專(zhuān)利名稱(chēng)：用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透法的制作方法
用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透法 發(fā)明背景和目標(biāo)
本發(fā)明涉及用通過(guò)化學(xué)氣相滲透(CVI)獲得的熱解碳(PyC)使 多孔底材致密化。
通過(guò)PyC-CVI使多孔底材致密化是公知的。在常用方法中，將致 密化用的底材裝到爐中，將含有至少一種PyC前體試劑氣體(reagent gas)的反應(yīng)氣體與載氣一起導(dǎo)入爐中。從爐的出口除去含有反應(yīng)氣體 殘留組分和反應(yīng)副產(chǎn)物的廢氣。選擇操作條件，特別是爐內(nèi)的溫度和 壓力、反應(yīng)氣體中前體試劑氣體的含量、以及反應(yīng)氣體通過(guò)爐的通過(guò) 時(shí)間，以便在底材的孔隙內(nèi)形成所需PyC沉積。
前體試劑氣體包含至少一種Q3y類(lèi)型的烴，其中x和y是自然數(shù)
且論2，例如丙垸C3H8或丁垸C4Hw，或甚至丙烯C3H6。其作用是為PyC沉積反應(yīng)的主要參與者(contributor),并且其有時(shí)被稱(chēng)作摻雜 氣體。
載氣具有促進(jìn)反應(yīng)氣體擴(kuò)散到底材孔隙中心內(nèi)的稀釋功能。其可 以由惰性氣體構(gòu)成，例如氮?dú)釴2、氦He、氬Ar或甚至甲垸CH4。甲 烷幾乎不反應(yīng)，并且更多充當(dāng)載氣而非PyC前體氣體。
由美國(guó)專(zhuān)利No. 5 789 026還知道，在反應(yīng)氣體中加入氫氣H2以調(diào) 節(jié)沉積動(dòng)力，其中H2在一定溫度范圍內(nèi)起到減速作用。
在美國(guó)專(zhuān)利No. 6 197 374中也描述了 H2在PyC-CVI型致密化法 中的這種作用，其推薦使用由甲烷CH4和氫氣H2構(gòu)成的氣體，使用比 常壓高的壓力，以及不使用任何載氣或稀釋氣體?？紤]到將提取自廢 氣的氣流再循環(huán)，但是除去比甲垸重的烴化合物。所述方法看上去是 實(shí)驗(yàn)型而不是工業(yè)型的。
在美國(guó)專(zhuān)利No. 5 348 774中提到從PyC-CVI致密化法的廢氣中回 收成分的可行性，無(wú)論是用于再循環(huán)還是用于生產(chǎn)能量，但關(guān)于如何 實(shí)施再循環(huán)，沒(méi)有任何其它細(xì)節(jié)。
目前采用的已知PyC-CVI型方法在構(gòu)成反應(yīng)氣體的氣體消耗方面
和在能量消耗方面是昂貴的。
因此，需要獲得能夠顯著降低用PyC使多孔底材致密化的成本的 CVI法。
發(fā)明概述
通過(guò)用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透法實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，
該方法包括下列步驟
-將一個(gè)或多個(gè)致密化用的多孔底材裝到爐中；
-與包含至少一種選自甲垸和惰性氣體的氣體的載氣一起，向爐中 導(dǎo)入含有熱解碳前體試劑氣體的反應(yīng)氣體，該前體試劑氣體含有至少 一種氣態(tài)烴CxHy，其中x和y是自然數(shù)且x使得l<x<6;
-從爐中提取含有導(dǎo)入氣體的殘留組分和反應(yīng)產(chǎn)物，包括氫的廢 氣；和
-使至少一部分提取自廢氣并含有熱解碳前體試劑氣體的氣流再 循環(huán)到導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體中，由此使反應(yīng)氣體中所含的至少一部分 熱解碳前體試劑來(lái)自再循環(huán)氣流。
該方法可以包括下列步驟
-至少測(cè)量提取自廢氣的氣流中所含的熱解碳前體氣體和載氣的 量；禾口
-根據(jù)測(cè)得量，至少控制在反應(yīng)氣體中再循環(huán)并含有熱解前體試 劑氣體和載氣的所述氣流的流速；來(lái)自熱解碳前體氣體的外部來(lái)源并 注入反應(yīng)氣體中的前體氣體的流速；和來(lái)自載氣外部來(lái)源并注入反應(yīng) 氣體中的載氣的流速；
-以此獲得導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體中所需份額的熱解碳前體氣體。
本發(fā)明的方法的特征因此在于，反應(yīng)氣體中所含的至少一部分熱 解碳前體氣體來(lái)自再循環(huán)氣流。
提取自廢氣的前體氣體可以是導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中存在的前體 氣體的殘留物。其還可以包含在爐中生成的反應(yīng)產(chǎn)物。
然后有利地測(cè)量提取自廢氣的氣流中所含的數(shù)種烴氣體的各自 量，并通過(guò)加權(quán)隨所述烴氣體中的碳原子數(shù)x (其中x使得Kx〈6)而 變的測(cè)得量來(lái)測(cè)定當(dāng)量熱解碳前體氣體含量。
同樣特別有利地，導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中所含的載氣部分來(lái)自再 循環(huán)氣流。通常，載氣按體積計(jì)是反應(yīng)氣體的主要組分并通常是多數(shù) 組分，因此其在廢氣中大量發(fā)現(xiàn)。反應(yīng)氣體中的大部分載氣因此可以 通過(guò)再循環(huán)獲得，由此明顯節(jié)省來(lái)自外部來(lái)源的載氣的消耗。
載氣可以至少部分由甲垸構(gòu)成。載氣還可以至少部分由惰性氣體 構(gòu)成，例如選自氮?dú)?、氬氣、氦氣，或它們兩種或多種的混合物。
還可以分離提取自廢氣的氣流中所含的氫，并控制由此分離出來(lái) 并在反應(yīng)氣體中再循環(huán)的氫的流速以獲得導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中的所
需Si含里。
在一種變體中，進(jìn)行下列步驟
-測(cè)量提取自廢氣的氣流中所含的熱解碳前體氣體、載氣和氫的 量；和
-由測(cè)得量的結(jié)果，控制:在反應(yīng)氣體中再循環(huán)的所述氣流的流速;
來(lái)自熱解碳前體試劑氣體的外部來(lái)源并注入反應(yīng)氣體中的試劑氣體的
流速；和來(lái)自載氣外部來(lái)源并注入反應(yīng)氣體中的載氣的流速；
-以此獲得導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中所需份額的熱解碳前體試劑氣 體、載氣和氫。
至少在該方法的初始階段中，隨后還可以控制來(lái)自外部氫源并注 入反應(yīng)氣體中的氫的流速。
已知的是，可以通過(guò)在反應(yīng)氣體中添加氫來(lái)至少部分控制熱解碳 的沉積動(dòng)力。在反應(yīng)氣體中添加氫減慢了 PyC沉積的動(dòng)力。可以利用 這種現(xiàn)象降低底材，特別是非常厚的底材的致密化密度梯度。減慢沉 積動(dòng)力提增加了仍富含PyC前體的氣體到達(dá)底材中心的機(jī)會(huì)。
在爐內(nèi)部通過(guò)分解產(chǎn)生熱解碳的前體氣體制造氫。
使反應(yīng)氣體中存在氫的可能所需的效果可以有利地通過(guò)使廢氣中 存在的氫再循環(huán)來(lái)獲得。隨之可能不需要?dú)涞耐獠縼?lái)源，或無(wú)論如何 只在該方法的初始階段中才需要。
從爐中提取出來(lái)的廢氣有利地在提取用于再循環(huán)的氣流之前被處 理以去除重質(zhì)烴，特別包括多環(huán)芳烴。該處理可以至少部分通過(guò)洗滌 來(lái)進(jìn)行，洗滌通過(guò)如文獻(xiàn)US 2003/0101869中所述在廢氣流中注入芳香 油來(lái)進(jìn)行。 去除重質(zhì)烴，特別是焦油，也可以至少部分通過(guò)冷凝來(lái)進(jìn)行。
廢氣的處理也可以包括去除苯烴，其也可以同樣如文獻(xiàn)US 2003/0101869中所述通過(guò)冷凝進(jìn)行。
本發(fā)明還提供了能夠?qū)嵤┰摲椒ǖ腜yC-CVI裝置。
通過(guò)用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透裝置實(shí)現(xiàn)該目 標(biāo)，該裝置包括爐、用于為該爐供應(yīng)反應(yīng)氣體的供料回路，該回路連 接到該爐的入口上，用于從該爐中排出廢氣的出口、用于處理和排出 廢氣的回路——其包含用于去除廢氣中所含的重質(zhì)烴的設(shè)備，和再循 環(huán)回路——其首先在去除重質(zhì)烴用的設(shè)備下游連接到用于處理和排出 廢氣的回路上，其次連接到用于為該爐供應(yīng)反應(yīng)氣體的供料回路上以 使至少一部分廢氣在其中再循環(huán)。
有利地，該裝置包括用于分析適合在廢氣中再循環(huán)的組分含量的 分析器。該裝置還可以包括連接到分析器上和連接到進(jìn)料、排出和再 循環(huán)回路中的多個(gè)閥上的控制元件以控制隨分析器接收的信息而定和 隨導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體所需的組成而定的再循環(huán)廢氣流的組成。
附圖簡(jiǎn)述
在閱讀參照附圖作為非限制性指示給出的下列描述時(shí)，可以更好 地理解本發(fā)明，其中
-

圖1和2是高度圖解性的理論圖，它們分別完整和部分顯示能夠 實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置；和
-圖3和4以更大比例顯示了圖2裝置中分離器的細(xì)節(jié)，圖3是圖 2的平面m-ni上的片斷截面圖。
本發(fā)明的實(shí)施方案的詳述
圖1的裝置包含爐12，在其中實(shí)施用通過(guò)CVI獲得的PyC基質(zhì)使 多孔底材致密化的方法。爐12包括石墨感受器14，其通常為圍繞垂直 軸的圓柱形并帶有側(cè)壁14a、底座14b和蓋子14c。將致密化用的底材 10置于由感受器14劃定的室16中。例如，底材10由纖維預(yù)型體構(gòu)成， 其形狀接近要制造的PyC基質(zhì)復(fù)合材料部分的形狀。底材放置在例如 底盤(pán)18上以裝載到室16中。
例如，通過(guò)感應(yīng)線圈和感受器側(cè)壁14a之間的電感耦合加熱該爐。 線圈20圍繞壁14a并通過(guò)絕緣體(未顯示)與其分隔。由感受器14 和線圈20構(gòu)成的組裝件裝在金屬殼22中。
經(jīng)由進(jìn)料管24向爐中導(dǎo)入反應(yīng)氣體，并通過(guò)室16的底部到達(dá)室 16。可以在氣體剛要進(jìn)入室16之前將氣體預(yù)熱，例如使氣體通過(guò)例如 由置于底座14b上的上置多孔板構(gòu)成的預(yù)熱器區(qū)域。由此可以將氣體 升至與進(jìn)行PyC/CVI法的溫度(該溫度通常為大約100(TC)非常接近 的溫度。
廢氣穿過(guò)蓋子14c提取，并通過(guò)連接到由用于保持室16內(nèi)部的所 需低壓的泵裝置60構(gòu)成的真空源上的提取器管道26提取。
導(dǎo)入爐中的氣體特別包含由外部來(lái)源30， 32供應(yīng)的碳前體氣體和 載氣。碳前體試劑氣體由一種或多種氣態(tài)烴CxHy構(gòu)成，其中x和y是 整數(shù)，且x使得Kx〈6。例如，可以使用丙烷C3Hs源30。載氣優(yōu)選選 自氮?dú)?、氬氣、氦氣和甲烷。例如，?lái)源30是氮?dú)釴2源。
來(lái)源30和32通過(guò)各自的裝有閥30a， 32a的管道連接到進(jìn)料管24 上，這些閥用于控制來(lái)自來(lái)源30和32的前體氣體和載氣的流速。可 以在緊鄰爐12入口的上游在管道24中安裝另一個(gè)閥。
上述裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知用于實(shí)施PyC/CVI型致密化法的。
廢氣含有較小或較大重量的烴形式的反應(yīng)產(chǎn)物、PyC前體氣體殘
留物、載氣和由前體氣體分解生成的氫H2。
在從爐中提取出來(lái)后，處理廢氣以從中分離出其所含的至少大部 分重質(zhì)烴。油洗或冷凝之類(lèi)的方法可以除去這類(lèi)重質(zhì)烴，例如焦油、 多環(huán)芳烴(PAH)和苯烴。
為了除去PAH，有利地使用文獻(xiàn)FR2 832 936中所述類(lèi)型的處理 裝置40。
將在仍然很高的溫度下從爐中提取出來(lái)的廢氣導(dǎo)入文丘里塔42的 頂部。將油經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)注射器44注入塔42的頂部。使用能夠溶 解PAHs的油，特別是芳族礦物油，優(yōu)選具有在O'C低于IOO帕(Pa) 的低蒸汽壓以避免在廢氣的低壓下氣化，例如基于二甲苯的油。
通過(guò)泵48從油罐46中取油并在進(jìn)入注射器44之前通過(guò)熱交換器
50冷卻。塔42在其底部通往油罐46以便將含有溶解的PAH的油收集 在油罐中并連續(xù)再循環(huán)。
廢氣通過(guò)油罐46的頂部。可以在油罐46中在氣體路徑上提供另 一油注射器52，以及冷凝器54。熱交換器50和冷凝器54具有在其中 穿行的冷卻水管。在泵48下游的閥48a、 48b用于將油選擇性導(dǎo)向注 射器44、 52或?qū)蚺欧殴堋?br> 微滴捕集器56，例如擋板型，通過(guò)分離出微滴并使它們聚結(jié)以將 它們收集在占據(jù)油罐46底部的油浴47中，用于驅(qū)散油罐46出口處存 在的薄霧。
油洗裝置40中的捕集用于去除大量焦油，例如PAHs。只有輕質(zhì) 芳烴(苯、單環(huán)烴)可以留在洗過(guò)的廢氣中，但是它們沒(méi)有堵塞管道 的危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兊恼羝麎狠^高。
通過(guò)管道58連接到微滴捕集器56出口上的泵裝置60包括噴射器 -冷凝器52，或串聯(lián)的多個(gè)類(lèi)似的噴射器-冷凝器(圖中只顯示一個(gè))。
噴射器-冷凝器62包括噴射器部分62a——由鍋爐64向其供應(yīng)蒸 汽，和位于噴射器下游的冷凝器部分62b。例如，冷凝器62b是間接冷 凝器，出自噴射器的氣體與輸送冷卻流體，例如冷水的管道接觸。
在通過(guò)冷凝器62b之后，水進(jìn)入冷卻塔66，在此其可以被收集在 容器68中，可以在其中加入附加的水以通過(guò)插在將容器68與冷凝器 62b相連的管道中的泵進(jìn)行連續(xù)循環(huán)。
收集在離開(kāi)冷凝器的管道70中的冷凝物包含苯烴(BTX)，例如 苯、甲苯、二甲苯和可能的溶解在水中的PAH殘留物，該水來(lái)自在噴 射器62a中冷凝的蒸汽。通過(guò)吸附在吸附塔72中所含的活性炭固定床 72a上，處理冷凝物。管道70連接到塔72頂部，可以將塔底收集的凈 化水送入容器68。
在冷凝器62b的出口，廢氣通過(guò)泵74?？梢允褂猛ㄟ^(guò)熱交換器冷 卻的水環(huán)泵，以使提取自該處理裝置的氣體幾乎處于環(huán)境溫度。
與泵74的出口管76并聯(lián)安裝分析器78以分析泵74提取的氣體 的組成，特別是測(cè)定PyC前體氣體、載氣和氫H2的各自量。廢氣中所 含的前體氣體包含導(dǎo)入爐12入口的試劑前體氣體的殘留物以及CxHy 形式的反應(yīng)產(chǎn)物，其中x和y是整數(shù)。例如，分析器78是質(zhì)譜儀和/ 或氣相色譜儀，或甚至任何其它已知的分析器。
再循環(huán)回路80用于使已經(jīng)去除了重質(zhì)烴的一部分廢氣再循環(huán)到導(dǎo) 入爐中的反應(yīng)氣體中。為此，再循環(huán)管道82在分析器78下游從管道 76中分出。閥82a、 76a用于控制導(dǎo)入管道82的再循環(huán)氣體的流速和 管道76排出到燃燒器和/或用于向鍋爐64供應(yīng)燃料氣體的裝置中的氣 體的流速。
管道82提取的廢氣部分被送入向爐供應(yīng)氣體的管道24。 氣體由此含有PyC前體試劑氣體、載氣和氫氣H2。 如上所述，H2的存在具有減慢PyC沉積動(dòng)力的作用，并有助于降 低多孔底材在其中心和外部之間的致密化梯度。在具有緩慢沉積動(dòng)力 的致密化初始階段后，可以通過(guò)提高爐內(nèi)的溫度和/或壓力和/或通過(guò)提 高摻雜密度(前體氣體的比例)來(lái)提高動(dòng)力。相同的總致密化持續(xù)時(shí)
間，或甚至更短的持續(xù)時(shí)間，就足以實(shí)現(xiàn)與沒(méi)有添加H2時(shí)所得基本相
同的致密化程度，但具有較小的致密化梯度。還可以在進(jìn)行CVI法的
同時(shí)改變H2的流速。
在該例子中通過(guò)使一部分廢氣再循環(huán)來(lái)提供反應(yīng)氣體中所需的氫 的量。但是，當(dāng)啟動(dòng)CVI法時(shí)，必須供應(yīng)外部H2。因此提供通過(guò)裝有 閥34a的管道連接到進(jìn)料管34上的外部H2源34。
為了評(píng)測(cè)再循環(huán)管道82提取的廢氣部分中的碳前體氣體含量，考 慮通過(guò)分析器78測(cè)得的(^Hy烴存在量，其中l(wèi)<x<6。對(duì)于每種CJIy 烴測(cè)得的量通過(guò)等于x的乘數(shù)加權(quán)。隨后可以測(cè)定前體氣體含量，其
"相當(dāng)于"由外部來(lái)源，在這種情況下是C3H8輸送的前體氣體含量。
將分析器78提供的信息傳送到特別用于評(píng)測(cè)廢氣中前體試劑氣體的 C3H8當(dāng)量含量的控制器或控制元件84。
對(duì)于導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體的所需組成和流速，特別地，為了獲得 具有特定微結(jié)構(gòu)的PyC，控制裝置84控制閥30a、 32a、 34a、 76a和 82a以獲得隨分析器78提供的信息而定的所述所需組成和流速。自然， 反應(yīng)氣的組成和流速可以在進(jìn)行CVI法的同時(shí)改變。
例如，可以首先設(shè)定閥76a、 82a和34a以具有所需H2量，要理解 的是，再循環(huán)對(duì)此是優(yōu)選的，其中只在廢氣中H2的量不足時(shí)，特別是 在該方法開(kāi)始時(shí)，才使用來(lái)源34。由于控制了閥82a，再循環(huán)氣體中
前體試劑氣體和載氣的量是己知的。這些量必須低于爐入口處存在的
量，因?yàn)榍绑w氣體被消耗且載氣不可避免地?fù)p失，因此控制閥30a和 32a以提供必須的追加量。
圖2顯示了另一實(shí)施方案，其中處理廢氣以從中分離H2。圖l和 2的實(shí)施方案共有的元件用相同的參考數(shù)字給出。圖2裝置的洗滌和泵 送設(shè)備40和60與圖1的相同，不詳細(xì)表示它們。
將分離器90安裝在泵74出口處的管道76上。分離器90具有已 知類(lèi)型，其含有利用離心力分離具有不同分子量的氣態(tài)物類(lèi)的轉(zhuǎn)筒篩。 分離器90通常為文丘里塔形式，其帶有截面為基本圓形的圓柱形頂部 90a，經(jīng)由具有小截面的頸管連接到向下張開(kāi)的截頭圓錐體底部90b。 再循環(huán)部分經(jīng)由管道76導(dǎo)入分離器頂部，其中裝有轉(zhuǎn)筒篩92，并用發(fā) 動(dòng)機(jī)92a圍繞分離器的垂直軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
由此使導(dǎo)入分離器中的氣體旋轉(zhuǎn)。較重氣體組分收集在分離器側(cè) 壁90c附近，而較輕組分留在中部?？梢栽诜蛛x器底部放置截頭圓錐 體固定壁94以防止已經(jīng)通過(guò)離心力分離的組分之間混合。
分離器的壁通過(guò)與所述壁外側(cè)接觸的螺旋管96內(nèi)的冷卻水流冷 卻。與分離器壁接觸的較重物因此可以冷凝。在內(nèi)部，分離器壁可以 具有凹槽90d，可能為向下延伸的螺旋構(gòu)造，其可以如圖3中所示帶有 毛細(xì)管捕獲格柵"90e"。因此，格柵90e捕獲的冷凝物可以沿凹槽90d 流到分離器底部，此時(shí)它們可以收集在環(huán)形槽98 (圖4)中，由此它 們可以通過(guò)排出管98a收集到容器99中。
經(jīng)由管道82'，在壁94外部上，在分離器90的底部收集構(gòu)成PyC 前體試劑氣體的輕質(zhì)烴。排出管83'從管道82'中分出以將管道82'收集 的流體的不循環(huán)部分排出到燃燒器和/或用于向鍋爐(其產(chǎn)生泵裝置60 的噴射器-冷凝器用的流體)供應(yīng)燃料氣體的裝置中。
從分離器90底部，從其中部，在壁94內(nèi)部，經(jīng)由管道82"收集 主要含有氫氣H2的氣體。排出管83"從管道82"中分出以將管道82" 收集的流體的不循環(huán)部分排出到例如噴燈中。
載氣可以存在于管道82'和/或管道82"中。
閥82，a、 82"a、 83，a、 83"a安裝在管道82、 82"、 83'和83"中， 并通過(guò)控制元件84控制。
在分離器卯的出口后方立即與管道82，、 82"并聯(lián)連接分析器78，、 78"以測(cè)量在管道82'中運(yùn)行的PyC前體試劑氣體和載氣的量，以及在 管道82"中運(yùn)行的氫氣H2和可能的載氣的量。在閥82'a和82"a上游 連接分析器78'和78"。將分析器78'、 78"收集的信息傳送到控制元件 84。不需要提供與管道76并聯(lián)的分析器。
圖2中所示的裝置可以實(shí)施PyC/CVI法而不必在反應(yīng)氣體中引入 H2氣體。為此不必使用外部H2源，控制閥82"a和83"a以去除取自分 離器90的中軸部分的所有氣體就足夠了。在這些情況下，將控制裝置 84編程以向爐10供應(yīng)具有相對(duì)于載氣的所需前體試劑氣體含量和所 需總流速的氣體，并相應(yīng)地控制閥30a、 32a、 82a、 82'a和83，a。隨后 可以使盡可能大量的前體氣體和載氣再循環(huán)。
圖2的裝置顯然也可以實(shí)施反應(yīng)氣體含有H2時(shí)的PyC/CVI法。通 過(guò)控制外部進(jìn)料回路和再循環(huán)進(jìn)料回路的各個(gè)閥，獲得PyC前體試劑 氣體、載氣、和H2所需的各自比例，以及氣體的總流速。
有利地在已經(jīng)去除PAHs之類(lèi)的重質(zhì)烴之后，以及有利地在已經(jīng)去 除苯烴之后，進(jìn)行一部分廢氣的再循環(huán)?？梢酝ㄟ^(guò)與上述不同的方式 進(jìn)行去除，例如使用串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)冷凝器，同時(shí)逐漸冷卻廢氣。
權(quán)利要求
1.用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透法，該方法包括下列步驟-將一個(gè)或多個(gè)致密化用的多孔底材裝到爐中；-與包含至少一種選自甲烷和惰性氣體的氣體的載氣一起，向爐中導(dǎo)入含有熱解碳前體試劑氣體的反應(yīng)氣體，該前體試劑氣體含有至少一種氣態(tài)烴CxHy，其中x和y是自然數(shù)且x使得1＜x＜6；-從爐中提取含有導(dǎo)入氣體的殘留組分和反應(yīng)產(chǎn)物，包括氫的廢氣；和-使至少一部分提取自廢氣并含有熱解碳前體試劑氣體的氣流再循環(huán)到導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體中，由此使反應(yīng)氣體中所含的至少一部分熱解碳前體試劑來(lái)自再循環(huán)氣流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-至少測(cè)量提取自廢氣的氣流中所含的熱解碳前體氣體和載氣的 量；禾口-根據(jù)測(cè)得量，至少控制在反應(yīng)氣體中再循環(huán)并含有熱解前體試 劑氣體和載氣的所述氣流的流速；來(lái)自熱解碳前體氣體的外部來(lái)源并 注入反應(yīng)氣體中的前體氣體的流速；和來(lái)自載氣外部來(lái)源并注入反應(yīng) 氣體中的載氣的流速；-以此獲得導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體中所需份額的熱解碳前體氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于分離提取自廢氣的氣 流中所含的氫，并控制由此分離出來(lái)并在反應(yīng)氣體中再循環(huán)的氫的流 速以獲得導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中的所需氫含量。
4. 權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-測(cè)量提取自廢氣的氣流中所含的熱解碳前體氣體、載氣和氫的 量；和-由測(cè)得量的結(jié)果，控制:在反應(yīng)氣體中再循環(huán)的所述氣流的流速; 來(lái)自熱解碳前體試劑氣體的外部來(lái)源并注入反應(yīng)氣體中的試劑氣體的流速；和來(lái)自載氣外部來(lái)源并注入反應(yīng)氣體中的載氣的流速；-以此獲得導(dǎo)入爐內(nèi)的反應(yīng)氣體中所需份額的熱解碳前體試劑氣 體、載氣和氫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，至少 在該方法的初始階段中，還可以控制來(lái)自外部氫源并注入反應(yīng)氣體中 的氫的流速。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的方法，其特征在于測(cè)量提取自 廢氣的氣流中所含的多種烴氣體的各自量，并通過(guò)加權(quán)隨所述烴氣體 中的碳原子數(shù)x而變的測(cè)得量來(lái)測(cè)定當(dāng)量熱解碳前體氣體含量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于考慮的是l<x<6的那 些CxHy烴氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的方法，其特征在于載氣至少部 分由甲烷構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的方法，其特征在于載氣至少部 分由選自氮?dú)狻鍤?、氦氣，或它們兩種或多種的混合物的惰性氣體 構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述的方法，其特征在于從爐中排出 的廢氣在提取用于再循環(huán)的氣流之前被處理以去除重質(zhì)烴，特別包括 多環(huán)芳烴。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于通過(guò)在廢氣流中注 入芳香油進(jìn)行洗滌，由此去除多環(huán)芳烴。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于重質(zhì)烴至少部分通 過(guò)冷凝去除。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的方法，其特征在于廢氣的處 理包括去除苯烴。
14. 用熱解碳使多孔底材致密化的化學(xué)氣相滲透裝置，該裝置包括 爐(12)、用于為該爐供應(yīng)反應(yīng)氣體的供料回路，該回路連接到該爐的 入口上，用于從該爐中排出廢氣的出口、用于處理和排出廢氣的回路(40， 60)——包含用于去除廢氣中所含的重質(zhì)烴的設(shè)備(40)，和再 循環(huán)回路(80)——其首先在去除重質(zhì)烴用的設(shè)備(40)下游連接到 用于處理和排出廢氣的回路上，其次連接到用于為該爐供應(yīng)反應(yīng)氣體 的供料回路上以使至少一部分廢氣在其中再循環(huán)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于其包括用于分析適 合在廢氣中再循環(huán)的組分含量的分析器(78; 78'， 78")。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于其包括連接到分析 器(78; 78，， 78")上和連接到進(jìn)料、排出和再循環(huán)回路中的多個(gè)閥(30a、 32a、 34a; 82a、 76a; 82，a、 82"a、 83，a、 83"a)上的控制元件 (84)以控制隨分析器接收的信息而定和隨導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體所需 的組成而定的再循環(huán)廢氣流的組成。
全文摘要
將一個(gè)或多個(gè)致密化用的底材(10)置于爐(12)中，向其中導(dǎo)入含有熱解碳前體氣體以及載氣的反應(yīng)氣體，該前體氣體含有至少一種氣態(tài)烴C_xH_y，其中x和y是整數(shù)且x使得1＜x＜6，載氣包含至少一種選自甲烷和惰性氣體的氣體。從爐中提取含有導(dǎo)入氣體的殘留組分和反應(yīng)產(chǎn)物，包括氫的廢氣，并將提取自廢氣并含有熱解碳前體試劑氣體的至少一部分氣流再循環(huán)(回路80)到導(dǎo)入爐中的反應(yīng)氣體中，在去除廢氣中所含的重質(zhì)烴(處理40)之后進(jìn)行再循環(huán)。
文檔編號(hào)C23C16/26GK101107382SQ200680002993
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者B·貝爾納, C·羅班-布羅斯, J·泰博, J-L·敦布勒德斯, S·貝特朗 申請(qǐng)人:斯奈克瑪動(dòng)力部件公司