(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）反応器内で四塩化チタンを気相で酸素と反応させて二酸化チタンを生成させ、そして（ｂ）引続いて慣用的な煙道、フィン付煙道またはこれらの組み合わせから選択される煙道であって、前記反応器の流出口の内径が煙道の流入口の内径より小さい煙道に二酸化チタンを通過させてこれを冷却することにより二酸化チタンを製造する方法において、
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより小さい端末が反応器によって生成された二酸化チタンを受容し、ここで該截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより小さい端末は前記反応器の出口に連結されており；
前記二酸化チタンを前記截頭円錐状フィン付煙道導管に通過させ；そして
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより大きい端末が煙道によって受容される二酸化チタンを排出し、ここで該截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより大きい端末は前記煙道ぼ流入口に連結されている
ことを特徴とする改良された方法。
【請求項２】
フィン付煙道および截頭円錐状フィン付煙道導管が先端および基底を有する長手方向にある多数の凸部を有し、そして凸部の先端が凸部の基底よりも薄い請求項１記載の方法。
【請求項３】
フィン付煙道および截頭円錐状フィン付煙道導管の長手方向にある凸部および凹部が整合している請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
四塩化チタンを気相で酸素と反応させることにより、かなりの量の二酸化チタン顔料が商業的に製造される。このような反応の後、二酸化チタン反応物質は、それを導管つまり煙道に通過させることにより冷却され、そこで二酸化チタン顔料粒子の生長が起きまたこのような粒子の集化が起きる。
二酸化チタンを急速に冷却するのは好ましいが、これはカーボンブラック底色（「CBU」）がより大きい顔料を生成するからである。CBUは参照によって本明細書に加入されている米国特許第2,488,440号に記載されている。
二酸化チタンの冷却は慣用的な煙道、すなわち実質的に平滑な内側を持つ導管ですることができる。または所望により、フィン付煙道、すなわち多数の実質的に長手方向の、内側の凸部、凹部またはその両方を有する導管を使用することができる。適当なフィン付煙道は米国特許第4,937,064号に記述されており、その内容は参照により本明細書に組み入れる。
しかしながら製造速度が増大するにつれあるいは追加的な冷却が必要な場合、煙道の内径は、それがTiCl4をTiO2へと酸化する反応器の流出口の内径より大きいように時には増大される必要がある。従って好適な遷移部が存在する必要がある。
発明の概要
（ａ）反応器内で四塩化チタンを気相で酸素と反応させて二酸化チタンを生成させ、そして（ｂ）引続いて慣用的な煙道、フィン付煙道またはこれらの組み合わせから選択される煙道であって、前記反応器の流出口の内径が煙道の流入口の内径より小さい煙道に二酸化チタンを通過させてこれを冷却することにより二酸化チタンを製造する方法において、
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより小さい端末が反応器によって生成された二酸化チタンを受容し、ここで該截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより小さい端末は前記反応器の出口に連結されており；
前記二酸化チタンを前記截頭円錐状フィン付煙道導管に通過させ；そして
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより大きい端末が煙道によって受容される二酸化チタンを排出し、ここで該截頭円錐状フィン付煙道導管の直径のより大きい端末は前記煙道の流入口に連結されている
ことを特徴とする改良された方法。
図面の略述
図１は本発明の截頭円錐状フィン付煙道導管の一態様の長手方向の断面である。
図２は図１の截頭円錐状フィン付煙道導管の直径の大きい端末の断面図である。
図３は図１の截頭円錐状フィン付煙道導管の直径の小さい端末の断面図である。
本発明の方法はTiO2の大きな粒子特に直径が0.6ミクロンを越える粒子の量を減少できることが判っている。本発明の方法は、CBUと粒子寸法とを受容可能なものに保ちつつより大きい製造速度を可能にもできる。
発明の詳述
酸素を四塩化炭素と気相で反応させることにより二酸化チタン顔料を製造する方法は、例えば米国特許第2,488,439、2,488,440、2,559,638、2,833,627、3,208,866および3,505,091号の各明細書中に開示されている。このような特許の開示は参照によって本明細書に加入されている。
このような反応は、二酸化チタンを製造するのに適した温度および圧力で酸素と四塩化チタンが導入される管または導管の形の反応器内で典型的に起きる。このような反応では一般に火焔が生まれる。
煙  道
火焔の下流で生成される二酸化チタンは、追加的な長さの導管を通過するように供給され、そこで冷却が起きる。煙道は所望の冷却を達成するのに必要なだけ長くなければならない。一般に煙道は水冷されまた約50〜3000フィート、望ましくは約100〜2500フィートそして最も望ましくは約200〜2000フィートの長さでありうる。
煙道は慣用的な煙道、フィン付煙道またはこれらの組み合わせであってよい。
好ましいフィン付煙道は米国特許第4,937,064号明細書に記載されており、これは参照によって本明細書に加入されている。フィン付煙道は実質的に長手方向に沿った内側の多数の凸部、凹部またはこれら双方を有するであろう。好適な凸部の例には隆起および（または）フィンがある。凹部に例には溝および（または）切り取りがある。凸部と凹部との双方な例には、波形面のある管のように、形状が類似する凸部と凹部とを有する導管がある。好ましいのは凸部を有するフィン付煙道であり、特に好ましいのは内側フィンを有するフィン付煙道である。好ましい他の一態様は中空の内側フィンを有するフィン付煙道である。
本発明で使用するフィン付煙道は、過大な撹乱を惹起しない適当な任意の形状を有してよい。フィン付煙道は円形である、すなわち管の形状をもつのが好ましい。
本発明で使用するフィン付煙道は慣用の煙道より一層高価であるので、典型的には煙道の一部のみがフィン付煙道であろう。また、TiO2の冷却のほとんどは二酸化チタンの火焔の直近に使用され、そして顔料粒子の生長および（または）集塊化の実質的なすべてあるいはほとんどが終息する点に達するまで続いているであろう。使用されるフィン付煙道の長さは典型的に約５〜500フィート、一層望ましくは約５〜300フィートそして最も望ましくは約５〜100フィートであろう。しかしながら所望とあれば煙道のすべてあるいはほとんどがフィン付煙道であってよく、またもしそうであるならこれによって所望の長さが減少する。これはフィン付煙道が与える冷却効率がより大きいことによる。
フィン付煙道を設計するには以下の追加的な考慮を払うべきである。
・  冷却を増大するために一般にはできるだけ多くの凸部および（または）凹部があるべきだが、ただし（１）多すぎて間隔が接近する結果、顔料または、煙道をこすり磨くために注入される何らかの物質が凸部および（または）凹部の間に付着するほどこれらが多くなく、また（２）凸部が著しく摩蝕または腐蝕するほど薄くないものとする。凸部および（または）凹部の間の間隔はほぼ等しいのが好ましい。
・  一般に凸部および（または）凹部は実質的に長手方向にある、つまりフィン付煙道の長手の向きに沿って位置すべきである。「実質的に長手方向」とは凸部および（または）凹部が実質的に平行である（つまり導管の軸に対して平行である）かある程度の角度をなす（つまりライフルの銃身内の溝のように）ことを意味する。凸部および（または）凹部は実質的に平行であるのが好ましいであろう。
・  凸部の高さについては、冷却を増大するためにできるだけ高いのが好ましいが、摩蝕を著しくしたり（高い先端温度のため）あるいは撹乱の増大を惹起するほど高くてはならない。
・  フィン付煙道の材料は塩素に耐えまた良好な伝熱特性を有する任意の物質であるべきで、好ましいのはニッケルあるいはニッケル合金例えばNickel 200またはNickel 201として商業的に入手できる合金である。Nickel 200はニッケルを最低99％含有する工業的に純粋な鍛造ニッケルである。Nickel 201はNickel 200の低カーボンのものである。
・  凸部の先端は凸部に基底より薄くなければならず、好ましいものは台形状の凸部であって凸部間の空間が丸味を帯びた凹部となったものである。
・  凸部にはテーパがある、すなわち煙道の流入部および流出部は凸部の最も高い個所より低い高さの凸部を有するのが好ましく、特に好ましいのはテーパがありそして流入口および流出口において煙道の内側と高さが等しい凸部である。
・  本発明のフィン付煙道の内径は、煙道内のTiO2および他の物質の速度およびその他の条件に対して著しい撹乱を煙道自体が生まないような内径であるのが好ましい。フィン付煙道の典型的な内径は約２〜50インチ、望ましくは約５〜30インチそして最も望ましくは約６〜20インチである。フィン付煙道はしばしば、それが接続する慣用の煙道の内径より大きい内径を有する導管を有するであろう。上記および本明細書の他の個所で用いる場合、（ａ）「内径」とは互いに向き合う煙道内の２つの最も低い個所の間の距離を意味し、また（ｂ）「上流」または「下流」とは煙道を通過する二酸化チタン顔料の流れに関していう。互いに向き合う凸部の先端どおしで測定する場合、フィン付煙道の直径は、それが接続する慣用の煙道の直径より大きいか大体等しいのが好ましい。
・  TiO2顔料の光沢特性を最適にするのが好ましいならば凸部および（または）凹部は、冷却速度を減少することなく撹乱を低下するように設計されるべきである。逆にTiO2顔料のCBUを最適にするのが好ましいならば、撹乱を増大することなく冷却速度を向上するように設計されるべきである。
截頭円錐状導管
截頭円錐状フィン付煙道導管は実質的に長手方向にある内部の多数の凸部、凹部またはこれら両方を有する。截頭円錐状フィン付煙道導管のための凸部および凹部を設計するための因子および考慮点は、フィン付煙道に関して上述したことと同様である。フィン付煙道もまた使用する場合、截頭円錐状フィン付煙道導管の凸部および凹部はフィン付煙道の凸部および凹部と整合するのが好ましい。
截頭円錐状のフィン付煙道導管と連結して慣用の煙道を使用する場合、このような截頭円錐状フィン付煙道導管の長さは一般に約５〜500フィート、一層望ましくは５〜300フィート、そして最も望ましくは約５〜100フィートであろう。フィン付煙道が截頭円錐状フィン付煙道導管と連結して使用される場合、このような截頭円錐状フィン付煙道導管の長さはより短くてよい。つまり一般に約0.5〜100フィート、望ましくは約１〜50フィートそして最も望ましくは約１〜20フィートであってよい。（１）截頭円錐状フィン付煙道導管のみを使用する場合その長さは、あるいは截頭円錐状フィン付煙道導管およびフィン付煙道を組み合わせて使用する場合それらの合計の長さは、TiO2の集塊化およびその粒子寸法の生長がすべてまたはほとんど起きるのに十分であるのが好ましい。
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径がより小さい端末は、工程（ａ）の反応器のための流出口の内径と大体等しい内径を有するのが好ましい。また、截頭円錐状フィン付煙道導管の直径がより大きい端末は、煙道の内径と大体等しい内径を有するのがやはり好ましい。
反応器と截頭円錐状フィン付煙道導管との間には、この導管および煙道の内壁に付着する二酸化チタンを擦り磨きそして除去するために粒状固体が注入される導管部分（以下「擦り磨き導管」と称する）があるであろう。このような擦り磨き導管を使用する場合、一般にそれへの流入口は反応器の流出口と連結されそしてこのような擦り磨き導管の流出口は截頭円錐状フィン付煙道導管の直径がより小さい端末に連結される。従って本明細書で用いる場合、「反応器の流出口」とは、擦り磨き導管がこの反応器に連結されていない時には反応器の実際の流出口を、また擦り磨き導管が反応器の出口に連結されている時には擦り磨き導管の流出口を意味する。
截頭円錐状フィン付煙道導管の直径がより小さい末端は一般に反応器の出口に連結し、またこの導管の直径がより大きい末端は煙道の流入口に連結する。
截頭円錐状フィン付煙道導管の材料は、塩素に耐えそして良好な伝熱特性を有する任意の材料であってよい。好ましいものはニッケルまたはニッケル合金例えば商業的に入手できるNickel 200またはNickel 201である。
実施例  １
蒸発したAlCl3を含むTiCl4蒸気を加熱しそして米国特許第3,203,763号明細書に開示されているタイプの気相反応器の上流部分に連続的に導入した。同時に、TiCl4に隣接する別な流入口を通じて予熱した酸素を計量しそして反応器内に連続的に導入した。反応器には、粒状の擦り磨き用物質を導入する擦り磨き導管を連結した。
擦り磨き導管の下流端には、（ａ）図１、２および３に示す本発明の截頭円錐状フィン付煙道、または（ｂ）本質的には同じであるがフィンでなく平滑な内面を有する導管（以下、慣用の截頭円錐状導管と称する）を接続した。
慣用の截頭円錐状導管または截頭円錐状フィン付煙道導管のいずれを試験するにせよ、これらの直径の小さい端末を擦り磨き導管の流出口（つまり下流端）に接続した。
慣用の截頭円錐状導管および截頭円錐状フィン付煙道導管の内径はともに、直径の小さい端末から直径の大きい端末へと約30％増大した。慣用の截頭円錐状導管または截頭円錐状フィン付煙道導管のいずれを試験するにせよ、これらの直径の大きい端末をフィン付煙道に連結した。フィン付煙道の流出口を慣用の煙道に連結した。
上記の反応器系を使用して二酸化チタンを一定速度で製造した。操作１は慣用の截頭円錐状導管を用いて実施しまた操作２は図１、２および３に示す本発明の截頭円錐状フィン付煙道導管を用いて実施した。本発明の截頭円錐状フィン付煙道導管を使用すると、粒子寸法が0.6ミクロンを越える二酸化チタンの量が5.6％減少することが判った。操作１から操作２に至るいくつかの条件の差は以下のとおりであった。
・絶対圧力                               5.0％増加
・CBU                                    1.6％減少
・アルカリ金属核剤                      19.3％減少
圧力、CBUおよびアルカリ金属核剤が各操作について同じであるならば、粒子寸法が0.6ミクロンを越える二酸化チタンの量の減少は約4.6％であることが期待されるであろう。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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