一种催化剂焙烧方法及焙烧设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂制备方法及设备，特别是涉及一种催化剂焙烧方法及设备。
【背景技术】
[0002]由于柴油车尾气对环境和人类的有害影响，我国环境法规制定了更严格的国四、国五标准。因此，柴油发动机制造商和排放物控制公司正努力以获得更快、更环保的柴油发动机，该柴油发动机满足消费者用最少的费用，符合在所有操作条件下最严格的要求。
[0003]国内外对柴机动车尾气的净化方式一般采用SCR催化剂系统、催化剂型柴油车颗粒物捕聚器(CDPF)、汽油车四效催化剂(GPF)系统中的一种或者两种方式。这两种方式的核心部件催化剂采用的是蜂窝陶瓷载体上涂覆相应的催化剂，然后进行焙烧的方法。
[0004]国内外催化剂的生产产家普遍采用辊道式电加热窑炉内在500-550°C焙烧涂覆催化剂陶瓷载体(以下简称载体)。载体焙烧升温的原理包括:载体本身自外向内的热传导；载体孔间对流传热；.窑内高温辐射传热。载体存在如下特质:密度低；孔径小；孔隙率大:多为300目、400目或更高；孔壁薄:多为7微米以下；孔深大:多为100、152mm或200mm以上；部分品种为非直通孔。以上特质使载体受热存在以下难点:(I)因孔壁薄，传导受热单位传导截面小，不利于热传导；且孔内充满空气，空气热传导低更不利于热传导；(2)直通载体因孔径小、孔深，对流传热介质(热空气)进入载体孔腔阻力大；且非直通孔载体对流介质只能从载体壁通过，对流阻力更大；(3)因载体孔壁相互平行，热辐射、反辐射非平行壁面的辐射率低；又辐射向高温区域更多，导致辐射向低温需加热区效率低。
[0005]而所采用的网带式电加热窑炉焙烧方式的三种传热方式都存在缺陷:(I)辐射:载体蜂窝陶瓷特性之一是向高温端辐射。陶瓷载体外皮首先热起来，反辐射性能，载体结构决定了一个端面受到热辐射的时候，只向高温端辐射，延缓了温度向陶瓷载体中心区(低温区)传导的速率；(2)对流:虽然有气流但是因构造的原因，搅拌风机的气体多只在载体表面流动，不能完全穿过载体对载体内部进行对流传热；少量气体喷入载体孔洞，因载体背压阻力(载体高度越高背压越大)因素，导致气体在载体的孔洞内流速慢，使得载体内部温度上升非常慢；(3)传导:格子层数太多了，形成了保温层效应，热传导速率非常慢。
[0006]因为以上的原因必会导致催化剂的焙烧过程中，催化剂载体温度的提升内外是有差异，最大差值可达343°C (见图1)。此现象可能会导致几种后果:(I)焙烧后，载体内部的催化剂未烧熟(活性未达要求)；(2)外部催化剂过烧，催化剂颗粒变大，比表面积减少，活性降低；(3)导致大尺寸载体的外皮开裂。
[0007]对于上述问题，通常解决方法包括:降低焙烧速率，延长焙烧时间。但这样必将导致能耗增加，使成本上升。
【发明内容】
[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种催化剂焙烧方法及设备，用于解决现有技术中存在的诸多问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种催化剂焙烧方法，包括:
[0010](I)将涂覆催化剂后载体进行梯度加热；
[0011](2)将上述载体恒温焙烧；
[0012](3)将步骤⑵焙烧后的载体梯度冷却。
[0013]本发明中，步骤(I)为预热阶段，以梯度加热方式进行焙烧，达到预定温度后；步骤(2)为保温段，对载体进行恒温焙烧，达到预定时间后；步骤(3)为降温段，以梯度冷却方式对载体进行降温，直至达到室温。
[0014]根据本发明实施方式之一，步骤(I)采用热风进行梯度加热。
[0015]优选的，步骤(I)梯度加热时，相邻两个梯度之间的温差为50_120°C。
[0016]根据本发明另一实施方式，步骤(I)梯度加热前，所述载体套设催化剂保护套。
[0017]优选的，所述催化剂载体保护套，主要由无机材料制成，其尺寸略大于所述催化剂载体。
[0018]优选的，所述催化剂载体保护套的材质包括陶瓷纤维、粘土质陶瓷、高铝质陶瓷。
[0019]优选的，所述陶瓷纤维为高铝陶瓷纤维。
[0020]优选的，所述催化剂载体保护套的厚度不小于3.2_。
[0021]优选的，所述催化剂载体保护套的厚度不小于6.4_。
[0022]所述催化剂载体保护套采用具有耐高温、保温和高强度性能的无机材料制成，使用时，套设于所述催化剂载体的侧壁上进行焙烧，既有较好的传热效果，又可保证焙烧后催化剂载体外皮不开裂或开裂率很小。
[0023]根据本发明再一实施方式，步骤(2)恒温焙烧时，采用电热源进行加热。
[0024]采用电热焙烧时，由于载体本身热能不会损失，只提供电热炉壁的热损失所需电能就能满足焙烧工艺要求，而电热炉本身密闭保温性好，热损小，实现了节能效果。
[0025]根据本发明再一实施方式，步骤(3)采用冷风进行梯度冷却。
[0026]优选的，步骤(3)梯度冷却时，相邻两个梯度之间的温差为50_120°C。
[0027]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种催化剂焙烧设备，包括:通过传送装置顺次连接的预热部、保温部和冷却部；其中，
[0028]所述预热部包括加热炉和多组预热部风罩，所述预热部风罩进口端与所述加热炉出风口通过管道连接；
[0029]所述保温部为包含加热件的密闭空间；
[0030]所述冷却部包括风机和冷却部风罩，所述冷却部风罩进口端与所述风机出风口通过管道连接。
[0031]优选的，所述加热炉为燃气加热炉。
[0032]进一步优选的，所述燃气加热炉具有蓄热室。
[0033]优选的，所述预热部风罩进口端与所述加热炉出风口的管道上设有增压风机。
[0034]优选的，所述加热件为电热炉。
[0035]优选的，所述冷却部风罩出口端通过管道连接所述加热炉。
[0036]优选的，所述催化剂焙烧设备还包括尾气处理装置，所述尾气处理装置与所述预热部风罩出口端连接。
[0037]优选的，所述预热部风罩进口端和所述冷却部风罩出口端分别设有压力测试装置，用于测试载体的压降。
[0038]如上所述，本发明的催化剂焙烧方法及设备，具有以下有益效果:
[0039]采用本发明所述催化剂焙烧方法和设备，可以顺次对催化剂载体进行梯度加热、恒温加热和梯度冷却，确保载体加热时受热均匀，载体催化剂无焙烧缺陷。同时，因焙烧的主要传热方式为对流，效率高、实现了节能。
【附图说明】
[0040]图1显示为电加热窑炉焙烧催化剂过程载体内外温度差。
[0041]图2显示为本发明一实施例中所述催化剂焙烧设备示意图。
[0042]图3显示为图2中预热部的放大图。
[0043]图4显示为图2中保温部的放大图。
[0044]图5显示为图2中冷却部的放大图。
[0045]元件标号说明
[0046]A 预热部
[0047]B 保温部
[0048]C 冷却部
[0049]I 载体
[0050]2 催化剂载体保护套
[0051]3 预热部风罩
[0052]4 管道
[0053]5 增压风机
[0054]6 尾气处理装置
[0055]7 烟囱
[0056]8 加热件
[0057]9 冷却部风罩
[0058]10燃气加热炉
[0059]101蓄热室
[0060]11燃烧嘴
[0061]12步进传送装置
[0062]13 风机
【具体实施方式】
[0063]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0064]须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
[0065]此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤