一种催化剂载体及催化剂制造技术

本实用新型专利技术涉及一种仙人球形的催化剂载体及催化剂，其外形为经向分布有若干条凸棱凹槽的球形。此种外观结构的催化剂载体及催化剂，较之目前工业上流行的球形与三叶草形催化剂，具有外表面积大，可有效地消除扩散之影响；整体堆积时十分均匀，无数小沟槽构成的弯弯曲曲的沟渠网络，犹如众多小环柱形乱堆时产生的效果。因此具有空隙率高，对流体之阻力小等特点。特别适用于渣油与重质馏分油等催化加工过程中的催化剂载体及催化剂。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种催化剂载体及催化剂的外形，适用于化工、石油化工与石油炼制工业中的催化剂载体及催化剂，尤其适用于作为炼油工业中的加氢脱金属(HDM)、加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)以及加氢裂化(HC)等过程的催化剂载体与催化剂。
技术介绍
在现代化工及炼油工业中需使用催化剂的加工过程占90％以上，其中使用“固定床催化反应器”的过程(使用固体催化剂)又占据主导地位。反应物分子要在催化剂上实现反应，首先要到达催化剂的外表面(称为外扩散)，然后再进入催化剂的孔内(称为内扩散)。由此可见，扩散过程对催化过程具有举足轻重之影响。工业上，只有极少数的催化反应是外扩散控制的化学反应，其所用之催化剂为无孔的网状物(如氨氧化制硝酸的铂网)或者活性组分是分布于颗粒外表面的薄壳形催化剂。由于活性中心在外表面，且又极活泼，反应物分子一到催化剂的外表面即完成反应，催化剂的内层根本不起作用。整个催化反应的速度为外扩散速度所控制。绝大多数的催化反应要求消除外、内扩散过程之影响，因为催化剂的内孔才是分子的真正反应器。为消除外扩散，可采用以下之办法(1)提高反应物流体的流速；(2)增大催化剂的外表面积。为摆脱内扩散的影响，也有两个途径(1)减小催化剂的有效直径，即粒度；(2)增大催化剂的孔径与孔容。由此，一个工业催化剂必须具备的外观条件基本明确了，它们是 (1)粒度要尽可能地小。但由其构成的催化剂床对流体的阻力不能过大，否则反应物流体之流速就上不去了。(2)外表面积要尽可能地大。因此必须选择异形催化剂。(3)催化剂应具有大孔，高孔容，使反应物分子能顺畅地进入孔内实现反应。但这往往使催化剂的强度下降，难以使用。现有的各种催化剂正是在上述诸项因素的相互制约的选择中发展与衍生出来的。构成它们的材料通常是各种耐热的无机氧化物，例如氧化铝、氧化硅、硅铝胶、沸石、氧化钛、碳化硅，以及它们的各种组合物。早期的催化剂大都为无定形、圆柱形(俗称条形)与片状。后者由于要求焙烧温度较高，孔结构较差(否则强度就低)，限制了其使用的范围。无定形由于太原始，太不规范，目前工业上已很少使用。圆柱形的优点是简单易制，生产成本低；缺点是每一根条的外表面积与体积之比不够大，整体堆积效果也差，催化剂床的阻力较大。针对圆柱形的不足，球形便应运而生。球形催化剂的堆积良好，空隙均匀、丰富，床层阻力较小，每一粒球的外表面积与其体积之比，较长度与直径相等的圆柱形的高出2.25倍。随着对催化剂性能要求的不断提高，从圆柱形又衍生出了环柱形(拉西环)，后者较之条形外表面积有明显之提高，而催化剂床的阻力却有所下降。为了满足炼油工业中大分子反应的需要，催化剂的粒径必须进一步的减小，例如粒径小于3mm时，环柱状就出现问题了。首先是外壁太薄，侧压强度很低，容易破碎，难以满足工业生产之需要；其次，尺寸太小时催化剂的成型难度明显增加，生产成本上升，许多其它的异形催化剂大都存在此等弱点。鉴于此，从圆柱状又演进出了三叶草形催化剂。它在炼油工业已广泛应用，成为当前最重要的一种催化剂外形。虽然它的外表面积和对流体的阻力只介于圆柱形和环柱形之间，但加工起来毕竟比环柱形的容易多了，况且它的强度也要比环柱形高得多。但是，三叶草形作为条状物的变种，天然地具有堆积差，阻力大等明显的缺点和不足。以上是圆柱形催化剂的外形演变，那么，从球形催化剂又如何进一步发展呢？
技术实现思路
本技术的目的即在于提出一种球形催化剂载体及催化剂的衍生形态，一种集球形、环柱形与三叶草形之优点于一身的崭新的仙人球形催化剂载体及催化剂。为了实现上述目的，本技术采取以下设计方案一种催化剂载体，此催化剂载体的外表面为仙人球形，球的表面上经向分布有若干条相间的凸棱(B)与凹槽(C)。此催化剂载体球的临界直径(D)为1～20mm。此催化剂载体的外表面上具有的经向凸棱数(n)为3～10条。所述的催化剂载体中，凸棱(B)在赤道位的截面形状可为曲边梯形或月牙形。所述的催化剂载体中，曲边梯形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(θ)以及棱高(h)所决定，依凸棱数(n)的不同，θ可在10°～72°间选择，h可在(0.20～0.50)D间选择。所述的催化剂载体中，月牙形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(α)以及等径之内切圆直径(d)所决定，依凸棱数(n)的不同，α可在30°～120°间选择，d可在(0.2～0.5)D间选择。一种催化剂，此催化剂的外表面为仙人球形，球的表面上经向分布有若干条相间的凸棱(B)与凹槽(C)。此催化剂球的临界直径(D)为1～20mm。此催化剂的外表面上具有的经向凸棱数(n)为3～10条。在所述的催化剂中，凸棱(B)在赤道位的截面形状可为曲边梯形或月牙形。在所述的催化剂中，曲边梯形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(θ)以及棱高(h)所决定，依凸棱数(n)的不同，θ可在10°～72°间选择，h可在(0.20～0.50)D间选择。在所述的催化剂中，月牙形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(α)以及等径之内切圆直径(d)所决定，依凸棱数(n)的不同，α可在30°～120°间选择，d可在(0.2～0.5)D间选择。本技术的催化剂载体及催化剂，其外形为球形，在球的外表面上经向分布有若干条相间的凸棱(B)与凹槽(C)，这种外形颇似自然界的仙人球。比起普通的球形、环柱形及当前极为流行的三叶草形催化剂来，本技术的仙人球形催化剂载体及催化剂有以下特点1.与球形催化剂相比。由于球面上具有若干条经向的凹槽，因此这种仙人球形催化剂比球形的具有更大的外表面积，尤其是当它们堆积起来时，除了普通球间的空隙外，无数小沟槽构成的错综复杂的网络，使空隙率进一步提高，使床层阻力进一步下降，使空速之进一步提高成为可能。2.与三叶草形催化剂相比。目前市售的三叶草形条状物催化剂，通常长度为3～10mm，由于长短不一，使整体堆积效果不甚理想，容易出现两种极端状态架桥或过密堆积。前者使催化剂床中出现许多大大小小的空洞，使反应物流在催化剂床内出现沟流、短路等；后者使催化剂床的通透性变劣，造成阻力过大。这二者的直接后果是一些催化剂在小负荷下工作，降低了催化剂的使用效率；另一些催化剂在超负荷下运转，出现过热，结焦过快、过多等现象，降低了催化剂的使用寿命。本技术的仙人球形催化剂，由于是等径球形，堆积效果自然比三叶草形更为均匀，由于空隙率高，对流体阻力自然更小。从某种视角看来，仙人球形可粗略看作是等长度的多叶草形的改进，其外表面积自然比三叶草形更为丰富，对流体之分散效果也更好，因此，对传热、传质更为有利，可使催化剂发挥出更大的效能，且可获得更长的寿命预期。为了尽可能减少架桥现象，实现密相装填，三叶草形催化剂装卸时不得不使用专门的机械。即使如此，每次更换催化剂，反应器中催化剂的装填系数仍很难一致，这将给工艺操作带来诸多不便。仙人球形催化剂由于是等径球形堆积，当然很均匀，流动性也好，故装卸催化剂十分方便，根本不需专门之机械。3.与环柱形相比。本技术仙人球形催化剂，在堆积时，无数球表面小沟槽构成的弯弯曲曲的小通道网络，犹如众多小环柱形催化剂乱堆时所产生的效果。因此，本技术也具有环柱形外表面积大，阻力小等特点。除此之外，更有环柱形难以相比之优点。(1)前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂载体，其特征在于此催化剂载体的外表面为仙人球形，球的表面上经向分布有若干条相间的凸棱（Ｂ）与凹槽（Ｃ）。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂载体，其特征在于此催化剂载体的外表面为仙人球形，球的表面上经向分布有若干条相间的凸棱(B)与凹槽(C)。2.按权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于此催化剂载体球的临界直径(D)为1～20mm。3.按权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于此催化剂载体的外表面上具有的经向凸棱数(n)为3～10条。4.按权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于凸棱(B)在赤道位的截面形状可为曲边梯形或月牙形。5.按权利要求4所述的催化剂载体，其特征在于曲边梯形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(θ)以及棱高(h)所决定，依凸棱数(n)的不同，θ可在10°～72°间选择，h可在(0.20～0.50)D间选择。6.按权利要求4所述的催化剂载体，其特征在于月牙形大小由临界直径(D)、相应的圆心角(α)以及等径之内切圆直径(d)所决定，依凸棱数(n)的不同，α可在30°～120°间选择，d可在(0.2～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昭仁，冯天，
申请(专利权)人：北京绿星特种催化技术公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]