耐卤素的介质制造技术

适用于热再生性氧化器的陶瓷传质介质，它由球粘土、滑石和任选的白云灰石制成，提高了对含有卤素和卤化氢的环境的耐受力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及陶瓷介质，如用于传质应用中，尤其是涉及暴露于含卤素或卤化物操作条件下的应用中的陶瓷介质。本专利技术申请中所说传质可以指从液体或气体混合物中分离一种组分，或者从流体中抽取热量。陶瓷介质可以是填料元件(packing element)的形式，比如传质应用中常见的那些形状，或者其他无序或有结构的填料元件形状。所述陶瓷介质也可以是床载介质形式。在对陶瓷介质在这些领域的应用通性没有损害的条件下，本专利技术的陶瓷介质在再生性热氧化器(“RTO”)的领域中特别有用，在该氧化器中，气流含有卤素(通常为氯，但也可能有一些溴和/或氟组分)和相关的卤化氢。由于清洁废气和保存能量的要求越来越紧迫，RTO单元变得更加重要。在RTO单元中，含有可燃或可热解物质的废气在第一个装有填料元件且已预先加热的室中进入循环，然后进入燃烧室，可燃或可热解物质在此燃烧。废气接着通过第二个装有填料元件的室。在废气排到空气中或进一步处理之前，上述过程至少吸收了气体中的一部分热量。当元件达到一定高温时，传热过程就不再有效发生，流动方向就逆转，第二个室也就变成了第一个室，反之亦然。RTO室中的填料元件可以是整块的形式，块中有许多通道，室中填料着这样的整块填料提供了许多直线平行通道，通过它们气体可以一路流过室。另一种常常更好的形式是，这些元件单个较小，以随机的方式倾倒在室中，从而为气体提供了许多通过气室的非直线路径。单个元件可以有各种形状，如内部带隔片或不带隔片或其他内结构的空心圆柱，具有三角形或“弯带形”截面的圆柱，以及多孔小球。特别适合用RTO处理的气流可以是，例如，当包含含有卤代烃的可燃物质的气流作为废气纯化过程的一部分在RTO单元中燃烧时产生的气流。在这样的应用中，用于RTO的元件有必要如所期望的那样，能够快速吸收热量，在热循环条件下保持稳定，而且它们要能够耐受废气中含卤组分的侵蚀。这是很重要的，因为更换填料元件通常需要关闭RTO，在元件冷却后才能抽出来并更换掉。显然，这种情况发生的次数越少，RTO单元将工作得越好、越经济。而且，即使在RTO中陶瓷元件受到废气中含卤组分的侵蚀，但不至于严重损害介质到需要更换的地步的情况下，陶瓷-卤素反应仍然会直接导致一些问题。诸如Cl2和其他含卤气体中的卤素与陶瓷介质中固有的元素，特别是Na、K，还有可能是Li、Ti和Fe反应，会导致热氧化器的下游形成沉积物，特别是NaCl和KCl。在带有下游余热锅炉的情况中，这些沉积物的积累将越来越多，最终会危害锅炉，导致整个过程都要停下来，以便清洁锅炉。用于RTO的典型填料元件是用粘土/长石材料混合物制造的，因为它们对热循环具有良好的稳定性，同时具有很好的吸热能力。但是，它们受到含卤素或卤酸的气氛的严重侵蚀。本专利技术就是要提供在此条件下对于侵蚀相对稳定的填料元件，从而有利于处理来自制备或处理含卤有机化合物的催化或其他过程的含卤或卤化氢的废气。专利技术概述本专利技术提供了一种碱金属含量小于0.25重量％的陶瓷填料元件，它由焙烧过的混合物形成，所述混合物包含10-98重量％、宜为35-65重量％的粘土，2-90重量％、宜为35-80重量％的滑石和0-10重量％、宜为3-7重量％的白云灰石，其中所述粘土中氧化铝含量至少为36重量％；所述滑石用X射线衍射分析测定至少包含95重量％硅酸镁；所述白云灰石至少包含60-90重量％碳酸钙，至少10％、宜为40-10重量％的碳酸镁和少于10％的非碳酸盐杂质。所述粘土组分的初始氧铝含量至少为36％，焙烧后由于失去自由水和结合水，氧化铝含量为至少42重量％。另一主要组分是二氧化硅，但也可以存在少量的钙、镁、钠、钾、铁和钛的氧化物，每种氧化物的量通常低于1％，至于碱金属，其总量不能导致陶瓷介质中产生0.25％或更多的碱金属氧化物。碱金属和碱土金属氧化物的存在量宜小于0.2重量％。适用于本专利技术的一种典型粘土组分是球粘土。在焙烧产生陶瓷之前，宜将粘土加工成细粉，其中至少95重量％的粉末粒径小于10微米，更好的是至少50重量％的粉末粒径小于1微米。根据ASTM C-837的程序测定，优选粘土的亚甲基蓝指数(“MBI”)至少为7.5meq/100gm，表明与其他焙烧后含有至少42％的氧化铝的粘土相比，它具有相当好的形成和赋形能力。对用于本专利技术的陶瓷元件优选的滑石进行化学分析，表明它至少含有60重量％、宜为60-66重量％的二氧化硅，X射线荧光分析表明它至少含有30％、宜为30-33重量％的氧化镁。碱金属氧化物占滑石的量宜小于0.1重量％。对于优选滑石，主要由于失去自由水和化学键合水而导致的滑石烧失量通常小于约9％，如1-9重量％。优选用于本专利技术陶瓷的滑石呈颗粒状，至少95重量％的颗粒的尺寸为200目(74微米)或更细。白云灰石这个词的含义在于它是碳酸镁和碳酸钙的混合物，这两种碳酸盐的重量比为1∶5-1∶7。白云灰石的存在量可达10重量％，例如2-8重量％。石灰石中氧化铁的含量宜小于1重量％，碱金属氧化物的含量宜小于0.5重量％。在形成陶瓷之前宜将石灰石加工成粉末，至少95重量％、宜为至少99重量％的粉末粒径为325目(44微米)或更小。为了制造本专利技术的陶瓷填料元件，先称出各组分的重量，并充分混合，然后加入水，其量足以使混合物形成所需形状，并在焙烧过程中保持该形状。这通常意味着为每100克各组分的干混合物要加入12-30ml的水。虽然通常并无必要，但也可以加入助挤剂或其他助流剂，以使随后的成形过程更容易，并增加一些干坯强度，尽可能减少焙烧过程中的坍塌。接下来就可以对可成形混合物进行模塑，或者宜挤出形成所需形状，然后在窑中焙烧成形体至最高温度1100-1400℃。窑中的温度通常以50-90℃/小时的速度升高，在焙烧温度停留的时间通常为1-4小时，然后让窑冷却至常温。附图简要说明附图说明图1是为评价陶瓷样品与卤素反应程度而建立的测试装置图。图2所示为实施例1中成盐速率随时间变化的曲线图。图3所示为实施例2中成盐速率随时间变化的曲线图。图4所示为实施例3中成盐速率随时间变化的曲线图。本专利技术优选实施方式现在将结合下面的实施例进一步描述本专利技术，它可显示本专利技术在耐受含卤气氛方面的优越性。评价程序为建立一种测评本专利技术陶瓷材料的合适方法，选定了一种典型的工业过程，并模拟陶瓷在上述过程所用RTO中经受的关键条件而建立一套测试床装置。在此商业过程中，进入RTO的气体处于1038℃高温，含有氯化氢和氯气以及其他含氯化合物和氧气。氯的分压为8×10-7-1×10-6大气压，而氧的分压为3×10-3.6×10-2大气压，上述浓度是工业过程中的典型浓度，陶瓷元件即在此条件下受到卤素的侵蚀。为在实验室进行测评，建立了如图1所示测试床。通过从高压钢瓶1中鼓出0.92％Cl2气(其余是N2)混合物，产生类似组成的气流，流过热板3上装有37％HCl水溶液的夹套容器2，然后直接进入测试炉4。将HCl水溶液的温度加热到非常接近沸点，用温度计测量浸没HCl鼓泡器的水浴温度读数为95℃。Cl2以0.23cc/min的速度流过测试床。来自加热液体的HCl和H2O蒸汽被流过该液体的N2/Cl2带走，将此混合物的流速调整为25cc/min，并使之流过装有待测样品6的石英管5，在炉中维持1038本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以氧化物计量的碱金属含量小于０．２５重量％的陶瓷介质，它由焙烧过的混合物形成，所述混合物包含１０－９８重量％的粘土，２－９０重量％的滑石和０－１０重量％的白云灰石，其中所述粘土中氧化铝含量至少为３６重量％；所述滑石用Ｘ射线衍射分析测定至少包含９５重量％硅酸镁；所述白云石岩至少包含６０－９０重量％碳酸钙、１０－４０重量％的碳酸镁和少于１０％的非碳酸盐杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS里德，T希曼斯基，K比尔，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]