CN106270506A - 一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法 - Google Patents

一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法 Download PDF

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Abstract

一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法，其中催化脱脂炉包括炉本体和运输草酸进入炉本体内的送料机，炉本体内部为放置物料的脱脂炉胆，脱脂炉胆通过耐热管道与送料机相连，送料机内设有用于通入氮气的加热箱和放置草酸的储存箱，加热箱用于加热草酸使之气化，气化后草酸与氮气一起流入脱脂炉胆内里参加催化反应；脱脂炉胆通过排气管道与位于炉本体上方的燃烧室相连，燃烧室上设有进气口和排气口，通过所述进气口向燃烧室内通入天然气，以使草酸的分解产物进行燃烧，通过所述排气口排出水汽、二氧化碳及炉本体内部的废气，本发明能提高产品良率，且尾气中只有CO2和H2O，达到绿色环保排放标准。

Description

一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法
技术领域
本发明属于金属粉末注射成型领域，具体涉及一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法。
背景技术
金属粉末注射成型，是以一定比例的粘接剂混合金属粉末，并用注塑机注射到模具中得到一定形状的产品的一种金属净成形工艺。
在生坯注塑成型后，生坯由金属粉末以及粘接剂组成，在烧结前粘结剂要去除才能得到完全的金属相。
粘接剂的主要成分为聚甲醛POM(占70～95％)，其它成分为高熔点、耐热氧性能好的材料，如PP，PE等。
金属粉末注射成型脱脂的过程，最重要的是去除聚甲醛(POM)，由于聚甲醛分子主链上两个相邻氧原子对亚甲基氢原子有较强的活化作用，在热和氧化(强氧化性的酸)作用下聚甲醛分子链由于受到氧的攻击而断裂，发生连续脱甲醛的连锁反应(β断链机理)，最终由聚甲醛分解成为甲醛气体，聚甲醛从固态变成了气态甲醛气体逃逸，从而实现粘结剂脱除，行业中通常称为是脱脂。
目前，脱脂过程中常用的催化剂是硝酸(HNO3)，强氧化性的硝酸(HNO3)能快速的催化裂解POM而被工业生产广泛采用，每年消耗近1000吨的硝酸(HNO3)。但是，硝酸(HNO3)只是催化剂，本身的化学性质并没有发生改变，反应完成后依然以HNO3以及NOx的废气排出。常规的脱脂炉只是加装焚烧装置以焚烧催化脱脂过程中产生的甲醛气体，对硝酸(HNO3)排出产生的大量氮氧化物NOx并不能有效的去除。
金属粉末注射成型的生产过程中以硝酸作为脱脂过程的催化剂，存在以下缺点：
1、硝酸产生大量的氮氧化物，无法有效分解而污染大气；
尾气的排放中，有HNO3和NOx，是酸雨成因之一，对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染，HNO3在自然界的反应公式如下。
2、硝酸容易氧化工件，造成工件表面氧化；
HNO3对脱脂炉内的工件生坯金属粉末发生氧化反应，公式如下：
3Fe+8HNO3＝Fe3O4+6NO2↑+4H2O
2Al+6HNO3＝Al2O3+6NO2↑+3H2O
Cu+O2＝CuO2
Ti+O2＝TiO2
所以不利于催化脱脂技术应用到这些容易被HNO3氧化的金属粉末中。
3、硝酸的危险性；
硝酸溅于皮肤能引起烧伤，并染成黄色斑点，一般带微黄色。发烟硝酸是红褐色液体，在空气中猛烈发烟并吸收水分，不稳定，遇光或热分解放出二氧化氮。其水溶液具有导电性。浓硝酸和有机物，木屑等相混能引起燃烧，腐蚀性很强，能灼伤皮肤，也能损害粘膜和呼吸道，与蛋白质接触，即生成一种鲜明的黄蛋白酸黄色物质，使人窒息，严重者死亡。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种提高产品良率，且尾气中只有CO2和H2O，达到绿色环保排放标准的催化脱脂炉及催化脱脂方法。
实现上述目的，本发明提供了一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，包括炉本体和运输草酸进入炉本体内的送料机，所述炉本体内部为放置物料的脱脂炉胆，所述脱脂炉胆通过耐热管道与送料机相连，所述送料机内设有用于通入氮气的加热箱和放置草酸的储存箱，所述加热箱用于加热草酸使之气化，气化后草酸与氮气一起流入脱脂炉胆内里参加催化反应；所述脱脂炉胆通过排气管道与位于炉本体上方的燃烧室相连，所述燃烧室上设有进气口和排气口，通过所述进气口向燃烧室内通入天然气，以使草酸的分解产物进行燃烧，通过所述排气口排出水汽、二氧化碳及所述炉本体内部的废气。
作为本发明的优选技术方案，所述炉本体的正前方设有炉门，所述炉本体上还设有指示灯和显示器。
作为本发明的优选技术方案，所述炉门上设有锁住炉门的压紧装置，以及关闭炉门或打开炉门的炉门开关。
作为本发明的优选技术方案，所述脱脂炉胆内与所述炉门相对的另正前方设有风扇。
作为本发明的优选技术方案，所述脱脂炉胆内设有装载物料即生坯件的物料载箱。
作为本发明的优选技术方案，所述物料载箱具有多层用于放置物料的隔板，且每层隔板为上下等间距设置。
作为本发明的优选技术方案，所述送料机上设有将储存箱里的草酸推进加热箱的电控推进器。
本发明还提供了一种采用上述以草酸作为催化剂的催化脱脂炉的催化脱脂方法，包括如下步骤：
步骤一、在脱脂炉胆内装入待处理的生坯件，关紧炉门；
步骤二、将草酸粉末加入送料机的储存箱，由送料机的电控推进器输送至加热箱，并将草酸粉末加热到80℃～180℃，以使草酸升化成气体；
步骤三、升化后的草酸经过氮气传送通入脱脂炉胆里，参加脱脂炉里的催化裂解POM反应，此时脱脂炉内保温温度为100℃～120℃；氮气的流量应不小于3.5m3/h，压力为0.1MPa；
步骤四、将燃烧室加热至预设温度，使草酸充分分解成一氧化碳，二氧化碳和水，同时POM通过催化裂解形成的甲醛气体在燃烧室被充分燃烧，一氧化碳和甲醛气体在燃烧室被天然气点燃，使一氧化碳和甲醛充分燃烧转换成二氧化碳和水，并通过排气管道排放，以实现绿化排放。
作为本发明的优选技术方案，在关闭炉门后，旋转压紧装置以锁住炉门。
作为本发明的优选技术方案，所述预设温度为450℃。
本发明的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉及催化脱脂方法，通过采用上述技术方案具有以下技术效果：
1)通过送料机可以定量输送粉末状态的草酸，并实现催化脱脂炉内的催化剂的定量补给；
2)草酸可以对易氧化的活泼金属及其合金(如铜、铝、钛等)进行催化脱脂，而因草酸不会和易氧化的活泼金属发生反应，大大降低对待处理的生坯件的腐蚀，能大大提高产品良率；
3)由于草酸是有机酸，尾气中只有CO2和H2O，因此达到绿色环保排放标准，安全性能好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明以草酸作为催化剂的催化脱脂炉提供的一实例的炉本体正面示意图。
图2为本发明图1的炉本体侧面示意图。
图3为草酸的补给、催化及尾气处理过程。
图中：1、炉本体，101、显示器，102、指示灯，103、压紧装置，104、炉门开关，105、炉门，106、风扇，107、脱脂炉胆，2、燃烧室，3、送料机，301、储存箱，302、加热箱，303、电控推进器，4、物料载箱，5、生坯件。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
图1为本发明以草酸作为催化剂的催化脱脂炉提供的一实例的炉本体正面示意图，图2为本发明图1的炉本体侧面示意图。
如图1和图2所示，以草酸作为催化剂的催化脱脂炉包括炉本体1和运输草酸进入炉本体1内的送料机3。所述炉本体1内部为放置物料的脱脂炉胆107，所述脱脂炉胆107通过耐热管道与送料机3相连，所述送料机3内设有用于通入氮气的加热箱302和放置草酸的储存箱301，所述加热箱302用于加热草酸使之气化，气化后草酸与氮气一起流入脱脂炉胆107内里参加催化反应；所述脱脂炉胆107通过排气管道与位于炉本体1上方的燃烧室2相连，所述燃烧室2上设有进气口和排气口，通过所述进气口向燃烧室2内通入天然气，以使草酸的分解产物进行燃烧，通过所述排气口排出水汽、二氧化碳及所述炉本体1内部的废气。
具体实施中，所述炉本体1的正前方设有炉门105，所述炉本体1上还设有指示灯102和显示器101。
具体实施中，所述炉门105上设有锁住炉门105的压紧装置103，以及关闭炉门105或打开炉门105的炉门开关104。
具体实施中，所述脱脂炉胆107内与所述炉门105相对的另正前方设有风扇106。
具体实施中，所述脱脂炉胆107内设有装载物料即生坯件5的物料载箱4，所述物料载箱4具有多层用于放置物料的隔板，且每层隔板为上下等间距设置。
具体实施中，所述送料机3上设有将储存箱301里的草酸推进加热箱302的电控推进器303，以实现草酸粉末的定量补给。
本发明还提供了一种催化脱脂方法，其采用上述任一实施例的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉执行，该方法包括以下步骤：
步骤一、在脱脂炉胆内装入待处理的生坯件，关紧炉门；
步骤二、将草酸粉末加入送料机的储存箱，由送料机的电控推进器输送至加热箱，并将草酸粉末加热到80℃～180℃，以使草酸升化成气体；
步骤三、升化后的草酸经过氮气传送通入脱脂炉胆里，参加脱脂炉里的催化裂解POM反应，此时脱脂炉内保温温度为100℃～120℃；氮气的流量应不小于3.5m3/h，压力为0.1MPa；
步骤四、将燃烧室加热至预设温度，使草酸充分分解成一氧化碳，二氧化碳和水，同时POM通过催化裂解形成的甲醛气体在燃烧室被充分燃烧，一氧化碳和甲醛气体在燃烧室被天然气点燃，使一氧化碳和甲醛充分燃烧转换成二氧化碳和水，并通过排气管道排放，以实现绿化排放。
具体实施中，在关闭炉门105后，旋转压紧装置以锁住炉门105。
具体实施中，所述预设温度为450℃。
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面详述本发明的原理及实现方法。
草酸，别称乙二酸，广泛存在于植物源食物中，是有机酸里的强酸，结构简式是HOOCCOOH；常温下为无色透明晶体或白色粉末，溶于水；在100℃时开始升华，125℃时迅速升华，157℃时大量升华并开始分解，在189.5℃时易分解。草酸还具有很强的还原性，不会跟易氧化的活泼金属及其合金发生反应。
通过这些性质，我们可以有效的处理尾气中残留的草酸，使其以CO2和H2O的形式排放，还有对易氧化的活泼金属及其合金具有有效的保护作用，其受热分解方程式如下所示：
2CO+O2＝2CO2
其还原性的反应：
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4＝K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
H2C2O4+NaClO＝NaCl+2CO2↑+H2O
草酸有酸的通性。如果发生设备故障导致草酸泄露，遗留，可通过碳酸盐(如Na2CO3)粉末或溶液进行处理(相比硝酸泄露时安全很多)。其反应方程式如下所示：
H2C2O4+Na2CO3—→CO2↑+Na2C2O4+H2O
这比传统工艺中采用硝酸作为催化剂的紧急处理简单且不会有危险，不污染环境。
为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，下面提供催化脱脂方法工艺参数和温度参数，此处仅仅为举例说明，取值范围由企业的生产需要决定。
工艺参数包括工艺阶段时间、风机转速、草酸的进给量、氮气流量下限等，如表1所示：
表1工艺参数
具体实施中，为保证不发生安全事故，前冲洗阶段的时间不少于45min，其他阶段的时间都可相应增长，一为保证安全，二为保证提高产品良品率。
温度参数包括炉腔温度、氮气温度、烟道温度、燃烧室温度等，如表2所示：
表2温度参数
以草酸作为催化剂的金属粉末注射成型生产过程中，草酸的补给、催化及尾气处理过程如下(其中草酸在整个生产过程中的流程如图3所示)：
电控推进器工作，把储存箱里的粉末状态的草酸推进加热箱，草酸在加热箱里由加热至80℃～180℃，使其气化，同时加热箱里通入氮气，带动草酸气体流入脱脂炉胆。草酸的输入量可以通过改变电控推进器的转速，以改变推进器的推进速度来完成，同时也可调节氮气的流入速度。
加热箱的加热温度不宜过高，否则会先把草酸分解，从而影响脱脂的催化效果，温度也不宜过低，否则草酸无法完全气化，会带有一些粉末进入脱脂炉内，并粘在出气口，堵塞管口，影响氮气和草酸气体的流入，最终影响脱脂炉内脱脂效率。
草酸被送进加热箱后经加热至80℃～180℃，气化后与氮气一起流入脱脂炉里参加催化反应，然后再流入燃烧室，燃烧室的温度为450℃，把草酸充分分解成一氧化氮，二氧化氮和水，再由天然气点燃燃烧，最终以二氧化氮和水蒸汽的形式排出。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，包括炉本体和运输草酸进入炉本体内的送料机，所述炉本体内部为放置物料的脱脂炉胆，所述脱脂炉胆通过耐热管道与送料机相连，所述送料机内设有用于通入氮气的加热箱和放置草酸的储存箱，所述加热箱用于加热草酸使之气化，气化后草酸与氮气一起流入脱脂炉胆内里参加催化反应；所述脱脂炉胆通过排气管道与位于炉本体上方的燃烧室相连，所述燃烧室上设有进气口和排气口，通过所述进气口向燃烧室内通入天然气，以使草酸的分解产物进行燃烧，通过所述排气口排出水汽、二氧化碳及所述炉本体内部的废气。
2.按照权利要求1所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述炉本体的正前方设有炉门，所述炉本体上还设有指示灯和显示器。
3.按照权利要求2所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述炉门上设有锁住炉门的压紧装置，以及关闭炉门或打开炉门的炉门开关。
4.按照权利要求3所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述脱脂炉胆内与所述炉门相对的另正前方设有风扇。
5.按照权利要求1至4任一项所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述脱脂炉胆内设有装载物料即生坯件的物料载箱。
6.按照权利要求5所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述物料载箱具有多层用于放置物料的隔板，且每层隔板为上下等间距设置。
7.按照权利要求6所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉，其特征在于，所述送料机上设有将储存箱里的草酸推进加热箱的电控推进器。
8.一种采用权利要求1至7任一项所述的以草酸作为催化剂的催化脱脂炉的催化脱脂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在脱脂炉胆内装入待处理的生坯件，关紧炉门；
步骤二、将草酸粉末加入送料机的储存箱，由送料机的电控推进器输送至加热箱，并将草酸粉末加热到80℃~180℃，以使草酸升化成气体；
步骤三、升化后的草酸经过氮气传送通入脱脂炉胆里，参加脱脂炉里的催化裂解POM反应，此时脱脂炉内保温温度为100℃~120℃；氮气的流量应不小于3.5m3/h，压力为0.1MPa；
步骤四、将燃烧室加热至预设温度，使草酸充分分解成一氧化碳，二氧化碳和水，同时POM通过催化裂解形成的甲醛气体在燃烧室被充分燃烧，一氧化碳和甲醛气体在燃烧室被天然气点燃，使一氧化碳和甲醛充分燃烧转换成二氧化碳和水，并通过排气管道排放，以实现绿化排放。
9.按照权利要求8所述的催化脱脂方法，其特征在于，在关闭炉门后，旋转压紧装置以锁住炉门。
10.按照权利要求9所述的催化脱脂方法，其特征在于，所述预设温度为450℃。
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