氯化钛白氧化反应器防结疤装置

摘要

本发明公开了一种氯化钛白氧化反应器防结疤装置，涉及氧化反应器防结疤领域，解决现有氯化钛白氧化反应器通过气幕以防止炉内结疤的方案中，形成气幕的喷口布置不合理，影响氯气在管道内防疤作用的问题，采用的技术方案是：管式炉靠近连接法兰处设置气幕室，气幕室的内壁上间隔布置第一类孔和第二类孔，第一类孔的开孔方向垂直于管式炉炉壁，第二类孔的开孔方向与管式炉炉身径向方向相切。氯气或氮气进入气幕室，在管式炉炉身内壁面形成垂直和旋转混合气流，旋转气流覆盖圆周壁面，形成全方位的保护气幕，防止反应区新形成的二氧化钛颗粒粘附于壁面；垂直气流对新生二氧化钛颗粒有较强的冲击力，阻隔主新形成的二氧化钛颗粒与壁面粘附，防止结疤。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化反应器防结疤领域，特别是涉及一种大型的氯化钛白氧化反应器防结疤装置。

背景技术

TiCl₄气相氧化反应在极短的时间内完成，瞬间放出大量的热量，反应过程中生成粒度极小且均匀的二氧化钛固相产物，该固相产物极易沉积到反应器的表面，再长大并发展成疤层。为了实现连续长时间的稳定生产，需通过强有力的除疤手段及时清除疤层。

国外有关四氯化钛气相氧化反应器的除疤、防疤技术形式多样。根据USP3284159，美国杜邦公司采用冷氯气或惰性气体，在加压情况下，进入气相氧化反应器，通过多孔壁在管式反应器内形成一层遮蔽气幕，防止二氧化钛颗粒在反应器壁上的粘结。多孔壁有一定的防疤功能，但多孔壁的孔孔径小、数量多导致加工十分困难。英国专利BP1208027介绍了料膜除疤的方法，该方法所加的载气量相当大，相应的损失也较大，有可能引起熄火，使生产中断，或者使四氯化钛与氧气的初始温度降低，影响产品质量，或者是能耗加大，增加成本。

国内也有一些针对氧化反应器除疤的专利，例如专利CN00243616.7利用人造钛白疤料从炉头喷枪喷入，减弱四氯化钛喷口处附近的结疤，但是该方案疤料的喷入量大，易引起过度的热损失，降低物料混合温度，影响产品质量。公开号为CN101279763的专利申请公开了一种氧化法钛白氧化反应器，其包括了夹层式的气幕装置，夹层圆管的内壁上开有一组与内管壁面相切的氯气通道，使进入的氯气形成旋转的气幕，以防止炉内结疤。但是，夹层中只有两个切向小孔，氯气进入反应区后动量较大，容易影响到混合流体的稳定性，进而影响产品质量。而在氧化反应器中，氧气与四氯化钛混合反应区域壁面处，即四氯化钛进气环后，是最容易首先形成结疤并长大的位置，气幕区距四氯化钛进气环较远，该区域将直接影响反应器的防疤效果。另外，均压室的存在虽然将进入主管道的氯气均匀分布，但由于切向气幕小孔孔径小，数量少，氯气分布均匀与否并不会从根本上影响到氯气在管道内的防疤作用；同时，导流环还增加了反应器的加工和安装难度。

发明内容

本发明提供一种氯化钛白氧化反应器防结疤装置，解决现有的氯化钛白氧化反应器通过气幕以防止炉内结疤的方案中，形成气幕的喷口布置不合理，影响到氯气在管道内防疤作用的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：氯化钛白氧化反应器防结疤装置，包括管式炉，管式炉的一端为连接法兰，管式炉靠近连接法兰处设置气幕室，气幕室的外壁上设置气体入口，气幕室的内壁为管式炉炉壁，气幕室的内壁上设置连通至管式炉内部的气幕孔，多个气幕孔绕炉壁一圈成为一组，气幕孔至少两组；气幕孔由第一类孔和第二类孔在管式炉轴向上间隔布置，其中第一类孔的开孔方向垂直于管式炉炉壁，第二类孔的开孔方向与管式炉炉身径向方向相切。

进一步的是：所述第一类孔和第二类孔在管式炉炉壁上错位排列，第一类孔和第二类孔径向角度相差20～40度。

具体地，同组气幕孔中第一类孔和第二类孔的数量均为八个，且第一类孔和第二类孔径向角度相差22.5度。

具体地，最靠近连接法兰的一组气幕孔与连接法兰的距离小于50mm。

进一步的是：所述气幕孔至少三组，以连接法兰为起始端，气幕孔在管式炉轴向上的间距呈等差递增布置。具体地，第一组气幕孔与第二组气幕孔距离为15～18mm，相邻两组气幕孔组间距离按2～5mm递增。

进一步的是，同组气幕孔的孔径相等，以连接法兰为起始端，气幕孔在在管式炉轴向上的孔径呈等差递增布置。具体地，第一组气幕孔的直径为8～10mm，且相邻两组气幕孔直径增加1～2mm。

具体地，所述第一类孔和第二类孔共计2～5组。

具体地，所述管式炉为不锈钢材质。

本发明的有益效果是：氯气或氮气从气体入口进入气幕室，再由沿管式炉炉壁径向和轴向分布的气幕孔进入管式炉，在管式炉炉身内壁面形成垂直和旋转混合气流，旋转气流能最大限度覆盖圆周壁面，形成全方位的保护气幕，防止反应区新形成的二氧化钛颗粒粘附于壁面；垂直气流对新生二氧化钛颗粒有较强的冲击力，阻隔主流体中新形成的二氧化钛颗粒与壁面粘附，有效防止结疤。

气幕孔在管式炉炉壁上错位排列，在减少气幕孔个数的同时，保证周向气幕孔分布密度，加强主管道内气幕的保护范围。另外，防结疤装置中小孔开孔数量少，孔径相对较大，结构简单，易于加工与安装。

附图说明

图1是本发明氯化钛白氧化反应器防结疤装置的结构示意图。

图2是本发明中第一类孔的示意图。

图3是本发明中第二类孔的示意图。

图中零部件、部位及编号：管式炉1、连接法兰2、气幕室3、气体入口4、气幕孔5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明氯化钛白氧化反应器防结疤装置，包括管式炉1，管式炉1为不锈钢材质。管式炉1的左端为连接法兰2，管式炉1靠近连接法兰2处设置气幕室3，气幕室3为一个环形空腔，气幕室3的外壁上设置气体入口4，气体入口4用于通入氯气或氮气。气幕室3的内壁为管式炉1的炉壁，气幕室3的内壁上设置连通至管式炉1内部的气幕孔5，多个气幕孔5绕炉壁一圈成为一组，气幕孔5至少两组，例如气幕孔5为2～5组。气幕孔5由第一类孔和第二类孔在管式炉1轴向上间隔布置，其中第一类孔的开孔方向垂直于管式炉1炉壁，如图2所示；第二类孔的开孔方向与管式炉1炉身径向方向相切，如图3所示。第一类孔和第二类孔在管式炉1炉壁上错位排列，第一类孔和第二类孔径向角度相差20～40度。同组气幕孔5在管式炉1的炉壁周围均匀布置，且孔径相等，同组气幕孔中第一类孔和第二类孔的数量均为八个，且第一类孔和第二类孔径向角度相差22.5度，如图2和图3所示。

为便于表述，记连接法兰2为起始端，则最靠近连接法兰2的一组气幕孔5为第一组气幕孔5，顺次为第二组气幕孔5、第三组气幕孔5……以此类推。其中，第一组气幕孔5与连接法兰2的距离小于50mm，自第一组气幕孔5开始，气幕孔5在管式炉1轴向上的间距呈等差递增布置。第一组气幕孔5与第二组气幕孔5距离为15～18mm，例如为16mm或17mm，相邻两组气幕孔5组间距离按2～5mm递增，例如按照3或4mm递增。

无论第一类孔还是第二类孔，同组气幕孔5的孔径相等，以连接法兰2为起始端，气幕孔5在在管式炉1轴向上的孔径呈等差递增布置。具体地，第一组气幕孔5的直径为8～10mm，例如第一组气幕孔5的直径为9mm，且相邻两组气幕孔5直径增加1～2mm。

第一类孔和第二类孔在管式炉1轴向上间隔布置，氯气或氮气在管式炉1炉身内壁面形成垂直和旋转混合气流，旋转气流能最大限度覆盖圆周壁面，形成气体保护层，防止反应区新形成的二氧化钛颗粒粘附于壁面并长大；垂直气流对新生二氧化钛颗粒有较强的冲击力，阻隔主流体中新形成的二氧化钛颗粒与壁面粘附，有效防止结疤。

实施例：

氯化钛白氧化反应器防结疤装置如上述内容所述，管式炉1为不锈钢材质，气幕室3的内壁上设置5组气幕孔5，第一、三、五组气幕孔5为第一类孔，气幕孔5的开孔方向垂直于炉壁；第二、四组气幕孔5为第二类孔，气幕孔5的开孔方向与炉身径向方向相切。无论第一类孔还是第二类孔，同组气幕孔5的数量均为八个，相邻两组气幕孔5错位排列，且第一类孔和第二类孔径向角度相差22.5度。记连接法兰2为起始端，第一组气幕孔5与第二组气幕孔5轴向距离为14mm，第二组气幕孔5与第三组气幕孔5轴向距离为16mm。以此类推，第三四组、四五组气幕孔5轴向距离分别为18mm和20mm。第一组气幕孔5的开孔直径为10mm，后面每组气幕孔5直径较前一组增加2mm。第一组气幕孔5与连接法兰2的距离为40mm。氧气质量流量为1200kg/h，四氯化钛质量流量为5500kg/h，气幕区氯气质量流量为270kg/h，连续生产30天后拆炉，气幕区前后均未形成结疤。

对比例1：

对比例1中，将上述实施例中的第二类孔替换为第一类孔，即气幕室3内设置五组气幕孔5，五组气幕孔5的开孔方向均垂直于炉壁，五组气幕孔5平行、等距排列。氧气质量流量1200kg/h，四氯化钛质量流量5500kg/h，气幕区氯气质量流量为270kg/h，连续生产7天后，炉压增大，拆炉后发现气幕区前及气幕孔5孔间出现了疤料粘结现象。

对比例2：

对比例2中，将上述实施例中的第一类孔替换为第二类孔，即气幕室3内设置五组气幕孔5，五组气幕孔5的开孔方向均与炉身径向方向相切，五组气幕孔5平行、等距排列。氧气质量流量1200kg/h，四氯化钛质量流量5500kg/h，气幕区氯气质量流量为270kg/h，连续生产11天后，炉压增大，拆炉后发现气幕区前及小孔间出现了疤料粘结现象。