JP4115136B2 - 四塩化チタンの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン含有鉱石の流動塩素化において、塩素化反応を停止する際に、円滑な反応の再開を可能とする工業的、経済的に有利な四塩化チタンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四塩化チタンは酸化チタン、金属チタンの原料や触媒として、広く用いられている。四塩化チタンは一般的に、コークス等の還元剤の存在下、チタン含有鉱石と塩素ガスとを、塩化炉等の反応器中で流動させながら、約１０００℃の高温で反応させることで製造されている。工業規模で四塩化チタンを製造する場合、製造プラントのトラブルやメインテナンス等で塩素化反応を一時的に停止させる必要が生じる。塩素ガスの供給を止めて反応を停止させている間、反応器の温度が緩やかに低下するので、液状化した内容物が反応器の底に堆積し固結して、塩素ガスを再供給しても流動性が悪くなり、反応性が低下したり、場合によっては流動化せず、塩化炉から固結した堆積物を排出しなければならなかった。
また、従来より、安全対策及び内容物の酸化を防ぐために、塩素ガスの供給停止後、窒素ガス等の不活性ガスで、反応器内をパージすることは行われていた。しかし、このような不活性ガスパージでは、強固な固結物が形成され反応再開に支障を来す場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に述べた従来技術の問題点を克服し、塩素化反応を停止した後の反応の再開が容易な四塩化チタンの製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、塩素化反応の停止時に不活性ガスの供給により、塩化炉内の内容物の流動状態を維持しながら冷却すれば良いことを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明はチタン含有鉱石と塩素ガスとを流動状態で反応させて四塩化チタンを製造する方法において、塩素ガスの供給を止めて反応を停止する際に、反応器内の内容物が流動状態を維持するよう不活性ガスを供給して冷却することを特徴とする四塩化チタンの製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、四塩化チタンの製造方法であって、チタン含有鉱石と塩素ガスとを流動状態で反応させて四塩化チタンを製造する方法において、塩素ガスの供給を止めて反応を停止する際に、反応器内の内容物が流動状態を維持するよう不活性ガスを供給して冷却することを特徴とする。流動状態を維持して冷却された内容物は、ほとんど固結しないか、固結しても強固な固結物を生成したり、反応器に固着することがないので、再び塩素ガスを供給すると速やかに流動状態に戻り、四塩化チタンが製造できる。本発明では塩素ガスを再供給するまで不活性ガスの供給を継続しても良いが、ある程度冷却が進んだ時点で不活性ガスの供給を停止しても良い。
【０００７】
反応停止後の反応器内の内容物の流動状態を維持させるには、塩素ガスの供給を停止した後、不活性ガスを反応器に供給することにより行なう。反応器内部の流動状態を確認するには、工業的には流動層上部と下部と圧力差を測定することで行なわれており、本発明においては、不活性ガス供給中の上記の圧力差、すなわち図１に示すP１、Ｐ2で測定した圧力の差を５〜５０ｋＰａの範囲にするのが好ましく、１０〜３０ｋＰａの範囲が更に好ましい。流動状態を維持させるための不活性ガスの供給は、３〜３０ｃｍ／秒の範囲の流速で供給するのが好ましく、１０〜２０ｃｍ／秒の範囲が更に好ましい。流速が３ｃｍ／秒より低いと、十分な流動状態になりにくく、また冷却も進みにくい。また、３０ｃｍ／秒より流速を高くしても更なる効果は得られないので経済的でない。不活性ガスの供給期間は、内容物の温度が不活性ガスの供給開始時より少なくとも２０℃低下するまでとするのが好ましく、少なくとも３０℃低下するまで供給を続けると更に好ましい。
【０００８】
本発明において用いる不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等が挙げられるが、特に窒素ガスが安価であるので工業的に好ましい。反応器には特に制限は無く、種々の構成、形状、大きさのものに本発明を適用できるが、例えば一般的な底部に多孔分散盤を有する流動塩化炉や、多孔分散盤を有さないもの、噴射型流動塩化炉等に用いることができ、特に底部に多孔分散盤を有するものに用いると、塩素ガス供給口の閉塞防止にもなり、好ましい。また、チタン含有鉱石にも制限は無く、イルミナイト鉱、ルチル鉱、アナターゼ鉱、チタンスラグ、合成ルチルやそれらの混合物等公知のものを用いることができる。特に、本発明の製造方法は、固結物を形成し易い夾雑物を多く含むチタン含有鉱石を原料として使用する場合に有用であり、そのようなチタン含有鉱石として、例えばカルシウム等のアルカリ土類金属を多く含むチタンスラグが挙げられる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１０】
実施例１
コークスの存在下、チタンスラグと合成ルチルの混合物（夾雑物としてカルシウムをＣａＯ換算で０．１０％含有）と塩素ガスとを、流動塩化炉中で１０５０℃の温度で反応させ、四塩化チタンを製造した。塩素ガスの供給を停止した後、窒素ガスを１５ｃｍ／秒の流速で塩化炉に供給し、流動状態を保持しながら内容物を冷却した。窒素ガス供給中の流動層上部と下部（図１のＰ１、Ｐ２）との圧力差は２０ｋＰａ、窒素ガス供給開始から１時間後の内容物の温度は１０００℃であった。その後、窒素ガスを停止し、塩素ガスを供給したところ、流動層上面と下面との圧力差から良好な流動状態で反応を再開することができた。その後は同様の方法により、必要に応じて反応の停止、再開を繰り返したが、特に問題は認められず、１年間塩化炉の運転を継続した。
【００１１】
比較例１
窒素ガスのを流速を１ｃｍ／秒とした以外は実施例１と同様にした。窒素ガス供給中の図１のＰ１、Ｐ２に相当する内容物上部と下部との圧力差は１．０ｋＰａであり、内容物は流動状態とはならなかったと推測される。窒素ガス供給開始から１時間後の内容物の温度は１０４０℃であった。その後は同様の方法により、必要に応じて反応の停止、再開を繰り返したところ、最初の反応再開から６０日後、塩化炉内の内容物の流動不良が生じたので、塩化炉の運転が不可能となった。反応停止後、塩化炉を開放すると、内部に固結した堆積物が形成されていたので、これを排出して運転を再開した。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、チタン含有鉱石の流動塩素化による四塩化チタンの製造方法において、塩素化反応を一時的に停止した後の円滑な反応の再開を可能とするものであり、特に原料として夾雑物を多く含むチタン含有鉱石を用いる場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動塩化炉の一例
【符号の説明】
１ 流動塩化炉
２ チタン含有鉱石導入口
３ ガス供給口
４ 排出口
５ 上部圧力測定端（P1）
６ 下部圧力測定端（P2）
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン含有鉱石の流動塩素化において、塩素化反応を停止する際に、円滑な反応の再開を可能とする工業的、経済的に有利な四塩化チタンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四塩化チタンは酸化チタン、金属チタンの原料や触媒として、広く用いられている。四塩化チタンは一般的に、コークス等の還元剤の存在下、チタン含有鉱石と塩素ガスとを、塩化炉等の反応器中で流動させながら、約１０００℃の高温で反応させることで製造されている。工業規模で四塩化チタンを製造する場合、製造プラントのトラブルやメインテナンス等で塩素化反応を一時的に停止させる必要が生じる。塩素ガスの供給を止めて反応を停止させている間、反応器の温度が緩やかに低下するので、液状化した内容物が反応器の底に堆積し固結して、塩素ガスを再供給しても流動性が悪くなり、反応性が低下したり、場合によっては流動化せず、塩化炉から固結した堆積物を排出しなければならなかった。
また、従来より、安全対策及び内容物の酸化を防ぐために、塩素ガスの供給停止後、窒素ガス等の不活性ガスで、反応器内をパージすることは行われていた。しかし、このような不活性ガスパージでは、強固な固結物が形成され反応再開に支障を来す場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に述べた従来技術の問題点を克服し、塩素化反応を停止した後の反応の再開が容易な四塩化チタンの製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、塩素化反応の停止時に不活性ガスの供給により、塩化炉内の内容物の流動状態を維持しながら冷却すれば良いことを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明はチタン含有鉱石と塩素ガスとを流動状態で反応させて四塩化チタンを製造する方法において、塩素ガスの供給を止めて反応を停止する際に、反応器内の内容物が流動状態を維持するよう不活性ガスを供給して冷却することを特徴とする四塩化チタンの製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、四塩化チタンの製造方法であって、チタン含有鉱石と塩素ガスとを流動状態で反応させて四塩化チタンを製造する方法において、塩素ガスの供給を止めて反応を停止する際に、反応器内の内容物が流動状態を維持するよう不活性ガスを供給して冷却することを特徴とする。流動状態を維持して冷却された内容物は、ほとんど固結しないか、固結しても強固な固結物を生成したり、反応器に固着することがないので、再び塩素ガスを供給すると速やかに流動状態に戻り、四塩化チタンが製造できる。本発明では塩素ガスを再供給するまで不活性ガスの供給を継続しても良いが、ある程度冷却が進んだ時点で不活性ガスの供給を停止しても良い。
【０００７】
反応停止後の反応器内の内容物の流動状態を維持させるには、塩素ガスの供給を停止した後、不活性ガスを反応器に供給することにより行なう。反応器内部の流動状態を確認するには、工業的には流動層上部と下部と圧力差を測定することで行なわれており、本発明においては、不活性ガス供給中の上記の圧力差、すなわち図１に示すP１、Ｐ2で測定した圧力の差を５〜５０ｋＰａの範囲にするのが好ましく、１０〜３０ｋＰａの範囲が更に好ましい。流動状態を維持させるための不活性ガスの供給は、３〜３０ｃｍ／秒の範囲の流速で供給するのが好ましく、１０〜２０ｃｍ／秒の範囲が更に好ましい。流速が３ｃｍ／秒より低いと、十分な流動状態になりにくく、また冷却も進みにくい。また、３０ｃｍ／秒より流速を高くしても更なる効果は得られないので経済的でない。不活性ガスの供給期間は、内容物の温度が不活性ガスの供給開始時より少なくとも２０℃低下するまでとするのが好ましく、少なくとも３０℃低下するまで供給を続けると更に好ましい。
【０００８】
本発明において用いる不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等が挙げられるが、特に窒素ガスが安価であるので工業的に好ましい。反応器には特に制限は無く、種々の構成、形状、大きさのものに本発明を適用できるが、例えば一般的な底部に多孔分散盤を有する流動塩化炉や、多孔分散盤を有さないもの、噴射型流動塩化炉等に用いることができ、特に底部に多孔分散盤を有するものに用いると、塩素ガス供給口の閉塞防止にもなり、好ましい。また、チタン含有鉱石にも制限は無く、イルミナイト鉱、ルチル鉱、アナターゼ鉱、チタンスラグ、合成ルチルやそれらの混合物等公知のものを用いることができる。特に、本発明の製造方法は、固結物を形成し易い夾雑物を多く含むチタン含有鉱石を原料として使用する場合に有用であり、そのようなチタン含有鉱石として、例えばカルシウム等のアルカリ土類金属を多く含むチタンスラグが挙げられる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１０】
実施例１
コークスの存在下、チタンスラグと合成ルチルの混合物（夾雑物としてカルシウムをＣａＯ換算で０．１０％含有）と塩素ガスとを、流動塩化炉中で１０５０℃の温度で反応させ、四塩化チタンを製造した。塩素ガスの供給を停止した後、窒素ガスを１５ｃｍ／秒の流速で塩化炉に供給し、流動状態を保持しながら内容物を冷却した。窒素ガス供給中の流動層上部と下部（図１のＰ１、Ｐ２）との圧力差は２０ｋＰａ、窒素ガス供給開始から１時間後の内容物の温度は１０００℃であった。その後、窒素ガスを停止し、塩素ガスを供給したところ、流動層上面と下面との圧力差から良好な流動状態で反応を再開することができた。その後は同様の方法により、必要に応じて反応の停止、再開を繰り返したが、特に問題は認められず、１年間塩化炉の運転を継続した。
【００１１】
比較例１
窒素ガスのを流速を１ｃｍ／秒とした以外は実施例１と同様にした。窒素ガス供給中の図１のＰ１、Ｐ２に相当する内容物上部と下部との圧力差は１．０ｋＰａであり、内容物は流動状態とはならなかったと推測される。窒素ガス供給開始から１時間後の内容物の温度は１０４０℃であった。その後は同様の方法により、必要に応じて反応の停止、再開を繰り返したところ、最初の反応再開から６０日後、塩化炉内の内容物の流動不良が生じたので、塩化炉の運転が不可能となった。反応停止後、塩化炉を開放すると、内部に固結した堆積物が形成されていたので、これを排出して運転を再開した。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、チタン含有鉱石の流動塩素化による四塩化チタンの製造方法において、塩素化反応を一時的に停止した後の円滑な反応の再開を可能とするものであり、特に原料として夾雑物を多く含むチタン含有鉱石を用いる場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動塩化炉の一例
【符号の説明】
１ 流動塩化炉
２ チタン含有鉱石導入口
３ ガス供給口
４ 排出口
５ 上部圧力測定端（P1）
６ 下部圧力測定端（P2）
Claims (5)
- 反応器中でアルカリ土類金属を酸化物換算で少なくとも０．１０％含むチタン含有鉱石と塩素ガスとを流動状態で反応させて四塩化チタンを製造する方法において、塩素ガスの供給を止めて反応を停止する際に、反応器内の内容物が流動状態を維持するよう不活性ガスを供給して冷却し、固結物の形成を防止することを特徴とする四塩化チタンの製造方法。
- 不活性ガスを３〜３０ｃｍ／秒の範囲の流速で供給することを特徴とする請求項１記載の四塩化チタンの製造方法。
- 流動層上部と下部との差圧を５〜５０ｋＰａの範囲になるよう不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の四塩化チタンの製造方法。
- 内容物の温度が不活性ガスの供給開始時より少なくとも２０℃低下するまで不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の四塩化チタンの製造方法。
- 不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１記載の四塩化チタンの製造方法。
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Cited By (1)
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| CN103086423A (zh) * | 2011-11-03 | 2013-05-08 | 攀钢集团研究院有限公司 | 一种由金红石生产四氯化钛的方法 |
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2002
- 2002-02-04 JP JP2002026952A patent/JP4115136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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| CN103086423B (zh) * | 2011-11-03 | 2014-10-29 | 攀钢集团研究院有限公司 | 一种由金红石生产四氯化钛的方法 |
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| JP2003226522A (ja) | 2003-08-12 |
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