制造多孔针状莫来石体的方法技术

由两步骤焙烧方法制造针状莫来石体，其中生坯首先转变成氟黄玉，然后转变成针状莫来石。所述坯体包含在炉的封闭区内。在氟黄玉形成步骤期间提供通过所述封闭区的工艺气体流。所述工艺气体通过在所述封闭区的至少一侧上的多个开口被引入封闭区，并通过在所述封闭区另一侧上的多个开口离开。针状莫来石形成步骤期间，在所述炉的外部部分中保持吹扫气体流。这种吹扫气体可以通过将其流入炉的封闭区并从所述封闭区流出炉而不再进入所述炉的外部部分而除去。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造多孔针状莫来石体的方法本申请要求2011年7月6日提交的美国临时专利申请No.61/504,739的优先权。本专利技术涉及制造多孔针状莫来石体的方法。针状莫来石采取高纵横比的针的形式。大量这些针形成高表面积、高孔隙的结构，所述结构的特征在于它们的出色的耐温性和机械强度。多孔针状莫来石体用作微粒捕集器以过滤从动力设备散发的废气中的烟尘。动力设备可以是活动或静止的。活动的动力设备的例子是内燃机。静止的动力设备包括发电和/或蒸汽发生设备。多孔针状莫来石体还可用作催化剂载体，例如汽车催化转化器中贵金属的载体。制造多孔针状莫来石体的适宜的方式以含有铝和硅原子源的“生坯”开始。通过在氟源存在下加热，可形成（理论）经验式为Al2（SiO4）F2的氟黄玉（Fluorotopaz）化合物。氟黄玉化合物然后可热分解形成莫来石，所述莫来石的（理论）经验结构式为3Al2O3·2SiO2。用这种方法形成的莫来石晶体采取大量相互连接的针的形态。针通常平均直径最大约25微米。相互连接的针形成多孔结构，其中孔隙占坯体体积的40至85%。制造多孔针状莫来石体的一种方式描述在例如WO90/01471中。三氟化铝、二氧化硅和任选的氧化铝形成生坯，将其加热到650至950℃以形成氟黄玉化合物。在1150-1700℃下，氟黄玉可以在无水SiF4气氛下与补加的SiO2反应，以消除氟并产生针状莫来石。SiF4是作为这些反应中每个反应的副产物产生的。在该方式中氟黄玉-形成步骤中的反应速率被限制，因为三氟化铝必须分解才能为所述反应提供氟。另外，三氟化铝是昂贵的起始材料。另一种合成方式描述于WO99/11219、WO03/82773和WO04/96729。这种方式使用气体，最通常是SiF4，作为氟源，以及铝硅酸盐粘土、二氧化硅和/或氧化铝作为铝和硅源。如前所述，发生两阶段反应。形成生坯，放入炉中，所述炉装有需要量的SiF4。然后在SiF4存在下，以恒定速率加热生坯。当温度超过约650℃时，在放热反应中形成氟黄玉，并且所述炉在700℃至约950℃的范围内时继续形成。所述氟黄玉在第二吸热反应中进一步反应，形成针状莫来石。该第二反应通常在SiF4气氛下通过继续加热炉到至少1000℃的温度而进行。SiF4分压通常在第二个步骤中比氟黄玉形成反应期间低。取决于SiF4分压和其它工艺变量，氟黄玉在低到约800℃的温度下可开始分解，形成莫来石。因此，在某个温度范围内，可能所述氟黄玉中间体同时形成和分解。为了获得一致的产品质量，设法分开这些反应是有益的。这样做的一种方法是将第一步骤的反应温度保持在大约800℃或更低，使得分解反应的速率小或为零。这样做的问题是由于氟黄玉形成反应的放热本质，部件的温度难以控制。特别地，因为反应热有时不能迅速消除，所以部件的核心易于变得过热。其结果是在整个部件中，针状结构是不一致的。在所述坯体的生产规模加工中产生了另一个问题。生产规模工艺在单个炉中同时制造多个部件。已经发现，各个所述坯体可以在不同的速率下反应，尤其在氟黄玉形成反应期间。因为反应周期时间由反应最慢的部件的反应周期时间决定，所以希望所述部件全部以非常接近相同的速率反应，以最小化周期时间以及最小化相关成本和生产率的损失。又一个问题是反应期间可形成混合金属氟化物副产物。这种副产物通常含有10至20重量%钾、1至10%钠、15至30%铝和最多70%氟。这种混合金属氟化物在氟黄玉分解反应的条件下是挥发性的。如果它迁移到反应器中的冷点，它可将蒸汽相冷凝下来并污染反应器壁及其他内表面。这产生了明显的清洁问题。另外，所述混合金属氟化物与形成的针状莫来石相平衡，只要它处于蒸汽相中。如果所述混合金属氟化物冷凝或以其它方式从系统中除去，则更多的材料将从所述部件中挥发。因为这从系统中除去了铝而不是硅，所以影响了部件中铝:硅比率，这可导致产品性质的改变。钾、钠和氟化物也被除去，再次导致最终的部件的化学改变，以及部件与部件之间或批与批产品之间的不一致性。因此，提供允许迅速而经济地生产具有一致的针状结构的多孔针状莫来石体的生产方法，将是合乎需要的。在一个方面，本专利技术是生产一个或多个针状莫来石体的方法，所述方法包括：（a）在炉的封闭区中，在流过所述炉的封闭区的含有含氟化合物的工艺气体存在下，将至少一个生坯加热到650℃至800℃的温度，使得所述生坯中的铝源和硅源与所述含氟化合物反应，形成氟黄玉，和然后（b）将所述坯体加热到超过800℃的温度，使得所述氟黄玉分解以形成多孔针状莫来石体，其中，在步骤（a）中，所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一侧上的多个入口被引入所述封闭区，并且所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一个其它侧上的多个出口被排出所述封闭区。已经意外发现，通过在氟黄玉形成反应（步骤（a））期间工艺气体以这种方式流过所述炉的封闭区，步骤（a）期间的反应速率可在所述炉的封闭区内的多个坯体间达到平衡。这允许多个部件非常接近同时地完成氟黄玉形成反应，从而减少了总周期时间。在某些实施方式中，所述流动工艺气体的流速和/或组成用作一种途径，通过所述途径避免了在所述方法的步骤（a）期间发生的由放热的氟黄玉形成反应所产生的局部高温。可以选择这些参数，以在所述封闭区内产生提供有益的反应速率的含氟化合物分压，使得所述坯体的温度在步骤（a）期间保持在预定温度范围内。当反应速率最大化时，周期时间当然最短。因此，在生产环境中，在步骤（a）期间期望将所述含氟化合物尽可能迅速地进给到所述封闭区中，始终一致地保持期望的反应温度和生产优质部件。已经发现，如果所述含氟化合物在反应早期以比较高的速率进给、然后随着反应进行进给速率降低的话，可保持比较短的周期时间，始终一致的温度和质量控制。随着步骤（a）的氟黄玉形成反应的进行，所述含氟化合物进给的速率可连续降低或以一个或多个增量降低，这在下面更充分地描述。含氟化合物的进给速率可通过降低所述工艺气体的流速和/或通过降低工艺气体中所述含氟化合物的浓度而降低。对于一组给定的反应条件，特别是部件质量和几何形状、部件数量和炉的几何形状，可能经验性地建立一组步骤（a）期间的条件，包括工艺气体的添加速率方案和/或所述工艺气体中含氟化合物的浓度。这可通过在氟黄玉形成反应的各个阶段，监测步骤（a）期间在工艺气体流速和/或工艺气体中含氟化合物浓度的各种条件下一部分或全部部件的温度来实行。通过以这样的方式监测所述温度，人们可凭经验制定在氟黄玉形成反应过程期间允许所述部件保持在预定温度范围内的流速和工艺气体组成的方案。然后在每次重复那些反应条件时，可使用所述方案，并且在这样的情况下变得不需要继续直接监测部件温度。本专利技术在又一个方面是生产针状莫来石体的方法，所述方法包括：（a）在含氟化合物存在下将生坯加热到升高的温度，使得所述生坯中的铝源和硅源与氟反应，形成氟黄玉，然后（b）将所述坯体加热到使得所述氟黄玉分解以形成多孔针状莫来石体的温度，其中步骤（a）和（b）在炉内的封闭区内进行，使得步骤（b）期间，所述封闭区的内壁和所述封闭区内的内部空间保持在至少1000℃的温度下，并且另外，其中在步骤（b）期间，吹扫气体流过所述封闭区外部的炉部分。在本专利技术该方面的优选实施方式中，所述吹扫气体通过使它流入并通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产一个或多个针状莫来石体的方法，所述方法包括：（a）在炉的封闭区中，在流过所述炉封闭区的含有含氟化合物的工艺气体存在下，将至少一个生坯加热到650℃至800℃的温度，使得所述生坯中的铝源和硅源与所述含氟化合物反应，以形成氟黄玉，和然后（b）将所述坯体加热到超过800℃，使得所述氟黄玉分解以形成多孔针状莫来石体，其中，在步骤（a）中，所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一侧上的多个入口被引入所述封闭区，并且所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一个其它侧上的多个出口被排出所述封闭区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.06 US 61/504,7391.生产一个或多个针状莫来石体的方法，所述方法包括：(a)在炉的封闭区中，在流过所述炉封闭区的含有含氟化合物的工艺气体存在下，将至少一个生坯加热到650℃至800℃的温度，使得所述生坯中的铝源和硅源与所述含氟化合物反应，以形成氟黄玉，其中所述炉的体积由外壳限定并且所述炉的封闭区由围壁限定，其中所述围壁与所述外壳间隔开并且所述炉的封闭区占所述炉总体积的20至95％，和然后(b)将所述坯体加热到超过800℃，使得所述氟黄玉分解以形成多孔针状莫来石体，其中，在步骤(a)中，所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一侧上的多个入口被引入所述封闭区，并且所述工艺气体通过分布在所述封闭区的至少一个其它侧上的多个出口被排出所述封闭区，使得所述工艺气体通过所述封闭区的流速为每分钟0.25至2倍的炉的封闭区体积。2.权利要求1的方法，其中所述炉的封闭区通过所述围壁中的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·梅里克，J·M·戈斯，K·普拉特科维斯基，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：
国别省市：