金属卤化物分离工艺和设备[1]

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1、WO2006/052126A22006年5月18日金属卤化物分离工艺和设备申请人：TRONOXWORLDWIDELLC[US]发明人：ROBBE,Rudolf,VANBEEK,Pieter,Christoffel摘要：本发明与一个生产净化的氯化炉尾气的工艺和设备相关。按照本发明，氯化炉尾气通过一个在线骤冷步骤，在那里，它被用液体TiCl4雾滴蒸发吸热而得到冷却。TiCl4雾滴是在一个文丘里注入的。金属卤化物分离工艺和设备本发明与生产净化氯化炉尾气工艺和设备相关。通常TiCl4是用含TO2的矿石与氯气在大约1000℃的沸腾床反应器里反应来制备的。尾气含有TiCl

2、4气体，还有CO气体，CO2气体和气态的杂质（通常是金属氯化物，如铁、锆和/或铌的氯化物），还有固体，如TiO2，C和SiO2。从美国专利US-A-2446181大家知道用部分冷凝来除去这些气态杂质，也即是提供小的液态TiCl4小雾滴来迅速地冷却尾气，小雾滴是将液态TiCl4喷到一个转动的盘上得到的。结果杂质冷凝并形成固体颗粒，随后可从气流里分离出来。美国专利3628913和4066424都描述了相同的系统。在后来的出版物中使用了喷嘴，液态TiCl4经由喷嘴被喷进氯化炉尾气里。尽管液态TiCl4通过喷嘴或经由转盘注入，可以在一定程度上从尾气中提供所需要的杂质去

3、除，但在实践中，人们发现液态TiCl4的气化是不足够的，因而经常引起问题，导致TiCl4不完全气化，反过来不完全气化可能引起结疤和/或设备堵塞以及下游TiCl4气体淋洗塔的过负荷。更有甚者是转盘很容易损坏，因为它有许多的活动部件。另外，已知技术很难用于现有的设备，因而，对现有工艺进行改造也难，从而需要考虑重新设计设备。在美国专利3803805中，有另一个分散液体流的方法。它已经被上述美国专利4066424所吸纳。该文档描述一个安装在进口末端的一根管子，用泵将液体通过一个出口处的限流孔送过该管子，出口端设计成将液体在一个20°的锥体里分散。由于磨蚀作用，在喷射管

4、出口处的限流孔经常损坏，从而使分散效率降低和骤冷液体气化的不完全。本发明者发现上述问题可以用一个特殊的TiCl4喷入和气化方法来克服。具体而言，我发现使用文丘里是非常有好处的。这样，首先，本发明直接与一个生产净化的TiCl4工艺有关，它首先包含一个步骤，在此步骤里液态TiCl4雾滴通过一个文丘里被喷射进TiCl4尾气流里。喷射进去的液态TiCl4雾滴被待骤冷的TiCl4尾气的质量-速度（mass-velocity）（气体速度引起的气相压降）打碎成极细的雾滴。本发明是借助液体在文丘里里喷射而形成非常细的雾滴为基础的，本发明主要的原理就是蒸发冷却。这是与WO-A-

5、96/28577里的方法明显不同的，那方法描述用等熵膨胀来进行气体冷却（也就是不发生相变）。本发明使用一个低速/低压降喷嘴。液体被待骤冷的工艺气体的质量-速度所分散。本方法的优点是它部件的稳健性，部件很简单而且是直的，所以操作非常可靠。本发明用来骤冷的液体可以是含有细颗粒的浆料形式。插图1，显示了TiCl4液滴是如何引入尾气流里的。具体说，一股气体流G在连接氯化炉和气/固分离器管道的某点进入限流区。在插图1所示的模式里，液体通过两个进口管进入。该两根进口管在尾气输送管的圆周上相对设置。也可以只用一根进口管，或者多于两根，但两根是比较好的，因为可以得到比一根更好

6、的分布。还有就是用两根以上的进口管在分布上的改进并不能证明额外投资就是合理的。使用本发明的文丘里，就可以得到极为细小的液滴，基本上可保证在气体进入随后的气/固分离器之前，液滴都能蒸发掉。粒子的喷射导致气体被冷却，通常从大约1000℃冷却到大约180℃-200℃。有了这样一个蒸发冷却步骤，杂质，例如铁、铌和锆的氯化物都被冷凝下来，可以在随后的气/固分离步骤里从气流里分离出去。在一个模式里，本发明就直接用于生产TiCl4的工艺里，在该工艺里含有一个骤冷，其中气态的氯化炉尾气被喷淋的液体TiCl4液滴冷却。随后有固体分离来从所说尾气里分离掉颗粒，所说骤冷步骤里喷出的

7、液滴的粒度足够小，可以在进入固体分离步骤之前就完全蒸发掉了。离开氯化炉的气体，通常还含有吹出物，也就是从矿石和焦碳里来的固体粒子，如TiO2，C和SiO2，这些固体粒子也在随后的固体分离器里分离。要小心避免冷却步骤的温度降到TiCl4的露点以下。因为这会导致气态的TiCl4变成液态，从而不但造成产品损失（液态TiCl4会被从气态产品里分离，而跟随固体废物的途径，作为废物摒弃），而且当液体TiCl4接触水时，液态TiCl4就会迅速形成HCl气体，使下游的吸收塔过载，并导致HCl被释放进大气里。按照本发明，采用一个文丘里就能有效地防止出现TiCl4液滴不能蒸发的现

8、象。为此文丘里喷射点的气体温度最好要保