакторе происходит реакция окисления при высокой температуре, образуя при этом твердые частицы диоксида титана. Иногда потоки как кислорода, так и газообразного тетрахлорида титана содержат или подхватывают примеси в виде твердых частиц, которые сталкиваются с поверхностями реактора. Такие примеси в виде твердых частиц попадают в газовые потоки в результате прохождения газовых потоков через технологическое оборудование и расположенную выше по потоку систему трубопроводов реактора. Технологическое оборудование и система трубопроводов могут содержать окалину в виде твердых частиц, твердые частицы из псевдоожиженных слоев, сварочный шлак в виде частиц и т.п. Точно так же для очищения диоксида титана, оседающего на стенках реактора, в реактор часто вводится очищающая среда в виде твердых частиц типа песка. Очищающая среда иногда проходит в различные расположенные выше по потоку части реактора, и некоторая часть среды подхватывается и переносится потоками газообразных реагентов. Например, если очищающая среда вводится в устройство реактора, когда поток кислорода или тетрахлорида титана перекрыт, очищающая среда может выходить из реактора в устройство введения кислорода или тетрахлорида титана, например в накопительные камеры, соединенные с реактором.

При попытках решения упомянутых выше проблем прежде использовали большие накопительные камеры, расположенные выше по потоку от нагнетания в реактор газообразных реагентов через небольшие зазоры, чтобы улавливать примеси в больших накопительных камерах. Использование этих небольших зазоров для удержания примесей в виде частиц приводит к большим перепадам давления, которые вызывают хорошее смешивание газов в реакторе, но большие перепады давления в газообразных реагентах требуют их герметизации, которая является весьма дорогостоящей.

Для того чтобы функционировать с более низкими перепадами давления газообразных реагентов, газообразные реагенты, кроме того, нагнетались по касательной в небольшие кольцеобразные накопительные камеры, распределявшие их по двум или больше щелям, через которые газообразные реагенты проходили радиально в реактор. Однако с помощью этого способа и устройства примеси в виде твердых частиц, переносимые или подхватываемые газообразными реагентами, могут захватываться в кольцеобразных накопительных камерах, что приводит к быстрому разрушению накопительных камер. Такой подход также не является полностью удовлетворительным.

Настоящее изобретение касается нового устройства для проведения реакции в трубчатом реакторе газообразного реагента (или реагентов) с высокой скоростью потока, содержащего или подхватывающего твердые частицы, в котором в соответствии с первым вариантом осуществления подлежащий нагнетанию газообразный реагент завихряется в первой кольцеобразной накопительной камере, за которой следует вторая кольцеобразная накопительная камера большего диаметра. Затем завихряющийся газообразный реагент вводится в реактор посредством двух или больше радиальных щелей на выходе второй накопительной камеры так, что твердые частицы переносятся с газообразным реагентом через центр реактора, а не захватываются в первой или второй накопительных камерах. При производстве диоксида титана описанный выше первый вариант осуществления является особенно подходящим для нагнетания в реактор нагретого кислорода с высокими скоростями потока.

Во втором варианте осуществления газообразный реагент с высокой скоростью потока, который может содержать твердые частицы, завихряется в кольцеобразной накопительной камере, включающей сильфон для улавливания твердых частиц. Полученный в результате газообразный реагент по существу без твердых частиц вводится в реактор посредством двух или больше радиальных щелей. Накопительная камера факультативно снабжена трубопроводом, проходящим от внутренней части сильфона до внутренней части одной из щелей, благодаря чему разность давления газа между сильфоном и щелью обеспечивает перемещение твердых частиц, захваченных в сильфоне, по трубопроводу в реактор. Радиальные щели предпочтительно имеют наклон в направлении вниз по потоку для равномерного распределения и выравнивания потока газообразного реагента и твердых частиц (если они имеются) через центр реактора и вследствие этого предотвращают неполное смешивание и эрозию по периферии реактора. При производстве диоксида титана этот второй вариант осуществления является особенно подходящим для нагнетания в реактор нагретого тетрахлорида титана с высокими скоростями потока, так что в связи с этим в особенно предпочтительном устройстве можно использовать и первый вариант осуществления (для введения кислорода), и второй вариант осуществления (для введения тетрахлорида титана).

Далее ссылка дается на чертежи, на которых: на фиг.1 показан вид сверху устройства нагнетания газообразного реагента, содержащего твердые частицы, в соответствии с данным изобретением, подсоединенного к трубчатому реактору; на фиг.2 показан вид сбоку в поперечном разрезе по линии 2-2 на фиг.1; на фиг.3 показан вид в поперечном разрезе по линии 3-3 на фиг.2; на фиг.4 показан вид в поперечном разрезе по линии 4-4 на фиг.1; на фиг.5 показан вид сбоку в поперечном разрезе по линии 5-5 на фиг.1; на фиг.6 показан вид в поперечном разрезе по линии 6-6 на фиг.5; на фиг.7 показан вид в поперечном разрезе по линии 7-7 на фиг.5.

На фиг. 1-6 чертежей показано предпочтительное устройство согласно настоящему изобретению для нагнетания в трубчатый реактор нагретого кислорода и нагретого тетрахлорида титана с высокими скоростями потоков для образования диоксида титана в соответствии с известным процессом. Термин "с высокими скоростями потоков" означает скорости потоков в диапазоне от 11,3 до 85 стандартных кубических метров (400-3000 стандартных кубических футов) или выше в минуту.

Устройство на фиг.1, в общем обозначенное ссылочной позицией 10, состоит из первого устройства 12 введения газообразного реагента и второго устройства 14 введения газообразного реагента, которые оба предназначены для введения газообразных реагентов с высокими скоростями потоков, содержащих твердые частицы, в трубчатый реактор 19, который может иметь любую известную конструкцию реактора, включая такие конструкции, которые охлаждаются водой или другой теплообменной средой, и такие, которые не охлаждаются или образованы из пористой среды, но не ограничиваясь ими. Устройства 12 и 14 в более общем смысле можно использовать для нагнетания в трубчатый реактор любого газообразного реагента с высокой скоростью потока, который содержит или может содержать твердые частицы. В устройстве для производства диоксида титана, которое, в частности, показано на фиг.1-4, устройство 12 введения газообразного реагента является предпочтительным для введения в реактор 19 потока нагретого кислорода. Показанное на фиг.1 и 5-7 устройство 14 введения газообразного реагента в свою очередь является предпочтительным для введения в реактор 19 потока высококоррозионного нагретого газообразного тетрахлорида титана.

При работе как устройство 12, так и устройство 14 вводят газообразные реагенты с высокими скоростями потоков, которые могут содержать твердые частицы, в трубчатый реактор 19 с низкими перепадами давления, с равномерным распределением и хорошим смешиванием потоков газообразных реагентов в реакторе и без чрезмерной эрозии накопительной камеры или реактора, обусловленной присутствием твердых частиц, переносимых газообразными реагентами.

Как показано на фиг.1-4, устройство 12 состоит из цилиндрической камеры 16 нагнетания газообразного реагента, имеющей кольцеобразное отверстие 17 вокруг ее периферии, и фланцевые соединения 18 и 20, соединенные с ее передним и задним концами 19 и 21 соответственно. К фланцу 18 прикреплен закрывающий фланец 22. Трубопровод 24 уплотняющим образом соединен через фланец 22 и проходит в цилиндрическую камеру 16 нагнетания. Трубопровод 24 установлен коаксиально с цилиндрической камерой 16 нагнетания, а второй трубопровод 26 (который также уплотняющим образом соединен через фланец 22) коаксиально расположен вокруг трубопровода 24. Впускной фланец 28 соединен с трубопроводом 24, а фланцевое впускное соединение 30 подсоединено к трубопроводу 26. Как показано на фиг.1, когда устройство 12 введения газообразного реагента используется с охлаждаемым водой реактором для производства диоксида титана, источник вспомогательного топлива, например метана, пропана или толуола, подсоединен к впускному соединению 30 трубопровода 26, а источник очищающей среды реактора подсоединен к впускному соединению 28 трубопровода 24. Вспомогательное топливо используется для обеспечения дополнительного тепла и стабилизирования реакции окисления в реакторе 19. Топливо окисляется до диоксида углерода и воды, и образованная вода поддерживает рутилизацию, которая улучшает характеристики производимого диоксида титана. Очищающая среда реактора, которой может быть песок, каменная соль, агломерированный диоксид титана, сжатый диоксид титана или аналогичное вещество, нагнетается в устройство реактора, чтобы очищать диоксид титана с охлаждаемых стенок реактора. В этом отношении, когда диоксид титана образуется в реакторе, часть его осаждается на стенках охлаждаемых участков реактора, например части реактора, охлаждаемой водой или другим способом. Если его не удалять, диоксид титана будет непрерывно нарастать и существенно мешать процессу охлаждения. Таким образом, нужно непрерывно вводить в реактор очищающую среду.

Камера 16 нагнетания также включает пару водяных охлаждающих рубашек 32 и 34 для охлаждения стенок камеры нагнетания. Кроме того, внутри цилиндрической камеры 16 нагнетания газообразного реагента между кольцеобразным отверстием 17 в камере нагнетания и передним концом 19 расположен кольцеобразный тепловой экран 35. Тепловой экран 35 можно приваривать к трубопроводу 26, и он предназначен для экранирования переднего концевого участка цилиндрической камеры 16 нагнетания газообразного реагента от тепла, производимого нагретым газообразным реагентом (нагретым кислородом), вводимым через кольцеобразное отверстие 17. Дефлектор 37 прикреплен к заднему концевому участку 39 трубопровода 26 для отклонения потока нагретого кислорода, вводимого в камеру 16 нагнетания посредством отверстия 17, и для обеспечения равномерного распределения нагретого кислорода.

Предусмотрена первая кольцеобразная накопительная камера 36, имеющая кольцеобразную наружную стенку 38, боковую сторону 40, уплотняющим образом прикрепленную к внешней части камеры 16 нагнетания газообразного реагента, и кольцеобразное боковое выпускное отверстие 42. Как лучше всего показано на фиг. 4, первая кольцеобразная накопительная камера 36 также включает тангенциальное впускное отверстие 44 для приема потока нагретого кислорода с высокой скоростью потока, который может содержать твердые частицы, и обеспечения завихрения этого потока внутри накопительной камеры 36.

Вторая кольцеобразная накопительная камера 46, имеющая кольцеобразную наружную стенку 47 и боковые стороны 48 и 50, также уплотняющим образом прикреплена к внешней части камеры 16 нагнетания. Боковая сторона 50 второй накопительной камеры 46 прикреплена к наружной стенке 38 первой накопительной камеры 36, и вторая накопительная камера 46 включает кольцеобразное боковое впускное отверстие 52, которое совмещено с кольцеобразным боковым выпускным отверстием 42 первой накопительной камеры 36. Как показано на чертежах, вторая накопительная камера 46 имеет больший диаметр, чем первая накопительная камера 36, и вторая накопительная камера 46 перекрывает кольцеобразное отверстие 17 по периферии камеры 16 нагнетания.

Кольцеобразная щель 54 образована внутри второй накопительной камеры 46 рядом с боковой стороной 48 посредством кольцеобразной пластины 56, которая уплотняющим образом прикреплена к внешней части камеры 16 нагнетания и проходит до участка близко к наружной стенке 47 второй накопительной камеры 46. Кольцеобразная щель 54, образованная боковой стороной 48 второй накопительной камеры 46 и кольцеобразной пластиной 56, уплотняющим образом прикреплена по всему кольцеобразному отверстию 17 в камере 16 нагнетания. Таким образом, нагретый кислород с высокой скоростью потока, который может содержать твердые частицы, направляемый в тангенциальное впускное отверстие 44 первой накопительной камеры 36, принуждается к завихрению внутри первой накопительной камеры 36, с последующим завихрением в большей второй накопительной камере 46, и выходу из второй накопительной камеры 46 посредством кольцеобразной щели 54 во внутреннюю часть камеры 16 нагнетания. Поскольку поток нагретого кислорода сначала завихряется внутри меньшей накопительной камеры 36 и затем расширяется и завихряется в накопительной камере 46, твердые частицы, содержащиеся в потоке, перемещаются центробежной силой к наружным стенкам 38 и 47 накопительных камер 36 и 46 и затем проходят вместе с нагретым кислородом через щель 54 во внутреннюю часть камеры 16 нагнетания, так что твердые частицы не захватываются внутри накопительных камер 36 и 46. Как легко могут понять специалисты в данной области техники, когда твердые частицы захватываются внутри накопительной камеры, в которой завихряется газовый поток высокой скорости, твердые частицы разрушают материал, образующий накопительную камеру, и прорезаются через него в течение очень короткого периода времени. Как показано лучше всего на фиг.2, наружная стенка 47 накопительной камеры 46 наклонена наружу по направлению к боковой стороне 48, чтобы способствовать перемещению твердых частиц в щель 54.

Как лучше всего показано на фиг.3, кольцеобразная щель 54 включает множество прикрепленных в ней расположенных на расстоянии друг от друга лопаток 58, которые в отверстии 54 формируют множество радиальных щелей 59 (фиг.3). Функция радиальных щелей 59 заключается в предотвращении завихрения потока нагретого кислорода и однородном распределении течения потока нагретого кислорода и твердых частиц, переносимых с ним, в центр камеры 16 нагнетания и через него. Дефлектор 37, прикрепленный к внутреннему концевому участку 39 трубопровода 26, предназначен для придания потоку нагретого кислорода равномерного распределения и однородного прохождения через центр камеры 16 нагнетания, устройство 14 введения газообразного тетрахлорида титана и реактор 19, предотвращая тем самым возникновение неполного смешивания и эрозии.

Таким образом, процесс, проводимый в устройстве 12, в основном содержит этапы завихрения газообразного реагента, подлежащего введению в реактор 19, в первой кольцеобразной накопительной камере 36, за которой следует вторая кольцеобразная накопительная камера 46 большего диаметра. Завихряемые газообразный реагент и твердые частицы, переносимые вместе с ним, вводятся в реактор 19 посредством радиальных щелей 59 и камеры 16 нагнетания. То есть, газообразный реагент и твердые частицы проходят через радиальные щели 59 в камеру 16 нагнетания и затем в реактор 19, и твердые частицы не захватываются в первой или второй накопительных камерах. Радиальные щели 59 и дефлектор 37, расположенный внутри камеры 16 нагнетания, заставляют газообразный реагент и твердые частицы проходить в камеру 16 нагнетания и через нее таким образом, что газообразный реагент и твердые частицы однородно проходят через центры камеры 16 нагнетания и реактора 19, предотвращая тем самым неполное смешивание и эрозию. Как было упомянуто, когда устройство 12 используется в процессе образования диоксида титана, газообразный реагент, вводимый в реактор 19 посредством устройства 12, предпочтительно представляет собой предварительно нагретый кислород, то есть кислород, предварительно нагретый до температуры в диапазоне от 540 до 980^oC (1000^oF-1800^oF), предпочтительно от 830 до 980 ^oC (1500^oF-1800^oF). Кроме того, в камеру 16 нагнетания и реактор 19 предпочтительно вводится вспомогательное топливо посредством трубопровода 26, а очищающая среда для очищения стенок реактора вводится в камеру 16 нагнетания и реактор 19 по трубопроводу 24. Точно так же к нагретому кислороду, вводимому в реактор 19, можно добавлять хлорид калия, хлорид цезия или аналогичное вещество для управления размерами частиц производимого диоксида титана.

На фиг.1 и 5-7 показано устройство 14 для введения в реактор 19 газообразного реагента с высокой скоростью потока (нагретого тетрахлорида титана), который содержит или может содержать твердые частицы. Как лучше всего показано на фиг.5, устройство 14 включает цилиндрическую камеру 60 нагнетания газообразного реагента, имеющую передний конец 61 и задний конец 65, приспособленный для соединения уплотняющим образом с расположенным выше по потоку концом трубчатого реактора 19 посредством секции 23 конической промежуточной трубы (фиг. 1), и имеющую кольцеобразное отверстие 69, образованное в камере 60 по ее периферии. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, устройство 14 может быть выполнено из различных материалов, которые имеют необходимую изоляцию, коррозионную стойкость и другие характеристики. В иллюстрируемой на чертежах форме для использования в устройстве для образования диоксида титана камера 60 нагнетания предпочтительно состоит из цилиндрического элемента 63 стенки, образованного из теплоизоляционного огнеупорного материала, цилиндрического элемента 64, образованного из коррозиеустойчивого металлического материала, и цилиндрического элемента 66, образованного из коррозиеустойчивого материала - карбида кремния. Кольцеобразное отверстие 69 предпочтительно расположено под углом по направлению к заднему концу 65 камеры 60 нагнетания, как показано на фиг.5, и кольцеобразное отверстие 69 включает множество расположенных в нем на расстоянии друг от друга лопаток 68 (фиг.6), которые образуют там множество радиальных щелей 62. Радиальные щели 62 и кольцеобразное отверстие 69 проходят под углом для предотвращения проникновения в них кислорода, образования в щелях оксидов, которые могут приводить к закупориванию, и обеспечения равномерного распределения в камере 60 нагнетания. Лопатки 68 могут быть выполнены в цилиндрическом элементе 66 за одно целое, как показано на чертежах. Точно так же, когда для обеспечения дополнительного тепла используется вспомогательное топливо, как описано выше, цилиндрический элемент 63 стенки, секция 67 трубопровода, секция 23 конической промежуточной трубы (фиг.1) и реактор 19 (фиг. 1) все охлаждаются водой (не показано), для предотвращения их повреждения в результате связанных с этим высоких температур.

Кольцеобразная накопительная камера 70, имеющая наружную стенку 72 и боковые стороны 74 и 76, выполненные из металла, такого как сталь, уплотняющим образом прикреплена к внешней части цилиндрической камеры 60 нагнетания газообразного реагента. Внутренняя часть кольцеобразной накопительной камеры 70 облицована коррозиеустойчивым материалом 78 карбида кремния, а прокладочный материал 80 расположен между коррозиеустойчивым материалом 78 и наружной стенкой 72 и боковыми сторонами 74 и 76. Как должно быть понятно, в устройстве 14 можно использовать изоляционные и коррозиеустойчивые материалы или технологии, отличающиеся от описанных выше.

Как лучше всего показано на фиг.1, к накопительной камере 70 примыкает тангенциальное впускное отверстие 82 для приема потока нагретого газообразного тетрахлорида титана с высокой скоростью потока, который содержит или может содержать твердые частицы. Тангенциальное впускное отверстие 82 заставляет поток газообразного тетрахлорида титана завихряться внутри накопительной камеры 70. В накопительной камере 70 ниже по потоку от ее тангенциального впускного отверстия 82 образован тангенциальный сильфон 84 для улавливания твердых частиц, переносимых с потоком газообразного тетрахлорида титана. Сильфон 84 включает съемный глухой фланец 85 для периодического удаления из сильфона 84 твердых частиц. Таким образом, поток газообразного тетрахлорида титана, содержащий твердые частицы, завихряется внутри накопительной камеры 70, твердые частицы захватываются в сильфоне 84, и получающийся в результате поток газообразного тетрахлорида титана по существу без твердых частиц проходит в камеру 60 нагнетания посредством радиальных щелей 62 и отверстия 69.

Как лучше всего показано на фиг.1, внутри накопительной камеры 70 факультативно может быть прикреплен трубопровод 86, который имеет один конец 88, проходящий в сильфон 84, и второй конец 90, проходящий в радиальную щель 62. Перепад давления газа между сильфоном 84 и радиальной щелью 62 заставляет твердые частицы, захваченные в сильфоне 84, перемещаться вместе с частью потока газообразного тетрахлорида титана по трубопроводу 86 в камеру 60 нагнетания и реактор 19.

Разнесенные на расстояние друг от друга лопатки 68, расположенные в кольцеобразной щели 69, которые формируют радиальные щели 62, заставляют поток газообразного тетрахлорида титана замедлять или останавливать завихрение и равномерно распределяться в камере 60 нагнетания таким образом, что газовый поток и твердые частицы (если они имеются) проходят через центр камеры 60 нагнетания и реактора 19, предотвращая тем самым неполное смешивание и эрозию.

Таким образом, процесс, осуществляемый в устройстве 14, в основном содержит завихрение газообразного реагента, который может содержать или подхватывать твердые частицы, в кольцеобразной накопительной камере 70, включающей сильфон 84 для улавливания твердых частиц. Получающийся в результате завихряемый газообразный реагент по существу без твердых частиц проходит в камеру 60 нагнетания через радиальные щели 62 и кольцеобразное отверстие 69. Захваченные в сильфоне 84 твердые частицы можно периодически извлекать оттуда вручную, или их можно извлекать непрерывно с помощью трубопровода 86 и направлять в щель 62. Как было упомянуто выше, функция множества радиальных щелей 62 заключается в том, чтобы вызывать равномерное распределение газообразного реагента и твердых частиц (если они имеются) в камере 60 нагнетания и выравнивать прохождение газообразного реагента и твердых частиц через центр камеры 60 нагнетания.

Как было также упомянуто, когда устройство 14 используется в процессе для производства диоксида титана, газообразным реагентом, вводимым в реактор 19 посредством устройства 14, предпочтительно является газообразный тетрахлорид титана, то есть газообразный тетрахлорид титана, предварительно нагретый до температуры в диапазоне от 175 до 980^oC (350^oF-1800^oF), предпочтительно от 400 до 590^oC (750^oF-1100^oF). Как должно быть понятно, к нагретому тетрахлориду титана можно добавлять хлорид алюминия, чтобы усилить рутилизацию производимого диоксида титана и сделать его более прочным.

Производство диоксида титана в трубчатом реакторе 19 обычно выполняется при давлении, составляющем по меньшей мере 0,14 кг/см² (измеряемом) (2 psig (фунта на квадратный дюйм)), и температуре, равной по меньшей мере 1200 ^oC (2200^oF). Кроме того, температурами потоков кислорода и тетрахлорида титана управляют так, чтобы температура составного потока перед реакцией находилась в диапазоне от 480 (900^oF) до 980^oC (1800^oF), предпочтительно составляла приблизительно 790^oC (1450^oF).

Формула изобретения

1. Устройство для введения в трубчатый реактор газообразного реагента с высокой скоростью потока, который содержит или подхватывает твердые частицы, содержащее цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента, имеющую закрытый передний конец и задний конец, приспособленный для соединения уплотняющим образом с находящимся выше по потоку концом трубчатого реактора, и имеющую кольцеобразное отверстие по ее периферии, первую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и, по меньшей мере, одну боковую сторону, уплотняющим образом прикрепленную к внешней части камеры нагнетания газообразного реагента, причем первая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое выпускное отверстие и тангенциальное впускное отверстие для приема потока газообразного реагента с высокой скоростью потока, содержащего твердые частицы, и для принуждения потока к завихрению в ней, вторую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и боковые стороны и имеющую больший диаметр, чем первая накопительная камера, уплотняющим образом прикрепленная к внешней части камеры нагнетания газообразного реагента, причем вторая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое впускное отверстие, уплотняющим образом примыкающее к кольцеобразному боковому выпускному отверстию первой накопительной камеры, кольцеобразную щель, образованную внутри второй накопительной камеры, примыкающую к ее боковой стороне, противоположной от ее кольцеобразного бокового впускного отверстия, причем кольцеобразная щель уплотняющим образом примыкает по всему кольцеобразному отверстию в камере нагнетания газообразного реагента и проходит до участка близко к наружной стенке второй накопительной камеры, и множество разнесенных на расстоянии друг от друга лопаток, прикрепленных внутри кольцеобразной щели, чтобы образовывать в ней две или более радиальных щелей.

2. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит дефлектор газообразного реагента, расположенный внутри цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента, для выравнивания и распределения в ней газообразного реагента, благодаря чему он проходит через центр трубчатого реактора.

3. Устройство по п.2, которое дополнительно содержит первый трубопровод, уплотняющим образом проходящий в цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента и расположенный коаксиально с ней, для выпуска там очищающей среды реактора.

4. Устройство по п.3, которое дополнительно содержит второй трубопровод, уплотняющим образом проходящий в цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента и расположенный коаксиально с ней и с первым трубопроводом, для выпуска там вспомогательного топлива.

5. Устройство по п.4, которое дополнительно содержит, по меньшей мере, одну водяную охлаждающую рубашку, уплотняющим образом прикрепленную к внешней части цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента.

6. Устройство по п.5, которое дополнительно содержит тепловой экран, расположенный в цилиндрической камере нагнетания газообразного реагента между кольцеобразным отверстием в ней и ее закрытым передним концом.

7. Устройство для введения в трубчатый реактор газообразного реагента с высокой скоростью потока, который содержит или подхватывает твердые частицы, содержащее цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента, имеющую передний конец и задний конец, приспособленный для соединения уплотняющим образом с находящимся выше по потоку концом трубчатого реактора, и имеющую кольцеобразное отверстие, образованное в ней по ее периферии, при этом кольцеобразное отверстие имеет множество расположенных в нем разнесенных на расстоянии друг от друга лопаток, чтобы вследствие этого образовывать в нем две или больше радиальных щелей, и кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и боковые стороны, уплотняющим образом прикрепленные к внешней части цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента по всему кольцеобразному отверстию, имеющую тангенциальное впускное отверстие для приема потока газообразного реагента с высокой скоростью потока, содержащего твердые частицы, и для принуждения к завихрению газообразного реагента в накопительной камере, причем кольцеобразная накопительная камера также включает тангенциальный сильфон, образованный в ней ниже по потоку от тангенциального впускного отверстия, для улавливания твердых частиц, содержащихся в газообразном реагенте.

8. Устройство по п.7, которое дополнительно содержит трубопровод, прикрепленный внутри накопительной камеры, имеющий один конец, проходящий в сильфон, и другой конец, проходящий в одну из радиальных щелей в цилиндрической камере нагнетания газообразного реагента.

9. Устройство по п.8, которое дополнительно содержит внутреннюю облицовку, образованную из коррозиеустойчивого материала, расположенную в кольцеобразной накопительной камере.

10. Устройство по п.8, в котором кольцеобразное отверстие в цилиндрической камере нагнетания газообразного реагента и образованные в ней радиальные щели расположены под углом к ее заднему концу.

11. Устройство для введения в трубчатый реактор газообразных реагентов с высокими скоростями потоков, которые содержат или подхватывают твердые частицы, содержащее первую цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента, имеющую закрытый передний конец и задний конец и кольцеобразное отверстие по ее периферии, первую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и, по меньшей мере, одну боковую сторону, уплотняющим образом прикрепленную к внешней части первой цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента, причем первая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое выпускное отверстие и тангенциальное впускное отверстие для приема потока газообразного реагента с высокой скоростью потока, содержащего твердые частицы, и для принуждения потока к завихрению в ней, вторую кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и боковые стороны и имеющую больший диаметр, чем первая накопительная камера, уплотняющим образом прикрепленная к внешней части первой цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента, причем вторая накопительная камера имеет кольцеобразное боковое впускное отверстие, уплотняющим образом примыкающее к кольцеобразному боковому выпускному отверстию первой накопительной камеры, кольцеобразную щель, образованную внутри второй накопительной камеры рядом с ее боковой стороной, противоположной от ее кольцеобразного бокового впускного отверстия, где кольцеобразная щель уплотняющим образом примыкает по всему кольцеобразному отверстию в первой цилиндрической камере нагнетания газообразного реагента и проходит до участка близко к наружной стенке второй накопительной камеры, множество разнесенных на расстоянии друг от друга лопаток, прикрепленных внутри кольцеобразной щели, чтобы благодаря этому образовывать в ней две или больше радиальных щелей, вторую цилиндрическую камеру нагнетания газообразного реагента, имеющую передний конец, уплотняющим образом соединенный с задним концом первой цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента, и задний конец, соединенный с находящимся выше по потоку концом трубчатого реактора, и имеющую кольцеобразную щель, образованную в ней по ее периферии, при этом кольцеобразная щель имеет множество расположенных в ней разнесенных на расстоянии друг от друга лопаток, чтобы вследствие этого образовывать в ней две или больше радиальных щелей, и третью кольцеобразную накопительную камеру, имеющую наружную стенку и боковые стороны, уплотняющим образом прикрепленные к внешней части второй цилиндрической камеры нагнетания газообразного реагента, имеющую тангенциальное впускное отверстие для приема потока газообразного реагента с высокой скоростью потока, содержащего твердые частицы, и для принуждения газообразного реагента к завихрению в накопительной камере, причем третья кольцеобразная накопительная камера также включает тангенциальный сильфон, образованный в ней ниже по потоку от тангенциального впускного отверстия, для улавливания твердых частиц, содержащихся в газообразном реагенте.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7