轴向分节陶瓷蜂窝组件制造技术

陶瓷蜂窝组件由在轴向上顺次地排列的陶瓷蜂窝节制成。变化多个节中的蜂房的堵塞图案以使得进入所述组件的流体的一部分可以在不被过滤的情况下穿过所述组件的一个或多个上游节。一个或多个下游节捕获在不被过滤的情况下穿过所述上游节的颗粒物。这种设计减少″环脱离″破裂，并且有高过滤容量，在操作过程中压降增加不多。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴向分节陶瓷蜂窝组件本专利技术涉及轴向分节陶瓷蜂窝组件。陶瓷蜂窝在多种应用中广泛地用作过滤器和催化剂载体。它们通过如下频繁地用于处理流体如燃烧废气：过滤出颗粒(如烟灰粒子)和/或气溶胶液滴，或作为用于催化废气的特定组分(如NOx化合物)至气候温和化合物(如N2和H2O)的转化的催化材料的载体。这种蜂窝也可用于过滤或催化液体如水和有机溶剂和溶液。陶瓷蜂窝具有沿蜂窝的长度轴向延伸的多个通道(或″蜂房″)。蜂房由沿蜂窝的长度轴向延伸的交叉壁限定。由这些交叉的壁形成的蜂房提供从蜂窝的上游入口端至下游出口端的流路。蜂房的一部分典型地在出口端堵塞，并且蜂房的另一部分在入口端堵塞。在出口端堵塞的蜂房在入口端开放，从而形成气体通过其进入蜂窝的入口蜂房。在入口端堵塞的蜂房在出口端开放，从而形成流体通过其离开蜂窝的出口蜂房。建立交替的入口和出口蜂房的″跳棋盘″堵塞图案是典型的。交叉的蜂房壁是多孔的并且因此能够使流体渗透。当流体进入入口蜂房时，它们穿过壁至流体从其离开蜂窝的相邻的出口蜂房中。捕获不能透过壁(如固体粒子)的夹带物，并且因此将其从流体移除。蜂窝结构也通常被称为″壁流″器件，因为流体以这种方式穿过蜂房壁。流体当它们穿过一个或多个多孔壁时被过滤和/或接触活性催化剂材料。当使用陶瓷蜂窝处理热流体，如来自固定发电设备或移动发电设备(如内燃机)的废气时，通常会观察到破裂问题。在操作过程中在蜂窝内通常形成温度梯度，尤其是在过渡阶段如开始过程中和在″烧尽″循环过程中，在该过程中，操作温度临时增加以点燃并烧尽捕获在过滤器中的灰，并且之后回到正常的操作温度。温度梯度通常导致在蜂窝内产生机械应力，因为蜂窝的不同部分以不同的速率热膨胀或收缩。破裂作为这些机械应力的结果产生。陶瓷蜂窝耐受这种热诱导的破裂的能力可以表达为其″耐热冲击性″。改进陶瓷蜂窝中的耐热冲击性的一种方式是将其分段。代替由单一的单块体形成整个蜂窝结构，分开制造许多更小的蜂窝，并且之后组装为更大的结构。将段沿在过滤器的轴向上前进的平面在长度上连接。使用无机接合剂以将更小的蜂窝结合至一起。无机接合剂通常比蜂窝结构上更有弹性。这种更大的弹性允许热诱导的应力通过该结构消散，从而减少可能以其他方式导致断裂形成的高局部应力。所使用的段在尺寸上也更小，并且在使用过程中较不倾向于经历大热梯度，以及相关的热应力。分段方案的实例参见于USP7,112,233、USP7,384,441、USP7,488,412和USP7,666,240中。分段方案被证实为主要在减少轴向破裂(一般沿平行于流体流动和通道轴的线或平面形成的破裂)上是有效的。分段方案可以有助于减少径向破裂(一般沿垂直于流体流动和通道轴的线或平面形成的破裂；通常称为″环脱离(ring-off)″破裂)。但未发现分段方案在减少环脱离破裂上是足够有效的。因此，需要另一个或另外的方案解决环脱离破裂的问题。在很多情况下，蜂窝负载一种或多种催化材料。催化材料典型地通过涂覆方法沉积至蜂窝壁上，其中将过滤器用催化材料(或其前体)的溶液或悬浮液浸渍，以将蜂窝壁用催化剂材料或前体涂覆。随后的干燥和/或烧制产生催化材料的涂层。有时，仅需要涂覆蜂窝的一部分，以便提供足够的催化剂用于最终应用。在其他情况下，可能适宜的是用不同的催化材料涂覆蜂窝的不同部分。通常所说的″区域涂覆″方法尝试解决这种需要。在区域涂覆方法中，仅将蜂窝的一部分与涂覆流体接触。然而，涂覆流体被″抽吸″至多孔蜂窝结构中并且因此散布超出蜂窝的初始润湿区域。这使得难以制造部分地涂覆的蜂窝，或在不同的区域具有两种以上催化材料的蜂窝。因此，适宜的是提供一种方法，从而可以方便地制造仅部分地涂覆有催化材料或其中蜂窝的不同部分涂覆有不同的催化材料的陶瓷蜂窝。美国专利号8,007,731描述了一种″分层的″陶瓷蜂窝结构，其中多个陶瓷蜂窝″层″轴向排列，在相继的蜂窝层之间具有间隙。该器件主要作为催化剂载体。蜂窝的蜂房对于大部分在每一端开放，以使得穿过蜂房的流体可以在不穿过蜂房壁的情况下穿过每一层。流体当其穿过蜂房时与沉积在蜂房壁上的催化材料接触。颗粒材料未被移除，因为流体未穿过蜂房壁。单独的蜂窝层可以以″跳棋盘″图案堵塞以驱使流体穿过蜂房壁并且由其过滤颗粒物。归因于不存在或接近不存在可以作为过滤器的堵塞层，这种分层结构具有非常小的用于捕获颗粒物的容量，导致积累灰的可得过滤器壁区域的低效率使用。本专利技术一方面是一种陶瓷蜂窝组件，所述陶瓷蜂窝组件包含：一个或多个穿过型陶瓷蜂窝节和一个或多个下游陶瓷蜂窝节，所述陶瓷蜂窝节在轴向上在蜂窝节的每一顺次对之间具有间隙的情况下顺次地排列；结构装置，所述结构装置用于将所述蜂窝段彼此以固定的空间关系保持；以及包封装置，所述包封装置用于包封蜂窝节的每一顺次对之间的所述一个或多个间隙的周边，其中：(a)至少一个下游陶瓷蜂窝节位于至少一个穿过型陶瓷蜂窝节的下游；(b)所述穿过型和下游陶瓷蜂窝节各自具有由交叉的多孔壁限定的多个轴向延伸蜂房；(c)所述一个或多个穿过型陶瓷蜂窝节的轴向延伸蜂房和所述一个或多个下游蜂窝节的轴向延伸蜂房一起限定从上游端至下游端穿过所述陶瓷蜂窝组件的多个流体流路；(d)每一穿过型陶瓷蜂窝节包括：(i)至少15数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过型蜂房壁的情况下流动穿过所述穿过型陶瓷蜂窝的通道；和(ii)入口蜂房，所述入口蜂房在所述穿过型陶瓷蜂窝节的出口端但不在其入口端封闭，以使得进入这些入口蜂房的流体当其穿过所述穿过型陶瓷蜂窝时必须穿过至少一个蜂房壁；并且(e)每一下游陶瓷蜂窝节包括：(i)出口蜂房，所述出口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的入口端但是不在出口端封闭；(ii)入口蜂房，所述入口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的出口端但是不在入口端封闭，以使得进入所述入口蜂房的入口端的流体必须穿过蜂房壁，以从所述下游陶瓷蜂窝的所述出口端被移除；以及(iii)0至10数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过蜂房壁的情况下流动穿过所述下游陶瓷蜂窝的通道。申请人发现：陶瓷蜂窝中环脱离破裂的问题可以通过轴向分割蜂窝改进，即，沿垂直于蜂窝的轴向延伸前进的平面。因此，本专利技术的蜂窝组件的一个特征是：该组件包括从上游至下游方向顺次地排列的两个以上蜂窝节。与其他方面类似(包括物理尺度)而不这样分割的蜂窝比较，环脱离破裂减少。因为可以分开地制造蜂窝节并且之后将它们组装在一起，将催化材料涂布至节的一些部分并且制造其中仅在限定位置中存在催化材料的组件是方便的。类似地，可以将不同的催化材料涂布至不同的蜂窝节，之后将其组装以制造在离散的位置具有两种以上不同的催化材料的组件。申请人进一步发现，当轴向分隔蜂窝时，传统堵塞图案的修改变得必须。如果将单独的节的入口和出口端两者上的蜂房以标准跳棋盘节堵塞(如在美国专利号8,007,731中关于一些蜂窝″层″所描述的)，看到过滤容量的显著损失(即，在必须将过滤器替换或再生之前过滤器可以捕获的颗粒物的量(包括在烧尽循环过程中形成的灰))。这种问题用本专利技术经由以下方式克服：在多个节中使用不同的堵塞图案，并且特别是具有穿过型蜂房的至少一个节(″穿过型″节)的存在，其在具有少的并且优选没有这种穿过型蜂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷蜂窝组件，所述陶瓷蜂窝组件包含：一个或多个穿过型陶瓷蜂窝节和一个或多个下游陶瓷蜂窝节，所述陶瓷蜂窝节在轴向上在蜂窝节的每一顺次对之间具有间隙的情况下顺次地排列；结构装置，所述结构装置用于将所述蜂窝段彼此以固定的空间关系保持；以及包封装置，所述包封装置用于包封蜂窝节的每一顺次对之间的所述一个或多个间隙的周边，其中：(a)至少一个下游陶瓷蜂窝节位于至少一个穿过型陶瓷蜂窝节的下游；(b)所述穿过型和下游陶瓷蜂窝节各自具有由交叉的多孔壁限定的多个轴向延伸蜂房；(c)所述一个或多个穿过型陶瓷蜂窝节的轴向延伸蜂房和所述一个或多个下游蜂窝节的轴向延伸蜂房一起限定从上游端至下游端穿过所述陶瓷蜂窝组件的多个流体流路；(d)每一穿过型陶瓷蜂窝节包括：(i)至少15数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过型蜂房壁的情况下流动穿过所述穿过型陶瓷蜂窝的通道；和(ii)入口蜂房，所述入口蜂房在所述穿过型陶瓷蜂窝节的出口端但不在其入口端封闭，以使得进入这些入口蜂房的流体当其穿过所述穿过型陶瓷蜂窝时必须穿过至少一个蜂房壁；并且(e)每一下游陶瓷蜂窝节包括：(i)出口蜂房，所述出口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的入口端但是不在出口端封闭；(ii)入口蜂房，所述入口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的出口端但是不在入口端封闭，以使得进入所述入口蜂房的入口端的流体必须穿过蜂房壁，以从所述下游陶瓷蜂窝的所述出口端被移除；以及(iii)0至10数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过蜂房壁的情况下流动穿过所述下游陶瓷蜂窝的通道。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.23 US 61/636,8121.一种陶瓷蜂窝组件，所述陶瓷蜂窝组件包含：至少两个穿过型陶瓷蜂窝节和一个或多个下游陶瓷蜂窝节，所述陶瓷蜂窝节在轴向上在蜂窝节的每一顺次对之间具有间隙的情况下顺次地排列；结构装置，所述结构装置用于将所述蜂窝段彼此以固定的空间关系保持；以及包封装置，所述包封装置用于包封蜂窝节的每一顺次对之间的所述一个或多个间隙的周边，其中：(a)至少一个下游陶瓷蜂窝节位于至少两个穿过型陶瓷蜂窝节的下游；(b)所述穿过型和下游陶瓷蜂窝节各自具有由交叉的多孔壁限定的多个轴向延伸蜂房；(c)所述一个或多个穿过型陶瓷蜂窝节的轴向延伸蜂房和所述一个或多个下游蜂窝节的轴向延伸蜂房一起限定从上游端至下游端穿过所述陶瓷蜂窝组件的多个流体流路；(d)每一穿过型陶瓷蜂窝节包括：(i)15数量％至85数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过型蜂房壁的情况下流动穿过所述穿过型陶瓷蜂窝的通道；和(ii)25数量％至85数量％的入口蜂房，所述入口蜂房在所述穿过型陶瓷蜂窝节的出口端但不在其入口端封闭，以使得进入这些入口蜂房的流体当其穿过所述穿过型陶瓷蜂窝时必须穿过至少一个蜂房壁；并且(e)每一下游陶瓷蜂窝节包括：(i)25数量％至75数量％的出口蜂房，所述出口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的入口端但是不在出口端封闭；(ii)25数量％至75数量％的入口蜂房，所述入口蜂房在所述下游陶瓷蜂窝节的出口端但是不在入口端封闭，以使得进入所述入口蜂房的入口端的流体必须穿过蜂房壁，以从所述下游陶瓷蜂窝的所述出口端被移除；以及(iii)0至10数量％的穿过型蜂房，所述穿过型蜂房在每一端开放，以形成用于流体在不穿过蜂房壁的情况下流动穿过所述下游陶瓷蜂窝的通道，其中每一间隙的长度为1至25mm。2.权利要求1所述的陶瓷蜂窝组件，其中下游节是所述组件中的最后一个节。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·J·奥布内恩，蔡军，阿希什·科特尼斯，保罗·C·沃斯杰普卡，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US