專利名稱：圓周形氣刀及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般性地涉及到新型氣刀的使用，其有助于防止固體顆粒堵塞容器入口。具體來說，本發(fā)明特別有利于減少在制造四氯化鈦過程中由旋風器或一些其它氣體/固體分離裝置從四氯化鈦氣體產品中移除的固體氯化物所產生的堵塞。
通過氯化含鈦始料中的鈦價來制備四氯化鈦是本領域公知的。例如，在制備金屬鈦或二氧化鈦(″TiO2″)過程中，四氯化鈦的制備是有用的。
本領域公知，四氯化鈦可由含鈦的始料與氯氣在氯化器中反應產生。在此過程中，將含有需要的四氯化鈦氣體和固體氯化物的固體負載氣體混合物從氯化器內移出，冷卻，然后用常規(guī)方法轉移到旋風分離器中，以移出其中的固體。接著，將該固體倒入到通常稱為氯化槽的懸浮容器中，在其中該固體和水混合形成懸浮液。
上述移出的固體在進入懸浮容器前通常非常熱，這些熱的固體和水的混合物在懸浮容器內的懸浮液上方空間及長管道中形成高濕氣體相，通過所述管道旋風塵從旋風器中進入懸浮容器。所述旋風塵含有金屬氯化物，該金屬氯化合物是吸濕性，因而當其進入將旋風塵從旋風器帶到懸浮容器中的管道的高溫區(qū)中時變得有粘性。該粘性固體會慢慢地積累于管道壁上，直到管道完全堵塞，從而使旋風器中的固體再也不能排出。清除該堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危險。
本發(fā)明通過在懸浮容器的出口或靠近出口處設置新型的氣刀而解決了上述問題。上述旋風塵在其進入懸浮容器的途中經過氣刀，該新型氣刀是具有圓周的，也就是說，該新型氣刀沿氣刀內壁注入氣流，該氣流以足夠的速度注入從而減少了吸濕性旋風塵在該氣刀壁上(因而在氯化槽入口處)的積累，因而該氯化槽能持續(xù)地接收來自旋風器的固體，而提高在線時間和安全性。
在一具體實施方案中，本發(fā)明是適于減少吸濕固體在高濕環(huán)境的懸浮容器入口處積累的新型氣刀。在另一具體實施方案中，本發(fā)明是防止吸濕固體在高濕環(huán)境的懸浮容器入口處積累的方法。
本發(fā)明經由下述附圖進行舉例說明，附圖中相同部件使用相同標號。這些附圖公開本發(fā)明的不同優(yōu)選具體實施方案僅是為了說明的目的，并不限定本發(fā)明的范圍。


圖1是四氯化鈦制造過程的示意圖；圖2示出了用本發(fā)明的氣刀和旋風分離器、懸浮容器的過程；圖3示出了本發(fā)明氣刀的剖視圖；圖4示出了圖3的氣刀的俯視圖。
圖1示出了四氯化鈦一般制備過程100的示意圖。圖1所示的該過程100包括氯化含鈦礦石。將礦石104和焦炭106，優(yōu)選為石油焦炭定時運輸至氯化器102中，以維持在某一床體位108和組成成分。氯氣110通過氯化器102底部的分配裝置供給所述床體。當氯氣110向上流過床體時發(fā)生氯化反應，床體中的大部分鈦價經反應形成四氯化鈦。礦石104中的金屬氧化物大部分轉化成氣態(tài)金屬氯化物，還形成如二氧化碳(“CO2”)和一氧化碳(“CO”)等其它氣體。礦石中的雜質也被氯化，形成如FeCl2和MnCl2等氯化物。
熱反應的固體負載氣體混合物從氯化器102的112處排出，包括CO，CO2，COS，HCl，N2，低沸點和高沸點的氯化物如TiCl4、FeCl3、FeCl2、MnCl2、SnCl4、SiCl4、VOCl3、NaAlCl4和未反應的固體如TiO2、SiO2和未燃焦炭。該固體負載氣體混合物在冷卻管114內冷卻，有時是在氯化器截面內冷卻，然后送入旋風分離器116內，在其中氣體和固體分離。
旋風分離器包括將氣體和固體分離的公知裝置。旋風分離器通常構造成管狀或圓柱狀的主體，該主體與其下部的圓錐體部分相連，在靠近圓柱主體的上方設有切向側入口。有氣體輸出管，其一般向下延伸通過旋風器的頂部而進入該旋風器的主體內。該管必須延伸至略低于入口的最低處，以保證固體和氣體有效分離。
在操作中，高速引入固體負載的氣體通過切向側入口，它們沿著渦形路徑，繞著氣體輸出管的外面向下到達旋風分離器的底部。在離心力的作用下，比氣體重的固體緊靠旋風器壁，然后在重力的作用下下落至旋風器底部。分離的氣體沿渦形路徑上升通過氣體出口管而離開所述旋風器頂部。分離的固體通過位于圓錐體底部的固體輸出口流出。這些分離了的固體一般是旋風塵或廢棄固體。
為了使隨旋風塵排出的氣體量最小化，一般在旋風器底部使用雙閥傾倒的筒狀腿。這些閥的開啟和閉合是連鎖的，因此在預定時間只可能打開一個閥。當頂閥打開時，底閥就閉合。這樣就使得旋風塵下落通過頂閥并填滿該傾倒的筒狀腿。當頂閥關閉時，底閥打開，從而清空該傾倒的筒狀腿到懸浮容器中。該閥定時、持續(xù)運行。
如圖1，固體負載氣體混合物從氯化器截面114通過切向入口118流進旋風器116。該固體負載氣體混合物中的氣體通過旋風器116頂部的氣體輸出管120而從該旋風器116中排出，固體通過旋風器116底部的傾倒的筒狀腿122而從該旋風器116中排出。
在上述旋風器底部聚集的旋風塵從旋風器底部排出，由導管或管道通過重力轉移并沉積到懸浮容器內。連接該旋風器和懸浮容器的導管部長度可以不同，一般的長度可以為20至50英寸。
上述懸浮容器通常是指氯化槽。一旦上述旋風塵沉積到懸浮容器內，就會和水混合而形成懸浮液。一般地，該懸浮容器內的任何氣體通過該容器上方的出口移除，而懸浮液作為廢棄物泵出或用于進一步處理。圖1示出了進入懸浮容器132內的旋風塵124，加入到該懸浮容器132中的水126，從懸浮容器132中排出的氣體128和從懸浮容器132中抽出的懸浮液130。
在進入懸浮容器時，該旋風塵通常非常熱。這些熱的固體和水的混合物在懸浮容器內的懸浮液上部空間形成高溫氣體相。這種高濕環(huán)境可以擴展到將旋風塵從旋風器帶到懸浮容器中的管道的全長中。該旋風塵含有金屬氯化物，其是吸濕性的，因而當其進入將旋風塵從旋風器帶到懸浮容器中的管道的高濕區(qū)中時變得有粘性。該粘性固體會慢慢地在管道向懸浮容器的開口處或管壁上積累，直到管道完全堵塞，從而使旋風器中的固體再也不能排出。
清除該堵塞需要停工操作直到堵塞消除，并可能有安全性危險。停止制備過程來清除堵塞不僅不經濟，而且操作工進入管道內部清除堵塞會造 成氣噴的危險。該堵塞還能產生濃縮的TiCl4，如果操作工用水清潔管道，其能發(fā)生爆炸式水解。
根據(jù)本發(fā)明，新型氣刀可有利地用于減少或消除吸濕材料在將旋風塵從旋風器運送到懸浮容器的管道內的積累。該新型氣刀與旋風分離器連接，即該新型氣刀與將旋風塵從旋風器運送到懸浮容器中的導管或管道以這種方式連接使旋風塵在進入懸浮容器前或進入懸浮容器時通過該氣刀。優(yōu)選地，該氣刀置于或靠近懸浮容器入口處。
本發(fā)明的氣刀是具有圓周的。具有圓周即意味著在旋風塵通過該氣刀時，在氣刀內沿著該氣刀通道的圓周產生氣流。一般地，從旋風器運輸旋風塵至懸浮容器的管道和氣刀內都有供旋風塵通過的圓形通道。然而，本發(fā)明并不限于此。其它幾何形狀也在本發(fā)明的保護范圍之內。例如，該運輸旋風塵的管道和氣刀內通道可以是橢圓形或甚至是長方形的。
本發(fā)明的氣刀所產生的上述氣流具有足夠的速度而將大部分或全部吸濕材料從該氣刀內側吹出。以該方式，該氣刀使吸濕材料積累量減少，明顯減少了積累的吸濕材料堵塞懸浮容器入口的機會。當在生產TiCl4過程中使用來減少旋風塵的積累時，該氣流具有的速度優(yōu)選地為至少30米/秒(每秒100英尺)，更優(yōu)選地為至少每秒60米(每秒200英寸)，更優(yōu)選地為至少120米/秒(每秒400英尺)。本發(fā)明的某些應用可能需要氣流的速度大于150米/秒(每秒500英尺)，優(yōu)選的氣流速度為恰好150米/秒(每秒500英尺)。
上述氣刀形成的氣流通常和吸濕材料經過該氣刀流經的方向相同。在一具體實施方案中，該氣流與吸濕材料的流經方向平行。然而，改變該氣刀以形成與吸濕材料流經方向成一定角度的氣流，從而使氣流在氣刀通道是圓形時以螺旋式運動流動，這也在本發(fā)明的范圍之內的。
圖2示出了結合旋風器206和懸浮容器204，使用本發(fā)明的氣刀202的過程200。將所述的固體負載氣體在切向入口208處導入旋風器206中。在旋風器206內，固體和氣體分離。氣體通過氣體輸出管210排出該旋風分離器，固體在重力作用下集中到旋風器206的底部212。雙閥傾倒的筒狀腿214使隨著旋風塵傾卸的氣體的量最小化。管道216將傾倒的筒狀腿214與氣刀202連接。從雙閥傾倒的筒狀腿214中傾倒出的旋風塵通過該管道216并通過氣刀202而落入懸浮容器204中。
圖3示出了本發(fā)明氣刀300的切面圖。吸濕材料302通過管道304，如圖2所示的管道216，進入該氣刀300，沿箭頭306所示方向向下通過該氣刀300。
所述氣刀300包括三個交迭的壁部分308、310和312，該壁部分的交迭部分形成間隙，對氣體加壓使其通過該間隙。該間隙的朝向與旋風塵移動的方向一致。朝向相同即意味著通過間隙的加壓氣體移動通過氣刀的方向與旋風塵的方向相同。優(yōu)選地，本發(fā)明的氣刀包括至少兩個不同的圓周形間隙，對氣體加壓使其通過該間隙。通常，間隙的尺寸(即，兩壁部分間的距離)不大于0.18cm(0.07英寸)，優(yōu)選地不大于0.13cm(0.05英寸)。在一具體實施方案中，在TiCl4制備過程中使用間隙尺寸為0.09cm(0.036英寸)的氣刀來防止吸濕性旋風塵在該氣刀壁上積累特別有利。
本發(fā)明所述的氣刀至少有一氣體入口。一般地，本發(fā)明的氣刀有二至四個氣體入口。在圖2中，氣體流入氣體入口314，并沿箭頭方向流過。加壓該氣體使其通過壁部分308、310和312間的間隙，達到足夠的速度而吹走該氣刀壁部分308、310和312內部的大部分或全部吸濕材料。氣體的所述速度可以用常規(guī)方式來計算，即用流進所述氣體入口的氣體流量除以圓周形間隙的橫切面積來計算。
圖4示出了圖3所述氣刀300的俯視圖。參見圖4，該氣刀300有四個氣體入口，還包括一系列閂316。在本發(fā)明的具體實施方案中該閂316用來將氣刀300固定在懸浮容器內。然而，其它將氣刀連接到懸浮容器內的方法也包含在本發(fā)明的保護范圍之內。圖4還示出在該氣刀300中心的開孔318，穿過該開孔旋風塵進入懸浮容器。在TiCl4制備過程中，在懸浮容器的入口處使用本發(fā)明的氣刀非常有利，無需在懸浮容器內附加通風器。
如圖4所示，所述氣刀300的壁部分可以通過位于該氣刀300壁部分間的小焊接點320而相互連接。也就是，這些焊接點320位于壁部分間的間隙中。該焊接點320的尺寸并不十分重要，只要他們不影響氣體通過間隙的流動即可。
本發(fā)明的氣刀可以用任何適于目的應用的材料制成，無需不必要的試驗，就可決定合適的材料。一般地，在TiCl4生產過程中使用的氣刀用抗腐蝕合金，如Inconel 600或Inconel 601(可商業(yè)購得的各種鋼材和合金)來制造。
適于使用本發(fā)明的氣刀的氣體依賴于使用該氣刀的特定用途。然而，無需不必要的試驗就可決定適合的氣體。在TiCl4制備過程中使用氣刀的優(yōu)選氣體包括空氣、氧氣、一氧化碳或在氣刀的通常情況下不會發(fā)生一點反應的任何其它氣體。
雖然本發(fā)明詳細描述了其具體實施方案，但是本領域普通技術人員根據(jù)對前述的理解可以容易地想到這些具體實施方案的改變、變體和等同方式。例如，本發(fā)明的氣刀可以有利地用于除TiCl4制備過程之外的應用中。得益于本發(fā)明減少在從一容器運輸?shù)搅硪蝗萜?，如通過導管或管道的過程中的材料積累的能力，將本發(fā)明的氣刀用于許多應用都包含在本發(fā)明的范圍之內。因此，本發(fā)明的范圍應該是所附權利要求和任何等同的范圍。
權利要求
1.一種氣刀，包括數(shù)個交迭的壁部分，其形成具有圓周的通道，所述通道適于使固體材料以第一方向通過氣刀；至少兩個交迭的壁部分在它們之間形成間隙，所述間隙朝向所述的第一方向；和至少一氣體入口，其以使氣體進入所述入口而通過所述間隙并沿著通道的圓周進入通道的方式與所述間隙相連。
2.如權利要求1所述的氣刀，其中所述的圓周是圓形的。
3.如權利要求1所述的氣刀，其中所述的間隙不大于0.18厘米。
4.如權利要求1所述的氣刀，其中所述的間隙不大于0.13厘米。
5.如權利要求1所述的氣刀，其中所述的氣刀與旋風分離器連接。
6.如權利要求5所述的氣刀，其中所述旋風分離器將氣體與出吸濕性固體分離。
7.如權利要求1所述的氣刀，其中所述氣刀與懸浮容器連接，該懸浮容器適于接收從旋風分離器排出的吸濕性固體。
8.如權利要求7所述的氣刀，其中所述的懸浮容器具有高潮濕環(huán)境。
9.一種在固體材料通過通道時減少該通道內表面固體材料積累的方法，該方法包括在所述固體材料通過的通道方向上沿通道內表面注入氣流。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述固體材料是吸濕性的。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述固體材料是來自旋風分離器的旋風塵。
12.如權利要求9所述的方法，其中所述通道暴露在高濕環(huán)境中。
13.如權利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少30米的速度注入。
14.如權利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少60米的速度注入。
15.如權利要求9所述的方法，其中所述氣流以每秒至少120米的速度注入。
全文摘要
提供了一種新型圓周形氣刀，其沿內壁注入氣流。該氣刀可有利地置于懸浮罐出口處或附近，以減少運輸?shù)綉腋∥锶萜鞯墓腆w材料的積累。該氣流以足夠的速度注入以減少固體材料在氣刀壁上(在懸浮物容器的入口處)的積累。一般地，在制備TiCl
文檔編號C22B34/12GK1723071SQ200380105444
公開日2006年1月18日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權日2002年12月13日
發(fā)明者哈里·尤金·弗林, 喬·伯特·馬克爾, 萊斯利·E·克勞德, 約翰尼·B·珀金斯 申請人:科麥奇化學公司