專利名稱：下一代烴/臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器的制作方法
下一代烴/臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)與已授權(quán)的美國(guó)專利第6，576，199,7, 037，878,7, 604，779和7，629，290號(hào)
相關(guān)，所有上述專利通過(guò)引用方式并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及催化轉(zhuǎn)化器，且更特別地涉及烴和臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器(CHOC)。環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)可以接收壓縮空氣，例如來(lái)自航空器的壓氣機(jī)級(jí)的引氣。ECS可以冷卻和調(diào)節(jié)引氣以用于航空器座艙和駕駛員艙。
當(dāng)航空器在超過(guò)20，000英尺的高度上巡航時(shí)，引氣中的有毒臭氧可能造成麻煩。臭氧(O3)是氧氣的同素異形體，而且化學(xué)性質(zhì)比普通的氧氣(O2)活潑得多。它由地球大氣中的氧氣通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成，并通常存在于高海拔處。為了將臭氧降至滿意范圍內(nèi)的水平，例如在FAA限度以下，ECS可以包括臭氧-破壞催化轉(zhuǎn)化器。在引氣中的烴同樣可能造成麻煩，因?yàn)樗鼈兛赡芫哂袣馕恫?dǎo)致乘客及乘務(wù)人員不悅。航空器客艙中的氣味常常由地面操作造成。當(dāng)飛機(jī)處在滑行線內(nèi)時(shí)，來(lái)自其它飛機(jī)的廢氣可能被吸入引氣系統(tǒng)。存在于引氣中的烴還可以包括航空潤(rùn)滑油煙氣、液壓流體和發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣。來(lái)自燃料補(bǔ)給操作、除冰操作和地面車輛廢氣的烴也可能被引氣系統(tǒng)吸入。為降低氣味，ECS可包括將烴轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的催化轉(zhuǎn)化器。航空器已使用CHOC將臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣并將烴轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。與分開(kāi)的臭氧和烴轉(zhuǎn)化器相比，聯(lián)合轉(zhuǎn)化器可實(shí)現(xiàn)雙重功能，同時(shí)還減少了重量和壓降。盡管聯(lián)合轉(zhuǎn)化器可以顯著降低氣味，但是仍需要進(jìn)一步降低氣味。增加烴催化劑的量可以進(jìn)一步降低氣味；然而，包含貴金屬的催化劑的費(fèi)用可能高得驚人。由此可見(jiàn)，需要一種改進(jìn)的烴和臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器。需要一種改進(jìn)的不增加制造成本的催化轉(zhuǎn)化器。需要一種在烴催化劑量不增加的情況下烴轉(zhuǎn)化率提高的CHOC。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面,一種設(shè)備,包括基體；與基體相接觸的涂層(washcoat),該涂層包含臭氧反應(yīng)組分和非催化組分；以及引入到涂層中的烴轉(zhuǎn)化催化劑，其中烴轉(zhuǎn)化催化劑與臭氧反應(yīng)組分的重量比介于大約I : 5至大約I : 100。在本發(fā)明的另一方面，一種設(shè)備，包括基體；沉積在基體上的金屬氧化物涂層，該金屬氧化物涂層包含氧化鈷和氧化鋁，其中氧化鈷與氧化鋁的重量比介于大約I : O. 6至大約I : 2;以及浸潰到金屬氧化物涂層內(nèi)的貴金屬。在本發(fā)明的又一方面，一種提供已調(diào)節(jié)空氣流的方法，包括提供引氣供料的步驟，該引氣供料包含多個(gè)臭氧分子和多個(gè)烴分子；使引氣供料流通以與催化轉(zhuǎn)化器接觸，該催化轉(zhuǎn)化器包含氧化鈷、氧化鋁和鉬；破壞至少一個(gè)所述臭氧分子；以及使至少一個(gè)所述烴分子轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。通過(guò)參考后文的附圖、記載和權(quán)利要求，可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)化器的一部分的截面圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)化器的制造方法的流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的提供已調(diào)節(jié)空氣流的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施方式的烴轉(zhuǎn)化率對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)參數(shù)表； 圖6是本發(fā)明實(shí)施方式的臭氧轉(zhuǎn)化率對(duì)從污染開(kāi)始的時(shí)長(zhǎng)的函數(shù)坐標(biāo)圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施方式的烴減量對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施方式的氣味改善對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施方式的氣味強(qiáng)度對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施方式的空氣質(zhì)量改善對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖；和圖11是本發(fā)明實(shí)施方式的燃料氣味感知對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式以下的具體描述是實(shí)施本發(fā)明示例性實(shí)施方式的目前預(yù)期的最佳方式。這些描述不起限定作用，目的僅在于闡明本發(fā)明的普遍原理，而所附的權(quán)利要求對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作了最好地限定。以下描述的多個(gè)創(chuàng)造性特征可以單獨(dú)或與其它特征結(jié)合使用。寬泛地說(shuō)，與現(xiàn)有轉(zhuǎn)化器相比，本發(fā)明實(shí)施方式提供了具有更高烴轉(zhuǎn)化性能的烴和臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器。本發(fā)明的實(shí)施方式可以在工業(yè)上如航空工業(yè)中找到有利的用途。本發(fā)明的實(shí)施方式可以在包括環(huán)境控制系統(tǒng)和催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用中使用。本發(fā)明的實(shí)施方式可以在包括但不限于航空器環(huán)境控制系統(tǒng)的任何空氣調(diào)節(jié)應(yīng)用中使用。圖I中顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)化器30。催化轉(zhuǎn)化器30可包括基體32、涂層34和烴轉(zhuǎn)化催化劑36。基體32可包括設(shè)計(jì)成支撐涂層34的結(jié)構(gòu)?；w32可設(shè)計(jì)成使涂層34安置為與引氣供料(未示出)流體聯(lián)通。對(duì)于某些實(shí)施方式，基體32可包括環(huán)境控制系統(tǒng)(未示出)、輔助動(dòng)力單元引氣管(bleed duct)(未示出)或預(yù)冷器(未示出)組件。對(duì)于某些實(shí)施方式，基體32可以包括陶瓷、招、鋼或鎳合金。涂層34可與基體32接觸。涂層34可沉積在基體32上。涂層34可包括金屬氧化物涂層。涂層34可包含臭氧反應(yīng)組分如氧化鈷(Co3O4),非催化組分如氧化鋁(“alumina”，Al2O3)，和粘合劑如硅膠粘合劑。非催化組分為催化劑的整體性能提供了多種優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于某些實(shí)施方式，臭氧反應(yīng)組分與非催化組分的重量比可介于大約I :0.6至大約I : 2。對(duì)于某些實(shí)施方式，臭氧反應(yīng)組分的重量可以約等于非催化組分的重量。對(duì)于包含Co3O4和Al2O3的某些實(shí)施方式，Co3O4與Al2O3的重量比可介于大約I : O. 6至大約I 2。烴轉(zhuǎn)化催化劑36可以引入涂層34中。烴轉(zhuǎn)化催化劑36可包括烴破壞金屬，例如貴金屬。烴轉(zhuǎn)化催化劑36可包括鉬(Pt)并可浸潰到涂層34內(nèi)。臭氧反應(yīng)組分可以提高催化劑36的烴轉(zhuǎn)化率。氧化鈷可作為鉬的促進(jìn)劑并可提高鉬的催化活性。對(duì)于某些實(shí)施方式，烴轉(zhuǎn)化催化劑36與涂層32的臭氧反應(yīng)組分的重量比可介于大約I : 5至大約I : 100。對(duì)于某些實(shí)施方式，烴轉(zhuǎn)化催化劑36與臭氧反應(yīng)組分的重量比可介于大約I : 5至大約I : 11。對(duì)于包含Pt和Co3O4的某些實(shí)施方式，Pt與Co3O4的重量比可介于大約I : 5至大約I : 100 (Pt :Co的原子比為I : 4至I : 80)。對(duì)于包含Pt和Co3O4的某些實(shí)施方式，Pt與Co3O4的重量比可介于大約I : 5至大約I : 11 (Pt =Co的原子比為I : 4至I : 9)。鈷擔(dān)載的功能結(jié)果可以是提高的烴轉(zhuǎn)化活性，以及提高的臭氧分解功能的污染耐受性。由于高鈷擔(dān)載，如果某些活性位點(diǎn)被污染物如硫或磷阻擋，仍可以留下足夠的位點(diǎn)來(lái)維持催化劑(臭氧反應(yīng)組分)的臭氧破壞活性，從而得到更持久的轉(zhuǎn)化器30。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)化器30的制造方法100。方法100可包括預(yù)處理基體32的步驟110、涂覆涂層34的步驟120、煅燒涂層34的步驟130、用烴轉(zhuǎn)化催化劑36的鹽浸潰的步驟140和煅燒以分解金屬鹽的步驟150。預(yù)處理步驟110可包括陽(yáng)極氧化(anodizing)、蝕刻或烘烤。涂覆步驟120可包括通過(guò)使金屬氧化物前體如勃姆石，與過(guò)渡金屬化合物如碳化鈷，以及含硅樹(shù)脂粘結(jié)劑混合來(lái)制備涂層漿液。該漿液可進(jìn)行球磨并在真空條件下涂覆到基體32上。煅燒步驟130可包括去除所述粘合劑的有機(jī)部分，由金屬氧化物前體形成金屬氧化物，以及由過(guò)渡金屬化合物形成臭氧破壞金屬氧化物?？梢灾貜?fù)涂覆涂層的步驟120和煅燒涂層的步驟130直至獲得所需的涂層厚度。浸潰步驟140可包括將基體32浸入金屬鹽的溶液中。煅燒步驟150可包括分解金屬鹽并形成所述金屬的催化活性形式。圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的提供已調(diào)節(jié)空氣流的方法200。方法200可包括提供包含多個(gè)臭氧分子和多個(gè)烴分子的引氣供料的步驟210 ;使引氣供料流通以與催化轉(zhuǎn)化器30接觸的步驟220 ;使至少一個(gè)臭氧分子轉(zhuǎn)化為氧氣的步驟230 ;以及使至少一個(gè)烴分子轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的步驟240，從而提供已調(diào)節(jié)的空氣流。提供引氣供料的步驟210包括提供來(lái)自航空器主發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣流。使引氣供料流通以與催化轉(zhuǎn)化器30接觸的步驟220包括使引氣供料流過(guò)航空器的環(huán)境控制系統(tǒng)。使引氣供料流通以與催化轉(zhuǎn)化器30接觸的步驟220包括使引氣供料流過(guò)航空器的預(yù)冷器。使至少一個(gè)臭氧分子轉(zhuǎn)化為氧氣的步驟230包括使臭氧分子與催化轉(zhuǎn)化器30的臭氧反應(yīng)組分發(fā)生反應(yīng)。使至少一個(gè)臭氧分子轉(zhuǎn)化為氧氣的步驟230包括使臭氧分子與催化轉(zhuǎn)化器30的氧化鈷發(fā)生反應(yīng)。使至少一個(gè)烴分子轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的步驟240包括使烴分子與催化轉(zhuǎn)化器30的烴轉(zhuǎn)化催化劑36反應(yīng)。使至少一個(gè)烴分子轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的步驟240包括使烴分子與催化轉(zhuǎn)化器30的鉬反應(yīng)。
實(shí)施例I圖4示出了烴轉(zhuǎn)化率對(duì)溫度的函數(shù)坐標(biāo)圖。該圖顯示了兩個(gè)CHOC樣品的噴氣燃料破壞數(shù)據(jù)，一個(gè)樣品用浸潰到氧化鋁涂層內(nèi)的鈷制成，另一個(gè)用本發(fā)明實(shí)施方式涂覆到基體上的鈷和氧化鋁制成。具有涂覆鈷的樣品與浸潰鈷的樣品相比具有更高的鈷含量，但是鉬擔(dān)載量類似(對(duì)于涂覆鈷催化劑為I. 00%的鉬，而對(duì)于浸潰鈷催化劑為I. 54% )。該圖顯示較高鈷擔(dān)載量的樣品烴性能增強(qiáng)。
實(shí)施例2
比較了基準(zhǔn)CHOC(在涂層中不含氧化鋁)和用氧化鋁穩(wěn)定的CHOC。圖5示出了基準(zhǔn)CHOC和包含氧化鋁的CHOC (CHOC-Al)的設(shè)計(jì)參數(shù)。在圖6中可以看出，對(duì)于CH0C-A1，污染后的臭氧轉(zhuǎn)化率提高了。作為對(duì)比，圖6同樣包括了不含鉬的臭氧轉(zhuǎn)化器。在圖7的火焰電離結(jié)果中可以看出，對(duì)于CH0C-A1，烴轉(zhuǎn)化率提高了，即便鉬擔(dān)載量較低。圖8的快樂(lè)基調(diào)分析(hedonic tone analysis)(測(cè)試氣味是令人愉悅的還是令人不悅的)顯示,對(duì)于CHOC-Al，在低溫下獲得改善。在圖9中可以看出，對(duì)于CHOC-Al，在中溫和低溫下氣味強(qiáng)度得到改善。對(duì)于CH0C-A1，圖10中示出的感知空氣質(zhì)量(空氣可接受性的量度)在低溫下得到明顯改善，并且圖11所示的燃料氣味感知也在低溫和高溫下顯示出改善。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的實(shí)施方式能提供改進(jìn)的烴和臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器。本發(fā)明的實(shí)施方式能提供不增加制造成本的改進(jìn)的催化轉(zhuǎn)化器。本發(fā)明的實(shí)施方式能在不增加烴催化劑量的情況下提高烴轉(zhuǎn)化率。應(yīng)當(dāng)理解，毫無(wú)疑問(wèn)，前文涉及本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式，并且在不偏離以下權(quán) 利要求中限定的發(fā)明的精髓和范圍的前提下可以作出修改。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，所述設(shè)備包括 基體(32)； 與所述基體(32)接觸的涂層(34)，所述涂層(34)包含臭氧反應(yīng)組分和非催化組分；和 引入所述涂層(34)中的烴轉(zhuǎn)化催化劑(36)，其中所述烴轉(zhuǎn)化催化劑(36)與所述臭氧反應(yīng)組分的重量比介于大約I : 5至大約I : 100。
2.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述臭氧反應(yīng)組分包括氧化鈷。
3.權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述涂層(34)還包括硅膠粘合劑，并且其中所述非催化組分包括氧化鋁。
4.權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述烴轉(zhuǎn)化催化劑(36)包括鉬。
5.權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述臭氧反應(yīng)組分包括氧化鈷，所述非催化組分包括氧化鋁，且所述氧化鈷與所述氧化鋁的重量比介于大約I : 0.6至大約I 2。
6.權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述基體(32)選自由陶瓷、鋁、鋼和鎳合金組成的組。
7.權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述烴轉(zhuǎn)化催化劑(36)包括鉬，所述臭氧反應(yīng)組分包括氧化鈷，且所述鉬與所述氧化鈷的重量比介于大約I : 5至大約I : 11。
8.權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述臭氧反應(yīng)組分的重量約等于所述非催化組分的重量。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述基體(32)包括環(huán)境控制系統(tǒng)組件。
10.權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其中所述烴轉(zhuǎn)化催化劑(36)包括鉬，且所述鉬與所述臭氧反應(yīng)組分的重量比介于大約I : 5至大約I : 11。
全文摘要
一種烴/臭氧聯(lián)合轉(zhuǎn)化器，包括基體、金屬氧化物涂層，和烴轉(zhuǎn)化催化劑例如鉑。金屬氧化物涂層包括臭氧反應(yīng)組分如氧化鈷，和非催化組分如氧化鋁。烴轉(zhuǎn)化催化劑和臭氧反應(yīng)組分的重量比可介于大約1∶5至大約1∶100。
文檔編號(hào)B01D53/66GK102886204SQ201210347579
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者B·S·福爾, M·J·普羅索夫斯基, P·米查拉科斯 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司