CN102909091A - 一种固体催化剂颗粒 - Google Patents

Abstract

一种用于多相催化反应的固体催化剂颗粒，主体部分为沿中轴开有直孔的旋转体，即由圆柱体及圆柱体两端的曲面体构成，其特征在于构成圆柱体两端曲面体的沿催化剂轴向的截面为半椭圆。

Description

一种固体催化剂颗粒

技术领域

本发明涉及一种非均相反应中使用的固体催化剂，尤其是高温反应工艺中使用的催化剂。

背景技术

工业上使用的固体催化剂就构成的材料来说，绝大多数属于非塑性的材料，而由非塑性材料组成的构件会在几何形状发生突变时引发局部范围内应力显著增大的现象，也就是所谓的局部应力集中。对于在高温反应工艺中使用的固体催化剂来说，这种局部应力集中的情况更为突出，当局部应力超过了催化剂颗粒所能承受的强度，就会导致颗粒破裂。破碎后的细小颗粒不仅会造成催化剂床层阻力增大，而且会引发整个催化剂床层催化性能的降低甚至失活，给整个工艺生产带来巨大的损失。

授权公告号为CN 201404809Y的实用新型“一种颗粒状新型催化剂” 中公开了一种圆柱体的一端或者两端为鼓面的催化剂颗粒。这种结构的催化剂颗粒，圆柱面上和两端面上各自的局部应力集中现象基本可以认为被消除，但在圆柱面与两端面相接部分的局部应力的集中依然明显。如图1显示的该实用新型催化剂颗粒轴向的剖面示意图，图中的F点，也就是圆柱体部分剖面矩形的边与端曲面体剖面的圆缺的劣弧的交点，由于构成交点的矩形的直边与圆缺的劣弧不是以相切的方式相交，而形成了非光滑的连接，这就使得该点处局部应力过大，而当外界环境因素剧烈变化时，如温度，内部局部应力的集中就会更加显著，当局部应力超过了催化剂颗粒所能承受的强度，就会导致颗粒破裂。

发明内容

本发明中主要解决的技术问题是降低采用现有技术制备的催化剂颗粒圆柱面与两端曲面相接部分的局部的应力集中。减少应力集中的办法是尽量使构件的外形圆滑过渡，为此，本发明中催化剂颗粒圆柱体两端曲面体的沿轴向的截面为半椭圆形，如图2显示的本发明催化剂颗粒轴向的剖面示意图，图中的G点，也就是圆柱体部分剖面矩形的边与端曲面体剖面的半椭圆弧的交点，由于构成交点的矩形的直边与半椭圆弧是以相切的方式相交，形成了光滑的连接，从而整个催化剂颗粒外表面实现圆滑过渡，降低了交线处的局部应力，提高了催化剂的强度。

本发明的具体的技术方案包括：

一种用于多相催化反应的固体催化剂颗粒，主体部分为沿中轴开有直孔的旋转体，即由圆柱体及圆柱体两端的曲面体构成，其特征在于构成圆柱体两端曲面体的沿催化剂轴向的截面为半椭圆。

催化剂颗粒中圆柱体部分的径向截面的圆形的直径(D)为4 mm至12 mm。

催化剂颗粒中圆柱体部分的高度(H)为0.5D至1.0D。

催化剂颗粒中圆柱体两端曲面体轴向截面的半椭圆形的长轴长度(a)为0.5D，而短轴长度(b)为0.4a至0.7a。

本发明与现有技术相比，结构圆滑，局部应力小，催化剂颗粒强度高，适用于高温工艺过程，如大规模制取代用天然气，天然气重整等。

附图说明

图1为现有技术中的催化剂颗粒轴向剖面结构示意图。

图2为本发明催化剂颗粒轴向剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明，实施例仅用于详细解释说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

与现有技术相比，本发明采用半椭圆端面与圆柱两端相接的技术方案降低了连接部的局部应力，在改善颗粒外观圆滑程度的同时，显著提高了催化剂颗粒的强度。

催化剂颗粒强度可以通过颗粒的压碎强度(又细分为轴向压碎强度和径向压碎强度)和磨损率ω这两个指标来考察具体实施方式中所涉及的本发明催化剂颗粒和比较例的催化剂颗粒都是根据这些颗粒各自的结构特征，采用同样的材料和设备制备得到的。采用姜堰市银河仪器厂出产的YHKC-3A型自动颗粒强度测定仪测试颗粒的压碎强度，即以颗粒刚被压碎时刻的压碎力作为颗粒所能承受的最大外压力，并且压碎强度根据催化剂放置方法再分为轴向压碎强度和径向压碎强度。测试每种样品的径向或者轴向压碎强度时，随机抽取100枚同样的催化剂颗粒，在同样的放置方式(径向/轴向)下读取并记录每个颗粒的压碎强度数值取算数平均值作为该样品(轴向/径向)的压碎强度值。

采用上海黄海药检仪器有限公司出产的BY-300A型小型包衣机(不锈钢制糖衣锅直径200mm，糖衣锅倾斜角为35度)测试样品颗粒的磨损率。测试时，每种样品随机抽取200颗，放入糖衣锅中，糖衣锅转速控制为60转/分钟，保持转速1小时后停止，取出颗粒，读数外形结构完整的颗粒个数W，计颗粒磨损率ω=[(200-W)/200]×100%。

实施例1

本实施例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图2和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为半椭圆的曲面体构成。圆柱体的直径D=4 mm，圆柱体的高H=4 mm，中轴开孔内径Ø=1 mm，端曲面轴向截面半椭圆对应椭圆长轴a=2 mm，短轴b=1 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为29.3牛/颗，轴向压碎强度为24.1牛/颗粒，磨损率ω为6.5%。

实施例2

本实施例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图2和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为半椭圆的曲面体构成。圆柱体的直径D=5 mm，圆柱体的高H=2.5 mm，中轴开孔内径Ø=1.25 mm，端曲面轴向截面半椭圆对应椭圆长轴a=2.5 mm，短轴b=1.5 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为29.5牛/颗，轴向压碎强度为28.7牛/颗粒，磨损率ω为4.5%。

实施例3

本实施例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图2和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为半椭圆的曲面体构成。圆柱体的直径D=9 mm，圆柱体的高H=5.4 mm，中轴开孔内径Ø=2.25 mm，端曲面轴向截面半椭圆对应椭圆长轴a=4.5 mm，短轴b=1.8 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为33.7牛/颗，轴向压碎强度为34.2牛/颗粒，磨损率ω为4.5%。

实施例4

本实施例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图2和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为半椭圆的曲面体构成。圆柱体的直径D=12 mm，圆柱体的高H=9.6 mm，中轴开孔内径Ø=3 mm，端曲面轴向截面半椭圆对应椭圆长轴a=6 mm，短轴b=4.2 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为34.5牛/颗，轴向压碎强度为30.9牛/颗粒，磨损率ω为7.0%。

比较例1

本比较例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图1和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为圆缺的球冠构成。圆柱体的直径D=5 mm，圆柱体的高H=5 mm，球冠对应球体的半径R=5 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为21.7牛/颗，轴向压碎强度为23.8牛/颗粒，磨损率ω为13.5%。

比较例2

本比较例中催化剂颗粒的结构特征及具体尺寸如图1和表1所示。催化剂颗粒主体为旋转体，该旋转体由圆柱体及圆柱体两端的轴向截面为圆缺的球冠构成。圆柱体的直径D=9 mm，圆柱体的高H=4.5 mm，球冠对应球体的半径R=4.5 mm。该催化剂颗粒径向压碎强度为29.1牛/颗，轴向压碎强度为22.5牛/颗粒，磨损率ω为18.0%。

表1

Claims (5)

1.一种用于多相催化反应的固体催化剂颗粒，主体部分为中轴开有直孔的旋转体，由圆柱体及圆柱体两端的曲面体构成，其特征在于构成圆柱体两端曲面体的沿催化剂轴向的截面为半椭圆。

2.根据权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于：圆柱体部分的径向截面的圆形的直径(D)为4 mm至12 mm。

3.根据权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于：圆柱体部分的高度(H)为0.5D至1.0D。

4.根据权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于：圆柱体两端曲面体轴向截面的半椭圆形的长轴长度(a)为圆柱体径向截面圆的半径，即0.5D，而短轴长度(b)为0.4a至0.7a。

5.根据权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于：沿中轴的直孔内径(Ø)为0.25D。

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