铈锆固溶体生产装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铈锆固溶体生产装置和方法，该装置包括热解炉、加料单元、气固分离单元和减压设备；热解炉设置包括热解炉本体，其具有容纳腔室，其顶部对称设置有前驱体出口；其侧壁的下部对称设置有铈锆固溶体进口；其底部设置有铈锆固溶体收集口；加料单元包括喷嘴，喷嘴位于热解炉本体的顶部的下方，靠近该顶部设置；气固分离单元包括分离器、排气管和出口管；分离器的顶部设置有排气管；排气管与出口管相连；分离器的上部通过管路与前驱体出口相连；分离器的底部通过管路与铈锆固溶体进口相连；减压设备与出口管相连通，用于使得装置内部形成负压。通过本发明专利技术的装置能得到纯度较高的低氯铈锆固溶体。较高的低氯铈锆固溶体。较高的低氯铈锆固溶体。

【技术实现步骤摘要】
铈锆固溶体生产装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种铈锆固溶体生产装置和方法。

技术介绍

[0002]作为储氧材料，稀土铈氧化物(CeO
X
)在汽车尾气净化领域被广泛应用。然而，二氧化铈在1000℃下容易烧结，降低比表面积，导致氧气的吸放能力严重下降，严重限制了二氧化铈的应用。现有技术中，常选择在二氧化铈中掺杂氧化锆(ZrO2)形成Ce
x
Zr1‑
X
O2固溶体以提高二氧化铈结构稳定性、温度耐受性和氧气吸放能力。
[0003]目前，常用的Ce
x
Zr1‑
X
O2固溶体的制备方法有共沉淀法、凝胶溶胶法、高温焙烧法和高能球磨法。共沉淀法的生产流程长，操作步骤多，需要消耗的原材料多，影响因素复杂。溶胶凝胶法的制备过程所需时间较长，并且在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，最终产物容易发生收缩，生产成本较高。高温焙烧法制备的催化剂高温耐受性良好，但颗粒团聚严重，且高温耗能巨大。高能球磨法制得的颗粒分散性好、颗粒大小分布均匀，但由于没有高温焙烧，会导致颗粒晶型发育不完全，严重影响催化剂的使用时间。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种铈锆固溶体生产装置。通过该装置可以提高铈锆固溶体的纯度，降低其氯含量。本专利技术的另一个目的在于提供一种生产铈锆固溶体的方法，可以提高生产效率、减少生产消耗。
[0005]本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。
[0006]一方面，本专利技术提供了用于铈锆固溶体生产装置，其包括：热解炉、加料单元、气固分离单元和减压设备；
[0007]所述热解炉设置为能够形成铈锆固溶体，其包括热解炉本体；所述热解炉本体具有容纳腔室，其顶部对称设置有前驱体出口；所述热解炉本体的侧壁的下部对称设置有铈锆固溶体进口；所述热解炉本体的底部设置有铈锆固溶体收集口；
[0008]所述加料单元包括喷嘴，所述喷嘴位于所述热解炉本体的顶部的下方，靠近该顶部设置；所述喷嘴设置为能够将用于生产铈锆固溶体的含氯化物的水溶液形成喷雾；
[0009]所述气固分离单元包括分离器、排气管和出口管；所述分离器的顶部设置有排气管；所述排气管与所述出口管相连；所述分离器的上部通过管路与前驱体出口相连；所述分离器的底部通过管路与铈锆固溶体进口相连；
[0010]所述减压设备与所述出口管相连通，用于使得装置内部形成负压。
[0011]在本专利技术中，所述热解炉包括热解炉本体。所述热解炉本体具有容纳腔室。热解炉本体的顶部的纵剖面可以呈等腰梯形结构，其腰部上对称设置有前驱体出口。热解炉本体的侧壁的下部对称设置有铈锆固溶体进口，其底部设置有铈锆固溶体收集口。这样，不仅方便收集产品，而且产品损失量少，产率更高。
[0012]在本专利技术中，加料单元的喷嘴位于所述热解炉本体的顶部的下方并靠近该顶部设
置。采用由上往下的方式进行喷洒可以减少接触时间，从而减少物料的损失。
[0013]在本专利技术中，气固分离单元用于对经热分解的气固两相流体进行气固分离。气固分离单元可以为旋风分离器。可以将气固分离单元对称设置于所述热解炉的两侧，这样可以在装置内形成对称旋流，物料分离下来较为稳定，不会产生偏移，气固分离效果好。通过减压设备将整个装置内形成负压，使得以热空气为载体的前驱体进入气固分离单元的速度稳定在1～10m/s之间，使得热解产物进入分离装置后还未与HCl发生反应便以更快的速度进行气固分离，从而抑制产物氯离子含量，达到降低铈锆固溶体中氯含量。
[0014]根据本专利技术的装置，优选地，所述气固分离单元设置为至少两个。在某些实施方式中，可以对称设置两个气固分离单元，它们分别位于热解炉的两侧。相应地，热解炉本体的顶部对称设置两个前驱体出口，分别为第一出口和第二出口。其侧壁的下部对称设置有两个铈锆固溶体进口，分别为第一进口和第二进口。两个气固分离单元的上部分别通过管路与第一出口和第二出口相连。两个气固分离单元的底部分别通过管路与第一进口和第二进口相连。
[0015]根据本专利技术的装置，优选地，所述加料单元还包括供料管、储液罐和空压泵；所述供料管的一端与所述喷嘴相连，另一端与所述储液罐相连；所述储液罐的一端与所述空压泵相连，所述储液罐用于容纳含氯化物的水溶液。所述供料管的一端穿过所述热解炉本体的顶部，延伸至该顶部下方30～100cm，优选为50～90cm，更优选为70～80cm。
[0016]根据本专利技术的装置，优选地，还包括保温层，所述保温层环绕热解炉本体的侧壁设置，其由耐火材料制成。
[0017]根据本专利技术的装置，优选地，所述分离器的底部通过呈折弯结构的管路与铈锆固溶体进口相连。这样更有利于经气固分离单元分离的固溶体进入热解炉本体内。
[0018]根据本专利技术的装置，优选地，所述排气管上设置有切口，排气管通过该切口与所述出口管垂直相连。
[0019]另一方面，本专利技术提供了一种上述装置生产铈锆固溶体的方法，包括如下步骤：
[0020](1)将氯化铈和氯氧化锆溶于水中制成溶液，再加入有机螯合剂得到含氯化物的水溶液；其中，有机螯合剂的摩尔数与铈元素和锆元素的总摩尔数之比为1～4:1；所述有机螯合剂选自柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸中的至少一种；
[0021](2)将热解炉升温至600～900℃，以空气为载体将含氯化物的水溶液通过喷嘴喷入热解炉内，形成喷雾，并经热分解反应形成前驱体；
[0022](3)将前驱体经过前驱体出口进入气固分离单元进行气固分离，气体通过排气管排出，铈锆固溶体经过铈锆固溶体进口进入热解炉本体内，并从铈锆固溶体收集口排出；
[0023]其中，所述铈锆固溶体中的氯含量低于0.1wt％。
[0024]步骤(1)中，以氯化铈和氯氧化锆为原料，加入有机螯合剂后得到混合溶液。有机螯合剂的摩尔数与铈元素和锆元素的总摩尔数之比可以为1～4:1，优选为1～3:1。
[0025]有机螯合剂可以选自柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸中的至少一种。优选地，有机螯合剂为柠檬酸、酒石酸和乙二胺四乙酸的混合物。
[0026]根据本专利技术的方法，优选地，含氯化物的水溶液中，氯化铈浓度为100～300g/L；更优选地，氯化铈浓度为100～250g/L，再优选地，氯化铈浓度为150～200g/L。含氯化物的水溶液中，氯氧化锆浓度可以为6～240g/L，优选为90～180g/L，更优选为110～150g/L。这样
有利于形成低氯含量的铈锆固溶体
[0027]本专利技术的步骤(2)中，热分解的温度可以为600～900℃，优选为650～850℃，更优选为700～800℃。
[0028]上述反应的方程式为：
[0029]2CeCl3+2ZrOCl2+2H2O+2O2＝4Ce
0.5
Zr
0.5
O2+4HCl+3Cl2。
[0030]氯离子会影响铈锆固溶体的催化性能。通常，在催化剂粉体中，氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈锆固溶体生产装置，其特征在于，包括热解炉、加料单元、气固分离单元和减压设备；所述热解炉设置为能够形成铈锆固溶体，其包括热解炉本体；所述热解炉本体具有容纳腔室，其顶部对称设置有前驱体出口；所述热解炉本体的侧壁的下部对称设置有铈锆固溶体进口；所述热解炉本体的底部设置有铈锆固溶体收集口；所述加料单元包括喷嘴，所述喷嘴位于所述热解炉本体的顶部的下方，靠近该顶部设置；所述喷嘴设置为能够将用于生产铈锆固溶体的含氯化物的水溶液形成喷雾；所述气固分离单元包括分离器、排气管和出口管；所述分离器的顶部设置有排气管；所述排气管与所述出口管相连；所述分离器的上部通过管路与前驱体出口相连；所述分离器的底部通过管路与铈锆固溶体进口相连；所述减压设备与所述出口管相连通，用于使得装置内部形成负压。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气固分离单元设置为至少两个。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加料单元还包括供料管、储液罐和空压泵；所述供料管的一端与所述喷嘴相连，另一端与所述储液罐相连；所述储液罐的一端与所述空压泵相连，所述储液罐用于容纳含氯化物的水溶液。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括保温层，所述保温层环绕热解炉本体的侧壁设置，其由耐火材料制成。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振峰，伍永福，马守营，苏雅拉图，董云芳，刘中兴，张学锋，寇树芳，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：