專利名稱：高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管及其制備方法，特別是涉及一種高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管及其制備方法。屬高溫煤氣煙氣清潔用過(guò)濾管及制備方法。
背景技術(shù)：
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)是煤炭潔凈高效利用的“綠色發(fā)電”技術(shù)，其發(fā)電效率達(dá)43~45％，高于傳統(tǒng)火力發(fā)電十個(gè)百分點(diǎn)。IGCC的基本原理是煤經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣，再經(jīng)凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴?，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。
高溫煤氣凈化是IGCC中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。濕法除塵脫硫工藝相對(duì)成熟，然而在凈化前，先要將高溫煤氣冷卻降溫，致使煤氣顯熱損失、能量品位降低，影響了IGCC的整體效率。因此，美國(guó)能源部從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始支持高溫干法凈化技術(shù)，研究表明，高溫干法凈化與煤氣低溫凈化技術(shù)相比能使IGCC的凈效率提高2~3％個(gè)百分點(diǎn)。
上世紀(jì)九十年代開(kāi)始，為了從根本上解決單質(zhì)陶瓷過(guò)濾材料的抗熱震性不好和可靠性不高的問(wèn)題，并保證材料優(yōu)良的高溫耐腐蝕性能，歐美國(guó)家開(kāi)展了高性能燒結(jié)金屬多孔過(guò)濾材料的研究，美國(guó)PALL和MOTT公司開(kāi)發(fā)了Fe3Al、Hastelloy合金、310S、Inconel 601等燒結(jié)金屬粉末多孔材料，英國(guó)Povair公司、比利時(shí)Bekart、美國(guó)US filter公司分別開(kāi)發(fā)了FeCrAl、Haynes230、Haynes214等燒結(jié)金屬纖維多孔材料。多孔金屬最早被用于高溫氣體除塵，然而高溫煤氣具有強(qiáng)的腐蝕性，導(dǎo)致多孔金屬過(guò)濾器使用壽命短成本加大。目前研究的高溫凈化方式有陶瓷纖維床、灰團(tuán)聚功能的旋風(fēng)除塵器、陶瓷過(guò)濾器、移動(dòng)床顆粒過(guò)濾床和陶瓷阻隔過(guò)濾器等，其中陶瓷過(guò)濾器已進(jìn)入示范應(yīng)用階段。
中國(guó)專利CN01126499.3(
公開(kāi)日2002.03.27)公開(kāi)了一種制備碳化硅多孔陶瓷管的方法，其特征是碳化硅為骨料，以長(zhǎng)石、粘土組成的低共熔混合物為結(jié)合劑，活性炭和其它有機(jī)物作為成孔劑材料，通過(guò)注漿成型獲得具有較高氣孔率和一定孔徑尺寸的多孔陶瓷材料。添加無(wú)機(jī)電解質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)漿料的pH值、比重、粘度，控制漿料的流動(dòng)性和穩(wěn)定性；成型用的模型采用特殊處理的石膏模型；素坯強(qiáng)度通過(guò)有機(jī)和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑改善，采用常壓燒結(jié)工藝。制備的多孔陶瓷管氣孔率可達(dá)60-65％，氣孔尺寸為14微米左右。氣孔通道為體內(nèi)立體網(wǎng)狀貫通分布；通過(guò)改變燒成溫度可以改變氣孔尺寸分布。
中國(guó)專利CN00254658.2(
公開(kāi)日2001.06.27)公開(kāi)了一種碳化硅環(huán)保除塵裝置，它包括桶體和桶體內(nèi)設(shè)置碳化硅濾芯筒。桶體的上部為排出口，側(cè)面為進(jìn)入口，下部設(shè)有沉淀排污口，濾芯筒架設(shè)在桶體內(nèi)上部，濾芯筒上部開(kāi)口，濾芯筒下部為封閉狀。所述的桶體內(nèi)的上部與濾芯筒頂部之間環(huán)設(shè)有過(guò)濾層片。桶體進(jìn)入口為沿桶壁切線方向的開(kāi)口。
在IGCC中，煤氣燃燒和透平啟動(dòng)/停止產(chǎn)生相當(dāng)大的交變應(yīng)力，陶瓷過(guò)濾管必須要具有較高的強(qiáng)度和韌性，上述兩項(xiàng)專利尚未解決過(guò)濾管的韌性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高強(qiáng)度和高韌性的高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
該過(guò)濾管特征在于一端盲孔，一端開(kāi)口，內(nèi)徑40~70mm，壁厚2~5mm，長(zhǎng)度500~1500mm。
該過(guò)濾管的特征在于由連續(xù)的硅酸鋁纖維增韌碳化硅陶瓷構(gòu)成。
該過(guò)濾管的特征在于有30～50％的氣孔率。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述過(guò)濾管的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟(1)芯模，直徑40~70mm，長(zhǎng)600~1600mm。
(2)纖維預(yù)制體編織。在芯模表面編織硅酸鋁纖維預(yù)制體，厚度2～5mm，一端盲孔，一端開(kāi)口。
(3)滲透固化。將芯模和纖維預(yù)制體一起在酚醛溶液中浸漬，晾干后在100~140℃處理使酚醛固化，獲得滲入酚醛的纖維預(yù)制體。
(4)脫模。將芯模和滲入酚醛的纖維預(yù)制體在真空爐中加熱到塑料芯模熔點(diǎn)以上，塑料芯模熔融后流出脫模。
(5)酚醛熱解。脫模后，將滲入酚醛的纖維預(yù)制體，在900~1000℃真空爐中保溫2小時(shí)，酚醛熱解形成熱解碳，獲得具有熱解碳界面的纖維預(yù)制體。
(6)基體制備。將具有熱解碳界面的纖維預(yù)制體置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體。以三氯甲基硅烷和氫氣為反應(yīng)氣體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣，滲透溫度為950~1150℃，滲透時(shí)間為50~150小時(shí)。滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯。
(7)端口加工。將過(guò)濾管毛坯5開(kāi)口端端面磨平，毛刺用砂紙打掉，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
四

圖1為芯模表面纏繞了硅酸鋁纖維預(yù)制體的示意2為浸漬了酚醛溶液并固化后的芯模和硅酸鋁纖維預(yù)制體的示意3為脫模并酚醛熱解后的纖維預(yù)制體示意4為基體制備完成后的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯示意圖上述圖中的標(biāo)號(hào)名稱1.芯模，2.纖維預(yù)制體，3.酚醛的纖維預(yù)制體，4.熱解碳界面層的纖維預(yù)制體，5.過(guò)濾管毛坯。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1尼龍棒作為芯模1，直徑40mm，長(zhǎng)500mm。將二維硅酸鋁纖維布纏繞在尼龍芯模表面形成5mm厚的纖維預(yù)制體2。將芯模1和預(yù)制體2在酚醛溶液中浸漬，晾干后120℃烘干，纖維預(yù)制體2中滲入酚醛并固化形成酚醛的纖維預(yù)制體3。再將芯模1和酚醛的纖維預(yù)制體3加熱到270℃，芯模1熔化從酚醛的纖維預(yù)制體3中流出，脫模完成。將酚醛的纖維預(yù)制體3在真空爐中加熱到1000℃，保溫2小時(shí)，酚醛樹(shù)脂分解后形成熱解碳，得到具有熱解碳界面層的纖維預(yù)制體4。將熱解碳截面層的纖維預(yù)制體4置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體，以三氯甲基硅烷和氫氣為反應(yīng)氣體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣，滲透溫度為1000℃，滲透時(shí)間為50小時(shí)。滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5，將陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5開(kāi)口端端面磨平，毛刺用砂紙打掉，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
經(jīng)測(cè)試，該陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管氣孔率50％。
實(shí)施例2尼龍棒作為芯模1，直徑50mm，長(zhǎng)1000mm。在尼龍芯模表面上編織4mm厚的硅酸鋁纖維形成預(yù)制體2。將芯模1和預(yù)制體2在酚醛溶液中浸漬，晾干后120℃烘干，纖維預(yù)制體2中滲入酚醛并固化形成酚醛的纖維預(yù)制體3。再將芯模1和酚醛的纖維預(yù)制體3加熱到270℃，芯模1熔化從酚醛的纖維預(yù)制體3中流出，脫模完成。將酚醛的纖維預(yù)制體3在真空爐中加熱到1000℃，保溫2小時(shí)，酚醛樹(shù)脂分解后形成熱解碳，得到具有熱解碳界面層的纖維預(yù)制體4。將熱碳界面層的纖維預(yù)制體4置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體，以三氯甲基硅烷和氫氣為反應(yīng)氣體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣，滲透溫度為1100℃，滲透時(shí)間為100小時(shí)。滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5，將陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5開(kāi)口端端面磨平，毛刺用砂紙打掉，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
經(jīng)測(cè)試，該陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管氣孔率40％。
實(shí)施例3聚四氟乙烯棒作為芯模1，直徑60mm，長(zhǎng)1200mm。在聚四氟乙烯芯模1表面上編織3mm厚的硅酸鋁纖維形成預(yù)制體2。將芯模1和預(yù)制體2在酚醛溶液中浸漬，晾干后110℃烘干，纖維預(yù)制體2中滲入酚醛并固化形成酚醛的纖維預(yù)制體3。再將芯模1和酚醛的纖維預(yù)制體3加熱到400℃，芯模1熔化從酚醛的纖維預(yù)制體3中流出，脫模完成。將酚醛的纖維預(yù)制體3在真空爐中加熱到1000℃，保溫2小時(shí)，酚醛樹(shù)脂分解后形成熱解碳，得到具有熱解碳界面層的纖維預(yù)制體4。將熱解碳界面層的纖維預(yù)制體4置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體，以三氯甲基硅烷和氫氣為反應(yīng)氣體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣，滲透溫度為950℃，滲透時(shí)間為150小時(shí)。滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5，將陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯5開(kāi)口端端面磨平，毛刺用砂紙打掉，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
經(jīng)測(cè)試，該陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管氣孔率30％。
權(quán)利要求
1.一種高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管，該過(guò)濾管一端盲孔，一端開(kāi)口，內(nèi)徑40~70mm，壁厚2~5mm，長(zhǎng)度500~1500mm；其特征在于，該過(guò)濾管，由連續(xù)的硅酸鋁纖維增韌碳化硅陶瓷構(gòu)成，有30～50％的氣孔率。
2.一種高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管的制備方法，其特征在于，包括下述步驟(1)制造芯模(1)，直徑40~70mm，長(zhǎng)600~1600mm；(2)在塑料芯模(1)表面編織硅酸鋁纖維預(yù)制體(2)，厚度2～5mm，一端盲孔，一端開(kāi)口；(3)將芯模(1)和纖維預(yù)制體(2)一起在酚醛溶液中浸漬，晾干后在100~140℃處理使酚醛固化，獲得滲入酚醛的纖維預(yù)制體(3)；(4)將芯模(1)和滲入酚醛的纖維預(yù)制體(3)在真空爐中加熱到芯模(1)熔點(diǎn)以上，芯模(1)熔融后流出脫模；(5)脫模后，將滲入酚醛的纖維預(yù)制體(3)在900~1000℃真空爐中保溫2小時(shí)，酚醛熱解形成熱解碳，獲得具有熱解碳界面的纖維預(yù)制體(4)；(6)將具有熱解碳界面的纖維預(yù)制體4置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體，以三氯甲基硅烷和氫氣為反應(yīng)氣體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣，滲透溫度為950~1150℃，滲透時(shí)間為50~150小時(shí)，滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯(5)；(7)將過(guò)濾管毛坯(5)開(kāi)口端端面磨平，毛刺用砂紙打掉，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。
全文摘要
一種高溫煤氣煙氣清潔用的陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管及制備方法，屬高溫煤氣煙氣清潔用過(guò)濾管及制備方法，該過(guò)濾管一端盲孔，一端開(kāi)口，由連續(xù)的硅酸鋁纖維增韌碳化硅陶瓷構(gòu)成，有30～50％的氣孔率。其制備過(guò)程是在塑料芯模表面編織硅酸鋁纖維預(yù)制體，然后在酚醛溶液中浸漬、晾干、固化，再加熱到塑料芯模熔點(diǎn)以上，塑料熔化流出達(dá)到脫模，繼續(xù)升溫到900~1000℃使酚醛熱解形成熱解碳。將具有熱解碳的纖維預(yù)制體置入化學(xué)氣相滲透爐中，采用化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅基體，滲透結(jié)束后獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管毛坯，將過(guò)濾管毛坯開(kāi)口端端面磨平，獲得陶瓷基復(fù)合材料過(guò)濾管。該過(guò)濾管用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫煤氣、煙氣的凈化，也可用作高爐煤氣的凈化除塵。
文檔編號(hào)C04B38/00GK1792412SQ20051009568
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者陳照峰, 王俠, 嚴(yán)波, 李聰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)