一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及陶瓷催化剂及制备工艺领域，尤其涉及一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.目前我国全国大中型的垃圾填埋场有600余座，在陈腐垃圾填埋场中，垃圾中含20%-35%的废塑料；同时每天还在源源不断产生大量的生活垃圾，其中又包含3%-10%的废塑料；另外，农用地膜、塑料大棚、工业包装等也形成巨量塑料垃圾，这些废塑料不仅造成“白色污染”，同时垃圾填埋场还存在土壤污染、地下水污染和空气污染；再者，作为一种有用资源，废塑料的填埋也是资源浪费。
3.目前国内的处理方式主要是以下方式。1）用废塑料生产塑料颗粒。但会产生大量的污染水，而且国家已经出台政策，定义这类废塑料颗粒为危废，禁止生产。2）将废塑料制成垃圾燃料用于发电。优点是处理彻底，缺点是经济效益较低。3）对废塑料进行催化裂解，生成可重复使用的石化产品，如汽油、柴油和不干气（天然气），这种方式不仅保护的环境，同时也可以将废物重新变为循环利用能源，是最具潜力的白色污染废物利用方式。
4.流化床技术是现有催化裂解技术领域中唯一可以连续生产的、经济效益最佳的技术。此技术的最大难题是解决流化问题，技术中关键点是起到导热和裂解催化作用的“催化剂”，其外形一般为球状。理想中优异的流化床催化剂球具有耐高温、较高的热导率、可快速流动、内部热能分布均匀、避免流化和催化过程中的结焦现象的特性，且可连续生产，但是现有技术目前尚未达到优异水平。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有催化剂中存在的缺点，而提出的一种一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂及其制备工艺与应用。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂，包括非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体、粘结剂，所述的非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体按重量比为：5-80:5-80：2-5：2-5。
7.进一步的，所述非氧化物陶瓷粉体包括氮化硅粉体和氮化铝粉体，氮化硅粉体与氮化铝粉体相对摩尔百分数比例为5-95：5-95。
8.进一步的，所述氧化物陶瓷粉体包括氧化铝粉体和氧化锆粉体，氧化铝粉体和氧化锆粉体的摩尔百分数比例为5-95：5-95 。
9.进一步的，所述稀土氧化物粉体为包括氧化钇、氧化镱和氧化镥粉体的混合物，所述氧化钇、氧化镱和氧化镥粉体摩尔百分数比例为5-90：5-10:5-10。
10.进一步的，所述的镁-钛化合物混合粉体为包括氧化镁、氟化镁粉体与氮化钛粉体的混合物，三者的摩尔百分数比例为5-90：5-10:5-10。
11.进一步的，所述的玻璃粉为sio2玻璃微纳粉体。
12.进一步的，所述的粘结剂为0.1%-40%的粘结剂溶液，溶质为pva、pvb和pmma中的一种或多种，溶剂为乙酸丁醇、乙酸乙酯、乙醇、甲苯、二甲苯、丙酮和丁酮中的一种或多种。
13.一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂制备方法，包括以下步骤：s1：砂磨： 将所述的非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体按重量5-80:5-80：2-5：2-5的比例混合并砂磨至0.2-5并砂形成无机微纳粉体；s2：制浆：按100份无机微纳粉体添加1-85份的前述pvb无水乙醇溶液，在高速搅拌机中搅拌1-15小时；s3：喷雾造粒与干压成型：在35-250℃的热氮气气氛中喷雾造粒，配合使用干压成型机，生成直径为0.5-5000mm的催化剂球；s4：冷等静压：用塑料或橡胶等将球密封真空包裹后，在不小于100mpa的冷等静压机中静压0.5-48小时；s5：敷玻璃粉：将静压后的氮化硅复合材料球去除包裹物后，在sio2玻璃微纳粉体中翻滚至球面表层沾满玻璃粉后，在150-950℃条件下排胶1-96小时；s6：预烧结：排胶后的球在850-1200℃常压烧结炉中预烧结1-48小时至球体表面玻璃粉软化形成封闭壳体；s7：热压烧结：在1200-1958℃、氮气气氛、压力不小于120mpa的热压烧结炉中烧结1-48小时，并减压冷却至常温常压；s8：磨抛：将球体进行磨抛至表面粗糙度为≤50μm球体。
14.一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂可应用在塑料类催化裂解及类似工业过程中。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）催化剂具备15-130w/(m.k)的热导率，耐高温极限高达800℃，热导率不随裂解温度升高而下降，并可有效避免热能在催化剂球内部的局部积累，减少结焦的发生，提高产能，同时用复合材料替代纯氮化物，可有效的降低催化剂制备成本。（2）通过以上工艺制备的催化剂球颗粒直径为0.5-5000mm，表面粗糙度≤50μm，通过粗细搭配，催化剂与废塑料均匀接触，不留死角，提高催化裂解效率。（3）较小的表面粗糙度使得催化剂流动过程中阻力减小，轻松实现快速流动，也会产生减少结焦和提升催化效率的效果。（4）用部分成本较低的陶瓷替代价格较高的氮化硅，在不降低催化效果的前提下，降低了催化剂的价格。
16.说明书附图图1为实施例2中流化床用氮化硅复合氮化铝陶瓷催化剂制备方法流程示意图。
具体实施方式
17.为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
18.实施例1：一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂，包括非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体、粘结剂，非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀
土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体按重量比为：5-80:5-80：2-5：2-5。
19.进一步的，非氧化物陶瓷粉体包括氮化硅粉体和氮化铝粉体，氮化硅粉体与氮化铝粉体相对摩尔百分数比例为5-95：5-95。
20.进一步的，氧化物陶瓷粉体包括氧化铝粉体和氧化锆粉体，氧化铝粉体和氧化锆粉体的摩尔百分数比例为5-95：5-95 。
21.进一步的，稀土氧化物粉体为包括氧化钇、氧化镱和氧化镥粉体的混合物，氧化钇、氧化镱和氧化镥粉体摩尔百分数比例为5-90：5-10:5-10。
22.进一步的，的镁-钛化合物混合粉体为包括氧化镁、氟化镁粉体与氮化钛粉体的混合物，三者的摩尔百分数比例为5-90：5-10:5-10。
23.进一步的，的玻璃粉为sio2玻璃微纳粉体。
24.进一步的，的粘结剂为0.1%-40%的粘结剂溶液，溶质为pva、pvb和pmma中的一种或多种，溶剂为乙酸丁醇、乙酸乙酯、乙醇、甲苯、二甲苯、丙酮和丁酮中的一种或多种。
25.催化剂直径为0.1-100mm，表面粗糙度≤50μm，热导率为15-130w/(m.k)，极限耐高温在800℃。
26.催化剂具备15-130w/(m.k)的热导率，耐高温极限高达800℃，热导率不随裂解温度升高而下降，并可有效避免热能在催化剂球内部的局部积累，减少结焦的发生，提高产能，同时用复合材料替代纯氮化物，可有效的降低催化剂制备成本。
27.用部分成本较低的陶瓷替代价格较高的氮化硅，在不降低催化效果的前提下，降低了催化剂的价格。
28.（1）下表为本专利实施的实验数据，实验数据为非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体在不同占比时，其热导率、成本降低占比、裂解率数据变化（数据中粗糙度均为15μm）：实验数据表明：非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体占比范围在5-80:5-80过程中，热导率会有明显的变化，同时成本降低百分比、裂解率也都产生变化，更高的热导率也同时会获得更高的裂解率，但是基于成本考虑，同时考虑裂解率，需要选择进一步的配比。（2）下表为本专利实施的实验数据，实验数据氮化硅粉体和氮化铝粉体在不同相对摩尔百分比时、不同温度情况时热导率变化值（其余参数保持同等定量）：
实验数据表明：在不同催化温度下，想要获得更佳的热导率，氮化硅粉体和氮化铝粉体的实际摩尔百分比调控会有不同的选择。在200℃时，优选氮化硅粉体：氮化铝粉体35:65；在350℃时，优选氮化硅粉体：氮化铝粉体65:35，当然实验数据中如果想要获得氮化硅粉体和氮化铝粉体更优的摩尔比，也可以进行进一步调整比例。
29.实施例2：一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂制备方法，包括以下步骤：步骤1：砂磨：将的非氧化物陶瓷粉体、氧化物陶瓷粉体、稀土氧化物粉体、镁-钛化合物混合粉体按重量5-80:5-80：2-5：2-5的比例混合并砂磨至0.2-5并砂形成无机微纳粉体。
30.步骤2：制浆：按100份无机微纳粉体添加1-85份的前述pvb无水乙醇溶液，在高速搅拌机中搅拌1-15小时。
31.步骤3：喷雾造粒与干压成型：在35-250℃的热氮气气氛中喷雾造粒，配合使用干压成型机，生成直径为0.5-5000mm的催化剂球。
32.步骤4：冷等静压：用塑料或橡胶等将球密封真空包裹后，在不小于100mpa的冷等静压机中静压0.5-48小时。
33.步骤5：敷玻璃粉：将静压后的氮化硅复合材料球去除包裹物后，在sio2玻璃微纳粉体中翻滚至球面表层沾满玻璃粉后，在150-950球中排胶1-96小时。
34.步骤6：预烧结：排胶后的球在850-1200℃常压烧结炉中预烧结1-48小时至球体表面玻璃粉软化形成封闭壳体。
35.步骤7：热压烧结：在1200-1958℃、氮气气氛、压力不小于120mpa的热压烧结炉中烧结1-48小时，并减压冷却至常温常压。
36.步骤8：磨抛：将球体进行磨抛至表面粗糙度为≤50μm球体。
37.通过以上工艺制备的催化剂球颗粒直径为0.5-5000mm，表面粗糙度≤50μm，通过粗细搭配，催化剂与废塑料均匀接触，不留死角，提高催化裂解效率。
38.实施例3：一种流化床用氮化硅复合陶瓷催化剂可应用在塑料类催化裂解中及类似工业过程中。用部分成本较低的陶瓷替代价格较高的氮化硅，在不降低催化效果的前提下，降低了催化剂的价格。
39.本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。