CN101862636B - 一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂，它是由以下重量百分比的组分组成的：20～25％的MgO、5～10％的Al2O3、60～65％的SiO2、5～7％的CaO、Na2O和K2O的混合物，以及0.2～0.5％的Fe2O3。本发明的镁铝尖晶石支撑剂相比现有技术具有更高的抗压强度、更小的自身重量和更低的生产和应用成本。本发明还提供了所述镁铝尖晶石支撑剂的制备方法。

Description

一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷填料，具体涉及一种镁铝尖晶石支撑剂，及其制备方法。
背景技术
目前石油化工生产过程中常用的惰性氧化铝支撑剂的化学组成如下：
Al2O3(三氧化二铝)：35～90％；
SiO2(二氧化硅)：5～58％；
MgO(氧化镁)+CaO(氧化钙)+Na2O(氧化钠)+K2O(氧化钾)：5～10％。
具体实施时一般选用高岭土添加工业用α-Al2O3粉，经研磨、过滤、成型、烘干、烧结而成。其主要缺点如下：1)配方中需添加工业α-Al2O3粉，其比例达30～85％，消耗大量的工业氧化铝，综合能耗高、造价高；2)比重大、堆积密度大，一般为1.5～2.0吨/m3，其结果是在石油化工的大型反应器中装填料约100m3左右，造成整个反应器的载重增加，基础负荷大，增加工程造价；3)抗压强度较小，石油化工大型反应器中，一般耐压在5.0～20.0Mpa左右，要求支撑剂强度够大才能长周期开工，但现有的支撑剂还不能满足抗压需求。
本发明鉴于上述技术背景，针对目前石油化工过程中大型反应器所需支撑剂的特性而提出一种新的支撑剂，以克服现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂，具有更高的抗压强度、更小的比重，且生产成本更低。
本发明的另一个目的在于：提供所述支撑剂的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂，它是由以下重量百分比的组分组成的：
MgO(氧化镁)：20～25％；
Al2O3(三氧化二铝)：5～10％；
SiO2(二氧化硅)：60～65％；
CaO(氧化钙)、Na2O(氧化钠)和K2O(氧化钾)的混合物：5～7％；
Fe2O3(三氧化二铁)：0.2～0.5％。
本发明的一种优选的方案中，按重量百分比计，所述组分中含有1.5～2.0％的CaO(氧化钙)。
本发明的另一种优选的方案中，按重量百分比计，所述组分中含有1.5～2.0％的Na2O(氧化钠)。
本发明的再一种优选的方案中，按重量百分比计，所述组分中含有2.0～3.5％的K2O(氧化钾)。
本发明所述的支撑剂外观为白色球体或柱状体。
本发明还提供所述镁铝尖晶石支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取高岭土、高镁高岭土和长石粉为原料，经球磨机研磨至350目后过滤备用；
2)将步骤1)研磨过的原料经除铁工艺处理后，按照所述预期的组分比例进行混配，再形成浆泥并真空炼泥、陈化，然后制成≥350目细度的粉末；
3)将步骤2)得到的粉末成型为直径ф1mm～ф100mm的球体或柱状体后烘干，最后经1280～1300℃烧结后得到本发明所述的支撑剂。
步骤2)所述的粉末细度优选350目。
步骤3)所述的烧结温度优选1300℃。
作为陶瓷填料支撑剂，在实际应用中应当满足如下要求：即抗压强度越高越好、自身重量越轻越好、制造环节要求节能环保、生产成本越低越好。
本发明选择了不同于现有技术的新的复合原料，利用其中特定的化学组成，经煅烧后形成了新的支撑剂。所述支撑剂化学组成明显不同于现有技术的惰性氧化铝支撑剂，相比之下，具有以下有益效果：
1.抗压强度显著提高
本发明支撑剂中，化学组分分子内部会形成镁铝尖晶石的稳定结构，所述化学组成的稳定是镁铝尖晶石晶相生成的关键，由此使得其抗压强度显著提高；另外本发明的制备方法中，制粉细度要求≥350目和烧结温度1280℃～1300℃，对产品的结构和特性也具有较大影响。制粉细度越细，则产品抗压强度越高。本发明制备方法中350目的制粉细度为支撑剂带来了较高的抗压强度；鉴于烧结温度对产品性能的影响，本发明在所述原料配方的情况下，选择了1280℃-1300℃的烧结温度，如果烧结温度低于1280℃，产品抗压强度会有明显的下降；如果高于1300℃，则产品表面会产生气泡、粘结，产品会部分甚至全部报废。
总体上讲，本发明的支撑剂比现有的惰性氧化铝支撑剂的抗压强度提高50％左右，相关测试数据如下表1所示：
表1
  规格  本发明实施例1支撑剂  现有的惰性氧化铝支撑剂*
  ф3mm  180N/颗  120N/颗
  ф6mm  650N/颗  440N/颗
  ф10mm  1200N/颗  800N/颗
  ф19mm  2400N/颗  1600N/颗
  ф25mm  3200N/颗  2000N/颗
注：表1中*标注的惰性氧化铝支撑剂中主要化学组分为：Al2O3(三氧化二铝)：70％(wt)，SiO2(二氧化硅)：22.5％(wt)，CaO(氧化钙)+Na2O(氧化钠)+K2O(氧化钾)+MgO(氧化镁)：5～7％(wt)。所述抗压强度的检测标准依照HG/T3210-2002。
2.显著降低生产和应用的成本
2.1本发明的支撑剂相比现有的惰性氧化铝支撑剂在自身重量方面降低了20％～50％，更有利于降低反应器的载重和基础负荷，减少工程造价；
2.2本发明制备方法中制粉细度高，使得生成尖晶石的烧成时间减少，节约了所消耗的能源；
2.3本发明制备过程中不需额外添加Al2O3(三氧化二铝)粉，因此也从这一方面达到了进一步节能的目标；
总之，制备本发明支撑剂的综合造价能够节约50％左右。
3.本发明支撑剂其他性能参数也能够达到或优于现有的惰性氧化铝支撑剂，具体见表2.
表2.
  性能参数   本发明支撑剂   惰性氧化铝支撑剂
  耐温度   1280℃～1300℃   1300℃～1400℃
  耐酸度   ≥99％   ≥99％
  耐碱度   ≥96％   ≥84％
  堆积密度   1150～1350kg/m3   1500～2000kg/m3
注：表2中各性能参数的检测标准如下：
耐温度：        HG/T3210-2002
耐温度急变：    HG/T3210-2002
耐酸度：        HG/T3210-2002
耐碱度：        GB4738.2
具体实施方式
下面以实施例的形式对本发明进行详细说明，其中所有的支撑剂的化学组分分析方法均依照GB/T 4734进行。
实施例1.
制备以下组分比例的支撑剂：
MgO(氧化镁)：20％；
Al2O3(三氧化二铝)：8％；
SiO2(二氧化硅)：65％；
CaO(氧化钙)+Na2O(氧化钠)+K2O(氧化钾)：6.8％；其中，CaO(氧化钙)为1.9％，Na2O(氧化钠)为2.1％，K2O(氧化钾)为2.8％。
Fe2O3(三氧化二铁)：0.2％。
制备方法如下：
1)取50kg高岭土、220kg高镁高岭土和30kg长石粉为原料，经球磨机研磨至350目后过滤备用；
2)将步骤1)研磨过的原料经常规除铁工艺处理后，按照上述组分比例要求混配原料，再以常规方法形成浆泥并真空炼泥、陈化，然后制成350目细度的粉末；
3)将步骤2)得到的粉末成型为直径ф1mm～ф10mm的球体后烘干，最后经1300℃烧结后得到上述支撑剂。
实施例2.
制备以下组分比例的石油压裂支撑剂：
MgO(氧化镁)：22.5％；
Al2O3(三氧化二铝)：7.5％；
SiO2(二氧化硅)：62.5％；
CaO(氧化钙)+Na2O(氧化钠)+K2O(氧化钾)7％；其中，CaO(氧化钙)为1.5％，Na2O(氧化钠)为2.0％，K2O(氧化钾)为3.5％。
Fe2O3(三氧化二铁)：0.5％。
制备方法如下：
1)取50kg高岭土、230kg高镁高岭土和20kg长石粉为原料，经球磨机研磨至350目后过滤备用；
2)将步骤1)研磨过的原料经常规除铁工艺处理后，按照上述组分比例要求混配原料，再以常规方法形成浆泥并真空炼泥、陈化，然后制成350目细度的粉末；
3)将步骤2)得到的粉末成型为直径ф50mm～ф80mm的球体后烘干，最后经1280℃烧结后得到上述的支撑剂。
实施例3.
制备以下组分比例的石油压裂支撑剂：
MgO(氧化镁)：24.5％；
Al2O3(三氧化二铝)：8％；
SiO2(二氧化硅)：62％；
CaO(氧化钙)+Na2O(氧化钠)+K2O(氧化钾)5.2％；其中，CaO(氧化钙)为1.5％，Na2O(氧化钠)为1.8％，K2O(氧化钾)为1.9％。
Fe2O3(三氧化二铁)：0.3％。
制备方法如下：
1)取40kg高岭土、242kg高镁高岭土和18kg长石粉为原料，经球磨机研磨至350目后过滤备用；
2)将步骤1)研磨过的原料经常规除铁工艺处理后，按照上述组分比例要求混配原料，再以常规方法形成浆泥并真空炼泥、陈化，然后制成350目细度的粉末；
3)将步骤2)得到的粉末成型为直径ф80mm～ф100mm的柱状体后烘干，最后经1300℃烧结后得到上述的支撑剂。

Claims (8)

1.一种用于石油化工反应器的镁铝尖晶石支撑剂，其特征在于，它是由以下重量百分比的组分组成的：
Figure FDA00001794186900011
2.权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：按重量百分比计，所述的组分中含1.5~2.0%的CaO。
3.权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：按重量百分比计，所述的组分中含1.5~2.0%的Na2O。
4.权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：按重量百分比计，所述的组分中含2.0~3.5%的K2O。
5.权利要求1所述的支撑剂，其特征在于：所述的支撑剂外观为白色球体或柱状体。
6.权利要求1所述的镁铝尖晶石支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
1）取高岭土和长石粉为原料，经球磨机研磨至350目后过滤备用；所述的高岭土含有高镁高岭土；
2）将步骤1）研磨过的原料经除铁工艺处理后，按照所述预期的组分比例进行混配，再形成浆泥并真空炼泥、陈化，然后制成≥350目细度的粉末；
3）将步骤2）得到的粉末成型为直径ф1mm~ф100mm的球体或柱状体后烘干，最后经1280~1300℃烧结后得到所述的支撑剂。
7.权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的粉末细度为350目。
8.权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的烧结温度为1300℃。
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