本发明属于钛白粉生产技术领域，具体而言，本发明涉及一种制备二氧化钛的系统。
背景技术：
金红石型钛白粉具有更加稳定的物理、化学性能；颜色纯白，颗粒细小，折射率高；分散到介质中，能够表现出更强的遮盖力和着色力，更加良好的耐候性、耐热性、耐光性。由于我国氯化法钛白粉还处于刚刚起步的阶段，生产技术难度大，已建成投产的氯化法钛白粉生产线寥寥可数。存在的困难主要是氯化法金红石型钛白粉的自动化控制水平要求高，需要对各个环节进行严格监控。
对氧化过程返回氯气及时有效的监控，可以快速反映出返回氯气中是否有二氧化钛颗粒，从而判断钛白粉基料气固分离装置的滤芯是否破损；同时也可以看出返回氯气中是否存在四氯化钛，判断氧化反应是否完全；因此，返回氯气固含量的检测装置对于钛白粉基料生产是至关重要和非常有效的。但是，目前国内钛白粉生产厂家未见对氧化返回氯气实施及时监控。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备二氧化钛的系统，采用该系统可以实现对返回至氯化反应器的氧化尾气进行及时有效监控，并且根据检测单元的变化可以快速反映出氧化尾气中是否含有二氧化钛颗粒，从而判断第二气固分离装置的滤芯是否出现破损，同时也可以反映出氧化尾气中是否含有四氯化钛，从而判断氧化反应器中氧化反应是否完全，进而根据具体情况实时对第二气固分离装置的滤芯进行更换以及对氧化反应过程中的氧化温度或配氧量作出及时调整，保证得到高质量的钛白粉。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备二氧化钛的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：
氯化反应器，所述氯化反应器设置有钛矿石入口、还原剂入口、氧气入口、空气入口、氯气入口、氯化反应混合物出口和工艺尾气出口，且适于将含钛矿石、还原剂供给到所述氯化反应器中，并向所述氯化反应器中供给氧气、空气和氯气，以便在所述氯化反应器中发生氯化反应，得到含有四氯化钛气体的氯化反应混合物和工艺尾气；
第一气固分离装置，所述第一气固分离装置具有氯化反应混合物入口、气体混合物出口和固体颗粒出口，所述氯化反应混合物入口与所述氯化反应混合物出口相连，且适于对所述含有四氯化钛气体的氯化反应混合物进行气固分离处理，以便得到含有四氯化钛的气体混合物和固体颗粒；
冷凝装置，所述冷凝装置具有气体混合物入口和液体粗四氯化钛出口，所述气体混合物入口与所述气体混合物出口相连，且适于对所述含有四氯化钛的气体混合物进行冷凝处理，以便得到液体粗四氯化钛；
精制装置，所述精制装置具有液体粗四氯化钛入口、矿物油入口和精四氯化钛出口，所述液体粗四氯化钛入口与所述液体粗四氯化钛出口相连，且适于采用矿物油对所述液体粗四氯化钛进行精制，以便得到精四氯化钛；
氧化反应器，所述氧化反应器具有精四氯化钛入口、氧气进口和氧化反应混合物出口，所述精四氯化钛入口所述精四氯化钛出口相连，且适于将所述精四氯化钛与氧气接触发生氧化反应，以便得到含有二氧化钛、氧气和氯气的氧化反应混合物；
冷却装置，所述冷却装置具有氧化反应混合物入口和冷却产物出口，所述氧化反应混合物入口与所述氧化反应混合物出口相连，且适于对所述含有二氧化钛、氧气和氯气的氧化反应混合物进行冷却处理，以便得到含有二氧化钛、氧气和氯气的冷却产物；
第二气固分离装置，所述第二气固分离装置具有冷却产物入口、固体二氧化钛出口和氧化尾气出口，所述冷却产物入口与所述冷却产物出口相连，且适于对所述含有二氧化钛、氧气和氯气的冷却产物进行气固分离处理，以便得到固体二氧化钛以及含有氧气和氯气的氧化尾气；
尾气输送管道，所述输送管道分别与所述氧化尾气出口和所述氯化反应器相连，且适于将所述含有氧气和氯气的氧化尾气供给至所述氯化反应器中；
检测单元，所述检测单元包括依次相连的水存储装置、盐酸存储装置和氢氧化钠存储装置，所述水存储装置与所述尾气输送管道相连，且适于根据所述水存储装置中的变化判断所述氧化反应器中精四氯化钛的氧化反应是否完全或判断所述第二气固分离装置的滤芯是否出现破损。
由此，根据本发明实施例的制备二氧化钛的系统通过在将第二气固分离装置分离出的含有氧气和氯气的氧化尾气返回氯化反应器的尾气输送管道上设置检测单元，可以实现对返回至氯化反应器的氧化尾气进行及时有效监控，并且根据检测单元的变化可以快速反映出氧化尾气中是否含有二氧化钛颗粒，从而判断第二气固分离装置的滤芯是否出现破损，同时也可以反映出氧化尾气中是否含有四氯化钛，从而判断氧化反应器中氧化反应是否完全，进而根据具体情况实时对第二气固分离装置的滤芯进行更换以及对氧化反应过程中的氧化温度或配氧量作出及时调整，保证得到高质量的钛白粉。
另外，根据本发明上述实施例的制备二氧化钛的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述水存储装置中出现大量水解物是所述氧化反应器中精四氯化钛的氧化反应不完全的指示。
在本发明的一些实施例中，所述水存储装置中出现白色颗粒物是所述第二气固分离装置的滤芯出现破损的指示。
在本发明的一些实施例中，所述尾气输送管道为金属软管或不锈钢管道。
在本发明的一些实施例中，所述水存储装置、所述盐酸存储装置和所述氢氧化钠存储装置分别独立地为玻璃容器。
在本发明的一些实施例中，所述水存储装置与所述尾气输送管道连接处设置有阀门。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备二氧化钛的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备二氧化钛的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：氯化反应器100、第一气固分离装置200、冷凝装置300、精制装置400、氧化反应器500、冷却装置600、第二气固分离装置700、尾气输送管道800和检测单元900。
根据本发明的实施例，参考图1，氯化反应器100设置有钛矿石入口101、还原剂入口102、氧气入口103、空气入口104、氯气入口105、氯化反应混合物出口106和工艺尾气出口107，且适于将含钛矿石、还原剂供给到氯化反应器中，并向氯化反应器中供给氧气、空气和氯气，以便在氯化反应器中发生氯化反应，得到含有四氯化钛气体的氯化反应混合物和工艺尾气，其中，还原剂为石油焦，含钛矿石为高钛渣或金红石钛矿。具体地，四氯化钛气体的生产主要是向氯化反应器内连续不断的添加钛矿(高钛渣或金红石)和还原性物质(石油焦)，并连续不断的向反应器内通入氧气、压缩空气、氯气；且温度在850℃时(高钛渣或金红石)和氯气连续发生反应持续生成TiCl4气体，反应方程式为：2TiO2+3C+4Cl2＝2TiCl4+2CO+CO2。由此，可以有效地将钛矿石中二氧化钛转换为四氯化钛气体，进而利于后续获得高质量的二氧化钛产品。
根据本发明的实施例，参考图1，第一气固分离装置200具有氯化反应混合物入口201、气体混合物出口202和固体颗粒出口203，氯化反应混合物入口201与氯化反应混合物出口106相连，且适于对所述含有四氯化钛气体的氯化反应混合物进行气固分离处理，以便得到含有四氯化钛的气体混合物和固体颗粒。具体的，通过氯化反应产生的四氯化钛气体、一氧化碳、二氧化碳夹杂着一些未反应的石油焦、钛矿及反应生成的一些固体物质一起离开氯化反应器进入第一气固分离装置，实现了四氯化钛气体与固体废物的分离。根据本发明的实施例，进行第一气固分离处理的方法可以是本领域中任何已知的手段。
根据本发明的实施例，参考图1，冷凝装置300具有气体混合物入口301和液体粗四氯化钛出口302，气体混合物入口301与气体混合物出口202相连，且适于对所述含有四氯化钛的气体混合物进行冷凝处理，以便得到液体粗四氯化钛。具体地，冷凝处理包括：将液体粗四氯化钛的一部分与含有四氯化钛的气体混合物接触，以便进行第一冷却处理；以及利用冷冻剂对经过第一冷却处理的气体混合物进行第二冷却处理，从而可以得到液体粗四氯化钛，其中，冷冻剂为温度-23摄氏度的R507冷凝介质。发明人发现，通过该冷却方法，能够有效地将含有四氯化钛的气体混合物进行冷却，从而实现对四氯化钛的进一步纯化。其中，对于第一冷却处理过程中，能够有效地利用已经得到冷却的液体粗四氯化钛对含有四氯化钛的气体混合物进行冷却，从而显著降低了二氧化钛的生产成本，另外，采用温度-23摄氏度的R507冷凝介质作为冷冻剂，是发明人通过大量筛选工作而意外获得的，并且发现，其能够以显著优于其他温度和类型的冷凝介质发挥作用。同时，采用该步骤中的冷凝处理方式，可以将气体中99％的四氯化钛气体冷凝成液体。
根据本发明的实施例，参考图1，精制装置400具有液体粗四氯化钛入口401、矿物油入口402和精四氯化钛出口403，液体粗四氯化钛入口401与液体粗四氯化钛出口302相连，且适于采用矿物油对所述液体粗四氯化钛进行精制，以便得到精四氯化钛。其中，得到的精四氯化钛中钒的含量为3ppm以下。具体地，采用矿物油对液体粗四氯化钛进行精制处理包括：在蒸发容器中，将液体粗四氯化钛与矿物油混合，其中矿物油占所得到混合物的1重量％；以及随着搅拌，对所得到的液体粗四氯化钛与矿物油的混合物进行加热，以便将液体粗四氯化钛中的钒由低沸点的VOCl3转化为高沸点的VOCl2杂质，以便实现钒与四氯化钛的分离，从而得到精四氯化钛。在该步骤中，在将液体粗四氯化钛与矿物油进行混合之前，预先利用氮气向蒸发容器中加入一部分矿物油，以防止矿物油碳化堵塞管路。
根据本发明的实施例，参考图1，氧化反应器500具有精四氯化钛入口501、氧气进口502和氧化反应混合物出口503，精四氯化钛入口501与精四氯化钛出口403相连，且适于将所述精四氯化钛与氧气接触发生氧化反应TiCl4+O2＝TiO2+2Cl2，得到含有二氧化钛、氧气和氯气的氧化反应混合物。
根据本发明的实施例，参考图1，冷却装置600具有氧化反应混合物入口601和冷却产物出口602，氧化反应混合物入口601与氧化反应混合物出口503相连，且适于对所述含有二氧化钛、氧气和氯气的氧化反应混合物进行冷却处理，以便得到含有二氧化钛、氧气和氯气的冷却产物。具体的，得到的含有二氧化钛、氧气和氯气的冷却产物的温度为150～200摄氏度。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对具体的冷却处理条件进行选择。
根据本发明的实施例，参考图1，第二气固分离装置700具有冷却产物入口701、固体二氧化钛出口702和氧化尾气出口703，冷却产物入口701与冷却产物出口602相连，且适于对所述含有二氧化钛、氧气和氯气的冷却产物进行气固分离处理，以便得到固体二氧化钛以及含有氧气和氯气的氧化尾气。根据本发明的一个实施例，进行第二气固分离处理的方法可以是本领域中任何已知的手段。发明人发现，氧化反应混合物经第二气固分离处理，能够有效地制备二氧化钛，进而通过对二氧化钛进行包膜处理，可以有效地获得粒度分布优异的钛白粉。
根据本发明的实施例，参考图1，尾气输送管道800分别与氧化尾气出口703和氯化反应器100相连，且适于将含有氧气和氯气的氧化尾气供给至氯化反应器中进行氯化反应。由此，显著降低了生产二氧化钛的成本，减少了污染。
根据本发明的一个实施例，尾气输送管道900可以为金属软管或不锈钢管道。
根据本发明的实施例，参考图1，检测单元900包括依次相连的水存储装置91、盐酸存储装置92和氢氧化钠存储装置93，水存储装置91与尾气输送管道800相连，且适于根据水存储装置中的变化判断氧化反应器中精四氯化钛的氧化反应是否完全或判断第二气固分离装置的滤芯是否出现破损。具体的，若氧化尾气中存在四氯化钛，则四氯化钛气体经过水存储装置与水发生水解反应，出现大量水解物，而若氧化尾气中存在二氧化钛固体颗粒，则水存储装置中出现白色颗粒物，然后将经过水存储装置中的尾气经过盐酸存储装置，若尾气中存在四氯化钛，盐酸溶液可以将剩余的四氯化钛气体吸收，然后将剩余气体经过氢氧化钠存储装置，可以将剩余气体中的氯气吸收后排空，排放的气体主要为二氧化碳和氧气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对盐酸存储装置中盐酸溶液的浓度和氢氧化钠存储装置中氢氧化钠溶液浓度进行选择。
根据本发明的一个实施例，水存储装置91、盐酸存储装置92和氢氧化钠存储装置93可以分别独立地为玻璃容器。由此，可以直观的观察到水存储装置中的变化，从而根据水存储装置中的变化判断氧化反应器中精四氯化钛的氧化反应是否完全或判断第二气固分离装置的滤芯是否出现破损。
根据本发明的再一个实施例，水存储装置91与尾气输送管道800的连接处设置有阀门94。由此，可以根据检测需要实时打开阀门使得氧化尾气依次经过水存储装置、盐酸存储装置和氢氧化钠存储装置以完成对氧化尾气的检测。
根据本发明实施例的制备二氧化钛的系统通过在将第二气固分离装置分离出的含有氧气和氯气的氧化尾气返回氯化反应器的尾气输送管道上设置检测单元，可以实现对返回至氯化反应器的氧化尾气进行及时有效监控，并且根据检测单元的变化可以快速反映出氧化尾气中是否含有二氧化钛颗粒，从而判断第二气固分离装置的滤芯是否出现破损，同时也可以反映出氧化尾气中是否含有四氯化钛，从而判断氧化反应器中氧化反应是否完全，进而根据具体情况实时对第二气固分离装置的滤芯进行更换以及对氧化反应过程中的氧化温度或配氧量作出及时调整，保证得到高质量的钛白粉。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
氯化氧化系统开始联动运行，持续运行一段时间后，可以打开尾气输送管道与水存储装置连接处的手动阀门，进行返回氧化尾气的取样检验操作，氧化尾气依次经过水存储装置、盐酸存储装置和氢氧化钠存储装置，如若氧化尾气中存在四氯化钛，则四氯化钛气体与水存储装置中的水发生水解反应，出现大量水解物，那么说明氧化工序四氯化钛氧化不完全，需要及时调整反应温度或氧化配氧量，如若氧化尾气中存在二氧化钛固体颗粒，则水水存储装置中会出现白色颗粒物，说明第二气固分离装置滤芯极有可能破损，需要停车更换，检测完成后，关闭尾气输送管道与水存储装置连接处的阀门，并且根据容器内的实际情况决定是否需要更换容器内液体。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。