CN101524609B - 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用 - Google Patents

非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN101524609B
CN101524609B CN2009103015775A CN200910301577A CN101524609B CN 101524609 B CN101524609 B CN 101524609B CN 2009103015775 A CN2009103015775 A CN 2009103015775A CN 200910301577 A CN200910301577 A CN 200910301577A CN 101524609 B CN101524609 B CN 101524609B
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter
porous
intermetallic compound
gas
temperature
Prior art date
Application number
CN2009103015775A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101524609A (zh
Inventor
高麟
贺跃辉
徐进辉
汪涛
Original Assignee
成都易态科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 成都易态科技有限公司 filed Critical 成都易态科技有限公司
Priority to CN2009103015775A priority Critical patent/CN101524609B/zh
Publication of CN101524609A publication Critical patent/CN101524609A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101524609B publication Critical patent/CN101524609B/zh

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

本发明属于无机多孔材料领域,特别涉及非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及其应用。本发明的过滤元件由多孔支撑体和复合膜组成,多孔支撑体为管状或片状,复合膜由复合浆料涂在多孔支撑体的单侧外表面上,通过脱脂、偏扩散、反应合成和烧结形成具有微孔的薄层复合膜。该过滤元件表面的微孔小而匀,孔隙率高,并且滤料内部无粉尘堵塞,过滤气路通畅、阻力小,同时具有良好的抗高温氧化/硫化性能,以及优异的常温、高温力学性能。该元件可以直接对工业气体进行固气分离,承载高载荷和高压高速反冲洗,免去了相应的冷却设备,节省大量水资源和避免冷却水处理、降低了能源损失、缩短了工艺流程,提高了生产效率。

Description

非对称膜FeAI金属间化合物多孔材料过滤元件及应用
技术领域
[0001] 本发明属于无机多孔材料领域,特别涉及非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料 过滤元件及其应用。
背景技术
[0002] 高温气体通常是指温度在250°C以上的工业气体,如冶金、钢铁厂高炉或转炉气 体余热回收利用、煤化工、燃煤锅炉、火力发电、工业炉窑、含硫矿物的煅烧、焚烧等 工业过程中产生的高温气体。工业高温气体不仅具有温度高(一般150°C〜1400°C )和 含尘的特点,往往还含有大量腐蚀性物质和危险性物质(如CO、H2、(:氏等)。因此, 高温气体除尘净化装置必须具有耐高温、耐热震、耐压力波动、耐氧化、耐硫化、耐氯 化、防爆炸、防泄漏、精密分离、寿命长等特性。
[0003] 目前高温气体除尘净化方法通常有两种:一种是降温后用布袋过滤材料净化, 另一种是高温状态下直接用抗高温过滤材料净化,如陶瓷过滤材料或金属过滤材料。第 一种方式存在的问题是:需要先将高温气体进行冷却,这需要相应的气体冷却设备或水 资源的使用,能源消耗大。并且,气体冷却后,大部分热能源已经消耗浪费,如再回收 利用,价值将大大降低。第二种方式可减少净化前冷却气体的设备投资和运行费用;通 过热能和有价值副产品的回收利用能增加总运行效率;减少用于降温的稀释气流净化; 减少对产生的废水的再处理;可避免结露引起的设备腐蚀;减少维护费和延长设备使用 寿命;简化工艺流程;减少投0资、安装和占地面积。
[0004] 目前用于高温气体干式除尘净化的材料主要为陶瓷过滤材料,或单质金属多孔 材料。陶瓷过滤材料中,非对称膜陶瓷材料因过滤精度高,易反吹等性能优势,其应 用优于勻称结构陶瓷材料;单质多孔金属材料(如Ni、不锈钢等)耐腐蚀性能差,耐硫 化性能差、耐高温氧化性能差,不能适用于腐蚀性气体的服役环境。为此,腐蚀性高 温气体净化主要采用陶瓷过滤材料,但是,陶瓷多孔材料最大的缺点是易碎、易断、易 裂、不可焊接、抗热震性差,运行过程中时常发生断裂现象,造成生产中断,运行成本 高。到目前为止,我国还没有开发出用于高温气体除尘净化的过滤器,主要是受制于耐 高温、耐腐蚀的高性能多孔材料的落后生产技术。
[0005] 各类高温气体气固分离领域面临的问题:
[0006] (1)有色金属冶炼中高温尾气的除尘净化
[0007] 目前,我国有色金属冶炼厂主要采用对高温气体预冷却,再使用布袋除尘器进 行固气分离,从而达到净化气体并回收有价粉尘的目的。大多数企业选择了将尾气进行 净化处理后,利用其中SO2生产硫酸。其主要工艺流程是:回转窑产生的含硫气体一旋 风除尘器一预冷器一布袋除尘器一后续处理。首先,将从回转窑产出的高温含硫气体经 过旋风除尘器,进行初步除尘;再进入预冷器对高温气体进行冷却处理;然后,采用布 袋除尘器对冷却后的含硫气体进行固气分离,大量的粉尘在这一阶段被排除,随后进入 后续处理阶段。由于受布袋过滤精度的限制,此时,气体中的粉尘含量仍然较高,难以满足后续加工工艺的要求时,进一步采用水洗除尘工艺。
[0008] 现有布袋过滤工艺具有如下缺点:
[0009] a、投资增加。由于需要先降温后才除尘,因此增加了预冷器设备投资和占地面 积。
[0010] b、文氏管除尘消耗大量水资源,同时产生大量废水,后续处理十分困难。
[0011] C、有价金属回收效果差。布袋过滤精度差,不能拦截含硫气体中的细微粉尘, 这样一方面流失了细微粉尘中的大量有价资源,不利于对含硫气体中有价资源的回收利 用;另一方面,由于单独的布袋过滤不能满足后续加工工艺对含硫气体的质量要求, 影响后续产品质量,因此,必须辅以后续除尘工艺,即文氏除尘器和电除尘器等除尘手 段进行进一步净化,由此消耗大量水资源,还带来了大量废水的处理问题以及对含硫气 体的后续干燥问题,并导致了除尘净化工序的复杂化,降低了生产效率,提高了生产成 本。
[0012] d、布袋除尘器分离效果不稳定,其过滤精度随运行时间的衰减幅度较大。布袋 使用寿命短,约3〜6个月即需更换,运行成本较大。
[0013] (2)钢铁冶炼过程中高炉煤气和转炉煤气的回收利用
[0014] 高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品,主要成分为:CO,CO2, N2> H2, CH4 等,如不治理回收,既污染环境,又浪费能源。高炉煤气除尘净化后,可通过高炉煤气 余压透平发电装置(TRT)发电。TRT (Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit)是利
用高炉炉顶煤气具有的压力能及热能,使煤气通过透平机做功,将其转化为机械能,通 过机械能发电。
[0015] 高炉煤气治理早期主要采用洗涤塔、文氏管等湿法洗涤除尘。但该方法的系统 设备复杂、耗水量大,降低能源回收率,并有二次污染,洗涤设备腐蚀严重,煤气中含 水等缺点。干法除尘净化高炉煤气优点如下:a、煤气含水量少,可提高煤气发热值,提 高高炉煤气余压发电的能量。b、净化效率高,煤气质量好,煤气含尘浓度低,确保煤气 正常燃烧。C、节约用水,减少能耗。d、干法净化后,收集的粉尘可再循环利用。但 是,目前的干法除尘净化工艺使用的除尘器为布袋除尘器。该除尘器的缺点为不能承受 250°C以上的高温,故需要预先将高炉煤气降温到布袋能承受的范围内。布袋除尘器的缺 点为:a、降温导致热能的大量损失,能源浪费大。b、过滤精度低。C、在高炉工况发 生变化时,温度变化大,布袋容易被烧毁,影响生产。
[0016] 转炉煤气为转炉炼钢过程中,铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和 少量二氧化碳的混合气体,可以单独作为工业窑炉的燃料使用,也可和焦炉煤气、高炉 煤气、发生炉煤气配合成各种不同热值的混合煤气使用。
[0017] 转炉煤气由炉口喷出时,温度高达1450〜1500°C,并夹带大量粉尘,传统上, 需经降温、除尘,方能使用。除尘净化有湿法和干法两种类型。①湿法除尘净化系统 典型流程是:煤气出转炉后,经汽化冷却器降温至850〜100(TC,然后顺序经过一级文 氏管、第一弯头脱水器、二级文氏管、第二弯头脱水器,在文氏管喉口处喷以洗涤水, 将煤气温度降到350°c左右,并将煤气中含尘量降至约100毫克/立方米。然后用抽风 机将净化的气体送入储气柜。湿法工艺在世界上比较普遍。②美国和德国有些工厂采 用干式电除尘净化系统。煤气经冷却烟道温度降至loocrc,然后用蒸发冷却塔,再降至200经干式电除尘器除尘,含尘量低于50mg/nm3的净煤气,经抽风机送入储气柜。
[0018] 目前转炉煤气除尘净化方式的缺点是:湿法除尘需要耗费大量的水,并形成二 次水污染,洗涤设备腐蚀严重,煤气中含水,净化工艺长,工序多,能源消耗大,净化 效果不理想;干式电除尘投资大,容易产生爆炸。
[0019] (3)煤气化领域高温高压煤气除尘净化
[0020] 煤经过煤气发生器被气化后,至净化阶段约400°C。经净化,可以用于 IGCC(整体煤气化联合循环)发电,还可以用于合成氨、合成甲醇、二甲醚、制造燃料 电池、制氢、民用等。IGCC发电的净效率可达43%〜45%,远远高于常规燃煤电站, 而污染物排放仅为常规燃煤电站的1/10。
[0021] 煤气化中煤气的除尘净化是极其重要的关键工序之一。目前有湿式除尘和干式 布袋除尘。湿式除尘的工艺长,系统中设备复杂、耗水量大,并存在二次水污染,洗涤 设备腐蚀严重,煤气中含水等缺点。关于干式除尘的技术,目前,我国尚为空白,几乎 全部采用的引进国外陶瓷除尘器。在实际使用过程中,发现陶瓷多孔材料存在问题:陶 瓷多孔材料的成孔机理导致反吹再生效果差,过滤能力衰减快、寿命短;陶瓷固有的硬 脆性导致陶瓷多孔材料在高温条件下抗热震和抗压力波动能力差,易裂管。上述原因导 致生产使用过程中需频繁地更换断裂的陶瓷滤芯,也使生产不连续,大大增加了生产成 本。而且换管过程中煤气不得不排放至大气,导致环境污染加重。
[0022] 总之,微滤技术存在很多等待克服的难题,过滤元件性能的提高是克服难题的 关键。
发明内容
[0023] 本发明所要解决的第一个技术问题为提供一种非对称膜FeAl金属间化合物多孔 材料过滤元件,该过滤元件由多孔支撑体和复合膜组成;多孔支撑体为管状或片状,复 合膜附着在多孔支撑体的单侧外表面上。其中,多孔支撑体为管状时,复合膜涂布在管 状多孔支撑体内侧或外侧;多孔支撑体为片状,复合膜涂布在片状多孔支撑体一侧。
[0024] 复合膜为复合浆料涂在多孔支撑体的单侧外表面上,通过脱脂、偏扩散、反应 合成和烧结形成具有微孔的薄层复合膜。
[0025] 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件制备方法具体包括如下步骤:
[0026] A、取平均粒径为0.5〜2.0μιη的Al粉和平均粒径为0.5〜2.0μιη的Fe粉,按 Fe-20〜70at% Al混勻,制得粉料混合物;
[0027] B、然后按重量比粉料混合物:有机添加剂=1 : 0.2- 1.5的比例向粉料混合物 中加入有机添加剂混勻,即得复合浆料;
[0028] C、将复合浆料涂在多孔支撑体的单侧外表面,然后置于真空度为1.0X ICT1〜 1.0X IO-2Pa的真空气氛中,加热,在100〜400°C下保温30〜120min,以脱除有机添 加剂;然后升温至510〜640°C并保温60〜240min,以进行固相偏扩散,形成大量的 Kirkendall孔隙;最后升温至700〜900°C并保温30〜120min,使材料充分反应并使各成 分均勻化,冷却,即得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件。
[0029] 其中,所述多孔支撑体的制备方法为取平均粒径为150〜40 μ m的Al粉和平均 粒径为150〜40 μ m的Fe粉,按Fe_20〜70at% Al (即Fe原子数为总原子数的30〜80 % )混勻制得粉料混合物,粉料混合物压制成坯体;坯体在真空度为1.0X ICT1〜1.0X10_2Pa 的条件下,120〜150°C烧结30〜60min,然后升温至510〜640°C并保温60〜240min, 进行中温固相扩散造孔,最后升温至1000〜1250°C并保温60〜180min,冷却,制得多 孔支撑体。
[0030] 所述有机添加剂为乙醇、乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。
[0031] 进一步的,上述a步骤中坯体为管状或片状,制备片状坯时粉料混合物于100〜 250MPa下采用普通模压方式,压制芯杆成0.1〜2°的锥度,以便于脱模;制备管状坯 时粉料混合物于120〜250MPa下采用冷等静压方式。
[0032] 上述C步骤的多孔支撑体在涂复合浆料前先于聚丙烯酸和乙二醇组成的复合水溶 液中预浸润,以避免元素粉颗粒渗透进入支撑体孔隙,其中,所述复合水溶液中聚丙烯 醇和乙二醇的重量比为1 : 0.8〜1.2,聚丙烯醇和乙二醇的总浓度为10〜20wt%。
[0033] 为了使预浸润效果最好,上述复合水溶液中聚丙烯酸和乙二醇的重量比优选为
1 : Io
[0034] 进一步的,上述c步骤中升温速率控制为5〜10°C/min,以使多孔支撑体表面 形成细小孔径的FeAl薄层。
[0035] 本发明制备得到的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料粉尘过滤精度高于 Iym,通量大于100m3/KPa · m2 ·Μ厚度为5mm)。多孔材料室温强度>48MPa,600°C 强度>48MPa,850°C强度MOMPa,表现出温度反常现象,在中高温显示出高的强度。
[0036] 本发明的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件可以通过调节原料成 分、粉末粒度、成形压力、烧结温度和保温时间等多种工艺参数来控制基体多孔材料的 孔结构,孔结构调控范围大,多孔材料的孔结构控制程度较好。
[0037] 本发明的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件利用Fe、Al元素粉末在 固相扩散过程中的Kirkendall效应来形成孔隙,具有短流程、低成本和低能耗的特点。
[0038] 本发明非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件具有梯度孔结构,可以在 提高过滤精度的同时大大降低渗透阻力,提高膜的渗透性;支撑体与多孔膜同质,避免 了在使用过程中由于两者间结合力及热膨胀系数的差异而造成多孔膜与支撑体脱离,以 及基体和表面材料间的互扩散等的现象,提高了使用寿命,扩大了使用环境范围。
[0039] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述非对称膜FeAl金属间化合物多 孔材料过滤元件在气体净化中的应用,具体为气体从过滤元件涂布有复合膜的一侧进 入,从未涂布复合膜的一侧逸出,逸出气体即为净化后的气体,过滤元件的过滤压差为 0.001 〜0.05MPa,工作压力为-0.05 〜9.0MPa。
[0040] 进一步的,气体进入过滤元件前通过旋风除尘器进行初步除尘。
[0041] 所述气体为O〜850°C的气体,特别适用于高炉尾气、转炉尾气或煤化工煤气。
[0042] 过滤一段时间后,由于过滤元件积累的粉尘增多,过滤效果会减弱,同时也为 了对粉尘中的有价资源进行回收,需要用反吹剂对过滤元件进行反冲洗,反吹后的过滤 元件可以继续使用;通常反吹剂采用高温滤气、干燥空气、惰性气体等,反吹时压力为 0.002〜12MPa,反吹时间为0.05秒〜300秒。绝大部分的粉尘将在这一阶段被排除, 采用集尘罐对粉尘进行沉降收集,随后进入后续处理阶段。
[0043] 与现有净化方法相比,本发明具有以下优点:[0044] 1、非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件具有良好的抗高温氧化/硫化性能,可 以在高温下直接对工业气体进行固气分离,免去了相应的冷却设备,缩短了工艺流程, 提高了生产效率。
[0045] 2、非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件具有高的过滤精度和大的通量,可以 拦截含硫气体中的粒度在1微米以下的细微粉尘,提高了后续产品的质量,并可回收利 用细微粉尘中的有价资源,同时减小了后续处理的运行强度和难度;避免使用文氏除尘 器和电除尘器等除尘带来的环境污染等问题。
[0046] 3、非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件具有良好的高温孔结构稳定性,因此 具有稳定的过滤通量和过滤精度,结合反冲洗工艺,可实现高温含硫气体的长期稳定过 滤,并降低了过滤成本。
[0047] 4、非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件可采用很高的过滤速度。布袋过滤速 度一般为0.5〜1.2m/min,而非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件的过滤速度可达6.0m/ min。在同样过滤面积下,非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件是布袋5倍以上的过滤 处理能力。
[0048] 5、非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件生产方法简便,孔隙的可控性强,生 产成本低,使用寿命长,具有更好的经济效益和推广价值。
具体实施方式
[0049] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明 限制在所述的实施例范围之中。
[0050] 实施例1过滤元件的制备
[0051 ] 平均粒径为100 μ m的Fe粉和平均粒径为90 μ m的Al粉按Fe_30at% Al的配比 (即Fe原子数为总原子数的70%)机械混合均勻后,采用普通模压方式在240MPa的压力 下压制出片状坯(<2 350 X 4.0mm)。在真空气氛下进行烧结,真空度控制在1.0 X ICT1〜 1.0X IO^2Pa0首先在130°C烧结45min以脱去吸附水份。随后,在520°C温度下进行中温 固相扩散,时间为60分钟。最终高温成份均勻化和组织结构稳定化处理温度为1050°C, 时间为120分钟,冷却,制得最大孔径为35 μ m,孔隙率为43%的FeAl金属间化合物多 孔支撑体。
[0052] 平均粒径均为1.5 μ m的Fe和Al粉以Fe_30at% Al的配比混勻制得粉料混合物, 乙醇与聚乙二醇按质量比为1 : 0.5混合作为有机添加剂。按粉料混合物与有机添加剂的 质量比为1 : 0.5的比例向粉料混合物中加入有机添加剂,经搅拌和超声波处理后使其混 勻,得到分散均勻的复合浆料。
[0053] 采用喷涂的方式在片状支撑体单侧表面刮涂出一层平整而连续的涂层;在 1.0X ΙΟ"1〜1.0X10_2Pa真空烧结阶段,于300°C的温度下保温60分钟以脱除有机添加 剂,在540°C的温度下保温60分钟以进行固相偏扩散,形成大量的Kirkendall孔隙,在 750°C的温度下保温120分钟进行材料的成分均勻化处理,期间控制升温速率为10°C / min,冷却,即得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件。
[0054] 经检测:所得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件的孔隙度为40 %, 最大孔径为1.2 μ m、膜厚为120 μ m的。[0055] 实施例2过滤元件的制备
[0056] 平均粒径为5 μ m的Fe粉和平均粒径为10 μ m的Al粉按Fe_60at% Al的配比机械 混合均勻后,采用普通模压方式在150MPa的压力下压制成片状坯(<2 300X 3.5mm)。在 真空气氛下进行烧结,真空度控制在1.0X10—1〜1.0X10_2Pa。首先在150°C加热50min ; 随后,在560°C温度下进行中温固相扩散,时间为120分钟。最终高温成份均勻化和组 织结构稳定化处理温度为1100°C,时间为30分钟。制得最大孔径为12μιη,孔隙率为 38%的FeAl金属间化合物多孔支撑体。
[0057] 平均粒径均为1.0 μ m的Fe和Al粉以Fe_60at% Al的配比混勻制得粉料混合物;
乙二醇与聚乙烯醇按质量比为1:1混合作为有机添加剂。按粉料混合物与有机添加剂 的质量比为1 : 1.2的比例向粉料混合物中加入有机添加剂,经搅拌和超声波处理后得到 分散均勻的复合浆料。
[0058] 采用刮刀刮涂浆料的方式在片状支撑体表面刮涂出一层平整而连续的涂层;在 1.0X IO-1〜1.0X IO-2Pa真空烧结阶段,在250°C的温度下保温90分钟以脱除有机添加 剂,在560°C的温度下保温90分钟以进行固相偏扩散,形成大量的Kirkendall孔隙,在 8500C的温度下保温90分钟进行材料的成分均勻化处理,期间控制升温速率为8°C /min, 冷却,即得本发明非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件。
[0059] 经检测:所得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件的孔隙度为38%、 最大孔径0.8 μ m,非对称膜厚50 μ m,具有梯度孔结构。
[0060] 实施例3过滤元件的制备
[0061 ] 平均粒径为40 μ m的Fe粉和平均粒径为30 μ m的Al粉以Fe_40at% Al的配比机 械混合均勻后,采用冷等静压方式在ISOMPa的压力下进行压制,压制芯杆锥度1.8°, 手动脱模后得到内径略成锥度(3° )的管状成形坯(Φ50*300ιηιη)。采用真空气氛进行 烧结,真空度控制在1.0X ICT1〜1.0Χ 10_2Pa。先在120°C下加热30min除去吸附水份; 随后,在600°C温度下进行中温固相扩散,时间为120分钟。高温成份均勻化和组织结构 稳定化处理最终温度为1200°C,时间为90分钟,制得FeAl金属间化合物多孔支撑体。
[0062] 平均粒径为1.5μιη的Fe和Al粉按Fe_40at%Al的配比混勻,制得粉料混合物; 乙醇与聚乙烯醇按质量比为1 : 0.7混合作为有机添加剂;按粉料混合物与有机添加剂的 质量比为1 : 0.6的比例向粉料混合物中加入有机添加剂,经搅拌和超声波处理后得到分 散均勻的复合浆料。
[0063] 采用喷涂的方式在管状件外表面形成涂层;在Ι.ΟΧΙίΓ1〜1.0X10_2Pa真空烧结 阶段,在400°c的温度下保温30分钟以脱除有机添加剂,在600°C的温度下保温120分钟 以进行固相偏扩散,形成大量的Kirkendall孔隙,在900°C的温度下保温120分钟进行材 料的成分均勻化处理,期间控制升温速率为5°C/min,冷却,即得本发明非对称膜FeAl 金属间化合物多孔材料过滤元件。
[0064] 经检测:所得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件的孔隙度为35 %, 膜厚30 μ m,最大孔径1.0 μ m,具有梯度孔结构。
[0065] 实施例4过滤元件的制备
[0066] 平均粒径为70 μ m的Fe粉和平均粒径为60 μ m的Al粉以Fe_50at% Al的配比
机械混合后,采用冷等静压方式在200MPa的压力下进行压制,压制芯杆锥度0.2°,手动脱模后得到内径略成锥度的管状成形坯(Φ50*300ιηιη)。在真空气氛下进行烧结,真 空度控制在1.0X IO-1NLOXlO-2Pat5首先,在130°C下加热45min,随后,在640°C温度 下进行中温固相扩散,时间为90分钟。最终高温处理温度为1050°C,时间为60分钟。 制得FeAl金属间化合物多孔支撑体。
[0067] 平均粒径为2.0 μ m的Fe和Al粉按Fe_50at% Al的配比混勻制得粉料混合物; 甘油与聚乙二醇按质量比为1 : 0.4混合作为有机添加剂;按粉料混合物与有机添加剂的 质量比为1 : 0.4的比例向粉料混合物中加入有机添加剂,经搅拌和超声波处理后得到分 散均勻的复合浆料。
[0068] 采用喷涂的方式在管状件表面形成涂层;在Ι.ΟΧΙίΓ1〜1.0X10_2Pa真空烧结阶 段,在300°C的温度下保温120分钟以脱除有机添加剂,在580°C的温度下保温90分钟以 进行固相偏扩散,形成大量的Kirkendall孔隙,在850°C的温度下保温100分钟进行材料 的成分均勻化处理,期间控制升温速率为7°C/min,冷却,即得本发明非对称膜FeAl金 属间化合物多孔材料过滤元件。
[0069] 经检测:所得非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件的孔隙度为45%、 多孔膜厚30μιη、最大孔径为1.8μιη,具有梯度孔结构。
[0070] 将上述实施例1〜4分别制备得到的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤 元件,在850°C下静态空气加热150小时,各多孔材料氧化增重均小于2wt.%,最大孔 径增加均小于1.5%。在含10% S+90% N2的气氛中,850°C加热152小时,增重均小于 2wt%,最大孔径变化均小于3%。说明本发明方法制备的FeAl金属间化合物多孔材料具 有良好的抗高温氧化和高温硫化性能。
[0071] 实施例5实施例1制备的过滤元件用于净化含硫气体
[0072] 将实施例1制备的非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件制成过滤器。高温含硫 气体通过旋风除尘器后,温度为320°C、SO2含量1.6%、粉尘含量17g/m3。进入过滤 器,控制过滤压差为2kPa,固气分离后得到的气体温度310°C、SO2含量1.6%、粉尘含 量0.03g/m3。净化后的气体采用4L浓度为93%的硫酸吸收后,硫酸颜色清亮。
[0073] 过滤元件使用1天后,采用压缩空气对非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件进 行反吹清灰,控制反吹压力为0.20MPa,反吹2分钟。然后继续用于过滤,过滤器的气 通量和过滤精度未见明显降低。
[0074] 作为对比,采用布袋作为过滤器过滤经过旋风除尘器和表冷器后收得的含硫气 体(温度115°C,粉尘含量8g/m3),其余步骤同上。过滤后的气体粉尘含量为0.1 lg/m3, 采用4L浓度为93%的硫酸吸收后硫酸颜色发黑。
[0075] 实施例6实施例2制备的过滤元件用于净化含硫气体
[0076] 采用实施例2制备得到的非对称膜FeAl金属间化合物过滤元件制成的铁铝过滤 器过滤含硫高温气体。通过旋风除尘器后的气体温度205°C、SO2含量1.8%、粉尘含量 18g/m3直接进入铁铝过滤器,控制过滤压差为4kPa,过滤后的气体温度185°C、SO2含量 1.8%,粉尘含量15mg/m3。其间,每30分钟用0.3MPa压缩空气脉冲反吹,通气量维持 在 80m3/h · m2。
[0077] 实施例7实施例3制备的过滤元件用于净化钢铁冶炼产生的高炉尾气
[0078] 采用实施例3制备的非对称膜FeAl金属间化合物作为过滤元件的铁铝过滤器过滤高炉尾气。高炉尾气通过重力除尘器后温度242°C、CO含量27.5%、粉尘含量13.2g/ m3,直接进入铁铝过滤器,控制过滤压差为5kPa,尾气中的粉尘被滤芯阻留在装置内, 其中较大颗粒因自重掉入下部灰箱,较细粉尘被阻留在滤芯表面形成滤饼,通过定时采 用高温滤气反吹使其脱离滤芯表面并掉入灰箱,反吹压力为0.50MPa。
[0079] 同时对布袋除尘器及铁铝过滤器取样分析,数据如表1所示:
[0080] 表 1
[0081]
Figure CN101524609BD00101
[0082] 由表1中数据说明本实施例的过滤器对高炉尾气净化处理后的气体中粉尘含量 明显低于布袋过滤器除尘后的粉尘含量,并且净化后气体温度的提高可提高TRT发电量。
[0083] 实施例8实施例4制备的过滤元件用于净化煤化工的高温高压煤气
[0084] 目前煤化工中高温高压煤气净化主要采用陶瓷管进行,由于在使用过程中陶瓷 管容易断裂,给生产连续性带来较大影响。
[0085] 来自合成器冷却器的粗合成气温度315°C,CO含量66.2%、H2含量23.2%,粉 尘含量142g/m3,采用实施例4制备的过滤元件作为铁铝过滤器与采用陶瓷管为过滤元件 的飞灰过滤器并联运行。铁铝过滤器过滤时压差为15kPa,合成气中的粉尘被滤芯阻留在 装置内,其中较大颗粒因自重掉入下部灰箱,较细粉尘被阻留在滤芯表面形成滤饼,采 用高温NjfFeAl金属间化合物过滤元件进行脉冲定时反吹清灰,反吹压力为8MPa,使 滤饼脱离滤芯表面并掉入灰箱。连续运行6个月后,FeAl过滤器通气量及过滤精度保持 不变,陶瓷飞灰过滤器更换了 2组滤芯中的13根陶瓷滤管。
[0086] 同时对陶瓷飞灰过滤器及FeAl过滤器除尘后气体中粉尘含量取样分析及观察滤 芯损坏情况,取样分析,数据如表2所示:
[0087]表 2
[0088]
Figure CN101524609BD00102
Figure CN101524609BD00111
[0089] 通过以上对比可以看出,本发明的过滤元件具有以下优势:(1)该元件表面的 微孔更小更均勻,具有更高的过滤精度。(2)该元件的表面微孔密集,孔隙率高,并且滤 料内部无粉尘堵塞,过滤气路通畅,阻力小。(3)该元件表面光洁,粉尘不易粘结,更利 于反吹清灰,具有更长的使用寿命。(4)该元件且生产方法更为简便,孔隙的可控性更 强,生产成本更低,具有更好的经济效益和推广价值。

Claims (6)

1.非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在于:该过滤元件由多孔 支撑体和复合膜组成;多孔支撑体为管状或片状,复合膜附着在多孔支撑体的单侧外表 面上;所述过滤元件的制备方法包括如下步骤:A、取平均粒径为0.5〜2.0 μ m的Al粉和平均粒径为0.5〜2.0 μ m的Fe粉,按Fe 原子数为总原子数的30-80%混勻,制得粉料混合物;B、然后按重量比粉料混合物:有机添加剂=1 : 0.2〜1.5的比例向粉料混合物中加 入有机添加剂混勻,即得复合浆料;C、将复合浆料涂在多孔支撑体的单侧外表面,然后在真空度为l.OXlO—1〜 1.0X ICT2Pa的条件下,加热,在100〜400°C下保温30〜120min,然后升温至510〜 640°C并保温60〜240min,最后升温至700〜900°C并保温30〜120min,冷却,即得非 对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件;其中,所述多孔支撑体的制备方法为;取平均粒径为150〜40 μ m的Al粉和平均粒 径为150〜40 μ m的Fe粉,按Fe原子数为总原子数的30-80%混勻制得粉料混合物,粉 料混合物压制成坯体;坯体在真空度为1.0 X 10—1〜1.0 X ICT2Pa的条件下,120〜150°C烧 结30〜60min,然后升温至510〜640°C并保温60〜240min,最后升温至1000〜1250°C 并保温60〜180min,冷却,制得多孔支撑体;所述有机添加剂为乙醇、乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在 于:多孔支撑体的坯体为管状,由粉料混合物于120〜250MPa下采用冷等静压方式制 成,压制芯杆成0.1〜2°的锥度。
3.根据权利要求1所述的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在 于:多孔支撑体的坯体为片状;由粉料混合物于100〜250MPa下采用普通模压方式制 成。
4.根据权利要求1所述的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在 于:多孔支撑体在涂复合浆料前先于重量比为1 : 0.8〜1.2的聚丙烯酸和乙二醇组成的 复合水溶液中预浸润,聚丙烯酸和乙二醇的总浓度为10〜20wt%。
5.根据权利要求4所述的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在 于:聚丙烯酸和乙二醇的重量比为1 : 1。
6.根据权利要求1所述的非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件,其特征在 于:步骤C中升温速率控制为5〜10°C /min。
CN2009103015775A 2009-04-15 2009-04-15 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用 CN101524609B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103015775A CN101524609B (zh) 2009-04-15 2009-04-15 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103015775A CN101524609B (zh) 2009-04-15 2009-04-15 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101524609A CN101524609A (zh) 2009-09-09
CN101524609B true CN101524609B (zh) 2011-04-13

Family

ID=41092771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009103015775A CN101524609B (zh) 2009-04-15 2009-04-15 非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101524609B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104436867A (zh) * 2014-09-30 2015-03-25 成都易态科技有限公司 非对称烧结无机多孔过滤元件的制备工艺

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102350121A (zh) * 2011-08-30 2012-02-15 成都易态科技有限公司 一种过滤方法及用于该方法的具有滤芯变压功能的过滤装置
CN102560331B (zh) * 2011-12-28 2014-04-23 成都易态科技有限公司 通过碳氮共渗实现金属多孔材料孔径调节的方法及该材料的孔结构
CN102851048B (zh) * 2012-08-30 2016-08-10 成都易态科技有限公司 一种可实现渣热利用的气体净化系统
CN102876343B (zh) * 2012-08-30 2014-07-30 成都易态科技有限公司 油页岩干馏制油系统
CN102977914B (zh) * 2012-10-31 2015-01-07 成都易态科技有限公司 催化重整工艺及催化重整反应器
CN103275767A (zh) * 2013-05-24 2013-09-04 张晓� 一种高温含固体粉尘和含焦油气的气体的分离方法
CN103695689B (zh) * 2013-11-01 2016-06-29 西安宝德粉末冶金有限责任公司 一种Fe-Al系金属间化合物多孔膜的制备方法
CN104629815B (zh) * 2015-01-30 2017-11-21 成都易态科技有限公司 一种煤炭转化炉炉气净化系统
CN104959611B (zh) * 2015-05-26 2017-10-27 成都易态科技有限公司 多孔过滤薄膜及多孔过滤薄膜的制备方法
CN104874798B (zh) * 2015-05-26 2018-02-16 成都易态科技有限公司 多孔过滤薄膜及多孔过滤薄膜的制备方法
CN104874801B (zh) * 2015-05-26 2017-10-27 成都易态科技有限公司 多孔过滤薄膜及多孔过滤薄膜的制备方法
CN104959612B (zh) * 2015-05-26 2017-10-27 成都易态科技有限公司 多孔过滤薄膜及多孔过滤薄膜的制备方法
CN107420927A (zh) * 2017-08-04 2017-12-01 中节能工业节能有限公司 一种燃煤锅炉烟气高效净化及余热利用工艺
CN110125392A (zh) * 2019-06-28 2019-08-16 安泰环境工程技术有限公司 一种高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯及其制备方法
CN110354694A (zh) * 2019-08-16 2019-10-22 广州赛隆增材制造有限责任公司 一种金属复合多孔膜管的活化烧结制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104436867A (zh) * 2014-09-30 2015-03-25 成都易态科技有限公司 非对称烧结无机多孔过滤元件的制备工艺
CN104436867B (zh) * 2014-09-30 2016-05-18 成都易态科技有限公司 非对称烧结无机多孔过滤元件的制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN101524609A (zh) 2009-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiao et al. Granular bed filter: a promising technology for hot gas clean-up
JP3053362B2 (ja) 炭酸ガスの分離方泡炭酸ガス吸収材及び炭酸ガスの分離装置
KR100607481B1 (ko) 다공질 재료 및 그 제조 방법
CN103819219B (zh) 一种耐酸碱腐蚀的碳化硅多孔支撑体
JP4398260B2 (ja) 炭化珪素質多孔体及びその製造方法
CN1219857C (zh) 一种固态排渣干粉气流床气化方法及装置
Heidenreich Hot gas filtration–A review
CN102718494B (zh) 一种复合碳化硅陶瓷过滤膜材料的制备方法
CN105107518A (zh) 一种燃煤电厂烟气协同脱硝脱汞催化剂及其制备方法
FI90946B (fi) Keraaminen suodatin pölyä sisältävää kaasua varten ja menetelmä sen valmistamiseksi
US5181943A (en) Process and apparatus for separating liquid ash
CN101954246B (zh) 粉尘过滤用多孔陶瓷过滤管的双层非对称表面膜及制法
CN106318472B (zh) 一种高温含尘煤气除尘装置
CN100560182C (zh) 陶瓷滤芯除尘器
Ma et al. Effects of supports on hydrogen production and carbon deposition of Fe-based oxygen carriers in chemical looping hydrogen generation
CN105318734A (zh) 一种烧结大烟道低温废气余热应用及净化装置和方法
CN203440329U (zh) 一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统
CN101445333B (zh) 密闭式电石炉尾气作为回转窑用燃料进行煅烧活性石灰的方法
WO2016082785A1 (zh) 工业炉气除尘脱硝一体化处理方法及专用设备
CN107619281B (zh) 一种低温烧结耐酸碱多孔碳化硅陶瓷支撑体的制备方法
CN1936045A (zh) 三维通孔或部分孔洞彼此相连多孔金属泡沫及其制备方法
CN103922333B (zh) 用于煤基活性炭制备的氧炭化预处理系统
Hu et al. Porous extruded-spheronized Li4SiO4 pellets for cyclic CO2 capture
CN205182509U (zh) 一种玻璃炉窑高温烟气高效除尘脱硝系统
TW200508150A (en) Process for the desulfurization of co gas

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant