专利名称：制备二氧化钛的改进方法
技术领域：
本发明涉及一种制备二氧化钛的改进方法。
背景技术：
请参阅图1所示，在公知的制备二氧化钛的氯化物方法10中，来自料斗(hopper)11的天然二氧化钛(如金红石矿)首先和来自氯容器12的氯、来自碳料斗(carbon hopper)13的碳在氯化器14中反应，从而生成主要含有四氯化钛、一氧化碳、二氧化碳、以及灰尘和其它杂质的气流15。用冷凝器16对气流15中的四氯化钛进行冷凝，通过蒸馏进行提纯，蒸发后导向燃烧器17中，四氯化钛在燃烧器17中和来自氧容器18的氧反应，从而生成主要组分为二氧化钛微粒和氯气的气流19。
也可以在燃烧器17中引入一种燃料(未示)如丙烷气以增加燃烧器17中的温度；然后气流19在冷却器20中冷却，进而二氧化钛微粒通过气/固分离器21从氯气中分离出来。二氧化钛微粒从气/固分离器21中分离后导出到表面处理容器22中进一步处理。从气/固分离器21中分离出的氯气流25输出到氯气压缩器26中后，并输送到氯化器14中进行循环使用。氯气流25通常称为“燃烧器尾气”。来自冷凝器16的一氧化碳、二氧化碳、灰尘和其它杂质通常称为“氯化器尾气”23，其通过处理系统24进行处理，除去不需要的组分(如残余的氯气和一氧化碳)后排出。
例如，氯化物方法制成的二氧化钛微粒用于油漆颜料。氯化物方法制备二氧化钛的详细介绍见《柯克-奥斯莫(Kirk-Othmer)化学技术百科全书》(4th版，1997)第24卷和路易斯编辑的《颜料手册》第I卷(2nd版，1988)。
继续参考图1所示，氯化器尾气23中残余氯气的化学分析可以更有效的控制氯化器14。例如，如果氯化器14中的氯气过量，氯化器尾气23就含有相对高含量的氯气需要处理系统24进行处理。因此，氯化器尾气的常规样品定期送到实验室中进行分析，以便更好的控制氯化器14。同样，化学分析燃烧器尾气25中的氧可以更有效的控制燃烧器17。例如，如果过量的氧气输送到燃烧器17中，过量的氧气被浪费。由于这个原因，燃烧器尾气25通常也送到实验室进行氧气的分析。也可以对燃烧器尾气25中的氯化氢进行分析，因为燃烧器尾气25中的氯化氢浓度是燃烧器17中使用的燃料量的函数。从氯化器尾气23和燃烧器尾气25中经常取样和分析对于控制氯化器17和燃烧器17是必要的。然而，人工取样分析氯化器尾气23和燃烧器尾气25的劳动强度大，相对昂贵，并限制了对工艺的控制。
发明内容
本发明提供了一种有效的方法很大程度上解决了上述讨论的问题。在本发明中，氯化器尾气和/或燃烧器尾气进行在线分析，从而可以提供连续自动的分析，以更好的进行工艺控制、降低劳动强度和降低相关取样和分析的费用。
在本发明的一个实施例中，提供了一种生产二氧化钛的改进方法，该方法通过二氧化钛金红石与氯气的反应，生成含有四氯化钛的气流，从含有四氯化钛的气流中冷凝四氯化钛，生成氯化器尾气，蒸发冷凝的四氯化钛，将蒸发的四氯化钛和氧气反应，生成含有氯气和二氧化钛微粒的气流，从含有氯气和二氧化钛微粒的气流中分离二氧化钛微粒，生成燃烧器尾气，并分析氯化器尾气中的残余氯气，以控制二氧化钛金红石和氯气的反应步骤，其特征在于氯化器尾气中的残余氯气用在线的氯分析仪进行分析。
在本发明的另一实施例中，提供了一种生产二氧化钛的改进方法，该方法通过二氧化钛金红石与氯气的反应，生成含有四氯化钛的气流，从含有四氯化钛的气流中冷凝四氯化钛，生成氯化器尾气，蒸发冷凝的四氯化钛，将蒸发的四氯化钛和氧气反应，生成含有氯气和二氧化钛微粒的气流，从含有氯气和二氧化钛微粒的气流中分离二氧化钛微粒，生成燃烧器尾气，并分析燃烧器尾气中的氧气，以控制蒸发的四氯化钛和氧气的反应步骤，其特征在于燃烧器尾气中的残余氧气用在线的氧分析仪进行分析。
继续在本发明的另一实施例中，其提供了一种控制氯化物方法制备二氧化钛的工艺中的氯化器尾气或燃烧器尾气的方法。在本发明的这个实施例中，干扰氯化器尾气或燃烧器尾气在线分析的组分(如微粒和矿泥)已经完全除去，从而使分析的精度、可靠性和在线分析仪的使用寿命都大大增加了。这种控制方法包括三个步骤。第一步是使氯化物方法制备二氧化钛中的氯化器尾气或燃烧器尾气流经玻璃纤维床，以生成初级处理的气流；第二步使初级处理的气流流过亚微粒过滤器，以生成二级处理的气流；第三步是使二级处理的气流流经凝聚式过滤器(coalescing filter)，从而生成导向在线化学分析仪(s)的控制气流。
图1是现有技术中的氯化物方法制备二氧化钛的流程图；图2是在线分析前对氯化器尾气或燃烧器尾气进行控制的装置的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图；图3是在线分析燃烧器尾气中的氧气仪器的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图；图4是在线分析燃烧器尾气中的氯化氢仪器的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图；以及图5是在线分析氯化器尾气中的氯气仪器的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图。
具体实施例方式
现请参阅图2，所示的仪器30是用于调节氯化物方法制备二氧化钛中产生的氯化器尾气或燃烧器尾气。仪器30包括通过自动调温的(在100华氏度(38摄氏度))四百瓦电子加热器32(霍夫曼公司(HoffmanCo.))加热的附件31(优选为美国明尼苏达州阿诺卡市的霍夫曼公司生产的NEMA-4玻璃纤维附件)。氯化器尾气或燃烧器尾气通过管道系统33(优选外径为0.375英寸(1cm)、壁厚为0.06英寸(0.015cm)，热追踪(heat traced)(90摄氏度左右)聚四氟乙烯管道系统)输送到仪器30中。
然后，氯化器尾气或燃烧器尾气通过直径为0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系统35(美国伊利诺斯州威农山镇科尔-帕默公司生产的零件号码为U-06375-75)输送到一个直径为1.5英寸(3.8cm)、长为15英寸(38cm)的玻璃管34(美国新泽西州瓦恩兰市Ace GlassCo.生产的零件号码为5820-53 & 5844-78)中。玻璃管34和玻璃纤维36(优选为Pyrex牌子的玻璃纤维，美国密苏里州Sigma Aldrich生产的，生产序号为Z25,589-0)绑在一起。氯化器尾气或燃烧器尾气穿过玻璃纤维36，生成初级处理气流该初级处理气流流经直径为0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系统38、输送到亚微粒过滤器37中。玻璃纤维36除去了氯化器尾气或燃烧器尾气中较大的颗粒，并为矿泥的沉积提供了高的表面积。
亚微粒过滤器37从初级处理气流中除去小于1微米的微粒(优选为美国密歇根州Sterling Heights公司的联合过滤系统，即硼硅酸盐玻璃纤维/碳氟化合物结合的亚微粒过滤器)，以生成通过0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系统39输送到凝聚式过滤器38的二级处理气流。该二级处理气流穿过凝聚式过滤器38(优选为美国路易斯安那州A+Corporation of Prairieville公司的Genie牌子的凝聚式过滤器)，生成调节气流，该调节气流通过0.25英寸(0.6cm)的聚四氟乙烯管道系统41流经计量阀43，并输送到旋转式流量计40内。
凝聚式过滤器38除去流经玻璃纤维36和亚微粒过滤器37的浮尘。旋转式流量计40(优选美国伊利诺斯州威农山镇科尔-帕默公司生产的的零件编码为U-03216-75，)用于测量调节气流的流速。调节气流的大程度降低表明玻璃纤维36需要更换(或者可能是亚微粒过滤器37需要更换)。调节气流通过0.25英寸(0.6cm)的热追踪(在90摄氏度左右)聚四氟乙烯管道系统42输送到在线分析仪中。管道系统44用于将氮气清扫气流输送到附件31中。管道系统45用于将氮气清扫气流从附件31中输出。
加热器32通常控制附件31的温度优选高于50华氏度(10摄氏度)。当本发明的调节方法在低于50华氏度的情况下实施时，由于冷凝会导致堵塞或矿泥的形成，因此，特别优选的是附件31的温度控制为大于70华氏度(21摄氏度)。最优选的是，附件31的温度控制为90-110华氏度(32-43摄氏度)。加热附件31(即本发明的调节方法)有助于阻止矿泥的形成，从而大大增加了调节系统(以及在线分析仪)的使用寿命，并有助于防止更换堵塞的试管和过滤器。
通过上述叙述可知，本发明涉及一种用于调节氯化器尾气或燃烧器尾气的特殊仪器；可以理解的是，本发明的范围不限于此。例如，尽管上述叙述的玻璃纤维在本发明的方法中具有很好的性能，但是其它类型的玻璃纤维也可以使用。同样，其它类型的亚微粒过滤器和其它类型的凝聚式过滤器也可以使用，如美国密歇根州Sterling Heights公司的联合过滤系统中的宽范围亚微粒和凝聚式过滤器；而且，任何合适的过滤系统都可以在本发明中应用也是可以理解的。
优选的，如果玻璃柱34、亚微粒过滤器37和/或凝聚式过滤器38逐渐被堵塞而需要更换时，仪器30也可以包括测量流经玻璃柱34、亚微粒过滤器37和/或凝聚式过滤器38压降的差动压力传感器(s)(未示)，从而改善测量。优选将T形管和关闭阀门(未示)安装在管道系统35内，以使氯化器尾气或燃烧器尾气的流量可以临时切断，从而使氮气能够以校准后的流速流过仪器30。压力传感器(未示)设置用于测量管道系统41的压力。如果调节的气流输送到不止一个在线分析仪，该调节气流可以通过每个在线分析仪使用的旋转式流量计(或其它所需的流量测试设备)进行分流。
现请参阅图3，其为在线分析燃烧器尾气中的氧气的仪器50的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图。仪器50包括附件51(优选为NEMA-4玻璃纤维附件)。管道系统52用于将氮气清扫气流输送到附件51内。管道系统53用于将氮气清扫气流从附件51中输出。附件51包括Siemens Oxymat 6F-02顺磁式氧分析仪，该分析仪包括电子部分54和电池部分55。管道系统56用于将氮气清扫气流输送到电子部分54内。然后该氮气清扫气流通过管道系统57穿过电池部分55，从附件51中排出。电缆58向电子部分54提供能量，并传输仪器50的分析信号，该信号是燃烧器尾气中氧气浓度的函数。调节燃烧器尾气(来自图2所示的仪器)分别通过直径为0.25英寸(0.6cm)的热追踪(90摄氏度左右)聚四氟乙烯管道系统59和60输送到电池部分55和从电池部分55输出。
请参阅图4所示，其为在线分析燃烧器尾气中的氯化氢的仪器70的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图。该仪器70包括附件71(优选为NEMA-4玻璃纤维附件)。管道系统72用于将氮气清扫气流输送到附件71内。管道系统73用于将氮气清扫气流从附件71中输出。附件71包括Servomex Xendos 2500 HCl红外分析仪(美国德克萨斯州唐城的Servomex Company Inc生产)，该分析仪由探测器部分74、电池部分75和源极(source)部分76组成。管道系统77用于使氮气清扫气流流经冲头(boss)75a，然后通过管道系统77a流经冲头75b，通过管道系统78排出附件71。电池75的冲头部分75a和75b有助于防止探测器部分74和源极部分76泄漏。电缆79和80为仪器70提供能源，并传送仪器70的分析信号，该信号是燃烧器尾气HCL浓度的函数。调节燃烧器尾气(来自图2中所示的仪器)分别通过直径为0.25英寸(0.6cm)的热追踪(90摄氏度左右)聚四氟乙烯管道系统81和82输送到电池部分75和从电池部分75输出。
请参阅图5所示，其为在线分析氯化器尾气中的氯气的仪器90的侧视图，部分是全视图、部分是分散的、部分是剖面图、部分是示意图。该仪器90包括附件91(优选为NEMA-4玻璃纤维附件)。管道系统92用于将氮气清扫气流输送到附件91内。管道系统93用于将氮气清扫气流从附件91中输出。附件91包括Servomex Xendos 2500 HCl红外分析仪(美国德克萨斯州唐城的Servomex Company Inc生产)，该分析仪由探测器部分94、电池部分95和源极部分96组成。管道系统97用于使氮气清扫气流穿过冲头95a，然后通过管道系统97a流经冲头95b，通过管道系统98排出附件91。电池95的冲头部分95a和95b有助于防止探测器部分94和源极部分96泄漏。电缆99和100为仪器90提供能源，并传送仪器90的分析信号，该信号是氯化器尾气中氯气浓度的函数。调节的氯化器尾气(来自图2中所示的仪器)分别通过直径为0.25英寸(0.6cm)的热追踪(90摄氏度左右)聚四氟乙烯管道系统101和102输送到电池部分95和从电池部分95输出。
上述关于在线分析仪的叙述涉及一种特殊的优选系统；可以理解的是，本发明的范围不限于此。例如，其它有用的组分也可以进行在线分析。
对照试验1现请参阅图1所示，在24小时内，每间隔1小时就用500毫升的气袋人工从燃烧器尾气25中取样。气袋送到实验室，通过奥赛德(Orsat)测试对燃烧器尾气中的氧气进行分析。氧气浓度和时间的关系曲线表明氧气浓度水平大致为9％左右。
试验1现请参阅图1所示，燃烧器尾气25流过图2中的调节仪器，然后到达图3所示的在线分析仪，时间和对照试验1一样，也是24小时。氧气和时间的关系曲线表明氧气浓度水平大致为10％左右，而且，该结果表明对照试验1中人工取样分析错失了氧气浓度的2个峰值。第一个峰是在9.6小时处，该峰表明大约持续10分钟，峰值的氧气浓度为16％。第二个峰是在18.5小时处，该峰表明大约持续10分钟，峰值的氧气浓度浓度为12％。
对照试验2现请参阅图1所示，在24小时内(和对照试验1的时间一样)，每间隔1小时就用500毫升的气袋人工从燃烧器尾气25中取样。气袋送到实验室，利用红外测光法对燃烧器尾气中的HCL进行分析。HCL浓度和时间的关系曲线表明HCL浓度水平大致为4％左右。
试验2现请参阅图1所示，燃烧器尾气25流过图2中的控制仪器，然后到达图4所示的在线分析仪，时间和对照试验1一样，也是24小时。HCL和时间的关系曲线表明HCL浓度水平大致为4％左右，而且，对照试验2中人工取样错失了HCL浓度的2个变化。第一个变化是在9.6小时处，该变化大约持续10分钟，HCL的浓度为6％。第二个变化是在18.5小时处，该变化大约持续10分钟，HCL的浓度为8％。
对照试验3现请参阅图1所示，在24小时内(和对照试验1的时间一样)，每间隔1小时就用500毫升的气袋人工从氯化器尾气23中取样。气袋送到实验室，利用滴定对氯化器尾气中的氯进行分析。氯浓度和时间的关系曲线表明氯浓度大致为1.01％左右。
试验3现请参阅图1所示，氯化器尾气23流过图2中的控制仪器，然后到达图5所示的在线分析仪，时间和对照试验3一样，也是24小时。氯和时间的关系曲线表明氯浓度水平大致为1.01％左右，而且，对照试验3中人工采用错失了氯浓度的1个峰值。该峰值是在12.2小时处该峰表明大约有15分钟氯的浓度为0.3％。
权利要求
1.一种生产二氧化钛的改进方法，该方法通过二氧化钛金红石与氯气的反应，生成含有四氯化钛的气流，从含有四氯化钛的气流中冷凝四氯化钛，生成氯化器尾气，蒸发冷凝的四氯化钛，将蒸发的四氯化钛和氧气反应，生成含有氯气和二氧化钛微粒的气流，从含有氯气和二氧化钛微粒的气流中分离二氧化钛微粒，生成燃烧器尾气，并分析氯化器尾气中的残余氯气，以控制二氧化钛金红石和氯气的反应步骤，其特征在于氯化器尾气中的残余氯气用在线的氯分析仪进行分析。
2.一种生产二氧化钛的改进方法，该方法通过二氧化钛金红石与氯气的反应，生成含有四氯化钛的气流，从含有四氯化钛的气流中冷凝四氯化钛，生成氯化器尾气，蒸发冷凝的四氯化钛，将蒸发的四氯化钛和氧气反应，生成含有氯气和二氧化钛微粒的气流，从含有氯气和二氧化钛微粒的气流中分离二氧化钛微粒，生成燃烧器尾气，并分析燃烧器尾气中的氧气，以控制冷凝的四氯化钛和氧气的反应步骤，其特征在于燃烧器尾气中的残余氧气用在线的氧分析仪进行分析。
3.根据权利要求1所述的改进方法，其中在线氯分析仪是在线氯光度分析仪。
4.根据权利要求2所述的改进方法，其中在线氧分析仪是在线顺磁式氧分析仪。
5.根据权利要求2所述的改进方法该方法进一步包括用在线HCL分析仪对燃烧器尾气中的HCL进行分析的步骤。
6.根据权利要求5所述的改进方法，该方法进一步在线HCL分析仪为HCL光度分析仪。
7.根据权利要求1-6任意权利要求所述的改进方法，其中氯化器尾气或燃烧器尾气先通过过滤器，再进入在线分析仪。
8.根据权利要求1-6任意权利要求所述的改进方法，其中氯化器尾气或燃烧器尾气先通过过滤器，再进入在线分析仪；其中氯化器尾气或燃烧器尾气和过滤器加热至10摄氏度以上。
9.根据权利要求1-6任意权利要求所述的改进方法，其中氯化器尾气或燃烧器尾气先通过过滤器，再进入在线分析仪；其中氯化器尾气或燃烧器尾气和过滤器的温度加热至32～43摄氏度。
10.一种在氯化物方法制备二氧化钛的工艺中控制氯化器尾气或燃烧器尾气的方法，该方法包括以下步骤(a)将氯化物方法制备二氧化钛中的氯化器尾气或燃烧器尾气流经玻璃纤维床，以生成初级处理的气流；(b)将初级处理的气流流经亚微粒过滤器，以生成二级处理的气流；以及(c)将二级处理气流流经凝聚式过滤器，生成导向在线化学分析仪的控制气流。
11.根据权利要求10所述的改进方法，其中步骤(a)～(c)在高于10摄氏度的温度下进行。
12.根据权利要求10所述的改进方法，其中步骤(a)～(c)在大于21摄氏度的稳定下进行。
13.根据权利要求10所述的改进方法，其中步骤(a)～(c)的操作温度范围为32～43摄氏度。
全文摘要
一种生产二氧化钛的改进方法，该方法通过二氧化钛金红石与氯气的反应，生成含有四氯化钛的气流，从含有四氯化钛的气流中冷凝四氯化钛，生成氯化器尾气，蒸发冷凝的四氯化钛，将蒸发的四氯化钛和氧气反应，生成含有氯气和二氧化钛微粒的气流，从含有氯气和二氧化钛微粒的气流中分离二氧化钛微粒，生成燃烧器尾气，并分析氯化器尾气中的残余氯气，以控制二氧化钛金红石与氯气的反应步骤，和/或分析燃烧器尾气中的氧气，以控制冷凝的四氯化钛和氧气的反应步骤，其特征在于燃烧器尾气中的残余氧气用在线的氧分析仪进行分析。方法的改进是为了用在线分析仪分析氯化器尾气中的残余氯(和/或燃烧器尾气中的氧气)。
文档编号G01N21/31GK1747901SQ200480003812
公开日2006年3月15日 申请日期2004年2月23日 优先权日2003年2月25日
发明者D·T·J·特恩鲍, B·L·罗伯茨 申请人:特诺有限公司