CN102806109A - 一种催化剂连续浸渍设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种催化剂连续浸渍设备和方法，包括载体连续给料系统(1)、浸渍液输送系统(2)、浸渍室(3)、输送部件(4)、干燥器(9)和动力系统，所述的载体连续给料系统(1)和浸渍液雾化系统(2)开口于浸渍室(3)，浸渍室(3)底部开口于输送部件(4)的初始端，输送部件(4)位于浸渍室(3)与干燥器(9)之间，输送部件(4)末端出口与干燥器(9)连通，所述的动力系统为输送部件(4)的运转提供动力。及应用所述设备的方法，本发明提供的催化剂连续浸渍设备和方法可用于催化剂载体浸渍制备催化剂，催化剂载体连续浸渍、浸渍效率高、浸渍均匀性好，催化剂载体破碎少。

Description

一种催化剂连续浸渍设备和方法

技术领域

本发明涉及一种制备催化剂的设备和方法，更具体地说，涉及一种将催化活性组分浸渍到催化剂载体上的浸渍设备和方法。

技术背景

在催化剂制备过程中，浸渍是一项很重要的工艺步骤，即将催化活性组分浸渍在催化剂载体上，使得催化活性组分在载体上均匀分散，再经过干燥、焙烧制备成催化剂产品。例如用于汽车尾气净化的三元催化剂是将Pd、Pt、Rh等活性金属组分的金属盐，通过浸渍工艺浸渍在催化剂载体上；另外，加氢催化剂的活性金属组分也是通过浸渍工艺将金属盐浸渍在催化剂载体上。

目前催化剂制备工艺中，浸渍工艺主要采用的一种间歇式反应釜方式，将制备好的催化剂载体在含有活性组分金属盐的浸渍液中浸泡一定的时间，达到吸附平衡后将剩余的液体除去，再经干燥、煅烧、活化等工艺，制备出催化剂。间歇式浸渍工艺大都是在浸渍反应釜、浸渍槽中完成，对浸渍设备没有特别的要求，此方面的报道很少。

钼镍催化剂的连续循环浸渍(《石油炼制》，1981，3：13-16)中描述了一种高铂小球催化剂连续浸渍工艺，将催化剂从立式圆柱里(浸渍柱)顶部开口装入，浸渍液从调配液罐注入浸渍柱里，保持一定的液位，浸渍液从上部溢出管中流出，经循环泵输送从下部锥底部的上冲管注入浸渍柱里，其中一个循环泵从浸渍柱下部的上冲管里注入浸渍液；当浸渍柱里的载体满足浸渍时间以后，浸渍柱的底部锥体排出，经过滤后液体进入浸渍后罐，再返回到调配液罐；浸渍后的载体经过滤得成品；另一方面从浸渍柱的上部加入载体，这样就实现自动浸渍。但是此浸渍方法同样要求催化剂在浸渍液中浸泡；对于某些催化剂而言，催化剂载体成形以后，由于未经焙烧或焙烧温度较低，强度很低，在浸渍液中浸泡时间过长，部分载体出现水解现象，即使某些载体没有完全散解，但因浸泡后部分载体变得松散，在后处理工序中，很容易破碎，将明显降低催化剂产率。同样对于容易水解的细颗粒催化剂载体，经过浸渍液浸渍后出现大量水解，细粉含量增高，过滤难度加大。

综上所述，为了提高催化剂浸渍效率，减少催化剂载体因浸渍出现水解现象，有必要开发一种连续浸渍工艺。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是为减少催化剂浸渍过程中催化剂载体的水解，提供一种浸渍效率高、降低催化剂载体水解，提高催化剂成品强度的催化剂连续浸渍设备和方法。

本发明提供的催化剂连续浸渍设备，包括载体连续给料系统1、浸渍液输送系统2、浸渍室3、输送部件4、干燥器9和动力系统，所述的载体连续给料系统1和浸渍液输送系统2开口于浸渍室3，浸渍室3底部开口于输送部件4的初始端，输送部件4位于浸渍室3与干燥器9之间，输送部件4末端出口与干燥器9连通，所述的动力系统为输送部件4提供动力。

本发明提供的催化剂连续浸渍设备的有益效果为：

本发明提供的催化剂连续浸渍设备可用于催化剂连续在线浸渍过程，能提高催化剂浸渍效率、提高催化剂浸渍均匀性，减少浸渍过程中催化剂载体的破碎，因此提高浸渍后催化剂的收率。

本发明提供的催化剂连续浸渍方法，包括将催化剂载体通过载体给料系统1连续、稳定、均匀地加入浸渍室3中，浸渍液通过浸渍液输送系统2连续、稳定、均匀地加入浸渍室3中，同时雾化成小液滴，浸渍液与催化剂载体在浸渍室3中接触，浸渍液均匀吸附在催化剂载体上，浸渍后的载体经过输送部件4连续输送到干燥器9中干燥，得到浸渍后的催化剂产品。

本发明提供的催化剂连续浸渍方法的有益效果为：

本发明提供的催化剂连续浸渍方法，将相应浓度的浸渍液连续输送、在线计量，经雾化喷嘴雾化小液滴，均匀地喷洒在浸渍室里，和浸渍室内的催化剂载体接触，均匀吸附到催化剂载体上，浸渍后的催化剂经干燥、焙烧等工艺，即可得催化剂产品。本发明提供的方法连续在线浸渍，具有浸渍效率高、浸渍均匀性好、催化剂载体破碎少的特点。和间歇式催化剂浸渍方法相比，可以缩短催化剂载体在浸渍液中的浸泡时间，减少催化剂载体在浸渍液中的水解反应，得到的催化剂产品破碎率低，强度好。

附图说明

图1为催化剂连续浸渍设备的结构示意图；

图2为催化剂连续浸渍设备载体、浸渍液进料方式之二；

图3是催化剂连续浸渍设备载体、浸渍液进料方式之三；

图4是催化剂连续浸渍设备载体、浸渍液进料方式之四；

图5是催化剂连续浸渍设备中输送部件与干燥器的安装方式。

具体实施方式

本发明提供的催化剂载体连续浸渍设备，由载体连续给料系统1、浸渍液输送系统2、浸渍室3、输送部件4、干燥器9和动力系统组成，所述的载体连续给料系统和浸渍液雾化系统开口于浸渍室上部，浸渍室3底部开口于输送部件4的初始上端，输送部件4位于浸渍室3与干燥器9之间，输送部件4出口末端与干燥器9相连通，动力系统连接浸渍后载体输送部件4，为输送部件提供动力。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的载体连续给料系统1包括粉体计量器和输送设备，所述的粉体计量器可以是螺杆计量、旋转阀计量、转盘式粉体计量器等，但不限于这些计量方式。要求载体连续给料系统1将待浸渍的催化剂载体连续、均匀、稳定的输送到浸渍室中去。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的浸渍液输送系统2包括连续计量设备和雾化设备。所述的连续计量设备用于浸渍液计量，可以采用并不限于液体计量泵、流量控制阀等；所述的雾化设备用于将浸渍液雾化为小液滴，可以采用并不限于压力雾化、或压缩风气体介质雾化等设备。所述的浸渍液输送系统将浸渍液定量输送到浸渍室并通过喷嘴将浸渍液雾化为小液滴。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的载体连续给料系统1和浸渍液输送系统2安装在浸渍室3的顶部和/或侧面。催化剂载体、浸渍液可以通过浸渍室顶部或者侧面进入浸渍室内。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的浸渍室为催化剂载体和浸渍液接触的空间，所述的空间能容纳储存至少2分钟系统连续供给的催化剂载体和浸渍液的量。对于浸渍后容易形成粘附性强、结垢严重的催化剂的浸渍室应该更大，优选浸渍室空间容纳至少3分钟输送量的催化剂载体。所述的浸渍室内部空间可以是长方体、立方体、圆柱体、圆锥台体等，本发明对此没有限制。所述的浸渍室上部和/侧面设有催化剂载体入口和浸渍液入口，催化剂载体入口和浸渍液入口可以都设置在浸渍室上部(如图1所示)，也可以分别设置在浸渍室的上部顶面和侧面(如图3、图4所示)，也可以都设置在浸渍室侧面(如图2所示)。浸渍后的催化剂载体由浸渍室下部排出到输送部件4的输送管道中，由输送部件4输送进入干燥器9里干燥。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的输送部件4为将浸渍后的催化剂由浸渍室3输送到干燥器9里的传送结构，可以为螺纹式结构或为传送带式结构，本发明对此没有限制。所述的输送部件4优选为为螺纹式结构。更优选螺纹式结构的输送部件的长度为为输送管道直径的3～5倍。输送部件4的输送能力为为载体给料系统1和浸渍液雾化系统2供给浸渍室3的载体与浸渍液最大量之和的1.2倍以上，优选1.5倍以上。输送部件4的出口要求伸出干燥器内壁，输送部件4的出口伸出干燥器9内壁的长度为10～(D-10)mm，D为干燥器9的内径(如附图5所示)，优选输送部件4的出口伸出干燥器9内壁的长度为50～D-50mm。输送部件4的出口伸入干燥器中可以有效地减少浸渍后的催化剂粘附在干燥器的器壁上。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的动力系统包括依次相接的电机7、动力传动6和轴承室5。所述的输送部件4在动力系统的带动下将浸渍后的催化剂载体输送到干燥器9中。

本发明提供的连续浸渍设备中，所述的干燥器9可以是气流干燥，也可以是其他形式的干燥器，只要能将浸渍后催化剂实现连续干燥到催化剂要求的水含量即可。

本发明提供的一种连续浸渍制备催化剂的方法，将催化剂载体通过载体给料系统1连续加入浸渍室3中，配制到相应浓度的浸渍液通过浸渍液输送系统2加入浸渍室3中，同时雾化成小液滴，浸渍液与催化剂载体在浸渍室3中接触，浸渍液均匀吸附在催化剂载体上，浸渍后的载体由浸渍室3的底部排入输送部件4的输送管道中，经过输送部件4输送到干燥器9中，干燥后得到浸渍并干燥后的催化剂产品。

本发明提供的方法中，所述的浸渍液为需要浸渍到催化剂载体上的化合物的水溶液，浸渍液的浓度可由需要浸渍到催化剂上的化合物上量和催化剂载体稳定的吸附量计算得到，先将浸渍液配比到合适的浓度，然后由浸渍液雾化系统2在线计量、连续输送到浸渍室3中，同时经雾化喷嘴雾化为小液滴，在浸渍室3中，与下落的催化剂载体实现连续在线浸渍，浸渍后的载体继续下落到输送部件4上；动力从电机7通过动力传动6传递给轴承室5中的主轴，主轴带动输送部件4转动，将浸渍后的物料输送到干燥器中9；同时在此输送过程中，输送部件4推动浸渍后的物料搅拌翻滚向前运动，将物料混合得更均匀，连续输送到干燥器9中干燥，得到浸渍并干燥后的产品。

下面结合附图具体说明本发明所提供的催化剂连续浸渍设备和方法，但本发明并不因此而受到限制。

如附图1所示，本发明所提供的催化剂载体连续浸渍设备包括载体连续给料系统1、浸渍液输送系统2、浸渍室3、输送部件4、干燥器9和动力系统，所述的载体连续给料系统1和浸渍液输送系统2的出口分别设置于浸渍室3的顶部和/或上部侧面，载体、浸渍液的可以经顶部或者上部侧面进入浸渍室内部空间。浸渍室3开口于输送部件4的初始上端，输送部件4位于浸渍室3与干燥器9之间，输送部件4初始端与轴承室5中的动力传动主轴相连，输送部件4的输送管道末端出口伸入干燥器9内部空间里。所述的动力系统包括依次相接的电机7、动力传动6和轴承室5，动力传动6和电机7位于轴承室5的一侧，输送部件4位于轴承室5的另一侧。设备在运转过程中，由动力系统提供动力带动动力转动主轴转动，为输送部件4提供动力，输送部件4将浸渍后物料由浸渍室3输送到干燥室9中干燥，然后干燥室9排出浸渍、干燥后的催化剂产品。

本发明提供的催化剂连续浸渍方法采用上述的催化剂连续浸渍设备，如附图1所示，催化剂载体经计量后，由载体连续给料系统1连续、稳定地输送到浸渍室3中，其中载体连续给料系统可以是转盘式粉体给料机、螺旋粉料输送机、旋转星型给料机等。

配制好的浸渍液由浸渍液输送系统2连续输送，在浸渍室入口处经雾化喷嘴雾化成小液滴喷入浸渍室3中。浸渍液输送系统2包括输送、计量和雾化设备，输送和计量设备可以选用离心泵、计量泵、软管泵等，也可以设置检测控制调节阀或者精度更高的自动控制系统，只要能实现液体稳定、均匀给料即可，本发明对此没有限制。所述的雾化设备可以选用液体压力式直接雾化，也可以利用压缩空气提供动力雾化。优选采用的雾化喷嘴雾化后的小液滴的粒径分布在20～200μm。

下面的实例将进一步对本发明所提供的催化剂连续浸渍器予以进一步说明，但并不因此而使本发明受到任何限制。

实施例1

实施例1说明本发明提供的催化剂连续浸渍设备及方法浸渍催化剂的效果。

如图1所示的催化剂连续浸渍设备，催化剂连续浸渍设备长为1350mm，输送部件的输送管道直径为100mm，输送部件长为400mm，浸渍室容积为3L，干燥器的内径为600mm。浸渍室内，载体连续给料系统出口、浸渍液输送系统出口距离输送部件4的高度为50mm，输送部件伸入干燥器侧壁的长度为20mm，催化剂载体的输送量为70kg/h，浸渍液的输送量为105kg/h，输送部件输送能力的设计值为260Kg/h。

投入390kg的氧化铝载体，浸渍液为Ni(NO₃)₂水溶液，Ni(NO₃)2的重量百分比浓度为49wt％，共投入Ni(NO₃)₂水溶液585kg。经过此浸渍器连续浸渍，经180℃下干燥一段时间，再经600℃高温焙烧后，共生产负载了NiO的催化剂成品500kg，以催化剂总重量为基准，催化剂上NiO的负载量为24.5wt％，其均匀性在3.5％以内，催化剂破损率在1.4％以内，催化剂反应活性为89％，浸渍、干燥催化剂共用时6小时(不计焙烧时间)。

其中催化剂中NiO负载量由X射线荧光光谱法测定(RIPP 133-90，见石油化工分析方法，杨翠定等编，科学出版社)。

NiO均匀性的测定，对10个不同部位点对催化剂产品进行取样，取样后的分别测定催化剂负载量，测定方法同上。

NiO均匀性为：

破损率为：

催化剂反应活性评价方法：

采用微型固定床催化剂评价装置，反应器为Φ10×100mm的不锈钢管，将磨碎的催化剂5g和石英砂10g混合后装入微型反应器中，先升温到400℃，通入氢气反应4小时，降温到200℃后停氢气通入配制好的反应油所述的反应油为直馏汽油+1000ppm噻吩，2小时后重新通入氢气，反应6小时后取样分析产物油中的噻吩含量。

催化剂反应活性＝(反应油中的噻吩含量-产品油中的噻吩含量)/反应油中的噻吩含量。

对比例1

对比例1说明现有技术中间歇式操作浸渍催化剂载体的效果。

采用间歇式浸渍制备催化剂的方法，浸渍反应釜的体积为1m³，浸渍反应釜中的浸渍液为Ni(NO₃)₂水溶液，溶液的重量百分浓度为35wt％，将900kg氧化铝载体加入到1890kg的Ni(NO₃)₂水溶液浸渍反应釜中，浸渍1小时，需要分两批浸渍完成，然后经过滤、180℃下干燥2小时，再经600℃高温焙烧4小时后，生产出负载了NiO的催化剂产品500kg。以催化剂总重量为基准，NiO的负载量为24.5wt％。其均匀性在3.5％以内，催化剂破损率57.3％，催化剂反应活性为88.1％。催化剂上金属氧化物负载量、均匀性、破损率、反应活性的测定方法同实施例1。

不计焙烧时间，浸渍、干燥催化剂总用时间12小时，由于浸渍以后的载体粘附性强，干燥时带来输送困难，与实施例1相比耗时较长。

实施例2

实施例2说明本发明提供的催化剂连续浸渍设备和方法的效果。

催化剂连续浸渍设备如图1所示，催化剂连续浸渍设备总长为1750mm，其中输送部件的输送管道直径为150mm，输送部件长为600mm，干燥器的内径为800mm，浸渍室的容积为8L，浸渍室内，载体连续给料系统出口、浸渍液输送系统出口离浸渍室底部输送部件4的高度为70mm，输送部件出口伸入干燥器侧壁内的长度为20mm，输送部件设计处理量为900Kg/h。干燥器内采用闪蒸干燥方式，干燥器内部温度为180℃。

载体连续给料系统输送量为240kg/h，浸渍液输送量为360kg/h。所用的浸渍液为Ni(NO₃)₂重量百分比浓度为49wt％的Ni(NO₃)₂水溶液。试验共投入氧化铝载体2330kg，浸渍液3500kg；采用此催化剂连续浸渍设备连续浸渍后，再经600℃高温焙烧4小时，生产出催化剂成品3000kg，不计焙烧时间，催化剂浸渍、干燥共用12小时。

NiO负载量为24.5wt％，其均匀性在3％以内，催化剂破损率在1％以内，催化剂反应活性在88.5％。催化剂上金属氧化物负载量、均匀性、破损率、反应活性的测定方法同实施例1。

对比例2

对比例2说明现有技术中间歇式操作浸渍催化剂载体的效果。

采用间歇式反应釜浸渍方式，浸渍反应釜的容积为5m³，浸渍液同对比例1，将5000kg氧化铝载体置于浸渍反应釜中的Ni(NO₃)₂水溶液中浸泡1小时，共需要分三批浸渍，需要Ni(NO₃)₂水溶液10500kg；然后取出过滤，在180℃下干燥2小时，600℃焙烧4小时得到氧化铝载体上负载了NiO的催化剂3000Kg。浸渍均匀性在3％以内，催化剂破损率为55％。催化剂反应活性为88.3％。催化剂上金属氧化物负载量、均匀性、破损率、反应活性的测定方法同实施例1。

不计焙烧时间，浸渍、干燥催化剂总用时间约40小时。与本发明提供的方法相比，由于间歇操作浸渍过程中载体水解严重，有一半以上分解成胶体，因此催化剂收率较低，另外过滤、干燥时都很困难，耗时较长。

Claims (10)

1.一种催化剂连续浸渍设备，其特征在于包括载体连续给料系统(1)、浸渍液输送系统(2)、浸渍室(3)、输送部件(4)、干燥器(9)和动力系统，所述的载体连续给料系统(1)和浸渍液雾化系统(2)开口于浸渍室(3)，浸渍室(3)底部开口于输送部件(4)的初始端，输送部件(4)位于浸渍室(3)与干燥器(9)之间，输送部件(4)末端出口与干燥器(9)连通，所述的动力系统为输送部件(4)的运转提供动力。

2.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的浸渍液输送系统(2)包括连续计量设备和雾化设备。

3.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的载体连续给料系统(1)和浸渍液输送系统(2)的出口设置在浸渍室(3)的顶部和/或侧面。

4.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的输送部件(4)为螺纹式结构。

5.按照权利要求4的设备，其特征在于所述的动力系统包括依次相接的电机(7)、动力传动(6)和轴承室(5)。

6.按照权利要求4的设备，其特征在于所述的螺纹式结构的输送部件(4)的长度为输送管道直径的3～5倍。

7.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的输送部件(4)的输送能力为载体给料系统(1)和浸渍液输送系统(2)供给浸渍室(3)的载体与浸渍液最大量之和的1.2倍以上。

8.按照权利要求1的设备，其特征在于输送部件(4)的出口伸出干燥器(9)内壁的长度为10～(D-10)mm，D为干燥器(9)的内径。

9.按照权利要求8的设备，其特征在于输送部件(4)的出口伸出干燥器(9)内壁的长度为50～(D-50)mm。

10.采用权利要求1-9中任一设备连续浸渍制备催化剂的方法，其特征在于将催化剂载体通过载体给料系统(1)连续加入浸渍室(3)中，配制到相应浓度的浸渍液通过浸渍液输送系统(2)加入浸渍室(3)中，同时雾化成小液滴，浸渍液与催化剂载体在浸渍室(3)中接触，浸渍液均匀吸附在催化剂载体上，浸渍后的载体由浸渍室(3)的底部排入输送部件(4)的输送管道中，经过输送部件(4)输送到干燥器(9)里，干燥后得到浸渍后的催化剂产品。

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