CN207941532U

CN207941532U - 基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备

Info

Publication number: CN207941532U
Application number: CN201721734148.3U
Authority: CN
Inventors: 程昊; 袁中山; 王树东; 倪长军; 杨晓野; 张学彬
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2027-12-13

Abstract

本实用新型提供一种基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，包括：储气罐、整流气罩、机械臂、吹余料收集器和稳定支架，整流气罩、机械臂和吹余料收集器均通过支撑臂与稳定支架相连接。稳定支架可独立放置，也可以安装到常规涂覆机上。针对较大尺寸(方形载体的吹扫边长范围为150‑400mm，圆形载体的吹扫直径范围为150‑400mm)的蜂窝陶瓷载体，通过本实用新型提供的喷吹设备可以有效的解决因吹扫不均匀带来的蜂窝陶瓷载体涂层不均的问题。

Description

基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备

技术领域

本实用新型属于能源环境领域催化剂制备技术，具体涉及一种基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，尤其适用于大尺寸蜂窝陶瓷载体。

背景技术

自上世纪70年代初GM公司和Ford公司采用烧结法生产蜂窝陶瓷载体，首先将其应用于汽车尾气净化，接着Corning公司开发出一种热冲击性能好，以挤压的方式生产的堇青石蜂窝陶瓷载体，开始应用于车辆废气排放、工业废气净化等领域。随着整体催化剂在机动车尾气净化领域取得了巨大成就之后，整体催化剂技术以其特有的优势在国际上得到了广泛的关注，并在多个领域中取得了极大的研究进展，目前，整体催化剂及相关技术已应用于机动车尾气净化、工业废气的催化燃烧、选择性催化还原NO_X、加氢/脱氢等气-固和气-液固多相反应过程。

整体催化剂(载体)一般具有平行的纵向通道，各通道间由薄的间壁分割而成，催化剂活性组分担载于通道表面，传质过程多发生在轴向，而径向传质只能通过间壁的内孔扩散。整体催化剂的优点主要有：纵向通道，压降小，适于高空速下运行；强度好，抗震性强；热容量小，易于反应启动；整体装配，易于更换；催化剂活性组分担载量少，催化效率高。尤其是催化活性组分担载于通道表面，对于以扩散控制(含内、外扩散)为化学反应控制步骤的反应来说具有特殊的优势。这些优势无疑为其在化工生产及科学研究领域的应用提供了必要的前提条件，因此，整体构型催化剂在科研及生产中正发挥着越来越重要的作用。

近年来，针对堇青石蜂窝为载体的整体构型催化剂的制备技术得到了广泛的关注和研究，其中最典型的制备技术有三种：(1)在特定形状的堇青石蜂窝载体上采用浸渍法上载活性组分，此方法只适合负载较低含量的贵金属催化剂，但由于堇青石蜂窝陶瓷的比表面积小、载体与活性组分相互作用差等因素，不利于贵金属催化剂活性的发挥和效率的提升，需要在上载活性组分之前预先涂覆一载体层，以负载活性组分；(2)在特定形状的堇青石蜂窝载体上原位合成活性组分，但该类方法工艺复杂，成本高，不利于工业化应用；(3)将催化剂的活性组分以浆料的形式采用涂覆法负载到堇青石蜂窝载体上，此种方法该方法工艺简单，涂层质量可控，有利于工业放大生产。

涂层质量优良与否对以堇青石蜂窝为载体的整体构型催化剂性能的影响至关重要。浆料涂覆法涉及的主要操控步骤有浆料制备、浆料涂覆、浆料吹扫、干燥和焙烧等，每一个步骤均会对催化剂涂层的质量产生明显的影响，目前存在的问题主要包括涂层厚度不均匀、牢固度及重复性差等问题。当堇青石蜂窝载体尺寸较小时，例如圆柱形载体的直径或者方形载体的吹扫面边长在100mm以下，通过调整吹扫气的气量和流速就可以将载体表面上多余的浆料均匀的吹扫干净，然而，当蜂窝陶瓷载体的尺寸较大时，例如圆柱形载体的直径或者方形载体的吹扫面边长尺寸超过150mm时，吹扫气是否能够均匀的将载体上浆料吹扫干净、并保证每一个孔道内涂层的厚度均匀一致，就是一个极大的挑战，尤其是当圆柱形载体的直径或者方形载体的吹扫面边长达到250-400mm范围时，采用常规的吹扫方法难以保证载体孔道内的浆料涂层的均匀度，导致催化剂涂层质量下降，进而影响催化剂性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，针对常规喷吹设备吹扫气流分布不均导致的催化剂涂层质量下降的问题，尤其是较大尺寸(吹扫边长或直径范围为150-400mm)的蜂窝陶瓷载体，通过本实用新型可彻底解决吹扫气流在蜂窝载体表面上的均匀分布问题，保证涂层的均匀性及一致性，进而提高催化剂的性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供的喷吹设备中设置了整流气罩，通过整流气罩对吹扫气体进行导流调节、均匀分布，以达到对蜂窝陶瓷载体的均匀吹扫，进而提高产品质量。

本实用新型的技术方案是：

基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，所述喷吹设备包括：储气罐100、整流气罩200、机械臂300、吹余料收集器400和稳定支架500；所述整流气罩200、机械臂300、吹余料收集器400三者自上而下竖直固定在稳定支架500上；所述储气罐100上设有出气口101、进气口103和泄压安全阀104，所述储气罐100的出气口101与整流气罩200的气体入口201之间设有连接管路，所述连接管路接近储气罐100的出气口101端设有控制阀102；所述机械臂300上夹持有蜂窝陶瓷载体。

优选的，所述控制阀102为气动阀或电磁阀。

优选的，所述储气罐100为压力容器，其体积范围为0.5-2Nm³，承压上限范围为5-10MPa。

优选的，所述整流气罩200包括上部的锥形扩张管203和下部的筒形直管204，所述整流气罩200内部设有整流分布器202，所述整流气罩200通过支撑臂Ⅰ501固定在稳定支架500上并可在稳定支架500上进行上下移动。

优选的，所述锥形扩张管203长度为100-500mm；所述筒形直管204长度为100-500mm，直径为150-500mm。

优选的，所述整流分布器202为单层、双层或多层导流栅板组合的形式；所述整流分布器202的导流栅板形状包括方形、半圆形和圆形，所述导流栅板上设有开孔，其形状包括条形和圆形。

优选的，所述机械臂300主体采用圆饼型结构，水平放置，通过支撑臂Ⅱ502固定于稳定支架500上，所述机械臂300沿顺时针和逆时针方向均可进行180度翻转。

优选的，所述机械臂300主体的直径比整流气罩200的筒形直管204直径大50mm，厚度为50mm，所述机械臂300的中心位置开设有正方形孔或者圆形孔，孔内设有支撑夹具301，所述支撑夹具301的孔壁设有充气气囊。

优选的，所述吹余料收集器400包括上部的缓冲气罐404、下部的余料储罐402以及设于两者之间的泄压栅格401。

优选的，所述缓冲气罐404为圆筒型结构，其直径与整流气罩200的筒形直管204直径相同；所述缓冲气罐404和余料储罐402分别通过支撑臂Ⅲ503与稳定支架500连接，可上下移动；所述余料储罐402直径比缓冲气罐404直径大20mm；所述余料储罐402底部安装截止阀403。

本实用新型具有以下有益的效果：

储气罐内的空气首先进入整流气罩，在整流气罩内经整流分布后直接吹扫于夹持在机械臂上的蜂窝陶瓷载体，将吹余浆料吹扫到吹余料收集器内。通过本实用新型提供的喷吹设备可以有效的解决因吹扫不均匀带来的蜂窝陶瓷载体涂层质量问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中整流气罩的结构示意图；

图3为本实用新型中几种典型的导流栅板示意图；(A)开圆形孔的圆形导流栅板；(B)开条形孔的圆形导流栅板；(C)开条形孔的半圆形导流栅板；(D)开条形孔的方形导流栅板；

图4为本实用新型中一种典型的整流气罩结构示意图；

图5为本实用新型中整流分布器对整流气罩的出口气流分布的影响示意图；(A)无整流分布器；(B)安装整流分布器

图6为较大尺寸(φ270×150mm)蜂窝陶瓷载体涂层厚度分布图。

图中：100、储气罐；101、出气口；102、控制阀；103、进气口；104、泄压安全阀；200、整流气罩；201、气体入口；202、整流分布器；203、锥形扩张管；204、筒形直管；205、开圆形孔的圆形导流栅板；206、开条形孔的圆形导流栅板Ⅰ；207、开条形孔的圆形导流栅板Ⅱ；300、机械臂；301、支撑夹具；400、吹余料收集器；401、泄压栅格；402、余料储罐；403、截止阀；404、缓冲气罐；500、稳定支架；501、支撑臂Ⅰ；502、支撑臂Ⅱ；503、支撑臂Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。

基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，可以作为独立设备使用，也可以与常规涂覆机相集成配合使用。如图1所示，喷吹设备包括：储气罐100、整流气罩200、机械臂300、吹余料收集器400和稳定支架500；整流气罩200、机械臂300、吹余料收集器400三者自上而下竖直固定在稳定支架500上；储气罐100上设有出气口101、进气口103和泄压安全阀104，储气罐100的出气口101与整流气罩200的气体入口201之间设有连接管路，连接管路接近储气罐100的出气口101端设有控制阀102；机械臂300上夹持有蜂窝陶瓷载体。

储气罐100内的空气首先进入整流气罩200，在整流气罩200内经分布后直接吹扫夹持于机械臂300上的蜂窝陶瓷载体，吹余浆料进入吹余料收集器400内。

储气罐100为压力容器，其体积范围为0.5-2Nm³，承压上限范围为5-10MPa。储气罐进气口103可与空压机输出管路连接，也可以接固定气源管路，泄压安全阀104用来提高安全系数。控制阀102为气动阀或电磁阀，通过自动控制程序可以控制储气罐100内气体的流动和持续吹扫时间。

当吹扫气由整流气罩200的气体入口201进入整流分布器202，经过整流，吹扫气将以均匀的状态继续前行进入下一操作单元。

如图2所示，整流气罩200包括上部的锥形扩张管203和下部的筒形直管204，整流气罩200内部设有整流分布器202，整流气罩200通过支撑臂Ⅰ501固定在稳定支架500上并可在稳定支架500上进行上下移动。

锥形扩张管203长度为100-500mm；筒形直管204长度为100-500mm，直径为150-500mm。

整流分布器202可以只安装一块导流栅板，也可以是由多块导流栅板组合而成，导流栅板的安装数量和安装位置均视实际需求而定，其中导流栅板可以安装到整流气罩200的锥形扩张管203内，也可以安装到筒形直管204内。

图3给出了典型的导流栅板的结构示意图，导流栅板形状包括方形、半圆形和圆形，导流栅板上设有开孔，其形状包括条形和圆形。开孔尺寸和开孔数量视实际应用需求而定。整流气罩200内部的整流分布器202，可以安装一块或多块只开圆形孔的导流栅板，也可以安装一块或多块只开条形孔的导流栅板，还可以同时安装开圆形孔和开条形孔的导流栅板。

下面以设置由三块圆形导流栅板组成的整流分布器202的整流气罩200为例，对本实用新型进行进一步说明，但并不因此限定本实用新型中的整流气罩200及整流分布器202的具体结构。

图4给出了一种典型的整流气罩200的结构示意图，如图4所示，整流气罩200的锥形扩张管203的扩张角为38-40o，内部的整流分布器202由三块导流栅板组成，包括一块开圆孔的圆形导流板205和两块开条形孔的圆形导流板206和207，其中开条形孔的圆形导流板206和207呈垂直安置(条形孔相互垂直)。

机械臂300主体采用圆饼型结构，水平放置，通过支撑臂Ⅱ502固定于稳定支架500上，机械臂300沿顺时针和逆时针方向均可进行180度翻转。

机械臂300主体的直径比整流气罩200的筒形直管204直径大50mm，厚度为50mm，机械臂300的中心位置开设有正方形孔或者圆形孔，孔内设有支撑夹具301，支撑夹具301的孔壁设有充气气囊。

吹余料收集器400包括上部的缓冲气罐404、下部的余料储罐402以及设于两者之间的泄压栅格401。

缓冲气罐404为圆筒型结构，其直径与整流气罩200的筒形直管204直径相同；缓冲气罐404和余料储罐402分别通过支撑臂Ⅲ503与稳定支架500连接，可上下移动；余料储罐402直径比缓冲气罐404直径大20mm；余料储罐402底部安装截止阀403。

如图5所示，整流气罩200内如果不设置整流分布器202，则整流气罩200出口气流分布严重不匀，反映在整流气罩200出口中心部位气流速度极大，而沿着径向由内向外气流速度急剧降低(图5-A)，而设置整流分布器202之后，如图5-B所示，整流气罩200出口气体流速比较均匀。

下面以较大尺寸(直径为270mm、高度为150mm)的孔径分布为400目的圆柱形蜂窝陶瓷载体为例，应用本实用新型的喷吹设备进行吹扫，对本实用新型进行进一步说明，但并不因此限定本实用新型。

首先将涂覆完毕的蜂窝陶瓷载体放到机械臂300上，通过支撑夹具301将拟吹扫的蜂窝陶瓷载体固定。然后将整流气罩200通过支撑臂Ⅰ501沿着稳定支架500向下滑动直至完全罩住拟吹扫的蜂窝陶瓷载体，与机械臂300上表面完全贴合。在储气罐100内部压力为0.3-1MPa的条件下，打开控制阀102，吹扫气流进入整流气罩200中经由整流分布器202均匀分布后直接吹扫到蜂窝陶瓷载体表面上，吹扫气和载体上多余的浆料首先进入吹余料收集器400上部的缓冲气罐404内，之后液体浆料进入余料储罐402进行储存，而吹扫尾气则通过泄压栅格401排出去。图6对比了吹扫后的蜂窝陶瓷载体中心位置(A)、1/3半径处(B)和2/3半径处(C)的三条孔道内的涂层厚度分布，横坐标为孔道长度，0cm处表示被吹扫孔道进口，15cm处则为被吹扫孔道出口。由图可见，涂层厚度在72-81μm范围内，并且沿着吹扫气流方向呈现缓慢增厚趋势，A、B、C三处的孔道内的涂层厚度基本一致，充分说明本实用新型提供的喷吹设备能够有效的提高较大尺寸蜂窝陶瓷载体孔道内的涂层质量。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述喷吹设备包括：储气罐(100)、整流气罩(200)、机械臂(300)、吹余料收集器(400)和稳定支架(500)；所述整流气罩(200)、机械臂(300)、吹余料收集器(400)三者自上而下竖直固定在稳定支架(500)上；所述储气罐(100)上设有出气口(101)、进气口(103)和泄压安全阀(104)，所述储气罐(100)的出气口(101)与整流气罩(200)的气体入口(201)之间设有连接管路，所述连接管路接近储气罐(100)的出气口(101)端设有控制阀(102)；所述机械臂(300)上夹持有蜂窝陶瓷载体。

2.按照权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述控制阀(102)为气动阀或电磁阀。

3.按照权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述储气罐(100)为压力容器，其体积范围为0.5-2Nm³，承压上限范围为5-10MPa。

4.按照权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述整流气罩(200)包括上部的锥形扩张管(203)和下部的筒形直管(204)，所述整流气罩(200)内部设有整流分布器(202)，所述整流气罩(200)通过支撑臂Ⅰ(501)固定在稳定支架(500)上并可在稳定支架(500)上进行上下移动。

5.按照权利要求4所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述锥形扩张管(203)长度为100-500mm；所述筒形直管(204)长度为100-500mm，直径为150-500mm。

6.按照权利要求4所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述整流分布器(202)为单层、双层或多层导流栅板组合的形式；所述整流分布器(202)的导流栅板形状包括方形、半圆形和圆形，所述导流栅板上设有开孔，其形状包括条形和圆形。

7.按照权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述机械臂(300)主体采用圆饼型结构，水平放置，通过支撑臂Ⅱ(502)固定于稳定支架(500)上，所述机械臂(300)沿顺时针和逆时针方向均可进行180度翻转。

8.按照权利要求7所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述机械臂(300)主体的直径比整流气罩(200)的筒形直管(204)直径大50mm，厚度为50mm，所述机械臂(300)的中心位置开设有正方形孔或者圆形孔，孔内设有支撑夹具(301)，所述支撑夹具(301)的孔壁设有充气气囊。

9.按照权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述吹余料收集器(400)包括上部的缓冲气罐(404)、下部的余料储罐(402)以及设于两者之间的泄压栅格(401)。

10.按照权利要求9所述的基于浆料涂覆法制备蜂窝陶瓷整体催化剂的喷吹设备，其特征在于：所述缓冲气罐(404)为圆筒型结构，其直径与整流气罩(200)的筒形直管(204)直径相同；所述缓冲气罐(404)和余料储罐(402)分别通过支撑臂Ⅲ(503)与稳定支架(500)连接，可上下移动；所述余料储罐(402)直径比缓冲气罐(404)直径大20mm；所述余料储罐(402)底部安装截止阀(403)。