專利名稱：制備二氧化鈦的改進方法
技術領域：
本發明涉及一種制備二氧化鈦的改進方法。
背景技術：
請參閱圖1所示，在公知的制備二氧化鈦的氯化物方法10中，來自料斗(hopper)11的天然二氧化鈦(如金紅石礦)首先和來自氯容器12的氯、來自碳料斗(carbon hopper)13的碳在氯化器14中反應，從而生成主要含有四氯化鈦、一氧化碳、二氧化碳、以及灰塵和其它雜質的氣流15。用冷凝器16對氣流15中的四氯化鈦進行冷凝，通過蒸餾進行提純，蒸發后導向燃燒器17中，四氯化鈦在燃燒器17中和來自氧容器18的氧反應，從而生成主要組分為二氧化鈦微粒和氯氣的氣流19。
也可以在燃燒器17中引入一種燃料(未示)如丙烷氣以增加燃燒器17中的溫度；然后氣流19在冷卻器20中冷卻，進而二氧化鈦微粒通過氣/固分離器21從氯氣中分離出來。二氧化鈦微粒從氣/固分離器21中分離后導出到表面處理容器22中進一步處理。從氣/固分離器21中分離出的氯氣流25輸出到氯氣壓縮器26中后，并輸送到氯化器14中進行循環使用。氯氣流25通常稱為“燃燒器尾氣”。來自冷凝器16的一氧化碳、二氧化碳、灰塵和其它雜質通常稱為“氯化器尾氣”23，其通過處理系統24進行處理，除去不需要的組分(如殘余的氯氣和一氧化碳)后排出。
例如，氯化物方法制成的二氧化鈦微粒用于油漆顏料。氯化物方法制備二氧化鈦的詳細介紹見《柯克-奧斯莫(Kirk-Othmer)化學技術百科全書》(4th版，1997)第24卷和路易斯編輯的《顏料手冊》第I卷(2nd版，1988)。
繼續參考圖1所示，氯化器尾氣23中殘余氯氣的化學分析可以更有效的控制氯化器14。例如，如果氯化器14中的氯氣過量，氯化器尾氣23就含有相對高含量的氯氣需要處理系統24進行處理。因此，氯化器尾氣的常規樣品定期送到實驗室中進行分析，以便更好的控制氯化器14。同樣，化學分析燃燒器尾氣25中的氧可以更有效的控制燃燒器17。例如，如果過量的氧氣輸送到燃燒器17中，過量的氧氣被浪費。由于這個原因，燃燒器尾氣25通常也送到實驗室進行氧氣的分析。也可以對燃燒器尾氣25中的氯化氫進行分析，因為燃燒器尾氣25中的氯化氫濃度是燃燒器17中使用的燃料量的函數。從氯化器尾氣23和燃燒器尾氣25中經常取樣和分析對于控制氯化器17和燃燒器17是必要的。然而，人工取樣分析氯化器尾氣23和燃燒器尾氣25的勞動強度大，相對昂貴，并限制了對工藝的控制。
發明內容
本發明提供了一種有效的方法很大程度上解決了上述討論的問題。在本發明中，氯化器尾氣和/或燃燒器尾氣進行在線分析，從而可以提供連續自動的分析，以更好的進行工藝控制、降低勞動強度和降低相關取樣和分析的費用。
在本發明的一個實施例中，提供了一種生產二氧化鈦的改進方法，該方法通過二氧化鈦金紅石與氯氣的反應，生成含有四氯化鈦的氣流，從含有四氯化鈦的氣流中冷凝四氯化鈦，生成氯化器尾氣，蒸發冷凝的四氯化鈦，將蒸發的四氯化鈦和氧氣反應，生成含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流，從含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流中分離二氧化鈦微粒，生成燃燒器尾氣，并分析氯化器尾氣中的殘余氯氣，以控制二氧化鈦金紅石和氯氣的反應步驟，其特征在于氯化器尾氣中的殘余氯氣用在線的氯分析儀進行分析。
在本發明的另一實施例中，提供了一種生產二氧化鈦的改進方法，該方法通過二氧化鈦金紅石與氯氣的反應，生成含有四氯化鈦的氣流，從含有四氯化鈦的氣流中冷凝四氯化鈦，生成氯化器尾氣，蒸發冷凝的四氯化鈦，將蒸發的四氯化鈦和氧氣反應，生成含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流，從含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流中分離二氧化鈦微粒，生成燃燒器尾氣，并分析燃燒器尾氣中的氧氣，以控制蒸發的四氯化鈦和氧氣的反應步驟，其特征在于燃燒器尾氣中的殘余氧氣用在線的氧分析儀進行分析。
繼續在本發明的另一實施例中，其提供了一種控制氯化物方法制備二氧化鈦的工藝中的氯化器尾氣或燃燒器尾氣的方法。在本發明的這個實施例中，干擾氯化器尾氣或燃燒器尾氣在線分析的組分(如微粒和礦泥)已經完全除去，從而使分析的精度、可靠性和在線分析儀的使用壽命都大大增加了。這種控制方法包括三個步驟。第一步是使氯化物方法制備二氧化鈦中的氯化器尾氣或燃燒器尾氣流經玻璃纖維床，以生成初級處理的氣流；第二步使初級處理的氣流流過亞微粒過濾器，以生成二級處理的氣流；第三步是使二級處理的氣流流經凝聚式過濾器(coalescing filter)，從而生成導向在線化學分析儀(s)的控制氣流。
圖1是現有技術中的氯化物方法制備二氧化鈦的流程圖；圖2是在線分析前對氯化器尾氣或燃燒器尾氣進行控制的裝置的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖；圖3是在線分析燃燒器尾氣中的氧氣儀器的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖；圖4是在線分析燃燒器尾氣中的氯化氫儀器的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖；以及圖5是在線分析氯化器尾氣中的氯氣儀器的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖。
具體實施例方式
現請參閱圖2，所示的儀器30是用于調節氯化物方法制備二氧化鈦中產生的氯化器尾氣或燃燒器尾氣。儀器30包括通過自動調溫的(在100華氏度(38攝氏度))四百瓦電子加熱器32(霍夫曼公司(HoffmanCo.))加熱的附件31(優選為美國明尼蘇達州阿諾卡市的霍夫曼公司生產的NEMA-4玻璃纖維附件)。氯化器尾氣或燃燒器尾氣通過管道系統33(優選外徑為0.375英寸(1cm)、壁厚為0.06英寸(0.015cm)，熱追蹤(heat traced)(90攝氏度左右)聚四氟乙烯管道系統)輸送到儀器30中。
然后，氯化器尾氣或燃燒器尾氣通過直徑為0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系統35(美國伊利諾斯州威農山鎮科爾-帕默公司生產的零件號碼為U-06375-75)輸送到一個直徑為1.5英寸(3.8cm)、長為15英寸(38cm)的玻璃管34(美國新澤西州瓦恩蘭市Ace GlassCo.生產的零件號碼為5820-53 & 5844-78)中。玻璃管34和玻璃纖維36(優選為Pyrex牌子的玻璃纖維，美國密蘇里州Sigma Aldrich生產的，生產序號為Z25,589-0)綁在一起。氯化器尾氣或燃燒器尾氣穿過玻璃纖維36，生成初級處理氣流該初級處理氣流流經直徑為0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系統38、輸送到亞微粒過濾器37中。玻璃纖維36除去了氯化器尾氣或燃燒器尾氣中較大的顆粒，并為礦泥的沉積提供了高的表面積。
亞微粒過濾器37從初級處理氣流中除去小于1微米的微粒(優選為美國密歇根州Sterling Heights公司的聯合過濾系統，即硼硅酸鹽玻璃纖維/碳氟化合物結合的亞微粒過濾器)，以生成通過0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系統39輸送到凝聚式過濾器38的二級處理氣流。該二級處理氣流穿過凝聚式過濾器38(優選為美國路易斯安那州A+Corporation of Prairieville公司的Genie牌子的凝聚式過濾器)，生成調節氣流，該調節氣流通過0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系統41流經計量閥43，并輸送到旋轉式流量計40內。
凝聚式過濾器38除去流經玻璃纖維36和亞微粒過濾器37的浮塵。旋轉式流量計40(優選美國伊利諾斯州威農山鎮科爾-帕默公司生產的的零件編碼為U-03216-75，)用于測量調節氣流的流速。調節氣流的大程度降低表明玻璃纖維36需要更換(或者可能是亞微粒過濾器37需要更換)。調節氣流通過0.25英寸(0.6cm)的熱追蹤(在90攝氏度左右)聚四氟乙烯管道系統42輸送到在線分析儀中。管道系統44用于將氮氣清掃氣流輸送到附件31中。管道系統45用于將氮氣清掃氣流從附件31中輸出。
加熱器32通常控制附件31的溫度優選高于50華氏度(10攝氏度)。當本發明的調節方法在低于50華氏度的情況下實施時，由于冷凝會導致堵塞或礦泥的形成，因此，特別優選的是附件31的溫度控制為大于70華氏度(21攝氏度)。最優選的是，附件31的溫度控制為90-110華氏度(32-43攝氏度)。加熱附件31(即本發明的調節方法)有助于阻止礦泥的形成，從而大大增加了調節系統(以及在線分析儀)的使用壽命，并有助于防止更換堵塞的試管和過濾器。
通過上述敘述可知，本發明涉及一種用于調節氯化器尾氣或燃燒器尾氣的特殊儀器；可以理解的是，本發明的范圍不限于此。例如，盡管上述敘述的玻璃纖維在本發明的方法中具有很好的性能，但是其它類型的玻璃纖維也可以使用。同樣，其它類型的亞微粒過濾器和其它類型的凝聚式過濾器也可以使用，如美國密歇根州Sterling Heights公司的聯合過濾系統中的寬范圍亞微粒和凝聚式過濾器；而且，任何合適的過濾系統都可以在本發明中應用也是可以理解的。
優選的，如果玻璃柱34、亞微粒過濾器37和/或凝聚式過濾器38逐漸被堵塞而需要更換時，儀器30也可以包括測量流經玻璃柱34、亞微粒過濾器37和/或凝聚式過濾器38壓降的差動壓力傳感器(s)(未示)，從而改善測量。優選將T形管和關閉閥門(未示)安裝在管道系統35內，以使氯化器尾氣或燃燒器尾氣的流量可以臨時切斷，從而使氮氣能夠以校準后的流速流過儀器30。壓力傳感器(未示)設置用于測量管道系統41的壓力。如果調節的氣流輸送到不止一個在線分析儀，該調節氣流可以通過每個在線分析儀使用的旋轉式流量計(或其它所需的流量測試設備)進行分流。
現請參閱圖3，其為在線分析燃燒器尾氣中的氧氣的儀器50的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖。儀器50包括附件51(優選為NEMA-4玻璃纖維附件)。管道系統52用于將氮氣清掃氣流輸送到附件51內。管道系統53用于將氮氣清掃氣流從附件51中輸出。附件51包括Siemens Oxymat 6F-02順磁式氧分析儀，該分析儀包括電子部分54和電池部分55。管道系統56用于將氮氣清掃氣流輸送到電子部分54內。然后該氮氣清掃氣流通過管道系統57穿過電池部分55，從附件51中排出。電纜58向電子部分54提供能量，并傳輸儀器50的分析信號，該信號是燃燒器尾氣中氧氣濃度的函數。調節燃燒器尾氣(來自圖2所示的儀器)分別通過直徑為0.25英寸(0.6cm)的熱追蹤(90攝氏度左右)聚四氟乙烯管道系統59和60輸送到電池部分55和從電池部分55輸出。
請參閱圖4所示，其為在線分析燃燒器尾氣中的氯化氫的儀器70的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖。該儀器70包括附件71(優選為NEMA-4玻璃纖維附件)。管道系統72用于將氮氣清掃氣流輸送到附件71內。管道系統73用于將氮氣清掃氣流從附件71中輸出。附件71包括Servomex Xendos 2500 HCl紅外分析儀(美國德克薩斯州唐城的Servomex Company Inc生產)，該分析儀由探測器部分74、電池部分75和源極(source)部分76組成。管道系統77用于使氮氣清掃氣流流經沖頭(boss)75a，然后通過管道系統77a流經沖頭75b，通過管道系統78排出附件71。電池75的沖頭部分75a和75b有助于防止探測器部分74和源極部分76泄漏。電纜79和80為儀器70提供能源，并傳送儀器70的分析信號，該信號是燃燒器尾氣HCL濃度的函數。調節燃燒器尾氣(來自圖2中所示的儀器)分別通過直徑為0.25英寸(0.6cm)的熱追蹤(90攝氏度左右)聚四氟乙烯管道系統81和82輸送到電池部分75和從電池部分75輸出。
請參閱圖5所示，其為在線分析氯化器尾氣中的氯氣的儀器90的側視圖，部分是全視圖、部分是分散的、部分是剖面圖、部分是示意圖。該儀器90包括附件91(優選為NEMA-4玻璃纖維附件)。管道系統92用于將氮氣清掃氣流輸送到附件91內。管道系統93用于將氮氣清掃氣流從附件91中輸出。附件91包括Servomex Xendos 2500 HCl紅外分析儀(美國德克薩斯州唐城的Servomex Company Inc生產)，該分析儀由探測器部分94、電池部分95和源極部分96組成。管道系統97用于使氮氣清掃氣流穿過沖頭95a，然后通過管道系統97a流經沖頭95b，通過管道系統98排出附件91。電池95的沖頭部分95a和95b有助于防止探測器部分94和源極部分96泄漏。電纜99和100為儀器90提供能源，并傳送儀器90的分析信號，該信號是氯化器尾氣中氯氣濃度的函數。調節的氯化器尾氣(來自圖2中所示的儀器)分別通過直徑為0.25英寸(0.6cm)的熱追蹤(90攝氏度左右)聚四氟乙烯管道系統101和102輸送到電池部分95和從電池部分95輸出。
上述關于在線分析儀的敘述涉及一種特殊的優選系統；可以理解的是，本發明的范圍不限于此。例如，其它有用的組分也可以進行在線分析。
對照試驗1現請參閱圖1所示，在24小時內，每間隔1小時就用500毫升的氣袋人工從燃燒器尾氣25中取樣。氣袋送到實驗室，通過奧賽德(Orsat)測試對燃燒器尾氣中的氧氣進行分析。氧氣濃度和時間的關系曲線表明氧氣濃度水平大致為9％左右。
試驗1現請參閱圖1所示，燃燒器尾氣25流過圖2中的調節儀器，然后到達圖3所示的在線分析儀，時間和對照試驗1一樣，也是24小時。氧氣和時間的關系曲線表明氧氣濃度水平大致為10％左右，而且，該結果表明對照試驗1中人工取樣分析錯失了氧氣濃度的2個峰值。第一個峰是在9.6小時處，該峰表明大約持續10分鐘，峰值的氧氣濃度為16％。第二個峰是在18.5小時處，該峰表明大約持續10分鐘，峰值的氧氣濃度濃度為12％。
對照試驗2現請參閱圖1所示，在24小時內(和對照試驗1的時間一樣)，每間隔1小時就用500毫升的氣袋人工從燃燒器尾氣25中取樣。氣袋送到實驗室，利用紅外測光法對燃燒器尾氣中的HCL進行分析。HCL濃度和時間的關系曲線表明HCL濃度水平大致為4％左右。
試驗2現請參閱圖1所示，燃燒器尾氣25流過圖2中的控制儀器，然后到達圖4所示的在線分析儀，時間和對照試驗1一樣，也是24小時。HCL和時間的關系曲線表明HCL濃度水平大致為4％左右，而且，對照試驗2中人工取樣錯失了HCL濃度的2個變化。第一個變化是在9.6小時處，該變化大約持續10分鐘，HCL的濃度為6％。第二個變化是在18.5小時處，該變化大約持續10分鐘，HCL的濃度為8％。
對照試驗3現請參閱圖1所示，在24小時內(和對照試驗1的時間一樣)，每間隔1小時就用500毫升的氣袋人工從氯化器尾氣23中取樣。氣袋送到實驗室，利用滴定對氯化器尾氣中的氯進行分析。氯濃度和時間的關系曲線表明氯濃度大致為1.01％左右。
試驗3現請參閱圖1所示，氯化器尾氣23流過圖2中的控制儀器，然后到達圖5所示的在線分析儀，時間和對照試驗3一樣，也是24小時。氯和時間的關系曲線表明氯濃度水平大致為1.01％左右，而且，對照試驗3中人工采用錯失了氯濃度的1個峰值。該峰值是在12.2小時處該峰表明大約有15分鐘氯的濃度為0.3％。
權利要求
1.一種生產二氧化鈦的改進方法，該方法通過二氧化鈦金紅石與氯氣的反應，生成含有四氯化鈦的氣流，從含有四氯化鈦的氣流中冷凝四氯化鈦，生成氯化器尾氣，蒸發冷凝的四氯化鈦，將蒸發的四氯化鈦和氧氣反應，生成含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流，從含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流中分離二氧化鈦微粒，生成燃燒器尾氣，并分析氯化器尾氣中的殘余氯氣，以控制二氧化鈦金紅石和氯氣的反應步驟，其特征在于氯化器尾氣中的殘余氯氣用在線的氯分析儀進行分析。
2.一種生產二氧化鈦的改進方法，該方法通過二氧化鈦金紅石與氯氣的反應，生成含有四氯化鈦的氣流，從含有四氯化鈦的氣流中冷凝四氯化鈦，生成氯化器尾氣，蒸發冷凝的四氯化鈦，將蒸發的四氯化鈦和氧氣反應，生成含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流，從含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流中分離二氧化鈦微粒，生成燃燒器尾氣，并分析燃燒器尾氣中的氧氣，以控制冷凝的四氯化鈦和氧氣的反應步驟，其特征在于燃燒器尾氣中的殘余氧氣用在線的氧分析儀進行分析。
3.根據權利要求1所述的改進方法，其中在線氯分析儀是在線氯光度分析儀。
4.根據權利要求2所述的改進方法，其中在線氧分析儀是在線順磁式氧分析儀。
5.根據權利要求2所述的改進方法該方法進一步包括用在線HCL分析儀對燃燒器尾氣中的HCL進行分析的步驟。
6.根據權利要求5所述的改進方法，該方法進一步在線HCL分析儀為HCL光度分析儀。
7.根據權利要求1-6任意權利要求所述的改進方法，其中氯化器尾氣或燃燒器尾氣先通過過濾器，再進入在線分析儀。
8.根據權利要求1-6任意權利要求所述的改進方法，其中氯化器尾氣或燃燒器尾氣先通過過濾器，再進入在線分析儀；其中氯化器尾氣或燃燒器尾氣和過濾器加熱至10攝氏度以上。
9.根據權利要求1-6任意權利要求所述的改進方法，其中氯化器尾氣或燃燒器尾氣先通過過濾器，再進入在線分析儀；其中氯化器尾氣或燃燒器尾氣和過濾器的溫度加熱至32～43攝氏度。
10.一種在氯化物方法制備二氧化鈦的工藝中控制氯化器尾氣或燃燒器尾氣的方法，該方法包括以下步驟(a)將氯化物方法制備二氧化鈦中的氯化器尾氣或燃燒器尾氣流經玻璃纖維床，以生成初級處理的氣流；(b)將初級處理的氣流流經亞微粒過濾器，以生成二級處理的氣流；以及(c)將二級處理氣流流經凝聚式過濾器，生成導向在線化學分析儀的控制氣流。
11.根據權利要求10所述的改進方法，其中步驟(a)～(c)在高于10攝氏度的溫度下進行。
12.根據權利要求10所述的改進方法，其中步驟(a)～(c)在大于21攝氏度的穩定下進行。
13.根據權利要求10所述的改進方法，其中步驟(a)～(c)的操作溫度范圍為32～43攝氏度。
全文摘要
一種生產二氧化鈦的改進方法，該方法通過二氧化鈦金紅石與氯氣的反應，生成含有四氯化鈦的氣流，從含有四氯化鈦的氣流中冷凝四氯化鈦，生成氯化器尾氣，蒸發冷凝的四氯化鈦，將蒸發的四氯化鈦和氧氣反應，生成含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流，從含有氯氣和二氧化鈦微粒的氣流中分離二氧化鈦微粒，生成燃燒器尾氣，并分析氯化器尾氣中的殘余氯氣，以控制二氧化鈦金紅石與氯氣的反應步驟，和/或分析燃燒器尾氣中的氧氣，以控制冷凝的四氯化鈦和氧氣的反應步驟，其特征在于燃燒器尾氣中的殘余氧氣用在線的氧分析儀進行分析。方法的改進是為了用在線分析儀分析氯化器尾氣中的殘余氯(和/或燃燒器尾氣中的氧氣)。
文檔編號G01N21/31GK1747901SQ200480003812
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月23日 優先權日2003年2月25日
發明者D·T·J·特恩鮑, B·L·羅伯茨 申請人:特諾有限公司