[发明专利]离心氯化铝生成器

说明书

本发明提供了一种金属氯化物生成器。所述金属氯化物生成器是金属氯化物离心反应器，其可以在使用离心力足以使生成器中的金属颗粒和氯进行彼此接触并反应以形成金属氯化物的条件下操作。本发明还提供了一种利用所述金属氯化物生成器制造二氧化钛的工艺。

相关申请的交叉引用

本申请要求先前提交的编号62/316,112的美国临时申请(2016年3月31日提交)的权益，该美国临时申请通过引用结合至本文中。

背景技术

二氧化钛是一种众所周知的颜料和白色遮光剂。例如，二氧化钛被用作与涂料配方(包括油漆和油墨配方)、纸张组合物、聚合物组合物和其它产品相关的颜料。可以通过硫酸盐工艺或氯化工艺来制造二氧化钛颜料。无论使用何种制造工艺，通常都以粉末的形式产生颜料。

在用于制造二氧化钛的氯化工艺中，将干燥的二氧化钛矿石(例如，金红石或高级钛铁矿)与碳源(例如，焦炭)和氯一起供给至氯化器中并使其在高温下反应，以产生蒸气形式的四氯化钛(TiCl₄)。气态四氯化钛被冷凝成液体形式，并进而被纯化以从中移除杂质。然后，将纯化的四氯化钛蒸发并使其在高温下与呈气相的氧发生反应，以产生二氧化钛颗粒和气态反应产物。为了在氧化器中达到必需的高温，四氯化钛蒸气和氧气流通常在被引入氧化器中之前被预热。在氧化步骤之后，冷却二氧化钛和气态反应产物并回收二氧化钛颗粒。

回收的二氧化钛颗粒通常在出售和运输用作颜料之前会被进一步处理。例如，取决于预期的最终用途应用，精加工工艺通常需要利用一种或多种金属氧化物来涂覆二氧化钛颗粒，以增强颜料的光散射效率和耐久性，并且赋予其其它期望的属性和特性。

通常将金属氯化物(例如氯化铝)添加至氧化反应器中的四氯化钛蒸气中，以将金属氧化物结合至二氧化钛的晶格结构中。金属氧化物促进二氧化钛的金红石化。它还增强了成品颜料的耐久性。

用于在卤化钛气相氧化工艺中使用的金属氯化物通常以以下两种方式中的一种来获得：1)通过从商业供应商处购买；或2)通过就地生成。每种方式都具有其优点和缺点。

例如，预先存在的(例如，购买的)金属氯化物不需要就地生成金属氯化物所需的设备费用支出。然而，必须首先将预先存在的(例如，购买的)金属氯化物溶解到冷凝的液体卤化钛中。这通常需要加热卤化钛。溶解过程可能延长总体产生周期的时间。此外，商业级预先存在的金属氯化物(例如氯化铝)可能含有杂质，所述杂质与卤化钛发生反应并在卤化钛蒸发器的壁上产生有问题的沉积物。此外，金属氯化物和卤化钛的混合物可能是腐蚀性的，这通常需要氧化反应器和相关设备衬有昂贵的耐腐蚀材料。

可以通过各种方法就地生成氯化铝。例如，可以在流化床反应器中生成金属氯化物(例如，氯化铝)。在这种反应器中，例如，可以将来自蒸发器或预热器(取决于这种设备的使用顺序)的卤化钛蒸气和氯气的混合流引入反应器底部的固体金属(例如，固体铝)球团的床中，并且使其以气泡和间隙气体的形式竖直地流动。气泡和间隙气体与金属球团接触，这导致氯和金属发生反应以形成金属氯化物蒸气。被吹扫的固体金属(例如，固体铝)颗粒可以随着吹扫而离开流化床反应器。反应器中通常还包括砂床，以便冲刷铝或其它金属球团的表面，以破坏通常在球团的表面上固有的氧化铝或其它金属氧化物涂层。

流化床金属氯化物生成器的尺寸通常由允许随着吹扫而离开反应器的金属颗粒的尺寸和金属与氯之间的反应的放热性来确定。期望吹扫的金属颗粒的尺寸规定了流化床的空间速度和沉降分离高度。通常，由于关心下游设备的侵蚀和腐蚀，所以选择相对小的颗粒尺寸。例如，铝和氯的反应的放热使得，在典型的添加水平下，几乎整个卤化钛蒸气流流经流化床金属氯化物生成器以充当该过程的散热器，从而按照铝的熔点所要求保持反应温度处于控制之下。由于反应的放热性质，铝和氯添加至反应器中的总体速率也是决定所需反应器尺寸的因素。