专利名称：圆周形气刀及其应用的制作方法
技术领域：
本发明一般性地涉及到新型气刀的使用，其有助于防止固体颗粒堵塞容器入口。具体来说，本发明特别有利于减少在制造四氯化钛过程中由旋风器或一些其它气体/固体分离装置从四氯化钛气体产品中移除的固体氯化物所产生的堵塞。
通过氯化含钛始料中的钛价来制备四氯化钛是本领域公知的。例如，在制备金属钛或二氧化钛(″TiO2″)过程中，四氯化钛的制备是有用的。
本领域公知，四氯化钛可由含钛的始料与氯气在氯化器中反应产生。在此过程中，将含有需要的四氯化钛气体和固体氯化物的固体负载气体混合物从氯化器内移出，冷却，然后用常规方法转移到旋风分离器中，以移出其中的固体。接着，将该固体倒入到通常称为氯化槽的悬浮容器中，在其中该固体和水混合形成悬浮液。
上述移出的固体在进入悬浮容器前通常非常热，这些热的固体和水的混合物在悬浮容器内的悬浮液上方空间及长管道中形成高湿气体相，通过所述管道旋风尘从旋风器中进入悬浮容器。所述旋风尘含有金属氯化物，该金属氯化合物是吸湿性，因而当其进入将旋风尘从旋风器带到悬浮容器中的管道的高温区中时变得有粘性。该粘性固体会慢慢地积累于管道壁上，直到管道完全堵塞，从而使旋风器中的固体再也不能排出。清除该堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危险。
本发明通过在悬浮容器的出口或靠近出口处设置新型的气刀而解决了上述问题。上述旋风尘在其进入悬浮容器的途中经过气刀，该新型气刀是具有圆周的，也就是说，该新型气刀沿气刀内壁注入气流，该气流以足够的速度注入从而减少了吸湿性旋风尘在该气刀壁上(因而在氯化槽入口处)的积累，因而该氯化槽能持续地接收来自旋风器的固体，而提高在线时间和安全性。
在一具体实施方案中，本发明是适于减少吸湿固体在高湿环境的悬浮容器入口处积累的新型气刀。在另一具体实施方案中，本发明是防止吸湿固体在高湿环境的悬浮容器入口处积累的方法。
本发明经由下述附图进行举例说明，附图中相同部件使用相同标号。这些附图公开本发明的不同优选具体实施方案仅是为了说明的目的，并不限定本发明的范围。
图1是四氯化钛制造过程的示意图；图2示出了用本发明的气刀和旋风分离器、悬浮容器的过程；图3示出了本发明气刀的剖视图；图4示出了图3的气刀的俯视图。
图1示出了四氯化钛一般制备过程100的示意图。图1所示的该过程100包括氯化含钛矿石。将矿石104和焦炭106，优选为石油焦炭定时运输至氯化器102中，以维持在某一床体位108和组成成分。氯气110通过氯化器102底部的分配装置供给所述床体。当氯气110向上流过床体时发生氯化反应，床体中的大部分钛价经反应形成四氯化钛。矿石104中的金属氧化物大部分转化成气态金属氯化物，还形成如二氧化碳(“CO2”)和一氧化碳(“CO”)等其它气体。矿石中的杂质也被氯化，形成如FeCl2和MnCl2等氯化物。
热反应的固体负载气体混合物从氯化器102的112处排出，包括CO，CO2，COS，HCl，N2，低沸点和高沸点的氯化物如TiCl4、FeCl3、FeCl2、MnCl2、SnCl4、SiCl4、VOCl3、NaAlCl4和未反应的固体如TiO2、SiO2和未燃焦炭。该固体负载气体混合物在冷却管114内冷却，有时是在氯化器截面内冷却，然后送入旋风分离器116内，在其中气体和固体分离。
旋风分离器包括将气体和固体分离的公知装置。旋风分离器通常构造成管状或圆柱状的主体，该主体与其下部的圆锥体部分相连，在靠近圆柱主体的上方设有切向侧入口。有气体输出管，其一般向下延伸通过旋风器的顶部而进入该旋风器的主体内。该管必须延伸至略低于入口的最低处，以保证固体和气体有效分离。
在操作中，高速引入固体负载的气体通过切向侧入口，它们沿着涡形路径，绕着气体输出管的外面向下到达旋风分离器的底部。在离心力的作用下，比气体重的固体紧靠旋风器壁，然后在重力的作用下下落至旋风器底部。分离的气体沿涡形路径上升通过气体出口管而离开所述旋风器顶部。分离的固体通过位于圆锥体底部的固体输出口流出。这些分离了的固体一般是旋风尘或废弃固体。
为了使随旋风尘排出的气体量最小化，一般在旋风器底部使用双阀倾倒的筒状腿。这些阀的开启和闭合是连锁的，因此在预定时间只可能打开一个阀。当顶阀打开时，底阀就闭合。这样就使得旋风尘下落通过顶阀并填满该倾倒的筒状腿。当顶阀关闭时，底阀打开，从而清空该倾倒的筒状腿到悬浮容器中。该阀定时、持续运行。
如图1，固体负载气体混合物从氯化器截面114通过切向入口118流进旋风器116。该固体负载气体混合物中的气体通过旋风器116顶部的气体输出管120而从该旋风器116中排出，固体通过旋风器116底部的倾倒的筒状腿122而从该旋风器116中排出。
在上述旋风器底部聚集的旋风尘从旋风器底部排出，由导管或管道通过重力转移并沉积到悬浮容器内。连接该旋风器和悬浮容器的导管部长度可以不同，一般的长度可以为20至50英寸。
上述悬浮容器通常是指氯化槽。一旦上述旋风尘沉积到悬浮容器内，就会和水混合而形成悬浮液。一般地，该悬浮容器内的任何气体通过该容器上方的出口移除，而悬浮液作为废弃物泵出或用于进一步处理。图1示出了进入悬浮容器132内的旋风尘124，加入到该悬浮容器132中的水126，从悬浮容器132中排出的气体128和从悬浮容器132中抽出的悬浮液130。
在进入悬浮容器时，该旋风尘通常非常热。这些热的固体和水的混合物在悬浮容器内的悬浮液上部空间形成高温气体相。这种高湿环境可以扩展到将旋风尘从旋风器带到悬浮容器中的管道的全长中。该旋风尘含有金属氯化物，其是吸湿性的，因而当其进入将旋风尘从旋风器带到悬浮容器中的管道的高湿区中时变得有粘性。该粘性固体会慢慢地在管道向悬浮容器的开口处或管壁上积累，直到管道完全堵塞，从而使旋风器中的固体再也不能排出。
清除该堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危险。停止制备过程来清除堵塞不仅不经济，而且操作工进入管道内部清除堵塞会造 成气喷的危险。该堵塞还能产生浓缩的TiCl4，如果操作工用水清洁管道，其能发生爆炸式水解。
根据本发明，新型气刀可有利地用于减少或消除吸湿材料在将旋风尘从旋风器运送到悬浮容器的管道内的积累。该新型气刀与旋风分离器连接，即该新型气刀与将旋风尘从旋风器运送到悬浮容器中的导管或管道以这种方式连接使旋风尘在进入悬浮容器前或进入悬浮容器时通过该气刀。优选地，该气刀置于或靠近悬浮容器入口处。
本发明的气刀是具有圆周的。具有圆周即意味着在旋风尘通过该气刀时，在气刀内沿着该气刀通道的圆周产生气流。一般地，从旋风器运输旋风尘至悬浮容器的管道和气刀内都有供旋风尘通过的圆形通道。然而，本发明并不限于此。其它几何形状也在本发明的保护范围之内。例如，该运输旋风尘的管道和气刀内通道可以是椭圆形或甚至是长方形的。
本发明的气刀所产生的上述气流具有足够的速度而将大部分或全部吸湿材料从该气刀内侧吹出。以该方式，该气刀使吸湿材料积累量减少，明显减少了积累的吸湿材料堵塞悬浮容器入口的机会。当在生产TiCl4过程中使用来减少旋风尘的积累时，该气流具有的速度优选地为至少30米/秒(每秒100英尺)，更优选地为至少每秒60米(每秒200英寸)，更优选地为至少120米/秒(每秒400英尺)。本发明的某些应用可能需要气流的速度大于150米/秒(每秒500英尺)，优选的气流速度为恰好150米/秒(每秒500英尺)。
上述气刀形成的气流通常和吸湿材料经过该气刀流经的方向相同。在一具体实施方案中，该气流与吸湿材料的流经方向平行。然而，改变该气刀以形成与吸湿材料流经方向成一定角度的气流，从而使气流在气刀通道是圆形时以螺旋式运动流动，这也在本发明的范围之内的。
图2示出了结合旋风器206和悬浮容器204，使用本发明的气刀202的过程200。将所述的固体负载气体在切向入口208处导入旋风器206中。在旋风器206内，固体和气体分离。气体通过气体输出管210排出该旋风分离器，固体在重力作用下集中到旋风器206的底部212。双阀倾倒的筒状腿214使随着旋风尘倾卸的气体的量最小化。管道216将倾倒的筒状腿214与气刀202连接。从双阀倾倒的筒状腿214中倾倒出的旋风尘通过该管道216并通过气刀202而落入悬浮容器204中。
图3示出了本发明气刀300的切面图。吸湿材料302通过管道304，如图2所示的管道216，进入该气刀300，沿箭头306所示方向向下通过该气刀300。
所述气刀300包括三个交迭的壁部分308、310和312，该壁部分的交迭部分形成间隙，对气体加压使其通过该间隙。该间隙的朝向与旋风尘移动的方向一致。朝向相同即意味着通过间隙的加压气体移动通过气刀的方向与旋风尘的方向相同。优选地，本发明的气刀包括至少两个不同的圆周形间隙，对气体加压使其通过该间隙。通常，间隙的尺寸(即，两壁部分间的距离)不大于0.18cm(0.07英寸)，优选地不大于0.13cm(0.05英寸)。在一具体实施方案中，在TiCl4制备过程中使用间隙尺寸为0.09cm(0.036英寸)的气刀来防止吸湿性旋风尘在该气刀壁上积累特别有利。
本发明所述的气刀至少有一气体入口。一般地，本发明的气刀有二至四个气体入口。在图2中，气体流入气体入口314，并沿箭头方向流过。加压该气体使其通过壁部分308、310和312间的间隙，达到足够的速度而吹走该气刀壁部分308、310和312内部的大部分或全部吸湿材料。气体的所述速度可以用常规方式来计算，即用流进所述气体入口的气体流量除以圆周形间隙的横切面积来计算。
图4示出了图3所述气刀300的俯视图。参见图4，该气刀300有四个气体入口，还包括一系列闩316。在本发明的具体实施方案中该闩316用来将气刀300固定在悬浮容器内。然而，其它将气刀连接到悬浮容器内的方法也包含在本发明的保护范围之内。图4还示出在该气刀300中心的开孔318，穿过该开孔旋风尘进入悬浮容器。在TiCl4制备过程中，在悬浮容器的入口处使用本发明的气刀非常有利，无需在悬浮容器内附加通风器。
如图4所示，所述气刀300的壁部分可以通过位于该气刀300壁部分间的小焊接点320而相互连接。也就是，这些焊接点320位于壁部分间的间隙中。该焊接点320的尺寸并不十分重要，只要他们不影响气体通过间隙的流动即可。
本发明的气刀可以用任何适于目的应用的材料制成，无需不必要的试验，就可决定合适的材料。一般地，在TiCl4生产过程中使用的气刀用抗腐蚀合金，如Inconel 600或Inconel 601(可商业购得的各种钢材和合金)来制造。
适于使用本发明的气刀的气体依赖于使用该气刀的特定用途。然而，无需不必要的试验就可决定适合的气体。在TiCl4制备过程中使用气刀的优选气体包括空气、氧气、一氧化碳或在气刀的通常情况下不会发生一点反应的任何其它气体。
虽然本发明详细描述了其具体实施方案，但是本领域普通技术人员根据对前述的理解可以容易地想到这些具体实施方案的改变、变体和等同方式。例如，本发明的气刀可以有利地用于除TiCl4制备过程之外的应用中。得益于本发明减少在从一容器运输到另一容器，如通过导管或管道的过程中的材料积累的能力，将本发明的气刀用于许多应用都包含在本发明的范围之内。因此，本发明的范围应该是所附权利要求和任何等同的范围。
权利要求
1.一种气刀，包括数个交迭的壁部分，其形成具有圆周的通道，所述通道适于使固体材料以第一方向通过气刀；至少两个交迭的壁部分在它们之间形成间隙，所述间隙朝向所述的第一方向；和至少一气体入口，其以使气体进入所述入口而通过所述间隙并沿着通道的圆周进入通道的方式与所述间隙相连。
2.如权利要求1所述的气刀，其中所述的圆周是圆形的。
3.如权利要求1所述的气刀，其中所述的间隙不大于0.18厘米。
4.如权利要求1所述的气刀，其中所述的间隙不大于0.13厘米。
5.如权利要求1所述的气刀，其中所述的气刀与旋风分离器连接。
6.如权利要求5所述的气刀，其中所述旋风分离器将气体与出吸湿性固体分离。
7.如权利要求1所述的气刀，其中所述气刀与悬浮容器连接，该悬浮容器适于接收从旋风分离器排出的吸湿性固体。
8.如权利要求7所述的气刀，其中所述的悬浮容器具有高潮湿环境。
9.一种在固体材料通过通道时减少该通道内表面固体材料积累的方法，该方法包括在所述固体材料通过的通道方向上沿通道内表面注入气流。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述固体材料是吸湿性的。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述固体材料是来自旋风分离器的旋风尘。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述通道暴露在高湿环境中。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述气流以每秒至少30米的速度注入。
14.如权利要求9所述的方法，其中所述气流以每秒至少60米的速度注入。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述气流以每秒至少120米的速度注入。
全文摘要
提供了一种新型圆周形气刀，其沿内壁注入气流。该气刀可有利地置于悬浮罐出口处或附近，以减少运输到悬浮物容器的固体材料的积累。该气流以足够的速度注入以减少固体材料在气刀壁上(在悬浮物容器的入口处)的积累。一般地，在制备TiCl
文档编号C22B34/12GK1723071SQ200380105444
公开日2006年1月18日 申请日期2003年11月21日 优先权日2002年12月13日
发明者哈里·尤金·弗林, 乔·伯特·马克尔, 莱斯利·E·克劳德, 约翰尼·B·珀金斯 申请人:科麦奇化学公司