专利名称：下一代烃/臭氧联合转化器的制作方法
下一代烃/臭氧联合转化器
相关申请的交叉引用本申请与已授权的美国专利第6，576，199,7, 037，878,7, 604，779和7，629，290号
相关，所有上述专利通过引用方式并入本文。
背景技术：
本发明涉及催化转化器，且更特别地涉及烃和臭氧联合转化器(CHOC)。环境控制系统(ECS)可以接收压缩空气，例如来自航空器的压气机级的引气。ECS可以冷却和调节引气以用于航空器座舱和驾驶员舱。
当航空器在超过20，000英尺的高度上巡航时，引气中的有毒臭氧可能造成麻烦。臭氧(O3)是氧气的同素异形体，而且化学性质比普通的氧气(O2)活泼得多。它由地球大气中的氧气通过光化学反应生成，并通常存在于高海拔处。为了将臭氧降至满意范围内的水平，例如在FAA限度以下，ECS可以包括臭氧-破坏催化转化器。在引气中的烃同样可能造成麻烦，因为它们可能具有气味并导致乘客及乘务人员不悦。航空器客舱中的气味常常由地面操作造成。当飞机处在滑行线内时，来自其它飞机的废气可能被吸入引气系统。存在于引气中的烃还可以包括航空润滑油烟气、液压流体和发动机废气。来自燃料补给操作、除冰操作和地面车辆废气的烃也可能被引气系统吸入。为降低气味，ECS可包括将烃转化为二氧化碳和水的催化转化器。航空器已使用CHOC将臭氧转化为氧气并将烃转化为二氧化碳和水。与分开的臭氧和烃转化器相比，联合转化器可实现双重功能，同时还减少了重量和压降。尽管联合转化器可以显著降低气味，但是仍需要进一步降低气味。增加烃催化剂的量可以进一步降低气味；然而，包含贵金属的催化剂的费用可能高得惊人。由此可见，需要一种改进的烃和臭氧联合转化器。需要一种改进的不增加制造成本的催化转化器。需要一种在烃催化剂量不增加的情况下烃转化率提高的CHOC。
发明内容
在本发明的一个方面,一种设备,包括基体；与基体相接触的涂层(washcoat),该涂层包含臭氧反应组分和非催化组分；以及引入到涂层中的烃转化催化剂，其中烃转化催化剂与臭氧反应组分的重量比介于大约I : 5至大约I : 100。在本发明的另一方面，一种设备，包括基体；沉积在基体上的金属氧化物涂层，该金属氧化物涂层包含氧化钴和氧化铝，其中氧化钴与氧化铝的重量比介于大约I : O. 6至大约I : 2;以及浸溃到金属氧化物涂层内的贵金属。在本发明的又一方面，一种提供已调节空气流的方法，包括提供引气供料的步骤，该引气供料包含多个臭氧分子和多个烃分子；使引气供料流通以与催化转化器接触，该催化转化器包含氧化钴、氧化铝和钼；破坏至少一个所述臭氧分子；以及使至少一个所述烃分子转化为二氧化碳和水。通过参考后文的附图、记载和权利要求，可以更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。
图I是本发明一实施方式的催化转化器的一部分的截面图；图2是本发明一实施方式的催化转化器的制造方法的流程图；图3是本发明实施方式的提供已调节空气流的方法的流程图；图4是本发明实施方式的烃转化率对温度的函数坐标图；图5是本发明实施方式的催化转化器的设计参数表； 图6是本发明实施方式的臭氧转化率对从污染开始的时长的函数坐标图；图7是本发明实施方式的烃减量对温度的函数坐标图；图8是本发明实施方式的气味改善对温度的函数坐标图；图9是本发明实施方式的气味强度对温度的函数坐标图；图10是本发明实施方式的空气质量改善对温度的函数坐标图；和图11是本发明实施方式的燃料气味感知对温度的函数坐标图。
具体实施例方式以下的具体描述是实施本发明示例性实施方式的目前预期的最佳方式。这些描述不起限定作用，目的仅在于阐明本发明的普遍原理，而所附的权利要求对本发明的保护范围作了最好地限定。以下描述的多个创造性特征可以单独或与其它特征结合使用。宽泛地说，与现有转化器相比，本发明实施方式提供了具有更高烃转化性能的烃和臭氧联合转化器。本发明的实施方式可以在工业上如航空工业中找到有利的用途。本发明的实施方式可以在包括环境控制系统和催化转化器的应用中使用。本发明的实施方式可以在包括但不限于航空器环境控制系统的任何空气调节应用中使用。图I中显示了根据本发明实施方式的催化转化器30。催化转化器30可包括基体32、涂层34和烃转化催化剂36。基体32可包括设计成支撑涂层34的结构。基体32可设计成使涂层34安置为与引气供料(未示出)流体联通。对于某些实施方式，基体32可包括环境控制系统(未示出)、辅助动力单元引气管(bleed duct)(未示出)或预冷器(未示出)组件。对于某些实施方式，基体32可以包括陶瓷、招、钢或镍合金。涂层34可与基体32接触。涂层34可沉积在基体32上。涂层34可包括金属氧化物涂层。涂层34可包含臭氧反应组分如氧化钴(Co3O4),非催化组分如氧化铝(“alumina”，Al2O3)，和粘合剂如硅胶粘合剂。非催化组分为催化剂的整体性能提供了多种优点。对于某些实施方式，臭氧反应组分与非催化组分的重量比可介于大约I :0.6至大约I : 2。对于某些实施方式，臭氧反应组分的重量可以约等于非催化组分的重量。对于包含Co3O4和Al2O3的某些实施方式，Co3O4与Al2O3的重量比可介于大约I : O. 6至大约I 2。烃转化催化剂36可以引入涂层34中。烃转化催化剂36可包括烃破坏金属，例如贵金属。烃转化催化剂36可包括钼(Pt)并可浸溃到涂层34内。臭氧反应组分可以提高催化剂36的烃转化率。氧化钴可作为钼的促进剂并可提高钼的催化活性。对于某些实施方式，烃转化催化剂36与涂层32的臭氧反应组分的重量比可介于大约I : 5至大约I : 100。对于某些实施方式，烃转化催化剂36与臭氧反应组分的重量比可介于大约I : 5至大约I : 11。对于包含Pt和Co3O4的某些实施方式，Pt与Co3O4的重量比可介于大约I : 5至大约I : 100 (Pt :Co的原子比为I : 4至I : 80)。对于包含Pt和Co3O4的某些实施方式，Pt与Co3O4的重量比可介于大约I : 5至大约I : 11 (Pt =Co的原子比为I : 4至I : 9)。钴担载的功能结果可以是提高的烃转化活性，以及提高的臭氧分解功能的污染耐受性。由于高钴担载，如果某些活性位点被污染物如硫或磷阻挡，仍可以留下足够的位点来维持催化剂(臭氧反应组分)的臭氧破坏活性，从而得到更持久的转化器30。
图2示出了根据本发明一实施方式的催化转化器30的制造方法100。方法100可包括预处理基体32的步骤110、涂覆涂层34的步骤120、煅烧涂层34的步骤130、用烃转化催化剂36的盐浸溃的步骤140和煅烧以分解金属盐的步骤150。预处理步骤110可包括阳极氧化(anodizing)、蚀刻或烘烤。涂覆步骤120可包括通过使金属氧化物前体如勃姆石，与过渡金属化合物如碳化钴，以及含硅树脂粘结剂混合来制备涂层浆液。该浆液可进行球磨并在真空条件下涂覆到基体32上。煅烧步骤130可包括去除所述粘合剂的有机部分，由金属氧化物前体形成金属氧化物，以及由过渡金属化合物形成臭氧破坏金属氧化物。可以重复涂覆涂层的步骤120和煅烧涂层的步骤130直至获得所需的涂层厚度。浸溃步骤140可包括将基体32浸入金属盐的溶液中。煅烧步骤150可包括分解金属盐并形成所述金属的催化活性形式。图3示出了本发明一实施方式的提供已调节空气流的方法200。方法200可包括提供包含多个臭氧分子和多个烃分子的引气供料的步骤210 ;使引气供料流通以与催化转化器30接触的步骤220 ;使至少一个臭氧分子转化为氧气的步骤230 ;以及使至少一个烃分子转化为二氧化碳和水的步骤240，从而提供已调节的空气流。提供引气供料的步骤210包括提供来自航空器主发动机的压缩空气流。使引气供料流通以与催化转化器30接触的步骤220包括使引气供料流过航空器的环境控制系统。使引气供料流通以与催化转化器30接触的步骤220包括使引气供料流过航空器的预冷器。使至少一个臭氧分子转化为氧气的步骤230包括使臭氧分子与催化转化器30的臭氧反应组分发生反应。使至少一个臭氧分子转化为氧气的步骤230包括使臭氧分子与催化转化器30的氧化钴发生反应。使至少一个烃分子转化为二氧化碳和水的步骤240包括使烃分子与催化转化器30的烃转化催化剂36反应。使至少一个烃分子转化为二氧化碳和水的步骤240包括使烃分子与催化转化器30的钼反应。
实施例I图4示出了烃转化率对温度的函数坐标图。该图显示了两个CHOC样品的喷气燃料破坏数据，一个样品用浸溃到氧化铝涂层内的钴制成，另一个用本发明实施方式涂覆到基体上的钴和氧化铝制成。具有涂覆钴的样品与浸溃钴的样品相比具有更高的钴含量，但是钼担载量类似(对于涂覆钴催化剂为I. 00%的钼，而对于浸溃钴催化剂为I. 54% )。该图显示较高钴担载量的样品烃性能增强。
实施例2
比较了基准CHOC(在涂层中不含氧化铝)和用氧化铝稳定的CHOC。图5示出了基准CHOC和包含氧化铝的CHOC (CHOC-Al)的设计参数。在图6中可以看出，对于CH0C-A1，污染后的臭氧转化率提高了。作为对比，图6同样包括了不含钼的臭氧转化器。在图7的火焰电离结果中可以看出，对于CH0C-A1，烃转化率提高了，即便钼担载量较低。图8的快乐基调分析(hedonic tone analysis)(测试气味是令人愉悦的还是令人不悦的)显示,对于CHOC-Al，在低温下获得改善。在图9中可以看出，对于CHOC-Al，在中温和低温下气味强度得到改善。对于CH0C-A1，图10中示出的感知空气质量(空气可接受性的量度)在低温下得到明显改善，并且图11所示的燃料气味感知也在低温和高温下显示出改善。本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式能提供改进的烃和臭氧联合转化器。本发明的实施方式能提供不增加制造成本的改进的催化转化器。本发明的实施方式能在不增加烃催化剂量的情况下提高烃转化率。应当理解，毫无疑问，前文涉及本发明的示例性的实施方式，并且在不偏离以下权 利要求中限定的发明的精髓和范围的前提下可以作出修改。
权利要求
1.一种设备，所述设备包括 基体(32)； 与所述基体(32)接触的涂层(34)，所述涂层(34)包含臭氧反应组分和非催化组分；和 引入所述涂层(34)中的烃转化催化剂(36)，其中所述烃转化催化剂(36)与所述臭氧反应组分的重量比介于大约I : 5至大约I : 100。
2.权利要求I的设备，其中所述臭氧反应组分包括氧化钴。
3.权利要求1-2中任意一项或多项的设备，其中所述涂层(34)还包括硅胶粘合剂，并且其中所述非催化组分包括氧化铝。
4.权利要求1-3中任意一项或多项的设备，其中所述烃转化催化剂(36)包括钼。
5.权利要求1-4中任意一项或多项的设备，其中所述臭氧反应组分包括氧化钴，所述非催化组分包括氧化铝，且所述氧化钴与所述氧化铝的重量比介于大约I : 0.6至大约I 2。
6.权利要求1-5中任意一项或多项的设备，其中所述基体(32)选自由陶瓷、铝、钢和镍合金组成的组。
7.权利要求1-6中任意一项或多项的设备，其中所述烃转化催化剂(36)包括钼，所述臭氧反应组分包括氧化钴，且所述钼与所述氧化钴的重量比介于大约I : 5至大约I : 11。
8.权利要求1-7中任意一项或多项的设备，其中所述臭氧反应组分的重量约等于所述非催化组分的重量。
9.权利要求1-8中任意一项或多项的设备，其中所述基体(32)包括环境控制系统组件。
10.权利要求1-9中任意一项或多项的设备，其中所述烃转化催化剂(36)包括钼，且所述钼与所述臭氧反应组分的重量比介于大约I : 5至大约I : 11。
全文摘要
一种烃/臭氧联合转化器，包括基体、金属氧化物涂层，和烃转化催化剂例如铂。金属氧化物涂层包括臭氧反应组分如氧化钴，和非催化组分如氧化铝。烃转化催化剂和臭氧反应组分的重量比可介于大约1∶5至大约1∶100。
文档编号B01D53/66GK102886204SQ201210347579
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月21日 优先权日2011年7月22日
发明者B·S·福尔, M·J·普罗索夫斯基, P·米查拉科斯 申请人:霍尼韦尔国际公司