專利名稱：對稱三花瓣型催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化工、石油工業(yè)中一種催化劑及其載體的形狀，特別是三花瓣型催化劑及其載體。
在化學(xué)工業(yè)中許多過程都離不開催化劑，而多相催化劑在化學(xué)工業(yè)中發(fā)揮重要作用，特別是在固定床反應(yīng)器中，多相催化劑具有反應(yīng)物、產(chǎn)物易分離的優(yōu)點(diǎn)，但是，多相催化劑也往往存在一些缺點(diǎn)，例如對許多多相催化劑，擴(kuò)散控制往往成為制約催化反應(yīng)的關(guān)鍵性一步。為了減少擴(kuò)散因素對多相催化反應(yīng)的影響，人們采取了各種各樣的手段，比如，增加反應(yīng)物的停留時間，提高反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)體系的壓力，特別是針對固定床催化反應(yīng)，人們采取減小多相催化劑的宏觀顆粒度的尺寸，來達(dá)到減少反應(yīng)外擴(kuò)散因素對催化反應(yīng)的影響。比如圓柱條形催化劑在石油化工領(lǐng)域被廣泛的使用，但對重質(zhì)餾分油、渣油等大分子催化反應(yīng)，擴(kuò)散因素成為制約催化反應(yīng)速度的決定環(huán)節(jié)，人們?yōu)榱藴p少外擴(kuò)散對催化反應(yīng)的影響，采取減少圓柱條形的直徑，但條形圓柱狀載體的逐漸細(xì)化，會帶來如下的負(fù)面效應(yīng)①隨著條形圓柱狀載體的逐漸細(xì)化，催化劑或載體的強(qiáng)度會逐漸下降；②催化劑床層空隙率減小，往往會導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)過程中整個固定床反應(yīng)器的床層壓降增大，導(dǎo)致催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)周期縮短。
針對把圓柱型催化劑簡單細(xì)化所帶來的缺點(diǎn)和不妥之處，人們開發(fā)出了各種各樣的異型催化劑及載體，典型的代表之一就是化工行業(yè)中廣泛采用拉西環(huán)，拉西環(huán)能明顯的增大床層的空隙率、減小床層壓力降的作用，但是它也有自身的缺點(diǎn)，比如成型困難、難切割斷條，特別是直徑不大于2mm的拉西環(huán)目前工業(yè)上更難成型，并且直徑較小時，及易破碎，強(qiáng)度也較差。
針對上述不足，人們又開發(fā)了各種各樣的異型催化劑，比如在專利US4394303中提及到一種三葉型(三花瓣)催化劑的設(shè)計，如圖3所示，同圓柱型催化劑及載體相比，有其進(jìn)步之處，如在一定程度上降低了催化劑及載體的直徑，使其機(jī)械強(qiáng)度得到增強(qiáng)，空隙率有所增加。盡管如此，但從設(shè)計的角度出發(fā)，該專利所提及到的三葉型催化劑對各個葉片的形狀及尺寸未作具體要求，這樣容易使所制得的催化劑或載體形狀不統(tǒng)一，機(jī)械強(qiáng)度以及空隙度得不到有效保證，它并不是最佳的三葉型催化劑設(shè)計方案，有待改進(jìn)提高。
本實(shí)用新型目的在于針對目前三葉草型(三花瓣型)催化劑及載體設(shè)計方案在結(jié)構(gòu)上的不足，進(jìn)行改進(jìn)和完善，提出一種高度對稱的三花瓣型催化劑及載體。
下面結(jié)和附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述


圖1三花瓣型載體的截面圖，D為橫斷面外接圓的直徑，d為橫斷面內(nèi)切圓的直徑；r為載體外側(cè)表面到中心的最大擴(kuò)散距離；圖2三花瓣型載體的側(cè)面圖，其中L為三花瓣型催化劑的長度；本實(shí)用新型提出了一種高度對稱的三花瓣型催化劑及載體，如
圖1和2所示，具有如下特征其橫斷面(橫截面)為高度對稱的三花瓣型；載體橫斷面的三花瓣呈120度角分布；橫斷面的外接圓直徑D等于內(nèi)切圓直徑d的2倍；催化劑及載體的側(cè)面積為πDL，其中L為三花瓣型催化劑的長度，或者描述為催化劑載體的橫斷面的周長為πD。
反應(yīng)物分子從催化劑及載體的外表面到中心的最大擴(kuò)散長程與直徑為d的圓柱條形載體的最大擴(kuò)散長程相當(dāng)；或者描述為反應(yīng)物分子從催化劑及載體外側(cè)表面到中心的最大擴(kuò)散長程為r，見
圖1，其中r＝d/2。
對稱三花瓣型催化劑及載體的橫斷面的外截圓直徑D的范圍是1～100mm；橫斷面的內(nèi)切圓直徑d的范圍是0.5～50mm。
本實(shí)用新型提供的對稱三花瓣型催化劑及載體的實(shí)施方案簡便只要把孔板中的小孔設(shè)計成所需的形狀(如
圖1)，然后將物料調(diào)配好，擠壓成型，即可獲得對稱的三花瓣型催化劑及載體。
本實(shí)用新型提供的對稱三花瓣型載體適合制備固定床反應(yīng)器中的多相催化劑，特別適合于制備外徑小于2mm的催化劑。比如在石油化工領(lǐng)域中，作為重質(zhì)餾分油、石油蠟、渣油等大分子的加氫催化劑，往往需要催化劑的顆粒直徑小于2mm，而且要求催化劑強(qiáng)度好、反應(yīng)床層有一定的空隙率。針對以上問題，本實(shí)用新型通過采用了一種最佳的設(shè)計方案，使催化劑或載體的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了最佳，使所制備的催化劑載體適合于作重質(zhì)餾分油、渣油及大分子催化反應(yīng)中的催化劑及載體。同時，也適合作為化工及反應(yīng)器中的填料來應(yīng)用。
本實(shí)用新型提供的對稱三花瓣型催化劑及載體具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果催化劑或催化劑載體高度對稱，易實(shí)現(xiàn)催化劑的密相裝填，催化劑的強(qiáng)度比直徑相同的圓柱型催化劑都好，催化劑的外表面積較大，空隙率高。
實(shí)施例和比較例設(shè)計如圖3、圖4、圖5、圖6所示外形特征的催化劑載體，其中圖3為按照專利US4394303設(shè)計的三葉型催化劑載體(A)的截面圖，D＝2.0mm，d＝1.2mm；圖4為按照專利US4394303設(shè)計的三葉型催化劑載體(B)的截面圖，D＝2.0mm，d＝0.9mm；圖5為圓柱型催化劑載體(C)的截面圖，D＝2.0mm；圖6為本實(shí)用新型所設(shè)計的對稱三花瓣型載體(D)的截面圖，D＝2.0mm，d＝1.0mm。
稱取氫氧化鋁干膠粉(擬薄水鋁石)依次加入田菁粉、炭黑、硅溶膠、水、膠溶劑和氫氧化鋁混合均勻，在擠條機(jī)上擠壓成型，采取更換擠條孔板的形式，分別得到催化劑載體A、B、C和D，經(jīng)干燥后，在550℃下焙燒4小時，測定催化劑載體的堆積密度(堆比)，側(cè)壓機(jī)械強(qiáng)度和空隙率結(jié)果列于表1中。
表1催化劑載體的性質(zhì)堆積密度機(jī)械強(qiáng)度空隙率載體g/ml N/mm ％(v/v)比較例1A 0.62 18 35比較例2B 0.59 11 38比較例3C 0.65 15 33實(shí)施例D 0.59 23 39從所設(shè)計的孔板及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本實(shí)用新型所設(shè)計的對稱三花瓣型催化劑載體具有堆積密度小，機(jī)械強(qiáng)度高，空隙率大的優(yōu)點(diǎn)。
外截圓直徑為D對稱三花瓣的催化劑及載體，從其外側(cè)表面擴(kuò)散到中心的最大長程為r，其中r＝d/2＝D/4，只有外徑為D的圓柱型催化劑從其外側(cè)表面擴(kuò)散到中心最大長程(D/2)的一半，而且其強(qiáng)度和空隙率較之圓柱型催化劑要好。
按本實(shí)用新型所設(shè)計出的對稱三花瓣型載體D，機(jī)械強(qiáng)度和空隙率較按照專利US4394303設(shè)計的載體A和B好(見圖3和圖4)，說明本實(shí)用新型所設(shè)計的對稱三花瓣型催化劑及催化劑的載體是三葉型催化劑及催化劑的載體中的最佳值。
權(quán)利要求1.一種橫斷面為三花瓣型的固體顆粒，其特征在于顆粒橫斷面為高度對稱的三花瓣型；載體橫斷面的三花瓣呈120度角分布。
2.按照權(quán)利要求1所述的固體顆粒，其特征在于顆粒橫斷面的外接圓直徑D等于內(nèi)切圓直徑d的2倍；
3.按照權(quán)利要求1所述的固體顆粒，其特征在于顆粒側(cè)面積為D∏L，其中L為三花瓣型催化劑的長度。
4.按照權(quán)利要求2所述的固體顆粒，其特征在于所說外接圓直徑D的范圍是1～100mm；內(nèi)切圓直徑d的范圍是0.5～50mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的固體顆粒，其特征在于該顆?？捎米鞫嘞啻呋瘎┗蜉d體。
6.按照權(quán)利要求1所述的固體顆粒，其特征在于該顆粒適合于作重質(zhì)餾分油、渣油及大分子催化反應(yīng)中的催化劑或載體。
專利摘要橫斷面為對稱的三花瓣型催化劑或催化劑載體,其特征為:外圓的直徑(D)等于內(nèi)圓直徑(d)的二倍,該催化劑的側(cè)面積(D∏L)與直徑為D的圓柱側(cè)面積(D∏L)相同,而從外側(cè)表面到中心的最大擴(kuò)散長程距離與直徑為d的圓柱體的直徑相同,均為d/2。該催化劑載體具有外表面積大、擴(kuò)散長程短、空隙率高、強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn),特別適合于作為重質(zhì)餾分油、渣油等大分子催化反應(yīng)的催化劑載體。
文檔編號B01J32/00GK2477270SQ0121125
公開日2002年2月20日 申請日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者向紹基, 李亞昆 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院