CN102405100A - 填充材料 - Google Patents

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CN102405100A CN2009801580406A CN200980158040A CN102405100A CN 102405100 A CN102405100 A CN 102405100A CN 2009801580406 A CN2009801580406 A CN 2009801580406A CN 200980158040 A CN200980158040 A CN 200980158040A CN 102405100 A CN102405100 A CN 102405100A
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Abstract

本发明提供了一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体。所述个体基本上为球状体，并具有至少一个形成在所述球状体上的形成物，所述个体由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料从在至少800℃到最大约1700℃的温度下保持其结构的整体性的材料中选择。所述形成物为通道、或贯穿所述球状体的通孔中的一种或两种。

Description

填充材料
技术领域
本发明涉及一种在高温流体流动应用中使用的填充材料。
背景技术
申请人知道固体陶瓷球和其它单块形状在高温气体流动应用中被作为填充材料，如在需要气体流动的煤气体转化器、气体裂化器、干燥炉、热交换器、塔器、烟囱、熔炉和反应器中的催化剂载体、结构成分和填充料。填充材料包括载体和填充料。填充材料的功能通常是为试剂呈气态的不同化学转换反应中使用的催化剂提供载体和增加试剂接触、混合，它还用作催化剂稀释物。对于催化剂载体而言，高比表面积是很重要的，结构强度也是必要的。而对于气体混合和化学试剂接触，弯曲的流动路径的数量、方向变化和直径都是重要因素。
尽管传统的固体球制造相对简单且结构坚固，但是其仅能在填充球之间形成的空间内提供弯曲的流动路径，并且表面面积限制在球体表面。在一些应用中，所述弯曲的流动路径被固体材料沉积物阻塞，自然地，它将在较长时间内堵住大量的流动路径，而改良的混合会导致较低的固体材料的沉积率。
本发明的目的在于提供一种在高温流体流动应用中使用的填充材料，具有高接触面积和改进的弯曲的流动路径。容易知道，任何流体包括气相和/或液相中的材料，而气和/或液相变化通常在反应过程中发生。流体流动可以理解为包括气体流动。
发明内容
根据本发明的第一目的，本发明提供了一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体，所述个体基本上为球状体，且具有至少一个形成在所述球状体上的形成物，所述个体由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料在至少800℃到最大约1700℃的温度下保持其结构的整体性。
所述形成物为通道、或贯穿所述球状体的通孔中的一种或两种。容易知道，所述形成物增加了所述个体的表面面积，并且在使用中，提供了用于流动流体的额外的流动路径。
所述个体包括复数个形成其上的形成物，其中一个形成物是贯穿所述球状体的通孔，剩余形成物为至少两条通道。
所述通道可以与所述通孔交叉，以为流动流体提供通向所述球状体的内部的通道，交叉通道。
所述通道可以设置为与所述通孔交叉，以为流动流体提供通过所述球状体的外围的通道，不交叉通道。
所述个体包括复数个形成其上的形成物，其中一个所述形成物为通孔，所述通孔贯穿所述球状体，剩余的所述形成物为至少一条交叉通道和一条不交叉通道。所述个体可以包括多对交叉通道和不交叉通道。
一条或多条，优选为全部通道平行设置。
所述陶瓷材料可以选自能在高达1700℃的温度下保持其结构的整体性的陶瓷。
所述陶瓷材料可以选自在高达1700℃的温度下呈惰性的陶瓷。
所述陶瓷材料可以选自含有在高达1700℃的温度下使用时不溶解于其周围物质的矿物质的陶瓷。
所述陶瓷材料可以包括高氧化铝(Al2O3)含量，优选大于70％，更有选地大于99％，在大于1600℃的温度下烧结。其它高熔点、稳定的氧化物陶瓷，比如氧化锆(ZrO2)、氧化镁(MgO)和尖晶石也可以在本发明中获得应用。非氧化物陶瓷，比如再结晶的金刚砂(SiC)的一些变种，可以根据所述转化器/催化剂烟囱中的大气压及其化学稳定性使用。
根据本发明的另一目的，本发明提供了一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体的制造方法。
由LINE-OX72到LINE-OX
Figure BPA00001434054200032
99材料制成的LINE-OX
Figure BPA00001434054200033
空心球，通过无中心的铸造工艺制造，该铸造工艺是发明人在家改进的，采用了从抛光黄铜和铝到熟石膏的不同材料。
该工艺包括以下步骤：
1)制造具有所需形状的大号模具；
2)然后制造熟石膏、金属复合、或塑料材料比如聚氨酯、橡胶或硅酮模具；
3)根据不同等级的氧化铝的国内工艺规程(internal works procedures)准备铸型滑泥。将水和电解质类加入干燥的氧化铝粉中，创建受控环境中的可浇铸材料滑泥，并与内部需要的流动和密度属性比较；
4)铸型工艺计时，其中，所述铸型滑泥通过重力或压力注入所述复合模具；
5)使铸型腔降压并将其打开；
6)LINE-OX
Figure BPA00001434054200034
空心球脱模；
7)清理和进一步的后续价值添加；
8)预烧结；
9)在大于1500℃的温度下最后烧结。
LINE-OX
Figure BPA00001434054200035
空心球材料组成：
从72％氧化铝到大于99.7％的氧化铝材料。所述氧化铝为高温氧化物陶瓷材料。本发明范围覆盖的其它材料为LINE-OX
Figure BPA00001434054200036
多铝红柱石、金刚砂、锆及其复合物。
由粗粒材料，如LINE-OX
Figure BPA00001434054200037
SAS 1600制成的LINE-OX
Figure BPA00001434054200038
半固体球，通过振动铸型工艺、或者，半湿或干压工艺制造，振动铸型工艺采用了不同材料，从抛光黄铜或铝到熟石膏，而半湿或干压工艺采用了钢质工具/模具和液压或机械挤压。由应用而定，所述半固体球有多种变型。具有槽的较大球体在烟囱的出口处使用，给予支撑，较小直径的半固体球是分散的。
该工艺可以包括以下步骤：
1)制造所需形状的大号模具或冲压工具腔；
2)然后制造熟石膏、金属复合、或塑料材料比如聚氨酯、橡胶或硅酮模具；
3)根据不同等级氧化铝的国内工艺规程准备振动陶瓷体；
4)振动铸型工艺，其中，铸型滑泥通过重力或压力注入复合模具。可选地，粗粒原材料的压紧和粘合剂体系的结合在液压或机械压力下融合；
5)LINE-OX
Figure BPA00001434054200041
空心球脱模；
6)清理和进一步的后续价值添加；
7)预烧结；
8)在大于1500℃的温度下最后烧结。
LINE-OX
Figure BPA00001434054200042
半固体球材料的组成：
使用的材料由大范围的颗粒尺寸混合而成。采用了高度煅烧的氧化铝类型，比如金刚砂，其粒度为6mm到2微米，每种颗粒尺寸的比例取决于需要的密度、流动属性及最后的应用需要(如硬度的改进、抗热震性、抗化学腐蚀等)。
根据本发明的另一目的，本发明提供了一种填充材料的用途，依照本发明使催化剂床自身透气。空心球置于催化剂区域，以确保来自上游工序的碎片沉积不会完全堵住通过催化剂的气体流动。不同方向的槽和洞还保证了气体的充分和搅拌，从而优化了周围的催化剂的接触区域。
半固体球具有以下功能和优点：
1)优化转化器/催化剂烟囱的反应区域；
2)避免催化剂床的整体深度上方的压力下降；
3)给予支撑结构、承载所述催化剂床；
4)使气体流动不受限制；
5)维持整个烟囱的温度稳定性和化学惰性。
附图说明
下面将参照附图以举例的方式描述本发明。图中：
图1为本发明第一实施例的填充材料个体的侧视图；
图2为第一实施例的填充材料个体的剖视图；
图3为本发明第二实施例的填充材料个体的侧视图；
图4为第二实施例的填充材料个体沿A-B线的剖视图；
图5为本发明第三实施例的填充材料个体的俯视图；
图6为第三实施例的填充材料个体的透视图。
具体实施方式
参照附图，本发明的填充材料个体用标号10表示。
如图1和图2所示，所述在高温流体流动应用中使用的填充材料个体由90％的氧化铝(Al2O3)陶瓷材料制造，所述材料在高达1600℃的温度下保持其结构的整体性。所述个体10基本上为球状体，且具有一个形成在所述球状体上的通孔12形成物和六条平行通道14，所述通孔12形成物具有不变的孔径，所述通道14与所述通孔形成物不交叉。本实施例中，所述球状体的半径为40mm，所述通孔12的孔径的半径为7.5mm，而所述通道的宽度为6mm。所述球状体还设置有与所述通孔垂直的平面16，所述平面的直径为40mm。在一个优选实施例中，图未示，所述通道的侧边被修圆，有利于抗磨损。
图3和图4中显示的在高温流动流体应用中使用的填充材料单体由99％氧化铝(Al2O3)陶瓷材料制成，所述材料在高达1700℃的温度下保持其结构的整体性。所述个体10基本上为球状体，具有基本上不变的壁厚所述壁厚为5mm，还具有形成在所述球状体上的一个通孔12形成物和八条平行通道14，其中四条通道14.1与所述通孔12交叉，四条平行通道14.2与所述通孔形成物不交叉。所述不交叉通道的宽度为5mm，而所述不交叉通道的内部宽度为5mm、外部宽度为7.95mm。
这些空心球个体由LINE-OX99材料制成，通过无中心的铸造工艺制造，该铸造工艺是申请人在家改进的并采用了不同材料，从抛光黄铜和铝到熟石膏。
该工艺包括以下步骤：
1)制造具有所需形状的大号模具；
2)然后制造熟石膏、金属复合模具；
3)根据不同等级的氧化铝的国内工艺规程(internal works procedures)准备铸型滑泥。将水和电解质类加入干燥的氧化铝粉中，创建受控环境中的可浇铸材料滑泥，并与内部需要的流动和密度属性比较；
4)铸型工艺计时，其中，所述铸型滑泥通过重力或压力注入所述复合模具；
5)使铸型腔降压并将其打开；
6)LINE-OX
Figure BPA00001434054200062
空心球脱模；
7)清理和进一步的后续价值添加；
8)预烧结；
9)在大于1500℃的温度下最后烧结。
LINE-OX
Figure BPA00001434054200063
空心球材料合成物包括99％的氧化铝，所述氧化铝为高温氧化物陶瓷材料。
图5和图6所示的在高温流体流动应用中使用的填充材料个体由99％氧化铝(Al2O3)陶瓷材料制成，所述材料在高达1700℃的温度下保持其结构的整体性。所述个体10基本上为球状体，且具有形成在所述球状体上的三个通孔12形成物，所述通孔12的孔径不变。所述球状体的直径为45mm、所述各个孔径的直径分别为4，10和20mm。每个通孔与其它两个通孔垂直且在所述球状体的中心点相互交叉。
图1、2、5和6所示的半固体球个体通过振动铸造工艺、由粗粒材料，比如LINE-OX
Figure BPA00001434054200064
SAS 1600制成，该振动铸造工艺采用从抛光黄铜和铝到熟石膏的不同材料。
该工艺包括以下步骤：
1)制造所需形状的大号模具或冲压工具腔；
2)然后制造熟石膏、金属复合模具；
3)根据不同等级氧化铝的国内工艺规程准备振动陶瓷体；
4)振动铸型工艺，其中，铸型滑泥通过重力或压力注入复合模具。可选地，粗粒原材料的压紧与粘合剂体系结合和粘合剂体系的结合在液压或机械压力下融合；
5)LINE-OX
Figure BPA00001434054200071
空心球脱模；
6)清理和进一步的后续价值添加；
7)预烧结；
8)在大于1500℃的温度下最后烧结。
LINE-OX
Figure BPA00001434054200072
半固体球材料混合物由大范围的颗粒尺寸混合而成。采用了高度煅烧的氧化铝类型，比如金刚砂，其粒度为6mm到2微米，每种颗粒尺寸的比例取决于需要的密度、流动属性及最后的应用需要。
可以理解的是，前述实施例用于进一步说明本发明，以帮助本领域技术人员理解本发明，并不能作为对本发明的合理范围进行不当限制的解释。

Claims (15)

1.一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体，所述个体基本上为球状体，且具有至少一个形成在所述球状体上的形成物，所述个体由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料从在至少800℃到最大约1700℃的温度下保持其结构的整体性的材料中选择。
2.根据权利要求1所述的填充材料个体，其特征在于，所述形成物为通道、或贯穿所述球状体的通孔中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的填充材料个体，其特征在于，所述个体包括复数个形成其上的形成物，其中一个形成物是贯穿所述球状体的通孔，剩余形成物为至少两条通道。
4.根据权利要求3所述的填充材料个体，其特征在于，至少部分所述通道为交叉通道，所述交叉通道与所述通孔交叉，以为流动流体提供到所述球体内部的通道。
5.根据权利要求3或4所述的填充材料个体，其特征在于，至少部分所述通道是不交叉通道，所述不交叉通道与所述通孔不交叉，以为流动流体提供通过所述球状体的外围的通道。
6.根据权利要求4或5所述的填充材料个体，其特征在于，所述个体包括复数个形成其上的形成物，其中一个所述形成物为通孔，所述通孔贯穿所述球状体，剩余的所述形成物为至少一条交叉通道和一条不交叉通道。
7.根据权利要求6所述的填充材料个体，其特征在于，所述个体包括多对交叉通道和不交叉通道。
8.根据权利要求3-7任一项所述的填充材料个体，其特征在于，所述通道平行设置。
9.如前述权利要求任一项所述的填充材料个体，其特征在于，所述陶瓷材料选自能在高达1700℃的温度下保持其结构的整体性的陶瓷、在高达1700℃的温度下呈惰性的陶瓷、含有在高达1700℃的温度下使用时不溶解于其周围物质的矿物质的陶瓷。
10.根据前述权利要求任一项所述的填充材料个体，其特征在于，所述陶瓷材料包括大于70％的氧化铝(Al2O3)含量。
11.一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体的制造方法，所述方法包括以下步骤：
制造具有所需形状的大号模具；
制造模具；
准备铸型滑泥；
铸型，其中铸型滑泥通过重力或压力注入所述多腔模；
使铸型腔降压并将其打开；
将形成的空心球脱模；及
烧结。
12.根据权利要求1-10任一项所述的填充材料个体的使催化剂床透气的用途。
13.一种在高温流体流动应用中使用的填充材料个体，基本上如文中参照附图的描述。
14.一种填充材料个体的制造方法，基本上如文中参照附图的描述。
15.一种填充材料个体的用途，基本上如文中参照附图的描述。
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