用于从前体颗粒生产具有所需特性的固体产物颗粒的气溶胶化方法技术

本申请提供了用于将固体前体颗粒的性质选择性地结合到经加工材料中的气溶胶工艺。在一个方面中，载体气体和前体混合物被注入到气溶胶发生器中。前体混合物包括固体前体颗粒和液体组分。将一个或更多个超声转换器应用到气溶胶发生器中的前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，所述一部分前体混合物包括小于预定尺寸的固体颗粒。前体混合物的气溶胶化的部分经由载体气体被转移到反应器中。然后将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以及有时反应以产生固体产物颗粒，以及将固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从前体颗粒生产具有所需特性的固体产物颗粒的气溶胶化方法相关专利申请的交叉引用本申请要求于2018年11月1日提交的美国专利申请No.16/177,794的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本公开涉及用于控制材料掺入固体颗粒中的系统和方法。特别地，本公开涉及用于选择性地将固体前体颗粒的性质结合到经加工的材料中的基于气溶胶的系统和方法。
技术介绍
气溶胶工艺(process)已被使用于从前体混合物生产固体颗粒(例如，金属颗粒)和粉末。产生的固体颗粒可以被用于许多下游应用，诸如用于电池中、以及用作反应催化剂。传统地，基于前体材料的特性以及基于合成和任何后处理的加工条件，所生产的固体颗粒包括形状、尺寸和成分变化的颗粒。因此，对于要求所产生的颗粒按照其特性(例如尺寸、形状、成分)具有特定质量或标准的下游应用，必须执行后合成纯化步骤以便生成足够质量的颗粒。然而，这些后合成步骤通常可能是具有挑战性且昂贵的，因为一旦产生了最终固体颗粒，就可能难以操纵最终固体颗粒的化学或物理特性。因此，存在能够从前体材料更有效地生产具有所需质量和特性的固体颗粒的系统和方法的需求。
技术实现思路
根据一个或多个实施方式，提供了一种用于将固体前体颗粒的特性选择性地结合到加工材料中的气溶胶工艺。在第一方面，将载体气体和前体混合物注入气溶胶发生器中。前体混合物可以包括固体前体颗粒以及液体组分。将一个或更多个超声转换器应用到气溶胶发生器中的前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，该一部分前体混合物包括小于预定尺寸的固体颗粒。气溶胶化的部分前体混合物经由载体气体被转移到反应器中，该反应器可以是管式炉。然后将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以产生固体产物颗粒，以及将固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。在另一方面，气溶胶化的部分也在反应器中反应以产生固体产物颗粒。在另一方面，包括在前体混合物中的固体前体颗粒包括一组具有可变尺寸的颗粒，所述可变尺寸包括具有最大尺寸小于预定尺寸的子集。在另一方面，液滴在固体前体颗粒的表面上形成。在另一方面，为了将一个或更多个超声转换器应用到前体混合物以将一部分前体混合物气溶胶化，前体混合物的局部液体表面张力通过紧邻的固体前体颗粒来修改以减小平均液滴直径以及从而防止将大于预定尺寸的固体前体颗粒气溶胶化。在另一方面，包含大于预定尺寸的固体前体颗粒的固体产物颗粒的百分比基本上小于1％。在另一方面，一个或更多个超声转换器以设定的频率运行。在另一方面，一个或更多个超声转换器是超声雾化器。在另一方面，该前体混合物是溶液或悬浮物。在另一方面，该固体前体颗粒是沸石。在另一方面，该固体前体颗粒是气相二氧化硅颗粒。在另一方面，该前体混合物包括偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)。在另一方面，载体气体包括空气。在另一方面，载体气体包括氮气、氩气和氦气中的一种或多种。在另一方面，为了将反应器中的气溶胶化的部分进行干燥，该气溶胶化的部分在反应器中反应以及反应器被加热到约25℃至约1500℃之间。在第二方面，提供了气溶胶工艺，其中将至少一种载体气体和前体混合物注入到多个气溶胶发生器中的每一个中。各个前体混合物每一个包括相应的固体前体颗粒和相应的液体组分，以及每一个气溶胶发生器包括一个或更多个超声转换器。在各个气溶胶发生器中，至少一部分相应的前体混合物被气溶胶化以形成液滴，使得液滴形成在相应的固体前体颗粒的表面上以及大于针对每个气溶胶发生器的各自预定尺寸的固体前体颗粒不被气溶胶化。来自多个气溶胶发生器的各个液滴被组合到反应器中。将来自反应器中多个气溶胶发生器的液滴进行干燥以产生具有至少三种固体产物颗粒的变型的固体产物颗粒，包括：(1)第一前体混合物的气溶胶化的部分、(2)第二前体混合物的气溶胶化的部分、以及(3)第一和第二前体混合物的气溶胶化的部分的组合。然后将固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。在另一方面，为了组合相应的液滴，经由相应的载体气体将来自多个气溶胶发生器的相应的液滴携带到反应器中。在另一方面，至少一种载体气体包括空气、氮气、氩气和氦气中的一种或多种。在另一方面，各个气溶胶发生器的至少一种载体气体具有相同的成分。在另一方面，各个气溶胶发生器的至少一种载体气体具有不同的成分。在另一方面，为了将部分相应的前体混合物气溶胶化，各个前体混合物的局部液体表面张力通过紧邻的固体前体颗粒来修改以减小各个液滴的平均液滴直径以及从而防止大于每个相应的气溶胶发生器的预定尺寸的前体颗粒被气溶胶化。这些和其他方面、特征、以及优点可以从本专利技术的某些实施方式的所附描述以及附图和权利要求理解。附图说明图1A显示了根据一个或更多个实施方式的示例性三区域气溶胶反应器系统的示意图；图1B显示了根据一个或更多个实施方式的另一示例性三区域气溶胶反应器系统的示意图；图2显示了根据一个或更多个实施方式的本系统的示例性气溶胶发生器的示意图；图3A示出了根据至少一个实施方式的示例性前体混合物的特性、用于本系统运行的示例性参数的表格，以及示出了气溶胶化之前前体颗粒的尺寸分布的图；图3B显示了一条形图，该条形图示出了根据一个或更多个实施方式的、通过本系统的气溶胶发生器进行气溶胶化的前体颗粒的尺寸分布；图4显示了一示例性的表格，该表格示出了根据一个或更多个实施方式的、用于本系统的一种或多种前体混合物以及一种或多种气溶胶发生器的可以被控制的不同的运行参数；图5示出了根据一个或更多个实施方式的示例性前体混合物以及由该前体混合物形成的固体产物颗粒的示意图；图6示出了根据一个或更多个实施方式的示例性的催化测试系统的示意图，该系统用于测试使用本系统和方法形成的沸石固体颗粒的催化性能；以及图7显示了一条形图，该条形图示出了根据一个或更多个实施方式的使用本系统和方法形成的沸石固体颗粒的催化测试结果。具体实施方式本申请描述了用于将固体前体颗粒的性质选择性地结合到经加工的材料中的系统和方法。本系统和方法包括气溶胶工艺，该气溶胶工艺能够高水平控制某些具有所需特性的前体材料掺入到固体颗粒中。特别地，本系统和方法在气溶胶反应器中使用一个或更多个超声转换器以产生液体气溶胶。超声转换器可以被用于基于固体前体材料的尺寸、成分、和/或形态、和/或固体前体在前体混合物中的溶解度来选择性地将包括固体前体材料的前体混合物气溶胶化。然后将液体气溶胶经由载体气体携带到反应器中，在该反应器中液体气溶胶被进行干燥，以及在某些实施方式中起反应，以从前体材料生产具有所需特性的固体产物颗粒。然后将具有所需特性的固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。本系统和方法可以被用于形成具有选择的所需材料尺寸和其他特性的固体颗粒，特别是当前体材料的后合成分类的其它手段(如，筛分)不可能或不足以控制所得到的固体颗粒的特性时。换句话说，当从具有不同的特性(例如，颗粒尺寸、形状、表面化学的范围)的固体前体材料开始时，本系统和方法通过气溶胶化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于将固体前体颗粒的性质选择性地结合到经加工的材料中的气溶胶工艺，所述工艺包括：/n将载体气体和前体混合物注入气溶胶发生器中，其中所述前体混合物包括固体前体颗粒和液体组分；将一个或更多个超声转换器应用到所述前体混合物以便将一部分所述前体混合物气溶胶化，所述前体混合物的该部分包括小于预定尺寸的固体颗粒；/n经由所述载体气体将气溶胶化的部分所述前体混合物转移到反应器中；/n将所述反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以产生固体产物颗粒；以及/n将所述固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181101 US 16/177,7941.用于将固体前体颗粒的性质选择性地结合到经加工的材料中的气溶胶工艺，所述工艺包括：
将载体气体和前体混合物注入气溶胶发生器中，其中所述前体混合物包括固体前体颗粒和液体组分；将一个或更多个超声转换器应用到所述前体混合物以便将一部分所述前体混合物气溶胶化，所述前体混合物的该部分包括小于预定尺寸的固体颗粒；
经由所述载体气体将气溶胶化的部分所述前体混合物转移到反应器中；
将所述反应器中的气溶胶化的部分进行干燥以产生固体产物颗粒；以及
将所述固体产物颗粒收集在颗粒收集器中。


2.根据权利要求1所述的气溶胶工艺，其中，包括在所述前体混合物中的固体前体颗粒包括具有可变尺寸的颗粒组，所述颗粒组包括最大尺寸小于预定尺寸的子组。


3.根据权利要求1所述的气溶胶工艺，其中，液滴在所述固体前体颗粒的表面上形成。


4.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述将一个或更多个超声转换器应用到所述前体混合物以便将一部分所述前体混合物气溶胶化的步骤包括：
通过紧邻的固体前体颗粒来修改所述前体混合物的局部液体表面张力以减小所形成的液滴的平均液滴直径以及从而防止大于预定尺寸的固体前体颗粒被气溶胶化。


5.根据权利要求4所述的工艺，其中，包含大于预定尺寸的固体前体颗粒的固体产物颗粒的百分比基本上小于1％。


6.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述一个或更多个超声转换器以设定的频率运行。


7.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述一个或更多个超声转换器是超声雾化器。


8.根据权利要求1所述的工艺，其中，前体混合物是溶液或悬浮物。


9.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述固体前体颗粒是沸石。


10.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述固体前体颗粒是气相二氧化硅颗粒。


11.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述前体混合物包括偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)。


12.根据权利要求1所述的工...

【专利技术属性】
技术研发人员：ML奥斯特拉特，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA