專利名稱：填充材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料。
背景技術(shù)：
申請人:知道固體陶瓷球和其它單塊形狀在高溫氣體流動應(yīng)用中被作為填充材料， 如在需要?dú)怏w流動的煤氣體轉(zhuǎn)化器、氣體裂化器、干燥爐、熱交換器、塔器、煙囪、熔爐和反應(yīng)器中的催化劑載體、結(jié)構(gòu)成分和填充料。填充材料包括載體和填充料。填充材料的功能通常是為試劑呈氣態(tài)的不同化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)中使用的催化劑提供載體和增加試劑接觸、混合， 它還用作催化劑稀釋物。對于催化劑載體而言，高比表面積是很重要的，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也是必要的。而對于氣體混合和化學(xué)試劑接觸，彎曲的流動路徑的數(shù)量、方向變化和直徑都是重要因
ο盡管傳統(tǒng)的固體球制造相對簡單且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，但是其僅能在填充球之間形成的空間內(nèi)提供彎曲的流動路徑，并且表面面積限制在球體表面。在一些應(yīng)用中，所述彎曲的流動路徑被固體材料沉積物阻塞，自然地，它將在較長時間內(nèi)堵住大量的流動路徑，而改良的混合會導(dǎo)致較低的固體材料的沉積率。本發(fā)明的目的在于提供一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料，具有高接觸面積和改進(jìn)的彎曲的流動路徑。容易知道，任何流體包括氣相和/或液相中的材料，而氣和 /或液相變化通常在反應(yīng)過程中發(fā)生。流體流動可以理解為包括氣體流動。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明提供了一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體，所述個體基本上為球狀體，且具有至少一個形成在所述球狀體上的形成物，所述個體由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料在至少800°C到最大約1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性。所述形成物為通道、或貫穿所述球狀體的通孔中的一種或兩種。容易知道，所述形成物增加了所述個體的表面面積，并且在使用中，提供了用于流動流體的額外的流動路徑。所述個體包括復(fù)數(shù)個形成其上的形成物，其中一個形成物是貫穿所述球狀體的通孔，剩余形成物為至少兩條通道。所述通道可以與所述通孔交叉，以為流動流體提供通向所述球狀體的內(nèi)部的通道，交叉通道。所述通道可以設(shè)置為與所述通孔交叉，以為流動流體提供通過所述球狀體的外圍的通道，不交叉通道。所述個體包括復(fù)數(shù)個形成其上的形成物，其中一個所述形成物為通孔，所述通孔貫穿所述球狀體，剩余的所述形成物為至少一條交叉通道和一條不交叉通道。所述個體可以包括多對交叉通道和不交叉通道。一條或多條，優(yōu)選為全部通道平行設(shè)置。
所述陶瓷材料可以選自能在高達(dá)1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性的陶瓷。所述陶瓷材料可以選自在高達(dá)1700°C的溫度下呈惰性的陶瓷。所述陶瓷材料可以選自含有在高達(dá)1700°C的溫度下使用時不溶解于其周圍物質(zhì)的礦物質(zhì)的陶瓷。所述陶瓷材料可以包括高氧化鋁(Al2O3)含量，優(yōu)選大于70%，更有選地大于 99%，在大于1600°C的溫度下燒結(jié)。其它高熔點(diǎn)、穩(wěn)定的氧化物陶瓷，比如氧化鋯(Zr02)、 氧化鎂(MgO)和尖晶石也可以在本發(fā)明中獲得應(yīng)用。非氧化物陶瓷，比如再結(jié)晶的金剛砂 (SiC)的一些變種，可以根據(jù)所述轉(zhuǎn)化器/催化劑煙@中的大氣壓及其化學(xué)穩(wěn)定性使用。根據(jù)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體的制造方法。由LINE-OX 72到LINE_0X 99材料制成的LINE-OX 空心球，通過無中心的鑄造工藝制造，該鑄造工藝是發(fā)明人在家改進(jìn)的，采用了從拋光黃銅和鋁到熟石膏的不同材料。該工藝包括以下步驟1)制造具有所需形狀的大號模具；2)然后制造熟石膏、金屬復(fù)合、或塑料材料比如聚氨酯、橡膠或硅酮模具；3)根據(jù)不同等級的氧化鋁的國內(nèi)工藝規(guī)程(internal works procedures)準(zhǔn)備鑄型滑泥。將水和電解質(zhì)類加入干燥的氧化鋁粉中，創(chuàng)建受控環(huán)境中的可澆鑄材料滑泥，并與內(nèi)部需要的流動和密度屬性比較；4)鑄型工藝計(jì)時，其中，所述鑄型滑泥通過重力或壓力注入所述復(fù)合模具；5)使鑄型腔降壓并將其打開；6)LINE_0X 空心球脫模；7)清理和進(jìn)一步的后續(xù)價值添加；8)預(yù)燒結(jié)；9)在大于1500°C的溫度下最后燒結(jié)。LINE-OX 空心球材料組成從72%氧化鋁到大于99. 7%的氧化鋁材料。所述氧化鋁為高溫氧化物陶瓷材料。 本發(fā)明范圍覆蓋的其它材料為LINE-0X 多鋁紅柱石、金剛砂、鋯及其復(fù)合物。由粗粒材料，如LINE-0X SAS 1600制成的LINE-OX 半固體球，通過振動鑄型工藝、或者，半濕或干壓工藝制造，振動鑄型工藝采用了不同材料，從拋光黃銅或鋁到熟石膏， 而半濕或干壓工藝采用了鋼質(zhì)工具/模具和液壓或機(jī)械擠壓。由應(yīng)用而定，所述半固體球有多種變型。具有槽的較大球體在煙 的出口處使用，給予支撐，較小直徑的半固體球是分散的。該工藝可以包括以下步驟1)制造所需形狀的大號模具或沖壓工具腔；2)然后制造熟石膏、金屬復(fù)合、或塑料材料比如聚氨酯、橡膠或硅酮模具；3)根據(jù)不同等級氧化鋁的國內(nèi)工藝規(guī)程準(zhǔn)備振動陶瓷體；4)振動鑄型工藝，其中，鑄型滑泥通過重力或壓力注入復(fù)合模具?？蛇x地，粗粒原材料的壓緊和粘合劑體系的結(jié)合在液壓或機(jī)械壓力下融合；5) LINE-OX 空心球脫模；
6)清理和進(jìn)一步的后續(xù)價值添加；7)預(yù)燒結(jié)；8)在大于1500°C的溫度下最后燒結(jié)。LINE-0X 半固體球材料的組成使用的材料由大范圍的顆粒尺寸混合而成。采用了高度煅燒的氧化鋁類型，比如金剛砂，其粒度為6mm到2微米，每種顆粒尺寸的比例取決于需要的密度、流動屬性及最后的應(yīng)用需要(如硬度的改進(jìn)、抗熱震性、抗化學(xué)腐蝕等)。根據(jù)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供了一種填充材料的用途，依照本發(fā)明使催化劑床自身透氣?？招那蛑糜诖呋瘎﹨^(qū)域，以確保來自上游工序的碎片沉積不會完全堵住通過催化劑的氣體流動。不同方向的槽和洞還保證了氣體的充分和攪拌，從而優(yōu)化了周圍的催化劑的接觸區(qū)域。半固體球具有以下功能和優(yōu)點(diǎn)1)優(yōu)化轉(zhuǎn)化器/催化劑煙囪的反應(yīng)區(qū)域；2)避免催化劑床的整體深度上方的壓力下降；3)給予支撐結(jié)構(gòu)、承載所述催化劑床；4)使氣體流動不受限制；5)維持整個煙囪的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。


下面將參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明。圖中圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的填充材料個體的側(cè)視圖；圖2為第一實(shí)施例的填充材料個體的剖視圖；圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的填充材料個體的側(cè)視圖；圖4為第二實(shí)施例的填充材料個體沿A-B線的剖視圖；圖5為本發(fā)明第三實(shí)施例的填充材料個體的俯視圖；圖6為第三實(shí)施例的填充材料個體的透視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，本發(fā)明的填充材料個體用標(biāo)號10表示。如圖1和圖2所示，所述在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體由90%的氧化鋁(Al2O3)陶瓷材料制造，所述材料在高達(dá)1600°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性。所述個體10基本上為球狀體，且具有一個形成在所述球狀體上的通孔12形成物和六條平行通道14，所述通孔12形成物具有不變的孔徑，所述通道14與所述通孔形成物不交叉。本實(shí)施例中，所述球狀體的半徑為40mm，所述通孔12的孔徑的半徑為7. 5mm，而所述通道的寬度為 6mm。所述球狀體還設(shè)置有與所述通孔垂直的平面16，所述平面的直徑為40mm。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，圖未示，所述通道的側(cè)邊被修圓，有利于抗磨損。圖3和圖4中顯示的在高溫流動流體應(yīng)用中使用的填充材料單體由99%氧化鋁 (Al2O3)陶瓷材料制成，所述材料在高達(dá)1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性。所述個體10 基本上為球狀體，具有基本上不變的壁厚所述壁厚為5mm，還具有形成在所述球狀體上的一個通孔12形成物和八條平行通道14，其中四條通道14. 1與所述通孔12交叉，四條平行通道14. 2與所述通孔形成物不交叉。所述不交叉通道的寬度為5mm，而所述不交叉通道的內(nèi)部寬度為5mm、外部寬度為7. 95mm。這些空心球個體由LINE-OX 99材料制成，通過無中心的鑄造工藝制造，該鑄造工藝是申請人在家改進(jìn)的并采用了不同材料，從拋光黃銅和鋁到熟石膏。該工藝包括以下步驟1)制造具有所需形狀的大號模具；2)然后制造熟石膏、金屬復(fù)合模具；3)根據(jù)不同等級的氧化鋁的國內(nèi)工藝規(guī)程(internal works procedures)準(zhǔn)備鑄型滑泥。將水和電解質(zhì)類加入干燥的氧化鋁粉中，創(chuàng)建受控環(huán)境中的可澆鑄材料滑泥，并與內(nèi)部需要的流動和密度屬性比較；4)鑄型工藝計(jì)時，其中，所述鑄型滑泥通過重力或壓力注入所述復(fù)合模具；5)使鑄型腔降壓并將其打開；6)LINE_0X 空心球脫模；7)清理和進(jìn)一步的后續(xù)價值添加；8)預(yù)燒結(jié)；9)在大于1500°C的溫度下最后燒結(jié)。LINE-0X 空心球材料合成物包括99%的氧化鋁，所述氧化鋁為高溫氧化物陶瓷材料。圖5和圖6所示的在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體由99%氧化鋁 (Al2O3)陶瓷材料制成，所述材料在高達(dá)1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性。所述個體10 基本上為球狀體，且具有形成在所述球狀體上的三個通孔12形成物，所述通孔12的孔徑不變。所述球狀體的直徑為45mm、所述各個孔徑的直徑分別為4，10和20mm。每個通孔與其它兩個通孔垂直且在所述球狀體的中心點(diǎn)相互交叉。圖1、2、5和6所示的半固體球個體通過振動鑄造工藝、由粗粒材料，比如 LINE-OX SAS 1600制成，該振動鑄造工藝采用從拋光黃銅和鋁到熟石膏的不同材料。該工藝包括以下步驟1)制造所需形狀的大號模具或沖壓工具腔；2)然后制造熟石膏、金屬復(fù)合模具；3)根據(jù)不同等級氧化鋁的國內(nèi)工藝規(guī)程準(zhǔn)備振動陶瓷體；4)振動鑄型工藝，其中，鑄型滑泥通過重力或壓力注入復(fù)合模具。可選地，粗粒原材料的壓緊與粘合劑體系結(jié)合和粘合劑體系的結(jié)合在液壓或機(jī)械壓力下融合；5) LINE-OX 空心球脫模；6)清理和進(jìn)一步的后續(xù)價值添加；7)預(yù)燒結(jié)；8)在大于1500°C的溫度下最后燒結(jié)。LINE-0X 半固體球材料混合物由大范圍的顆粒尺寸混合而成。采用了高度煅燒的氧化鋁類型，比如金剛砂，其粒度為6mm到2微米，每種顆粒尺寸的比例取決于需要的密度、 流動屬性及最后的應(yīng)用需要。
可以理解的是，前述實(shí)施例用于進(jìn)一步說明本發(fā)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明，并不能作為對本發(fā)明的合理范圍進(jìn)行不當(dāng)限制的解釋。
權(quán)利要求
1.一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體，所述個體基本上為球狀體，且具有至少一個形成在所述球狀體上的形成物，所述個體由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料從在至少800°C到最大約1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性的材料中選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充材料個體，其特征在于，所述形成物為通道、或貫穿所述球狀體的通孔中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的填充材料個體，其特征在于，所述個體包括復(fù)數(shù)個形成其上的形成物，其中一個形成物是貫穿所述球狀體的通孔，剩余形成物為至少兩條通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的填充材料個體，其特征在于，至少部分所述通道為交叉通道， 所述交叉通道與所述通孔交叉，以為流動流體提供到所述球體內(nèi)部的通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的填充材料個體，其特征在于，至少部分所述通道是不交叉通道，所述不交叉通道與所述通孔不交叉，以為流動流體提供通過所述球狀體的外圍的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的填充材料個體，其特征在于，所述個體包括復(fù)數(shù)個形成其上的形成物，其中一個所述形成物為通孔，所述通孔貫穿所述球狀體，剩余的所述形成物為至少一條交叉通道和一條不交叉通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的填充材料個體，其特征在于，所述個體包括多對交叉通道和不交叉通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述的填充材料個體，其特征在于，所述通道平行設(shè)置。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的填充材料個體，其特征在于，所述陶瓷材料選自能在高達(dá)1700°C的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性的陶瓷、在高達(dá)1700°C的溫度下呈惰性的陶瓷、 含有在高達(dá)1700°C的溫度下使用時不溶解于其周圍物質(zhì)的礦物質(zhì)的陶瓷。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的填充材料個體，其特征在于，所述陶瓷材料包括大于70%的氧化鋁(Al2O3)含量。
11.一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體的制造方法，所述方法包括以下步驟制造具有所需形狀的大號模具；制造模具；準(zhǔn)備鑄型滑泥；鑄型，其中鑄型滑泥通過重力或壓力注入所述多腔模；使鑄型腔降壓并將其打開；將形成的空心球脫模；及AmS口 °
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的填充材料個體的使催化劑床透氣的用途。
13.一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體，基本上如文中參照附圖的描述。
14.一種填充材料個體的制造方法，基本上如文中參照附圖的描述。
15.一種填充材料個體的用途，基本上如文中參照附圖的描述。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在高溫流體流動應(yīng)用中使用的填充材料個體。所述個體基本上為球狀體，并具有至少一個形成在所述球狀體上的形成物，所述個體由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料從在至少800℃到最大約1700℃的溫度下保持其結(jié)構(gòu)的整體性的材料中選擇。所述形成物為通道、或貫穿所述球狀體的通孔中的一種或兩種。
文檔編號B01D53/18GK102405100SQ200980158040
公開日2012年4月4日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者馬丁·克里斯蒂安·拜爾斯 申請人:馬丁·克里斯蒂安·拜爾斯