專利名稱：甲醇裂解制備納米碳化鎢粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米WC粉制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種甲醇裂解低溫氣相碳化制備納米WC粉的方法。
背景技術(shù)：
碳化鎢(WC)是難熔金屬碳化物的一種，是硬質(zhì)合金的重要組分。硬質(zhì)合金是一種重要的工業(yè)材料，被譽(yù)為“工業(yè)的牙齒”。納米晶WC基硬質(zhì)合金，是納米材料中的一個(gè)分支，是繼發(fā)現(xiàn)納米晶的陶瓷材料在具有較高硬度的同時(shí)又具有高的斷裂韌性和延展性后，用納米級(jí)的WC/Co粉末作原料，生產(chǎn)出的具有高硬度、高耐磨性和高韌性的硬質(zhì)合金材料。
以往制備粒度小于1μm的WC粉，必須先制備細(xì)顆粒鎢粉，然后在1300℃以上的高溫與碳黑發(fā)生固相碳化反應(yīng)制成細(xì)顆粒碳化鎢(WC)粉，再經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)化球磨破碎，方能獲得平均粒度小于1μm的WC粉。七十多年來(lái)世界各國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，用這種工藝無(wú)法制備出WC平均粒度小于0.5μm的超細(xì)顆粒WC粉。而且強(qiáng)化球磨破碎的結(jié)果，又會(huì)導(dǎo)致粉末臟化、活性劇增及能產(chǎn)生劇烈氧化或爆炸的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種甲醇裂解低溫氣相碳化制備納米WC粉的方法，能顯著降低生產(chǎn)成本，可在較低的溫度下生產(chǎn)平均粒徑小于100nm、顆粒近球形的WC粉末。
以平均粒徑為21nm、比表面積(BET)為54m2/g的WO3粉作原料，甲醇作為碳源，在Co/Fe催化劑的作用下，在450℃～950℃的溫度下反應(yīng)1.5～4小時(shí)，即得到納米級(jí)的WC，WC的粒徑由反應(yīng)溫度和時(shí)間決定。
本發(fā)明采用甲醇低溫催化裂解方法。甲醇通過(guò)液泵、流量計(jì)進(jìn)預(yù)熱管道，預(yù)熱管溫度控制在300℃～420℃，將甲醇預(yù)熱汽化后，送入催化裂解器，在420℃～550℃即可使甲醇?xì)饬呀?，裂解氣?jīng)過(guò)冷凝器，再通過(guò)干燥器或分子篩脫水，就得到所要的反應(yīng)氣氛CO和H2。具體反應(yīng)原理如下
裂解氣經(jīng)氣體流量計(jì)進(jìn)入管徑為Φ50mm的管式反應(yīng)爐，氣體流量為150～600ml/分鐘，納米WO3粉的裝舟量為10～35g/舟；在500℃～950℃的溫度下，CO和H2與納米WO3粉反應(yīng)1.5～4小時(shí)，脫去氧原子，生成納米WC。由于反應(yīng)是在較低的溫度下進(jìn)行，且還原反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物W很快被CO碳化生成WC，防止WO3及其中間產(chǎn)物的長(zhǎng)大，最終能得到小于100nm的WC粉。反應(yīng)原理如下
相對(duì)于傳統(tǒng)碳化制WC粉的方法，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)成本低。甲醇來(lái)源廣泛且價(jià)格便宜，利用甲醇的裂解氣直接參與反應(yīng)，無(wú)氣體分離環(huán)節(jié)，縮短了工藝流程，降低了成本。
(2)裂解效率高。采用了高活性、高選擇性的Co/Fe催化劑，有效地降低了CO2含量，提高了甲醇的裂解效率。
(3)WC粒度可控。在低溫下，控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，能制得粒度均勻穩(wěn)定的納米WC粉。


圖1為納米WC粉的生產(chǎn)工藝圖。
圖2為納米WC顆粒的透射電鏡TEM形貌圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1以平均粒徑為21nm、比表面積(BET)為54m2/g的WO3粉作原料。用液泵把甲醇(CH3OH)輸送到預(yù)熱管道，保持預(yù)熱溫度為320℃，甲醇汽化，送入催化裂解器，工作溫度為540℃，甲醇裂解為CO和H2，CO和H2通過(guò)干燥器和分子篩脫水，干燥后送入管式反應(yīng)爐，氣體流量為200ml/min，納米WO3粉的裝舟量為12g/舟，在510℃下保溫3.5小時(shí)，充分冷卻后取出，制得納米WC粉。
實(shí)施例2以平均粒徑為21nm、比表面積(BET)為54m2/g的WO3粉作原料。液泵輸送甲醇(CH3OH)到預(yù)熱管道，在380℃預(yù)熱后甲醇汽化，送入催化裂解器，在490℃甲醇裂解為CO和H2，裂解產(chǎn)物CO和H2通過(guò)干燥器和分子篩脫水后送入管式反應(yīng)爐，控制氣體流量為350ml/min，納米WO3粉的裝舟量為25g/舟，在720℃下保溫2.5小時(shí)，制得納米WC粉。
實(shí)施例3以平均粒徑為21nm、比表面積(BET)為54m2/g的WO3粉作原料。用液泵把甲醇(CH3OH)輸送到預(yù)熱管道，保持預(yù)熱溫度為410℃，甲醇汽化，送入催化裂解器，工作溫度為430℃，甲醇裂解為CO和H2，CO和H2通過(guò)干燥器和分子篩脫水，干燥后送入管式反應(yīng)爐，控制氣體流量為550ml/min，納米WO3粉的裝舟量為33g/舟，在940℃下保溫1.5小時(shí)，制得納米WC粉。
權(quán)利要求
1.一種甲醇裂解低溫氣相碳化制備納米WC粉的方法，其特征在于以平均粒徑為21nm、比表面積(BET)為54m2/g的WO3粉作原料，甲醇作為碳源，在Co/Fe催化劑的作用下，在450℃～950℃的溫度下反應(yīng)1.5～4小時(shí)，即得到納米級(jí)的WC。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法其特征在于采用甲醇低溫催化裂解，甲醇通過(guò)液泵、流量計(jì)進(jìn)預(yù)熱管道，預(yù)熱管溫度控制在300℃～420℃，將甲醇預(yù)熱汽化后，送入催化裂解器，在420℃～550℃使甲醇?xì)饬呀?，裂解氣?jīng)過(guò)冷凝器，再通過(guò)干燥器或分子篩脫水，得到所要的反應(yīng)氣氛CO和H2；具體反應(yīng)如下裂解氣經(jīng)氣體流量計(jì)進(jìn)入管徑為Φ50mm的管式反應(yīng)爐，氣體流量為150～600ml/分鐘，納米WO3粉的裝舟量為10～35g/舟；在500℃～950℃的溫度下，CO和H2與納米WO3粉反應(yīng)1.5～4小時(shí)，脫去氧原子，生成納米WC；具體反X應(yīng)如下
全文摘要
本發(fā)明提供了一種甲醇裂解低溫氣相碳化制備納米WC粉的方法，以平均粒徑為21nm、比表面積BET為54m
文檔編號(hào)C01B31/34GK1654322SQ20051000517
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者郭志猛, 盧廣鋒, 羅驥, 吳成義, 李燏 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)