特許 5668045 インジェクターアッセンブリ、化学反応装置、および化学プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5668045

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】インジェクターアッセンブリ、化学反応装置、および化学プロセス

(51)【国際特許分類】

   C01G 23/07 20060101AFI20150122BHJP

   B01J 19/26 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   C01G23/07

   B01J19/26

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-267149(P2012-267149)

(22)【出願日】2012年12月6日

(62)【分割の表示】特願2010-506190(P2010-506190)の分割

【原出願日】2008年3月20日

(65)【公開番号】特開2013-82617(P2013-82617A)

(43)【公開日】2013年5月9日

【審査請求日】2013年1月7日

(31)【優先権主張番号】11/799,875

(32)【優先日】2007年5月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500002799

【氏名又は名称】トロノックス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】フリン、 ハリー イー．

(72)【発明者】

【氏名】マーティン、 ロバート オー．

(72)【発明者】

【氏名】ナタリー、 チャールズ エイ．

【審査官】 田澤 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４９−０３０９１６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特表２００３−５０５２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４８０３０５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５０９７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０８７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１３１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｇ ２３／００−２３／０８

Ｂ０１Ｊ １９／００−１９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス状のハロゲン化チタンと酸素とを反応させ、酸化チタン粒子を製造する化学反応装置であって、
反応装置導管であって、前記反応装置導管は、第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１及び第２の部分の各々は、上流端部と、下流端部と、前記上流端部と下流端部との間に配置された反応装置導管開口部を規定する反応装置導管壁とを有する反応装置導管であり、前記反応装置導管はそれを通して成分の流れを導くことができる前記反応装置導管と、
前記成分の流れの中に追加の成分を注入し、ナタリー数が０．５又はそれ以下である結果としての成分流れを提供するためのインジェクターアセンブリであって、前記ナタリー数は、前記追加の成分が前記成分流れに対して注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍に相当する距離だけ下流において決定され、前記インジェクターアセンブリは、前記反応装置導管の第１の部分の下流端部と前記反応装置導管の第２の部分の上流端部との間に配置され、前記反応装置導管の前記第１の部分及び第２の部分を相互に流体的に結合するものであるインジェクターアセンブリと
を有し、
前記結果としての成分流れに対応する前記ナタリー数は、

【数1】

で定義され、
Ｃavgは、前記追加の成分が前記成分流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍の距離だけ下流にある位置における、前記追加成分の平均理論濃度であり、
Ｃ１は、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における、前記反応装置導管の断面にわたるおよそ１０００以上の離間された場所における前記追加の成分の実際の濃度であり、
Ａは、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における前記反応装置導管の断面積である
化学反応装置。

【請求項2】

請求項１の化学反応装置であって、前記反応装置導管はさらに、前記反応装置導管の、前記第１の部分の下流端部と前記第２の部分の上流端部との間に配置された反応装置導管開口部を規定する反応装置導管壁を含む化学反応装置。

【請求項3】

請求項２の化学反応装置であって、前記インジェクターアセンブリは、上流端部と、下流端部と、インジェクター導管の上流端部と下流端部との間に配置されたインジェクター導管壁とを含み、
前記インジェクター導管壁は、インジェクター導管開口部を規定し、前記インジェクター導管開口部は、前記反応装置導管の第１の部分及び第２の部分の前記導管開口部と整列し、且つ、それらと流体的に連通するものであり、
前記インジェクター導管壁は、当該壁を通って延びかつ前記反応装置導管における前記成分流れの中に前記追加の成分を横方向に注入するように形成された少なくとも１つのポートを含むことを特徴とする化学反応装置。

【請求項4】

請求項３の化学反応装置であって、前記インジェクターアセンブリはさらに、追加の成分の源と、インジェクター導管壁の断面周囲部に沿って前記インジェクター導管壁の外側の周りに延びる外側チャンバーとを含み、前記外側チャンバーは、前記少なくとも１つのポートと流体連通し、前記追加成分の源とからの追加成分を受けるための入口を有する化学反応装置。

【請求項5】

請求項４の化学反応装置であって、前記インジェクター導管壁は、当該壁を通って延びる複数のポートを有し、前記外側チャンバーは、前記複数のポートの各々と流体連通する化学反応装置。

【請求項6】

請求項５の化学反応装置であって、前記インジェクターアセンブリはさらに、前記インジェクター導管と前記外側チャンバーとの間に配置されたスペーサー板を含み、前記スペーサー板は、前記複数のポートと前記外側チャンバーとの間に配置された通路を含み、前記複数の通路の各々は、対応するポートと前記外側チャンバーとをお互いに流体的に連結する化学反応装置。

【請求項7】

請求項６の化学反応装置であって、前記外側チャンバーは、前記インジェクター導管壁の外側の周りに且つインジェクター導管の断面周囲部に沿い、かつ、前記反応装置導管の長手軸にほぼ直交している方向に前記スペーサー板の周りに延びる導管である化学反応装置。

【請求項8】

請求項４の化学反応装置であって、前記インジェクターアセンブリは、前記外側チャンバーの中に前記追加成分を受け入れるように形成され、その際その受け入れ態様は、前記追加成分を前記外側チャンバーを通って旋回せしめる態様であるところの化学反応装置。

【請求項9】

請求項３の化学反応装置であって、前記少なくとも１つのポートは、１．６ｃｍの直径を有する化学反応装置。

【請求項10】

請求項９の化学反応装置であって、前記追加の成分は、０．１８９ｋｇ／秒の速度で注入され、結果としての成分ストリームの流れの割合は、２．５ｋｇ／秒である化学反応装置。

【請求項11】

請求項３の化学反応装置であって、さらに第３の反応装置導管を有し、かつ、前記第３の反応装置導管と前記第２の反応装置導管との間に配置された第２のインジェクター導管とを有する化学反応装置。

【請求項12】

請求項１の化学反応装置であって、前記化学反応装置は、結果としての成分ストリームが、前記反応装置導管を通って、少なくとも３０．５ｍ／秒〜２４４ｍ／秒の速度で流れをもたらすように設計されている化学反応装置。

【請求項13】

請求項１の化学反応装置であって、前記結果としての成分ストリームのナタリー数は、０．３又はそれより小さいことを特徴とする化学反応装置。

【請求項14】

チタン酸化物を製造する方法であって、
ガス状のハロゲン化チタン及び酸素を反応装置の導管の第１の反応領域へ導入し、前記ハロゲン化チタン及び酸素が反応物ストリームとして前記反応装置導管の長手軸に沿って導管を通って流れるようにするステップと、
ガス状ハロゲン化チタン及び酸素及びそれらの混合物から選ばれた追加の成分を、前記第１の反応領域の下流にある、前記反応装置導管の第２の反応領域へ導入するステップであって、前記追加成分は、前記反応装置導管の断面周辺部の周りに、間をおいて配置された複数のポートから前記反応物ストリームの中へ、結果としての成分ストリームが０．５あるいはそれ以下のナタリー数を有するように横方向に注入され、ここに前記ナタリー数は、前記追加成分が前記成分ストリームの内部へ注入される場所から前記反応装置導管の３倍の距離だけ下流側の位置で決定されるものであるステップと、
前記ハロゲン化チタンと酸素とを、前記反応装置導管の前記第１及び／又は第２反応領域において気相で反応せしめ、チタン酸化物粒子とガス状反応生成物を形成するステップと、
前記チタン酸化物粒子を前記ガス状反応生成物から分離するステップと
を有し、
前記結果としての成分流れに対応する前記ナタリー数は、

【数2】

で定義され、
Ｃavgは、前記追加の成分が前記成分流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍の距離だけ下流にある位置における、前記追加成分の平均理論濃度であり、
Ｃ１は、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における、前記反応装置導管の断面にわたるおよそ１０００以上の離間された場所における前記追加の成分の実際の濃度であり、
Ａは、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における前記反応装置導管の断面積である
チタン酸化物を製造する方法。

【請求項15】

請求項１４の方法であって、前記結果としての成分ストリームのナタリー数は０．３かそれ以下である請求項１４の方法。

【請求項16】

請求項１４の方法であって、前記追加成分は、外側チャンバーから前記反応装置導管における前記複数のポートに導かれるものであり、前記外側チャンバーは、前記反応装置導管の長手軸に少なくとも概略直交する方向において、前記反応装置導管の外側に、当該導管の断面周辺部に沿って延びる導管である方法。

【請求項17】

請求項１６の方法であって、前記追加成分を前記外側チャンバーを通って、前記外側チャンバーの長手方向軸に沿って渦巻き運動させるステップを有する方法。

【請求項18】

請求項１４の方法であって、前記追加成分は、追加のハロゲン化チタンである方法。

【請求項19】

請求項１８の方法であって、前記反応装置導管の前記第１及び第２の反応領域に導入されるハロゲン化チタンは、四塩化チタンである方法。

【請求項20】

ガス状のハロゲン化チタンと酸素とを反応させ、酸化チタン粒子を製造する化学反応装置であって、
反応装置導管であって、前記反応装置導管は、第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１及び第２の部分の各々は、上流端部と、下流端部と、前記上流端部と下流端部との間に配置された反応装置導管開口部を規定する反応装置導管壁とを有する反応装置導管であり、前記反応装置導管はそれを通して成分の流れを導くことができる前記反応装置導管と、
前記成分の流れの中に追加の成分を注入し、ナタリー数が０．５又はそれ以下である結果としての成分流れを提供するためのインジェクターアセンブリであって、前記ナタリー数は、前記追加の成分が前記成分流れに対して注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍に相当する距離だけ下流において決定され、前記インジェクターアセンブリは、前記反応装置導管の第１の部分の下流端部と前記反応装置導管の第２の部分の上流端部との間に配置され、前記反応装置導管の前記第１の部分及び第２の部分を相互に流体的に結合するものであるインジェクターアセンブリと
を有し、
前記結果としての成分流れに対応する前記ナタリー数は、

【数3】

で定義され、
Ｃavgは、前記追加の成分が前記成分流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍の距離だけ下流にある位置における、前記追加成分の平均理論濃度であり、
Ｃ１は、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における、前記反応装置導管の断面にわたる複数の離間された場所における前記追加の成分の実際の濃度であり、
Ａは、前記追加の成分が前記成分の流れに注入される場所から前記反応装置導管の直径の３倍だけ下流にある位置における前記反応装置導管の断面積である
化学反応装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

反応物を受け取り、反応物が連続的な原理で混合し反応することを許容するための管状反応装置導管のような、伸張された反応装置導管を含む化学反応装置は良く知られている。そのような反応装置では、反応物ストリームが始動され、反応が行われるにつれて反応装置導管の縦軸に沿って流れるようにされる。反応物と他の成分は、反応装置導管中の様々なポイントにおいて動いている反応物ストリームに注入されることができる。反応した生成物は他の成分（それらはしばしば再利用される）から分離されて回収される。

【0002】

成分がストリーム中の他の成分と完全に混合することを許容するようなやり方で反応物または他の成分を動いている反応物ストリームに注入することは、例えばストリームが比較的高い速度で動いている時に、難しくなることがある。動いているストリームの周囲の周りへの成分の注入は、反応装置導管の内側壁に沿った成分のスリップストリームをしばしば生じる。結果として、成分は主要な反応物ストリームの外側境界層に顕著に浸透せずその中の成分と混合しない。もし反応物が腐食性であれば、反応装置導管壁に損傷をもたらすことができる。

【0003】

これらの問題点に遭遇するプロセスの商業的に重要な例は、塩化物プロセスによる二酸化チタンの製造である。そのようなプロセスでは、ガス状のチタニウムハライド（チタニウムテトラクロライドのような）と酸素のストリームが加熱され、伸張された気相酸化反応装置導管に高いフローレートで導入される。高温（約１０９３℃（２０００°Ｆ）から１５３８℃（２８００°Ｆ））の酸化反応が反応装置導管中で起こり、それによって粒子状の固体二酸化チタンとガス状の反応生成物が生成される。二酸化チタンとガス状の反応生成物はそれから冷却され、二酸化チタン粒子が回収される。固体二酸化チタンは顔料として非常に有用である。

【0004】

二酸化チタンを生成するための塩化物プロセスの容量を増加させるために、反応装置導管中にその中の第一の反応ゾーンの下流に第二の反応ゾーンを作ることができる。予熱されたチタニウムテトラクロライドおよび／または酸素が第二の反応ゾーンに追加されて、第一の反応ゾーンからの酸素および／またはチタニウムテトラクロライドと反応することができる。残念ながら、主要な反応物ストリームが反応装置導管を通して動いている速度のため、それが主要な反応物ストリームの外側境界層を越えて顕著に浸透するようにするようなやり方で追加の反応物を注入することは困難なことがある。追加の反応物は、典型的には反応装置の内側壁に沿って強制され、十分に浸透して主要な反応物ストリームと混合することはない。もし追加の反応物がチタニウムテトラクロライドであれば、反応装置壁への腐食が起こることがある。

【発明の概要】

【0005】

一側面では、発明は、反応装置導管の導管開口部をその縦軸に沿って流れる成分ストリームに追加の成分をより効果的に注入する新規なインジェクターアッセンブリを提供する。インジェクターアッセンブリは、反応装置導管の第一および第二のセクションを一緒に流動的に接続するようなやり方で反応装置導管の第一のセクションの下流端と反応装置導管の第二のセクションの上流端の間に取付け可能となっている。

【0006】

この第一の側面によるインジェクターアッセンブリは、上流端、下流端、および上流端と下流端の間に配置されたインジェクター導管壁を有するインジェクター導管からなる。インジェクター導管壁は、反応装置導管の第一および第二のセクションの導管開口部と流体通信するように揃えることができるインジェクター導管開口部を規定する。インジェクター導管壁は、反応装置導管中の成分ストリームに追加の成分を横向きに注入するための、それを通じて伸びている少なくとも一つのポートを含む。外側チェンバーは、インジェクター導管壁の外側周りにその断面周囲に沿って伸びており、ポートと流体通信している。外側チェンバーは、追加の成分の源から追加の成分を受け取る入口を含む。

【0007】

別の側面では、発明は、向上された反応物インジェクションアッセンブリを組み込んだ化学反応装置を提供する。反応装置は、導管の縦軸と実質的に平行である流路に成分ストリームを通す反応装置導管と、成分ストリームに追加の成分を注入するインジェクターアッセンブリからなる。反応装置導管は、第一のセクションと第二のセクションを含み、第一および第二のセクションの各々は上流端、下流端、および上流端と下流端の間に配置され反応装置導管開口部を規定する反応装置導管壁を有する。

【0008】

インジェクターアッセンブリは、反応装置導管の第一のセクションの下流端と反応装置導管の第二のセクションの上流端の間に配置され、第一および第二のセクションを一緒に流動的に接続する。インジェクターアッセンブリは、インジェクター導管と外側チェンバーを含む。インジェクター導管は、上流端、下流端、および上流端と下流端の間に配置されインジェクター導管開口部を規定するインジェクター導管壁を有する。インジェクター導管開口部は、反応装置導管の第一および第二のセクションの導管開口部と揃えられてそれらと流体通信している。インジェクター導管壁は、成分ストリームに追加の成分を横向きに注入するための、それを通じて伸びている少なくとも一つのポートを含む。

【0009】

反応装置の外側チェンバーは、インジェクター導管壁の周りにその断面周囲に沿って伸びており、ポートと流体通信している。外側チェンバーは、追加の成分の源から追加の成分を受け取る入口を含む。

【0010】

更に別の側面では、発明は、そのような反応装置を使用することによってより効果的に行われる化学プロセスを提供する。プロセスに従って、成分が反応装置導管をその縦軸に沿って成分ストリームとして流れるようにするようなやり方で、反応装置導管中に一つ以上の成分が導入される。反応装置導管の断面周囲の周りに間隔をあけて置かれた複数のポートを通して追加の成分が成分ストリームに横向きに注入される。追加の成分は追加の成分が成分ストリームの外側境界層を顕著に浸透するようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。

【0011】

一実施形態では、発明性のある化学プロセスは、二酸化チタンを生成するプロセスである。ガス状のチタニウムハライド（例えば、チタニウムテトラクロライド）と酸素を、チタニウムハライドと酸素が反応装置導管を通してその縦軸に沿って反応物ストリームとして流れるようにするようなやり方で、反応装置の反応装置導管の第一の反応ゾーンに導入する。ガス状のチタニウムハライド、酸素、およびその混合物から選ばれた追加の成分を、第一の反応ゾーンの下流である反応装置導管中の第二の反応ゾーンに導入する。追加の成分は、追加の成分が反応物ストリームの外側境界層を顕著に浸透するようにさせるのに十分な速度で、反応装置導管の断面周囲の周りに間隔をあけて置かれた複数のポートから反応物ストリームに横向きに注入される。反応装置導管の第一および／または第二の反応ゾーン中でチタニウムハライドと酸素が気相で反応することが許容されて、二酸化チタン粒子とガス状の反応生成物を形成する。二酸化チタン粒子は、それからガス状の反応生成物から分離される。

【0012】

これらの様々な側面は、添付の図面を参照することによってより良く理解される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、発明性のあるインジェクターアッセンブリの実施形態の後方斜視図である。

【図2】図２は、発明性のあるインジェクターアッセンブリの実施形態の前方斜視図である。

【図3】図３は、図１および２に示された発明性のあるインジェクターアッセンブリの実施形態の端面図である。

【図4】図４は、図１−３に示された発明性のあるインジェクターアッセンブリの後面図である。

【図5】図５は、図３の５−５ラインに沿って撮られた断面図である。

【図6】図６は、図４の６−６ラインに沿って撮られた断面図である。

【図7】図７は、発明性のある反応装置の実施形態の断面図である。

【図7A】図７Ａは、図７の７Ａ−７Ａラインに沿って撮られた断面図である。

【図8】図８は、お互いに直接隣接して置かれた発明性のあるインジェクターアッセンブリを２つ含む、発明性のある反応装置の実施形態の断面図である。

【図9】図９は、お互いに対して間隔をあけた関係に置かれた発明性のあるインジェクターアッセンブリを２つ含む、発明性のある反応装置の実施形態の断面図である。

【図10】図１０は、ルチル二酸化チタンを生成するための発明性のあるプロセスの実施形態を描いた概略図面である。

【図11】図１１は、ルチル二酸化チタンを生成するための発明性のあるプロセスにおいて使われた発明性のある反応装置の実施形態の断面図を、関連付けられた成分予熱アッセンブリのダイアグラム表現と共に含む。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで図１−７を参照すると、発明性のあるインジェクターアッセンブリが描かれ全般的に参照番号１０によって示されている。インジェクターアッセンブリ１０の意図された用法は図７によって描かれている。示されるように、インジェクターアッセンブリ１０は、追加の成分（図示せず）を反応装置１８の反応装置導管１６の導管開口部１４を通して反応装置導管の縦軸２０に沿って流れている成分ストリーム１２に注入するためのものである。図７によって示されるように、成分ストリーム１２は矢印２１によって示される方向に流れている。インジェクターアッセンブリ１０は、反応装置導管の第一および第二のセクションを一緒に流動的に接続するようなやり方で反応装置導管１６の第一のセクション２４の下流端２２と反応装置導管の第二のセクション２８の上流端２６の間に取付け可能となっている。

【0015】

成分ストリーム１２に注入された追加の成分は、蒸気、液体またはスラリー状の形態の単一の反応物または他の成分、または反応物および／または他の成分の組み合わせであることができる。同様に、成分ストリームは、蒸気、液体またはスラリー状の形態の一つ以上の反応物または他の成分からなることができる。発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０の主な用法は、ガス状の成分を動いているガス状の成分ストリームに注入することである。例えば、下記のように、発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０は、追加のチタニウムハライド蒸気または酸素を動いているチタニウムハライド／酸素蒸気反応物ストリームに注入して、それにより二酸化チタンを生成するプロセスにおいて第二の反応ゾーンを形成するのに使うことができる。

【0016】

ここで特に図１−６を参照すると、インジェクターアッセンブリ１０は、インジェクター導管３０と外側チェンバー３２からなる。インジェクター導管３０は、上流端３４、下流端３６、およびインジェクター導管壁３８を有する。インジェクター導管壁３８は、インジェクター導管３０の上流端３４と下流端３８の間に配置され、反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８の導管開口部１４と流体通信するように揃えることができるインジェクター導管開口部４０を規定する。例えば、図７によって示されるように、インジェクター導管開口部４０は、インジェクター導管３０と反応装置導管の第一および第二のセクションが一緒に真っ直ぐな経路（または少なくとも近似的に真っ直ぐな経路）で揃えられるように、反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８の導管開口部１４と軸上で揃えられることができる。

【0017】

インジェクター導管壁３８は、インジェクター導管壁の断面周囲４４の周りに間隔をあけて置かれ、インジェクター導管壁を通して伸びている、反応装置導管１６中の成分ストリーム１２に追加の成分を横向きに注入するための複数のポート４２を含む。図面に示されるように、ポート４２は、導管壁３８の断面周囲４４の周りに等間隔で（または少なくとも近似的に等間隔で）置かれる。

【0018】

ここでおよび添付の請求項で使われているように、反応装置導管１６（または場合によってはインジェクター導管壁３８）の断面周囲とは、反応装置導管１６の縦軸２０（インジェクター導管壁３８の場合には、図７によって示されるようにインジェクターアッセンブリ１０が反応装置導管の第一および第二のセクション２４と２８の間に配置されている時）に対して垂直に（または少なくとも近似的に垂直に）伸びている反応装置導管１６（またはインジェクター導管壁３８）の周囲を意味する。追加の成分を成分ストリーム１２に横向きに注入することは、反応装置導管１６の縦軸２０（よって成分ストリーム１２の縦軸）（インジェクターアッセンブリ１０の場合には、図７によって示されるようにインジェクターアッセンブリ１０が反応装置導管の第一および第二のセクション２４と２８の間に配置されている時）に対して角度をつけて追加の成分を成分ストリーム１２に注入することを意味し、角度は３０°から９０°の範囲である。成分ストリーム１２の外側境界層への顕著な浸透を確かなものとするためには、追加の成分が成分ストリーム１２に注入される、反応装置導管１６の縦軸２０（よって成分ストリーム１２の縦軸）に対する角度が９０°に近ければ近いほど良い。図面によって示されるように、化学反応装置１８は、反応装置導管１６の縦軸２０（よって成分ストリーム１２の縦軸）に対して約９０°の角度で追加の成分を成分ストリーム１２に注入するように設定される。

【0019】

外側チェンバー３２は、インジェクター導管壁３８の外側表面４６の周りにその断面周囲４４に沿って伸びており、ポート４２と流体通信している。外側チェンバー３２は、追加の成分の源（図示せず）から成分ストリーム１２に注入されるべき追加の成分を受け取るための入口４８を含む。入口４８は、フランジ５０と、フランジが入口に成分を通している導管または他の構造（図示せず）の対応するフランジに取り付けられる（例えば、ボルト止めされる）ことを許容するための対応する開口部５２を含む。

【0020】

スペーサー板６０は、インジェクター導管３０と外側チェンバー３２の間に配置される。図面によって示されるように、スペーサー板６０の長さとインジェクター導管１６の長さは同じである。ここでおよび添付の請求項で使われているように、スペーサー板とインジェクター導管の各々の長さとは、反応装置導管１６の縦軸２０（インジェクターアッセンブリ１０の場合には、図７によって示されるようにインジェクターアッセンブリ１０が反応装置導管の第一および第二のセクション２４と２８の間に配置されている時）に沿って伸びている部品の寸法を意味する。図４によって最も良く示されるように、スペーサー板６０は、ポート４２の各々と外側チェンバー３２の間に配置された通路６２を含む。各通路６２は対応するポート４２と外側チェンバー３２を一緒に流動的に接続する。

【0021】

スペーサー板６０は、インジェクターアッセンブリ１０が反応装置導管１６のそれぞれ第一および第二のセクション２４と２８の間に容易に取り付けられることを許容する。スペーサー板６０は、後方表面６４と対向する前面表面６６を含む。スペーサー板６０の後方表面６４は（図１によって示されるように）外側チェンバー３２に対して差し込まれる一方、スペーサー板の前方表面６６は（図２によって示されるように）外側チェンバーに対して外向きに伸びている。後方表面６４の差し込みの性質とスペーサー板６０の前方表面６６の外側チェンバー３２に対する外向きの伸張は、図８によって示されるように２つのインジェクターアッセンブリが一緒に背中合わせで容易にボルト止めされることを許容する。

【0022】

複数の開口部６８がスペーサー板６０を通して板の後方表面６４から前方表面６６まで伸びている。図７によって示されるように、反応装置導管１６の第一のセクション２４は、その中に複数の開口部７２を持つフランジ７０を含む。同様に、反応装置導管１６の第二のセクション２８は、その中に複数の開口部７２を持つフランジ７４を含む。反応装置導管１６の第一のセクション２４のフランジ７０は、スペーサー板６０の後方表面６４に取り付けられることができ、反応装置導管の第二のセクション２８のフランジ７４は、スペーサー板の前方表面６６に取り付けられることができる。ガスケット７６が、フランジ７０と７４の各々とスペーサー板６０の間に配置されて適切な密封を確かなものとすることができる。ボルト７８が、フランジ７０中の開口部７２、スペーサー板６０中の対応する開口部６８、およびフランジ７４中の対応する開口部７２を通して伸ばされることができ、ナット８０が、ボルトに螺子止めされて反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８をスペーサー板に取り付けて、間接的に一緒にされることができる。このようにして、反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８はインジェクターアッセンブリ１０に流動的に接続され、間接的に一緒に流動的に接続されることができる。反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８とインジェクター導管３０は実効的に、反応装置導管の断面周囲の周りに間隔をあけて置かれたポート４２をもった単一の反応装置導管になる。

【0023】

図面によって示されるように、インジェクター導管３０（よってインジェクター導管開口部４０）とスペーサー板６０は、円形の断面形状を有する。円形の断面形状はインジェクターアッセンブリ１０を、管状反応装置導管との関連で使用するのに特に好適なものにする。しかしながら、インジェクター導管３０（よってインジェクター導管開口部４０）とスペーサー板６０は、他の断面形状を有することもできる。限定的でない例には、卵形、正方形、およびその他の多角形断面形状を含む。

【0024】

図面によって示されるように、外側チェンバー３２は、円形断面形状を有する導管である。しかしながら、外側チェンバー３２は他の断面形状を有することもできる。限定的でない例には、卵形、正方形、およびその他の多角形断面形状を含む。

【0025】

ここで図７−９と１１を参照すると、発明性のある化学反応装置が描かれ全般的に参照番号１８によって示されている。反応装置は、成分ストリーム１２を反応装置導管の縦軸２０に平行な（または少なくとも近似的に平行な）流路に通すための反応装置導管１６からなる。反応装置導管１６は、第一のセクション２４と第二のセクション２８を含み、第一および第二のセクションの各々は、下流端２２、上流端２６、および上流端と下流端の間に配置され反応装置導管開口部１４を規定する反応装置導管壁８８を有する。

【0026】

発明性のある反応装置１８は更に、追加の成分（図示せず）を成分ストリーム１２に注入するための、上に記載され図面に描かれたような発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０からなる。インジェクターアッセンブリ１０は反応装置導管１６の第一のセクション２４の下流端２２と反応装置導管の第二のセクション２８の上流端２６との間に配置され、反応装置導管の第一および第二のセクションを一緒に流動的に接続する。図面に示されているように、反応装置導管１６の第一のセクション２４のフランジ７０はスペーサー板６０の後方表面６４に取り付けられ、反応装置導管の第二のセクション２８のフランジ７４はスペーサー板の前方表面６６に取り付けられている。ガスケット７６が、フランジ７０と７４の各々とスペーサー板６０の間に配置されて適切な密封を確かなものとする。ボルト７８が、フランジ７０中の開口部７２、スペーサー板６０中の対応する開口部６８、およびフランジ７４中の対応する開口部７２を通して伸ばされ、ナット８０が、ボルトに螺子止めされて反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８をスペーサー板に取り付けて、間接的に一緒にされる。

【0027】

インジェクターアッセンブリ１０のインジェクター導管３０のインジェクター導管開口部４０は、反応装置導管１６の第一のセクション２４および第二のセクション２８の反応装置導管開口部１４と揃えられ、それらと流体通信している。このようにして、反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８とインジェクター導管３０は実効的に、反応装置導管の断面周囲４４の周りに間隔をあけて置かれたポート４２をもった単一の反応装置導管である。図面によって示されているように、その第一および第二のセクション２４と２８を含んだ反応装置導管１６とインジェクター導管３０は、真っ直ぐな経路（または少なくとも近似的に真っ直ぐな経路）で一緒に軸上で揃えられる。図面によって示されるように、反応装置導管１６（第一および第二のセクション２４と２８を含む）と従ってその反応装置導管開口部１４とインジェクター導管３０とインジェクター導管開口部４０は、各々円形の断面形状を有する。示されるように、反応装置導管開口部１４とインジェクター導管開口部４０の直径は同じか少なくとも近似的に同じである。外側チェンバー３２は、インジェクター導管壁３８の外側表面４６の周りにその断面周囲４４に沿ってと、反応装置導管１６の縦軸２０に垂直なまたは少なくとも近似的に垂直な方向にあるスペーサー板の周りに伸びている導管である。

【0028】

もし望ましければ、反応装置１８は、反応装置導管１６中の成分ストリーム１２に一つ以上の成分を注入する一連のインジェクターアッセンブリ１０を含むことがもし望ましければできる。例えば、図８によって示されるように、２つのインジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂが、反応装置導管の第一のセクション２４の下流端２２と反応装置導管の第二のセクション２８の上流端２６の間にお互いに直接隣接して配置される。反応装置導管１６の第一のセクション２４のフランジ７０はインジェクターアッセンブリ１０ａのスペーサー板６０の後方表面６４に取り付けられる。同様に、反応装置導管の第二のセクション２８のフランジ７４はインジェクターアッセンブリ１０ｂのスペーサー板６０の前方表面６６に取り付けられる。ガスケット７６が、フランジ７０と７４の各々と対応するスペーサー板６０の間と、インジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂのスペーサー板６０の前方表面６６の間に配置されて適切な密封を確かなものとする。ボルト７８が、フランジ７０中の開口部７２、スペーサー板６０中の対応する開口部６８、およびフランジ７４中の対応する開口部７２を通して伸ばされ、ナット８０が、ボルトに螺子止めされて反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８をスペーサー板６０に取り付けて、間接的に一緒にされる。このようにして、反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８は、インジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂに流動的に接続され、間接的に一緒に接続される。反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８とインジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂのインジェクター導管３０は実効的に、反応装置導管の断面周囲の周りに間隔をあけて置かれたポート４２をもった単一の反応装置導管になる。

【0029】

別の例として、図９によって示されるように。２つのインジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂが、反応装置導管１６中にお互いに対して間隔をあけた関係で配置される。インジェクターアッセンブリ１０ａは、反応装置導管の第一のセクション２４の下流端２２と反応装置導管の第二のセクション２８の上流端２６の間に配置される。反応装置導管１６の第一のセクション２４のフランジ７０はインジェクターアッセンブリ１０ａのスペーサー板６０の後方表面６４に取り付けられる。反応装置導管１６の第二のセクション２８のフランジ７４はインジェクターアッセンブリ１０ａの前方表面６６に取り付けられる。ガスケット７６が、フランジ７０と７４の各々とスペーサー板６０の間に配置されて適切な密封を確かなものとする。ボルト７８が、フランジ７０中の開口部７２、スペーサー板６０中の対応する開口部６８、およびフランジ７４中の対応する開口部７２を通して伸ばされ、ナット８０が、ボルトに螺子止めされて反応装置導管１６の第一および第二のセクション２４と２８をスペーサー板６０に取り付けて、間接的に一緒にされる。同様に、インジェクターアッセンブリ１０ｂは、反応装置導管の第二のセクション２８の下流端９４と反応装置導管の第三のセクション１００の上流端９８の間に配置される。反応装置導管１６の第二のセクション２８のフランジ１０２はインジェクターアッセンブリ１０ｂのスペーサー板６０の後方表面６４に取り付けられる。反応装置導管１６の第三のセクション１００のフランジ１０４はインジェクターアッセンブリ１０ｂの前方表面６６に取り付けられる。ガスケット７６が、フランジ１０２と１０４の各々とスペーサー板６０の間に配置されて適切な密封を確かなものとする。ボルト７８が、フランジ１０２中の開口部７２、スペーサー板６０中の対応する開口部６８、およびフランジ１０４中の対応する開口部７２を通して伸ばされ、ナット８０が、ボルトに螺子止めされて反応装置導管１６の第二および第三のセクション２８と１００をスペーサー板６０に取り付けて、間接的にされる。このようにして、反応装置導管１６の第一、第二、および第三のセクション２４と２８と１００は、インジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂに流動的に接続され、間接的に一緒に接続される。反応装置導管１６の第一、第二、および第三のセクション２４と２８と１００とインジェクターアッセンブリ１０ａと１０ｂのインジェクター導管３０は実効的に、反応装置導管の断面周囲の周りに間隔をあけて置かれたポート４２をもった単一の反応装置導管になる。

【0030】

当業者によって理解されるように、発明性のある化学反応装置１８は他の部品を含むこともできる。例えば、図１１によって示され以下で更に記載されるように、一描写的実施形態では、反応装置１８は成分ストリーム１２を形成するための成分を予熱する予熱アッセンブリ１２４と１２６からなる。インジェクターアッセンブリ１３２と１３４が、反応装置導管１６に予熱された成分を注入するために含まれる。インジェクションチューブ１３５が、反応装置導管１６の縦軸２０に沿ってまたは概ね沿って成分ストリーム１２に追加の成分を直接導入するために設けられている。

【0031】

ここで図７と７Ａを参照すると、発明性のある化学プロセスが描かれている。成分が反応装置導管をその縦軸２０に沿って成分ストリーム１２として流れるようにするようなやり方で、反応装置１８の反応装置導管１６中に一つ以上の成分が導入される。追加の成分がそれから成分ストリーム１２に（上で規定されたように）横向きに注入される。追加の成分は、反応装置導管１６の断面周囲１０８の周りに間隔をあけて置かれた複数のポート（例えば、発明性のある化学反応装置１８の発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０のポート４２）を通して成分ストリーム１２に横向きに注入される。一実施形態では、それを通して追加の成分が成分ストリーム１２に注入されるポートは、反応装置導管１６の断面周囲１０８の周りに等間隔で（または少なくとも近似的に等間隔で）置かれる。

【0032】

追加の成分は、追加の成分が成分ストリーム１２の外側境界層１１０に顕著に浸透するようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。一実施形態では、追加の成分は、結果として得られる成分ストリーム１２（即ち、追加の成分のそこへの注入後の成分ストリーム１２）に対応するナタリー数が０から０．５の範囲になるようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。別の実施形態では、追加の成分は、結果として得られる成分ストリーム１２に対応するナタリー数が０．３以下になるようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。ここでおよび添付の請求項で使われ規定されるように、結果として得られる成分ストリーム１２に対応するナタリー数は、ストリーム中の追加の成分の注入のポイントの３パイプ直径分（即ち、３掛ける反応装置導管１６の直径である距離）下流であるストリーム中のポイント（「問われているポイント」）において決定される。

【0033】

ナタリー数は、メインストリーム中のポイントにおける成分の濃度と成分がそのようなポイントにおいてメインストリームと完璧に混合されていることを仮定したメインストリーム中の同じポイントにおける成分の理論的濃度の間の分散を表すかまたは定量化する。断面面積に跨って間隔をあけて置かれた約１０００の位置の各々における濃度Ｃ１を計算するのに計算的流体力学が使われる。もし成分が問われているポイントにおいてメインストリームと完璧に混合されていれば、分散は零（０）である。他方、もし成分が問われているポイントにおいてメインストリームと完全に混合されていなければ、分散は一（１）である。

【0034】

よって、問われているポイントにおける結果として得られる成分ストリーム１２に対応するナタリー数は、追加の成分が外側境界層１１０を浸透して成分ストリーム１２と混合した度合いを反映するものである。結果として得られる成分ストリーム１２に対応するナタリー数（ＮＮａ）は、以下の式に従って決定される：

【数1】

【0035】

ここで
Ｃａｖｇ＝追加の成分が結果として得られる成分ストリーム１２と完全に混合されていることを仮定した、問われているポイントにおける追加の成分の平均濃度；
Ｃ１＝断面面積に跨って間隔をあけて置かれた約１０００の位置の各々における追加の成分の実際の濃度；
Ａ＝問われているポイントにおける反応装置導管１６の断面面積
である。

【0036】

結果として得られる成分ストリーム１２に対応するナタリー数（ＮＮａ）の決定は以下の例Ｉによって更に描写される。

【0037】

一実施形態では、追加の成分は、反応装置導管１６中のポート（インジェクターアッセンブリ１０のポート４２のような）へ反応装置導管１６の外側１１２周りにその断面周囲１０８に沿って伸びる外側チェンバー（インジェクター導管１０の外側チェンバー３２のような）から通される。外側チェンバー３２は、反応装置導管１６の縦軸２０に垂直かまたは少なくとも近似的に垂直な方向で反応装置導管１６の外側１１２周りにその断面周囲１０８に沿って伸びている導管（反応装置１８のインジェクター導管１０の外側チェンバー３２のような）である。追加の成分は、追加の成分が外側チェンバーを通してその縦軸に沿って渦を巻くようにするようなやり方で（例えば、十分な速度で）外側チェンバーに注入されることができる。追加の成分が外側チェンバーを通して渦を巻くようにすることは、例えば、追加の成分が全てのポートに入ることを確かなものとすることを助け得る。成分ストリーム１２に注入された追加の成分は、蒸気、液体またはスラリー状の形態の単一の反応物または他の成分、または反応物および／または他の成分の組み合わせであることができる。

【0038】

ここで図１０と１１を参照して、発明性のあるプロセスに従って二酸化チタンを生成するためのプロセスを記載する。反応装置１８中でガス状のチタニウムハライド（チタニウムテトラクロライドのような）と酸素が気相で連続的に反応して、二酸化チタン粒子とガス状の反応生成物を生成する。酸素（Ｏ２）のストリーム１２０、または酸素含有ガス（「酸素ガスストリーム１２０」）は、ガス状のチタニウムハライドのストリーム１２２（「チタニウムハライドガスストリーム１２２」）と反応装置１８中で少なくとも７００℃（１２９２°Ｆ）の温度で結合される。

【0039】

反応装置１８中で結合される前に、酸素ガスストリーム１２０とチタニウムハライドガスストリーム１２２は、例えばそれぞれ予熱アッセンブリ１２４と１２６中で予熱される。予熱アッセンブリ１２４と１２６は、例えば、シェルおよびチューブ型の成分加熱器であることができる。酸素ガスストリーム１２０はその源１２８から予熱アッセンブリ１２０に通され、１６℃（６０°Ｆ）から１８７１℃（３４００°Ｆ）の範囲内の温度、典型的にはその内の３８℃（１００°Ｆ）から１０５４℃（１９３０°Ｆ）の範囲内の温度、に予熱される。同様に、チタニウムハライドガスストリーム１２２はその源１３０から予熱アッセンブリ１２６に通され、１２１℃（２５０°Ｆ）から９８２℃（１８００°Ｆ）の範囲内の温度、典型的にはその内の１３５℃（２７５°Ｆ）から１７７℃（３５０°Ｆ）の範囲内の温度、に予熱される。

【0040】

予熱された酸素ガスストリーム１２０と予熱されたチタニウムハライドガスストリーム１２２は、予熱アッセンブリ１２４と１２６からそれぞれインジェクションアッセンブリ１３２と１３４に通され、それにより反応装置１８の反応装置導管１６の第一の反応ゾーン１３６に導入される。ストリーム１２０と１２２は、ストリームが反応装置導管１６を通してその縦軸２０に沿って結合された反応物ストリーム１２として流れるようにするようなやり方で、インジェクションアッセンブリ１３２と１３４によって第一の反応ゾーン１３６に導入される。

【0041】

図１１によって示されるように、インジェクションアッセンブリ１３２と１３４は、円筒状の形状のインジェクション導管１４０によって一緒に接続される。インジェクション導管１４０は、上流端１４２、下流端１４４、およびそれを通して軸上に伸びているインジェクション導管開口部１４６を含む。

【0042】

酸素ガスストリームインジェクションアッセンブリ１３２は、下流端１５２、対向する上流端１５４、およびそれを通して軸上に伸びている開口部１５６を有する円筒状の形状の筐体１５０を含む。下流端壁１５８が下流端１５２に固定され、上流端壁１６０が筐体１５０の上流端１５４に固定される。適切な密封を確かなものとするために、ガスケット１６２が下流端壁１５８と下流端１４２と上流端壁１６０と上流端１５４の間に位置される。開口部１５６によって形成される内側直径（即ち、筐体１５０の内側直径）はインジェクション導管１４０の外側直径よりも大きい。

【0043】

インジェクション導管１４０の上流端１４２は、一般にその上流端１４２に近い導管１４０の一部分が筐体１５０の開口部１５６の一部分内に（即ち、筐体の内部に）配置されるように、下流端壁１５８の中央部分１６６を通して伸びる。インジェクション導管１４０の上流端１４２は、筐体１５０の上流端壁１６０から距離をあけて置かれる。開口部１５６によって形成された内側壁（即ち、筐体１５０の内側壁）とインジェクション導管１４０の外側周囲表面１６８の間の空間が、チェンバー１７０を形成する。インジェクション導管１４０の上流端１４２と上流端壁１６０の間の空間が、筐体１５０のチェンバー１７０とインジェクション導管１４０のインジェクション導管開口部１４６の間の流体通信を許容するスロット１７２を形成する。

【0044】

予熱された酸素ガスストリーム１２０は、予熱アッセンブリ１２４から筐体１５０のチェンバー１７０へ筐体１５０内の入口１７６を介して通される。入口１７６は、酸素ガスストリームが入口からチェンバー１７０中に接線方向で注入されてチェンバー中の酸素蒸気ストリームに円形または渦巻き状の動きを導入するようにオフセットされたやり方で筐体１５０に対して位置することができる。円形または渦巻き状の動きは、例えば、酸素蒸気がスロット１７２の円周周りから導管開口部１４６に一様に入ることを確かなものとすることを助け得る。

【0045】

図１１によって示された実施形態では、別のインジェクションチューブ１３５が上流端壁１６０を通して、インジェクション導管１４０の中心に軸上で距離をおいて伸びる。インジェクションチューブ１３５は、反応装置１８の反応装置導管１６中に形成された反応物ストリーム１２中に追加の成分（例えば、精錬剤）を導入するのに使うことができる。

【0046】

チタニウムハライドガスストリームインジェクションアッセンブリ１３４は、下流端１９２、対向する上流端１９４、およびそれを通して軸上に伸びている開口部１９６を有する円筒状の形状の筐体１９０を含む。下流端壁１９８が下流端１９２に固定され、上流端壁２００が筐体１９０の上流端１９４に固定される。適切な密封を確かなものとするために、ガスケット２０２が下流端壁１９８と下流端１９２と上流端壁２００と上流端１９４の間に位置される。開口部１９６によって形成される内側直径（即ち、筐体１９０の内側直径）はインジェクション導管１４０の外側直径よりも大きい。

【0047】

インジェクション導管１４０の下流端１４４は、一般にその下流端１４４に近い導管１４０の一部分が筐体１９０の開口部１９６の一部分内に（即ち、筐体の内部に）配置されるように、上流端壁２００の中央部分２０２を通して伸びる。インジェクション導管１４０の下流端１４４は、筐体１９０の下流端壁１９８から距離をあけて置かれる。開口部１９６によって形成された内側壁（即ち、筐体１９０の内側壁）とインジェクション導管１４０の外側周囲表面１６８の間の空間が、チェンバー２０４を形成する。予熱されたチタニウムハライドガスストリーム１２２は、予熱アッセンブリ１２６から筐体１９０のチェンバー２０４へ筐体１９０内の入口２０６を介して通される。

【0048】

反応装置１８の反応装置導管１６の第一のセクション２４の上流端２０８は、筐体１９０の下流端壁１９８の中央部分２１０を通して伸びる。反応装置導管１６の第一のセクション２４の上流端２０８は、インジェクション導管１４０の下流端１４４から軸上で距離をあけて置かれ、これによりチェンバー２１４中にスロット２１２を形成する。スロット２１２は、チェンバー２０４と反応装置１８の反応装置導管１６の第一のセクション２４の導管開口部１４の間の流体通信を提供する。示されるように、反応装置導管１６の導管開口部１４は、インジェクション導管１４０のインジェクション導管開口部１４６と軸上で揃えられる。

【0049】

入口２１６は、チタニウムハライド蒸気ストリームが入口からチェンバー２０４中に接線方向で注入されてチェンバー中の蒸気ストリームに円形または渦巻き状の動きを導入するようにオフセットされたやり方で筐体１９０に対して位置することができる。円形または渦巻き状の動きは、例えば、チタニウムハライド蒸気がスロット２１２の円周周りから導管開口部１４に一様に入ることを確かなものとすることを助け得る。

【0050】

反応装置導管の第一のセクション２４は、セクションの直径が上流端２０８からその下流端２２へ増加しているフラストコニカルな形状を有することができる。第二および第三のセクション２８と１００も、同様のフラストコニカルな形状を有することができる。

【0051】

ガス状チタニウムハライドと酸素から選ばれた追加の成分は、第一の反応ゾーン１３６の下流である反応装置導管１６中の第二の反応ゾーン２２０中に導入される。追加の成分は、追加の成分が反応物ストリーム１２の外側境界層１１０に顕著に浸透するようにさせるのに十分な速度で反応装置導管１６の断面周囲１０８の周りに間隔をあけて置かれた複数のポートから反応物ストリーム１２中に横向きに注入される。一実施形態では、追加の成分は、結果として得られる反応物ストリーム１２に対応するナタリー数が零（０）から０．５の範囲になるようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。別の実施形態では、追加の成分は、結果として得られる反応物ストリーム１２に対応するナタリー数が０．３以下になるようにさせるのに十分な速度でポートを通して注入される。結果として得られる反応物ストリーム１２に対応するナタリー数は、発明性のある化学プロセスとの関連で上に規定され記載された。

【0052】

一実施形態では、追加の成分は、反応装置導管１６中のポート（インジェクターアッセンブリ１０のポート４２のような）へ反応装置導管１６の外側１１２周りにその断面周囲１０８に沿って伸びる外側チェンバーから通される。外側チェンバー３２は、反応装置導管１６の縦軸２０に垂直かまたは少なくとも近似的に垂直な方向で反応装置導管１６の外側１１２周りにその断面周囲１０８に沿って伸びている導管である。追加の成分は、追加の成分が外側チェンバーを通してその縦軸に沿って渦を巻くようにするようなやり方で（例えば、十分な速度で）外側チェンバーに注入されることができる。追加の成分が外側チェンバーを通して渦を巻くようにすることは、例えば、追加の成分が全てのポートに入ることを確かなものとすることを助け得る。

【0053】

図１１によって示されるように、追加の成分は、発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０によって反応物ストリーム１２中に横向きに注入される。追加の成分は、インジェクターアッセンブリ１０のポート４２から反応物ストリーム１２中に横向きに注入される。追加の成分は、ポート４２へインジェクター導管１０の外側チェンバー３２から通される。

【0054】

インジェクターアッセンブリ１０は、第一の反応ゾーン１３６の下流に間隔をあけて置かれる。図７と１１によって示され上に記載されたように、インジェクターアッセンブリ１０は、反応装置導管１６の第一のセクション２４の下流端２２と反応装置導管の第二のセクション２８の上流端２６の間に配置され、それにより反応装置導管の第一および第二のセクションを一緒に流動的に接続する。発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０が追加の成分を反応物ストリーム１２中に横向きに注入するやり方は上に記載された。

【0055】

一実施形態では、追加の成分は、ガス状のチタニウムハライド、酸素およびその混合物から選ばれる。追加のチタニウムハライドおよび／または酸素は、第一の反応ゾーン１３６からの未反応のチタニウムハライドおよび／または酸素と反応し、それによりプロセスの容量を増加する。図面によって示されるように、追加の成分は、追加のチタニウムテトラクロライドである。追加のチタニウムハライドのストリーム２２２は予熱アッセンブリ２２４中で予熱され、発明性のあるインジェクターアッセンブリ１０によって第二の反応ゾーン２２０中に注入される。チタニウムハライドガスストリーム２２２は、予熱アッセンブリ２２４にその源（図示せず）から通され、１２１℃（２５０°Ｆ）から９８２℃（１８００°Ｆ）の範囲内の温度、典型的にはその内の１３５℃（２７５°Ｆ）から１７７℃（３５０°Ｆ）の範囲内の温度、に予熱される。

【0056】

チタニウムハライドと酸素は、反応装置導管１６の第一の反応ゾーン１３６および／または第二の反応ゾーン２２０中において気相で反応することが許容される。結合された反応物ストリームは、例えば３１．５メートル（１００フィート）／秒から２４４メートル（８００フィート）／秒の範囲の速度で、反応装置導管１６を通して流れる。１気圧（絶対）の圧力で、酸化反応温度は典型的には１２６０℃（２３００°Ｆ）から１３７１℃（２５００°Ｆ）の範囲内にある。酸化が行われる圧力は幅広く変動することができる。例えば、酸化反応は、２１ｋＰａ、ゲージ（３ｐｓｉｇ）から３４５ｋＰａ、ゲージ（５０ｐｓｉｇ）の範囲内の圧力で行うことができる。

【0057】

チタニウムハライド反応物は、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）、チタニウムテトラブロマイド、チタニウムテトライオダイド、チタニウムテトラフルオライドを含む、チタニウムのあらゆる既知のハライドであることができる。非常に好適はチタニウムハライドは、チタニウムテトラクロライドである。チタニウムテトラクロライドは、ルチル二酸化チタン顔料を作成するための気相酸化プロセスのもし全てでなければ殆どにおいて選ばれるチタニウムハライドである。それは酸化されて、以下の反応式に従って粒子状の固体二酸化チタンとガス状の反応性生物を生成する。

【数2】

【0058】

一実施形態では、結合された反応物ストリーム１２中に注入された追加の成分は、追加のチタニウムハライドである。反応装置導管１６の第一および第二の反応ゾーン１３６と２２０中に導入されたチタニウムハライドは、チタニウムテトラクロライドであることができる。

【0059】

酸素含有ガス反応物は、好ましくは分子状酸素である。しかしながら、それはまた、例えば、空気（酸素濃縮空気）との混合物中の酸素からなることもできる。採用される特定の酸化ガスは、反応装置導管１６内の反応ゾーン１３６と２２０の大きさ、チタニウムハライドと酸素含有ガス反応物が予熱された度合い、反応ゾーンの表面が冷却された程度、および反応ゾーンにおける反応物のスループットレートを含む数々のファクターに依存するであろう。

【0060】

採用されるチタニウムハライドと酸化ガス反応物の厳密な量は幅広く変動することができ特別に決定的ではないが、酸素含有ガス反応物が、少なくともチタニウムハライドとの化学量論的反応を提供するのに十分な量で存在していることは重要である。一般的に、採用される酸素含有ガス反応物の量は、チタニウムハライド反応物との化学量論的反応のために要求されるものを超えた量、例えば化学量論的反応のために要求されるものを５％から２５％超えた量であろう。

【0061】

チタニウムハライドと酸化ガス反応物に加えて、様々な目的のために反応装置１８中にその他の成分を導入することがしばしば望ましい。例えば、一実施形態では、アルミナが二酸化チタンのルチル化を促進するのに十分な所定の量で反応装置１８中に導入される。二酸化チタンのルチル化を促進するのに必要なアルミナの量は、当業者に知られているような数々のファクターに依存して変動する。一般的に、ルチル化を促進するために要求されるアルミナの量は、生成されている二酸化チタン粒子の重量に基づいて、重量で０．３％から１．５％の範囲内である。反応装置導管１６中に導入されるアルミナの典型的な量は、生成されている二酸化チタン粒子の重量に基づいて、重量で１．０％である。

【0062】

一実施形態では、アルミナは、アルミニウムクロライドを酸素ガスストリーム１２０、チタニウムハライドストリーム１２２および／または追加のチタニウムハライドストリーム２２２と結合することによって反応装置１８の反応ゾーン１６中に導入される。図面によって示されるように、アルミニウムクロライドは、チタニウムハライドストリーム１２２と２２２の一方または両方と結合される。アルミニウムクロライドは、チタニウムハライドストリーム１２２とチタニウムハライドストリーム２２２の一方または両方と流体通信しているアルミニウムクロライド発生器２３０においてその場で発生される。様々な種類のアルミニウムクロライド発生器が当該分野で周知であり、発明のプロセス中で使われることができる。例えば、不活性粒子材料をもつかまたはもたない粉末アルミニウムを、反応物塩素および／または不活性ガスの上向き通路によって反応装置中で流体化することができる。この代わりに、アルミニウムを、粒子形状であるが必ずしも十分に細かく分割されていない塩素ガスのストリーム中に導入してガスストリーム中で流体化することができる。ベッドを取り囲んでいる数々のノズルを介して塩素をベッドに通すことによって、粒子状のアルミニウムの固定されたベッドを塩素化することができる。

【0063】

反応装置１８中に有利に導入することができる別の成分の例は、精錬剤である。精錬剤は、反応装置の壁面を洗浄してその汚損を防ぐように機能する。使用することができる精錬剤の例には、砂、造粒され、乾燥され、焼結された二酸化チタンと水の混合物、圧縮された二酸化チタン、岩塩、溶融アルミナ、二酸化チタン、塩混合物等を含むが、それらに限定はされない。

【0064】

反応装置１８中に形成された二酸化チタン粒子とガス状の反応性生物は、管状熱交換器２４０中の冷媒（冷却水のような）との熱交換によって約７０４℃（１３００°Ｆ）の温度まで冷却される。精錬剤も熱交換器２４０中に注入して、熱交換の内部表面から二酸化チタンおよびその他の材料の堆積物を除去することができる。反応装置１８中で使われたのと同じ種類の精錬剤を熱交換器２４０中で使うことができる。

【0065】

熱交換器２４０を通過した後、粒子状固体二酸化チタンは分離装置２５０においてガス状の反応生成物およびあらゆる精錬剤から分離される。

【0066】

発明性のあるプロセスに従って製造された二酸化チタンは、顔料としての使用に非常に好適である。

【0067】

例
発明を更に描写するためにこの予言的な例が提供される。

【0068】

上に記載され図１０と１１によって描かれた、二酸化チタンを生成するための発明性のあるプロセスが行われる。発明性のある化学反応装置１８がプロセスで使われる。予熱された酸素ガスストリーム１２０と予熱されたチタニウムテトラクロライドガスストリーム１２２は、ストリームが反応装置導管１６を通してその縦軸２０に沿って結合された反応物ストリーム１２として流れるようにするようなやり方で、反応装置１８の反応装置導管１６の第一の反応ゾーン１３６中に導入される。反応装置導管１６を通した結合された反応物ストリーム１２のフローレートは、２．５キログラム毎秒である。結合された反応物ストリーム１２の温度は１３００°ケルビンである。反応装置導管１６の直径は１７．７８ｃｍ（７インチ）である。

【0069】

追加の酸素がそれから、インジェクターアッセンブリ１０によって第二の反応ゾーン２２０中に導入される。インジェクターアッセンブリ１０は、インジェクター導管壁３８の断面周囲４４の周りに等間隔をあけて置かれた８つのポート４２を含み、各ポートは１．５８ｃｍ（０．６２２インチ）の直径を有する。追加の酸素は、外側チェンバー３２を通して渦を巻くようにされ、０．１８９キログラム毎秒の速度で反応物ストリーム１２中にポート４２を通じて横向きに注入される。追加の酸素の温度は３００°ケルビンである、追加の酸素の注入の間のインジェクターアッセンブリ１０に跨る圧力低下は３０ｋＰａ、ゲージ（４．４ｐｓｉｇ）である。

【0070】

追加の酸素が反応物ストリーム１２中にポート４２を通じて横向きに注入される速度は、追加の酸素が反応物ストリーム１２の外側境界層１１０を顕著に浸透するようにするのに十分なものである。追加の酸素が反応物ストリーム１２中にポート４２を通じて横向きに注入される速度はまた、結果として得られる反応物ストリームに対応するナタリー数が０．３となるようにするのに十分なものである。結果として得られる反応物ストリーム１２に対応するナタリー数は、インジェクターアッセンブリ１０による反応物ストリーム中への追加の酸素の注入のポイントの３パイプ直径分下流である反応物ストリーム中のポイント（「問われているポイント」）において決定される。ナタリー数（ＮＮａ）は、以下に示した式に従って決定される。

【数3】

【0071】

ここで
Ｃavg＝０．０７で、追加の酸素ガスが結果として得られる反応物ストリーム１２と完全に混合されていることを仮定した、問われているポイントにおける追加の酸素の平均濃度；
Ｃ１は０から１の範囲で、断面面積Ａに跨って間隔をあけて置かれた約１０００の位置において決定された追加の酸素の実際の濃度；
Ａ＝３８．５平方インチで、問われているポイントにおける反応装置導管１６の断面面積である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図7A】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】