СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА Российский патент 2004 года по МПК C01G23/53 

Изобретение относится к получению диоксида титана парофазным гидролизом галогенида титана.

Известен способ получения диоксида титана (акц.заявка Великобритании №1286760) в паровой фазе путем сжигания горючего газа в горелке при тангенциальной подаче кислорода. Полученные продукты горения вводят в реакционную зону, в которую подают в виде пара тетрахлорид титана и воду. К тетрахлориду титана можно добавить хлорид алюминия и тетрахлорид кремния.

Недостатками данного способа получения диоксида титана являются значительные затраты на подготовку чистого кислорода и сложное аппаратурное оформление.

Известен способ получения диоксида титана (пат.США №3467498, опубл.16.09.1969 г.), в котором в центральную трубу подают кислород, нагретый до температуры 1100°С, тетрахлорид титана вводят через соосно расположенную трубу со скоростью от 2,5 до 300 м/с при температуре, не превышающей 500°С, в количестве 32 г моль/мин. В поток тетрахлорида титана вводят пары хлорида алюминия, нагретые до 300°С. Сюда же вводят 0,18 г моль/мин жидкого тетрахлорида кремния.

Недостатком данного способа является то, что на нижних концах труб образуются отложения диоксида титана, что значительно снижает срок службы оборудования.

Известен способ получения диоксида титана (патент RU №2169119, опубл. 20.06.2001 г., БИПМ №17), по количеству общих признаков взятый за ближайший аналог-прототип. Способ получения диоксида титана включает подачу предварительно нагретого до температуры 200-400°С тетрахлорида титана в реактор, сжигание в воздухе природного газа, подачу воды в продукты горения для получения парогазовой смеси. Парогазовую смесь подают в реактор на парофазный гидролиз перпендикулярно потоку паров тетрахлорида титана. Соотношение тетрахлорид титана : парогазовая смесь составляет 1:2-4. Одновременно в реактор подают добавки хлорида алюминия по углом 50-55° к движению паров тетрахлорида титана, добавку хлорида калия подают перпендикулярно движению парогазовой смеси.

Недостатком данного способа является то, что частицы диоксида титана в процессе парофазного гидролиза обладают повышенной поверхностной активностью, вследствие чего приобретают электрические заряды, которые вызывают взаимное притяжение частиц, их слипание и агрегацию, это вызывает оседание укрупненных частиц диоксида титана на внутренней стороне реактора, что значительно снижает производительность процесса, увеличивает трудозатраты на очистку оборудования, снижает выход готового продукта.

Технический результат изобретения направлен на устранение указанных недостатков прототипа, а также позволяет повысить производительность процесса парофазного гидролиза, снизить затраты на приобретение сырья - добавок, используемых в процессе гидролиза. Кроме того, использование в качестве добавки тетрахлорида кремния - отходов ректификационной очистки тетрахлорида титана - позволяет уменьшить выбросы в окружающую среду токсичных продуктов.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения диоксида титана, включающий получение парогазовой смеси, взаимодействие этой смеси с парами тетрахлорида титана, введение в процессе парофазного гидролиза добавок в виде хлорида алюминия и/или хлорида калия, отделение диоксида титана от продуктов реакции, новым является то, что в качестве добавки дополнительно вводят тетрахлорид кремния параллельно парогазовой смеси в виде отходов от ректификационной очистки тетрахлорида титана.

Кроме того, содержание тетрахлорида кремния в отходах от ректификационной очистки тетрахлорида титана составляет 30-60 мас.%.

Кроме того, отходы подают в пределах 0,1-1,0% в пересчете на диоксид кремния в готовом диоксиде титана.

Кроме того, предварительно перед подачей в реактор отходы от ректификационной очистки тетрахлорида титана нагревают до парообразного состояния.

Осуществление подачи паров тетрахлорида кремния параллельно движению парогазовой смеси позволяет осуществлять обработку частиц диоксида титана соединениями кремния, что позволяет уменьшить слипание частиц диоксида титана, снизить их оседание на внутренней поверхности реактора и тем самым повысить производительность способа.

Использование в качестве добавки тетрахлорида кремния отходов ректификационной очистки тетрахлорида титана позволяет уменьшить затраты на приобретение дорогостоящей добавки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения диоксида титана, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Пример осуществления способа.

Предварительно очищенный тетрахлорид титана (ТУ 1715-455-05785388-99) подают в куб-испаритель, где его испаряют при температуре 136-140°С, затем пары подают в пароперегреватель, вновь нагревают до температуры 200-240°С и направляют в реактор на парофазный гидролиз. В отдельной топке осуществляют сжигание смеси природного газа (ГОСТ 5542-87) и сжатого воздуха (ТУ 05785388-009) при температуре 1100-1300°С. В топку подают 50-300 кг/ч воды при поддержании до 20% выше стехиометрического количества, необходимого для проведения реакции взаимодействия с парами тетрахлорида титана. На сжигание 1 нм³ природного газа расходуют 11-20 нм³ воздуха. Полученную парогазовую смесь, содержащую продукты горения (азот, углекислый газ и пары воды), подают со скоростью 400-1500 м³/ч и при температуре 800-1300°С перпендикулярно потоку паров тетрахлорида титана в реактор на парофазный гидролиз, поддерживая соотношение тетрахлорид титана: парогазовая смесь равным 1:(2-4). В реактор парофазного гидролиза подают добавки в виде паров хлорида алюминия и/или хлорида калия и тетрахлорида кремния. Хлорид алюминия в твердом виде нагревают в отдельных емкостях до парообразного состояния и подают под углом 50-55° в реактор со скоростью 2,5-5,0 кг/ч. В реактор для парофазного гидролиза можно подавать одновременно с добавками хлорид калия, который подают перпендикулярно движению парогазовой смеси. Тетрахлорид кремния - отход ректификационной очистки тетрхлорида титана с содержанием тетрахлорида кремния 30-60%, нагревают в отдельной емкости до парообразного состояния и пары направляют параллельно движению парогазовой смеси в реактор. В реакторе при температуре 600-1250°С пары тетрахлорида титана взаимодействуют с водой по реакции

TiCl_4(пap)+2Н₂O_(пар)=TiO_2(тв.)+4НСl+Q

Полученную пылепарогазовую смесь направляют в камеру предварительного охлаждения, где охлаждают до температуры 400-800°С. Затем осуществляют последующую обработку пылегазовой смеси в пылеосадительных камерах, циклонах с целью отделения диоксида титана от газов. Охлажденный диоксид титана периодически выгружают в тару. Получение отходов ректификационной очистки тетрахлорида титана, содержащих тетрахлорид кремния. После очистки от ванадия технический тетрахлорид титана с содержанием, мас.доля, % ванадий 0,15, хлор 0,12, кремний 0,006, фосген ацетилхлорид 0,008, закачивают в цистерну, затем в напорные баки ректификационных колонн. Из напорных баков подают в подогреватель, где подогревают до температуры не менее 126°С, и направляют в среднюю часть ректификационной колонны. Очистку от легкокипящих примесей, а именно от тетрахлорида кремния с температурой кипения 57°С, фосгена, хлора, хлорида водорода, двуокиси углерода осуществляют в ректификационных насадочных колоннах или колоннах с провальными решетчатыми или ситчатыми тарелками с переливными устройствами. Пары легкокипящей жидкости из верхней части ректификационной колонны поступают в конденсатор-дефлегматор, где происходит их конденсация. Получают дистиллят, содержащий, мас.%: 22-30 - жидкий тетрахлорид титана с содержанием легкокипящих примесей, например SiCl₄ 45-66, 1,5 ССl₄, 13 COCl₂. По существующей технологии отходы размывают водой и направляют в канализацию. В процессе очистки получают 1-2 кг дистиллята на 1 т тетрахлорида титана (см. кн. Коршунов Б.Г., Стефанюк С.Л. Введение в хлорную металлургию редких элементов. - Металлургия, 1970, с.231-232).

Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков изобретения позволяет повысить производительность способа получения диоксида титана, снизить затраты на очистку оборудования и приобретение дорогостоящих добавок.

Изобретение относится к получению диоксида титана парофазным гидролизом галогенида титана. Способ получения диоксида титана включает получение парогазовой смеси, взаимодействие этой смеси с парами тетрахлорида титана, введение в процессе парофазного гидролиза добавок в виде хлорида алюминия и/или хлорида калия и тетрахлорида кремния и отделение диоксида титана от продуктов реакции. Пары тетрахлорида кремния вводят параллельно движению парогазовой смеси, а в качестве добавки тетрахлорида кремния используют отходы от ректификационной очистки тетрахлорида титана. Содержание тетрахлорида кремния в отходах от ректификационной очистки тетрахлорида титана составляет 30-60 мас.%. Отходы подают в пределах 0,1-1,0% в пересчете диоксида кремния в готовом диоксиде титана. Перед подачей в реактор отходы от ректификационной очистки тетрахлорида титана предварительно нагревают до парообразного состояния. Технический результат изобретения позволяет повысить производительность процесса парофазного гидролиза, снизить затраты на приобретение сырья - добавок, используемых в процессе гидролиза. Использование в качестве добавки отходов ректификационной очистки тетрахлорида титана позволяет уменьшить выбросы в окружающую среду продуктов. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения диоксида титана, включающий получение парогазовой смеси, взаимодействие этой смеси с парами тетрахлорида титана, введение в процессе парофазного гидролиза добавок в виде хлорида алюминия и/или хлорида калия, отделение диоксида титана от продуктов реакции, отличающийся тем, что в качестве добавки дополнительно вводят тетрахлорид кремния параллельно парогазовой смеси в виде отходов от ректификационной очистки тетрахлорида титана.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание тетрахлорида кремния в отходах от ректификационной очистки тетрахлорида титана составляет 30-60 мас.%.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы подают в пределах 0,1-1,0% в пересчете на диоксид кремния в готовом диоксиде титана.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно перед подачей в реактор отходы от ректификационной очистки тетрахлорида титана нагревают до парообразного состояния.