填充构件制造技术

本发明专利技术描述了一种填充构件，用于在填充床中使用。所述填充构件包括陶瓷材料，并且还包括所述填充构件的外表面上的表面结构。所述填充构件不包括穿过所述填充构件从所述填充构件的第一侧上的第一孔延伸到所述填充构件的基本相对的第二侧上的第二孔的粒内流体连通通道。还描述了一种负载型催化剂、设备和生产方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】填充构件


[0001]本专利技术涉及用于填充床的填充构件，特别是催化剂载体。更具体地，本专利技术涉及用于在诸如蒸汽重整和直接还原铁生产等工艺中使用的陶瓷催化剂载体和负载型催化剂。

技术介绍

[0002]在诸如蒸汽重整和直接还原铁生产等工业化工艺中使用的金属催化剂在被细分为小颗粒以增加金属表面积时更具活性。通过将金属颗粒分布在耐火载体上，在此类反应过程中可以保持较大的金属表面积。在此类工艺中使用催化剂载体的另一优点是只需将少量较昂贵的催化金属分散在大量丰富廉价的载体材料上，从而大大降低了商业规模所需的催化材料成本。
[0003]在许多这类工艺中，需要催化剂的反应速度非常快，且受限于颗粒表面。因此，反应将取决于负载型催化剂的几何表面积。此外，具有低内部表面积(BET)和这么小内部孔体积的负载型催化剂在此类工艺中通常具有较低的活性。载体的强度也很重要，因为在加载、操作和卸载负载型催化剂期间断裂会降低活性并增加延迟和成本。例如，在直接还原铁(DRI)的Midrex工艺中，催化剂可能会经受高水平的机械处理和热循环，蒸汽重整催化剂也是如此。此外，负载型催化剂应具有良好的传热特性，同时保持较低的压降。
[0004]在此类工业化工艺中，催化剂载体通常是通过对陶瓷粉末进行挤压、制粒或造粒，然后对生坯进行煅烧而制成的。
[0005]然而，已经发现此类方法只能提供受限的载体几何形状和物理性能。例如，此类载体可能具有很高的强度，但代价是几何表面积低和孔隙度差。
[0006]因此，需要具有更佳的期望性能组合的改进的催化剂载体。这样的改进的催化剂还应能够经济地生产。因此，本专利技术的某些方面的目的是解决上述问题或其他问题中的一个或多个问题。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种用于在填充床中使用的填充构件，其中填充构件包括陶瓷材料，并且还包括填充构件的外表面上的表面结构，并且其中填充构件不包括穿过填充构件从填充构件的第一侧上的第一孔延伸到填充构件的基本相对的第二侧上的第二孔的粒内流体连通通道。
[0008]在本专利技术的填充构件中，在使用过程中，流体基本上不能穿过填充构件从填充构件的第一侧流到填充构件的基本相对的第二侧。因此，为了通过填料构件，流体被迫在填充构件的外表面周围流动。如此，在本专利技术的上下文中，语句“不包括穿过填充构件从填充构件的第一侧的第一孔延伸到填充构件的基本相对的第二侧的第二孔的粒内流体连通通道”可以解释为在使用过程中基本上没有穿过填充构件的主体从填充构件的第一侧到达填充构件的基本相对的第二侧的流体流动。应理解，在本专利技术的上下文中，此类“粒内流体连通通道”不包括可能存在于填充构件的材料中的微观孔隙。
[0009]填充构件可以不包括在填充构件内从第一孔延伸到第二孔的粒内流体连通通道。
[0010]有利地，令人惊讶地发现，表面结构与不存在穿过填充构件的主体的流动通道相结合，使得强度增加，同时还增加了流动速度，引导流动在催化剂表面上进行，并且提供了更加均匀的流动。
[0011]填充构件可以是催化剂载体，或者负载型催化剂。
[0012]适当地，填充构件具有宏观结构和宏观结构的外表面上的表面结构。
[0013]该宏观结构可以具有三个主轴，其中所有三个主轴的长度都≤每一个其他主轴的长度的1,000％，适当地≤每一个其他主轴的长度的500％，例如≤每一个其他主轴的长度的250％。宏观结构可以不是带的形式。
[0014]宏观结构可以基本上为以下形式：多叶片，例如三叶片、四叶片或五叶片；球体；椭球体；立方体；长方体；圆柱体；或齿轮。
[0015]宏观结构可以基本上为以下形式：多叶片，例如三叶片、四叶片或五叶片；立方体；长方体；圆柱体；或齿轮。
[0016]填充构件可以不具有基本上球体或椭球体的宏观结构。
[0017]齿轮宏观结构包括放射状地向外延伸的多个齿垣。当将齿垣排除在外时，齿轮宏观结构的横截面可以包括基本上圆形、三角形、正方形或矩形等形状。至少一些齿垣，优选地全部齿垣可以沿着齿垣的深度和/或宽度呈锥形，优选地，齿轮的每个齿垣与其他齿垣在相同的方向上呈锥形，适当地，齿垣的最宽点和最深点朝向齿垣的同一端。
[0018]宏观结构可以具有凹陷的表面，例如凹陷的上表面和/或下表面，适当地，表面的至少30％是凹陷的，例如至少40％或至少50％。
[0019]有利地，已经发现具有锥形齿垣和/或凹陷的上表面或下表面的齿轮宏观结构提供改善的填充密度以及减少的互锁。
[0020]球体或椭球体宏观结构可以在宏观结构的外表面上包括至少一个线性凹槽，例如至少两个、至少三个或至少四个线性凹槽。优选地，球体或椭球体宏观结构包括至少两个平行的线性凹槽，例如至少三个或至少四个。优选地，凹槽在横截面上基本上呈半球形。当球体或椭球体宏观结构包括这样的线性凹槽时，宏观结构可以视为带凹槽的球体或椭球体。
[0021]填充构件的宏观结构可以基本上呈球体或椭球体的形式。
[0022]填充构件的最大尺寸可以达到1000mm，例如达到750mm或达到500mm，优选地达到400mm。填充构件的宽度/直径可以为达到500mm，例如达到300mm，或达到200mm，优选地达到150mm，更优选地达到100mm，最优选地达到50mm。
[0023]填充构件的最大尺寸可以>20mm，例如≥21mm或≥22mm。
[0024]填充构件的表面结构的中值平均高度(mean average height)可以达到填充构件的宽度/直径的40％，例如达到30％，优选地达到25％，更优选地达到20％，最优选地达到15％。
[0025]“表面结构”是指表示填充构件的外表面形状与基于填充构件的宏观结构所预期的形状之间的偏差的结构。这样的表面结构可以显著小于填充构件的宏观结构的特征的尺寸。表面结构可以被视为填充构件的宏观结构上的表面纹理。应理解，在本专利技术的上下文中，这样的“表面结构”不包括微观表面粗糙度。
[0026]例如，填充构件可以具有直径为10mm的球体宏观结构。所述填充构件的外表面部
分地如对球体宏观结构所预期的那样连续地弯曲，但是填充构件的外表面还包括多个表面结构，这些表面结构偏离了所预期的外表面的弯曲形状，呈12个离散的凸起的形式，其中每个凸起的高度为2mm。
[0027]应理解，诸如齿轮形的齿垣或多叶片的叶片等宏观结构的正常特征被视为宏观结构的一部分，不被视为根据本专利技术的表面结构。
[0028]填充构件可以在填充构件的至少两侧包括表面结构。
[0029]填充构件可以包括在填充构件的≥20％的外表面上，例如≥30％、≥40％、≥60％或≥80％的外表面上延伸的表面结构。
[0030]“包括在
······
上延伸的表面结构”是指至少指定百分比的填充构件的外表面偏离了基于宏观结构预期的填充构件的外表面的形状。应当理解，偏离的表面的量基于预期的外表面的形状的表面积及其损失本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种填充构件，用于在填充床中使用，其中所述填充构件包括陶瓷材料，并且还包括所述填充构件的外表面上的表面结构，并且其中所述填充构件不包括穿过所述填充构件从所述填充构件的第一侧上的第一孔延伸到所述填充构件的基本相对的第二侧上的第二孔的粒内流体连通通道。2.根据权利要求1所述的填充构件，其中所述填充构件具有宏观结构，所述宏观结构基本上为以下形式：多叶片，例如三叶片、四叶片或五叶片；球体；椭球体；立方体；长方体；圆柱体；或齿轮。3.根据权利要求1所述的填充构件，其中所述填充构件不具有基本上球体或椭球体的宏观结构。4.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的最大尺寸>20mm，例如≥21mm或≥22mm。5.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件包括具有基本上相同的外观的多个重复的表面结构，和/或其中所述填充构件包括在所述填充构件的≥20％的所述外表面上延伸的表面结构，例如在≥30％、≥40％、≥60％或≥80％的所述外表面上延伸的表面结构。6.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件包括在≥60％的所述外表面上延伸的表面结构，例如在≥80％的所述外表面上延伸的表面结构。7.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述表面结构包括多个连接的环形脊和/或槽结构，适当地互连的环形脊和/或槽结构。8.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述表面结构包括多个凸起和/或凹陷，适当地互连的凸起和/或凹陷。9.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的每体积几何表面积(GSA)≥0.7cm2/cm3，例如GSA≥1cm2/cm3，优选地GSA≥1.2cm2/cm3，更优选地GSA≥1.3cm2/cm3，最优选地GSA≥1.4cm2/cm3。10.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的侧压碎强度≥250kgf，例如≥275kgf，优选地≥300kgf，更优选地≥325kgf，最优选地≥350kgf。11.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的GSA≥1.7cm2/cm3，优选地GSA≥1.9cm2/cm3，更优选地GSA≥2.1cm2/cm3，最优选地GSA≥2.3cm2/cm3。12.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的侧压碎强度≥170kgf，优选地≥185kgf，更优选地≥200kgf，最优选地≥215kgf。13.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的GSA≥3.3cm2/cm3，优选地GSA≥3.6cm2/cm3，更优选地GSA≥3.9cm2/cm3，最优选地GSA≥4.2cm2/cm3。14.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的侧压碎强度≥70kgf，优选地≥80kgf，更优选地≥90kgf，最优选地≥100kgf。15.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的孔隙度≥0.06cm3/g，优选地≥0.15cm3/g，更优选地≥0.2cm3/g，最优选地≥0.25cm3/g。16.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的孔隙度<0.5cm3/g，例如≤0.49cm3/g或≤0.48cm3/g。17.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的孔隙度<0.35cm3/
g，例如≤0.34cm3/g或≤0.33cm3/g。18.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件的孔隙度为0.06cm3/g到0.5cm3/g，优选地0.15cm3/g到0.4cm3/g，更优选地0.2cm3/g到0.35cm3/g，例如0.2cm3/g到<0.35cm3/g，最优选地0.25cm3/g到0.3cm3/g，例如0.25cm3/g到<0.3cm3/g。19.根据任一项前述权利要求所述的填充构件，其中所述填充构件是铸造填充构件，例如凝胶铸造填充构件，和/或其中所述填充构件能够通过对包括陶瓷材料、有机粘结剂组分和可选地孔隙形成组分的组合物进行凝胶铸造来得到。20.根据权利要求19所述的填充构件，其中所述有机粘结剂组分包括可聚合组分，适当地包括可聚合单体和交联剂，其中所述粘结剂组分用于聚合以形成(共聚)聚合物。21.根据权利要求19或20所述的填充构件，其中所述有机粘结剂组分由40wt％至95wt％的可聚合单体和由60wt％至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：吉姆特克有限公司，
类型：发明
国别省市：