CN103041867A - 催化剂载体及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于反应器中产生气体脉冲的催化剂载体，外形为圆饼形(飞蝶形)，由多个单元孔组成，所述单元孔的结构是：两端为多棱台结构，中间为连续的中空缩颈(即堰槽)，其中多棱台优选正三棱台、正四棱台或正五棱台、正六棱台、正圆棱台等。本发明催化剂载体由化工陶瓷材料制成，所述化工及陶瓷材料含有下列重量份的原料，三水铝石25-35份，高岭土25-35份，贵州土10-20份，滑石5-10份，长石8-12份和碱金属氧化物8-12份。适用于石油化工领域催化剂的载体或反应器中的填料，该结构的载体使得气液之间的传质和传热效果大大增强，进而提高催化剂的催化效果，提高反应速率，本发明催化剂载体不但具有高的硬度、强度比表面积大还具有很好的耐高温、耐酸碱性。

Description

催化剂载体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种催化剂载体，特别是涉及一种用于石油化工反应器中形成气体脉冲的催化剂载体。

背景技术

传统的工业填料或催化剂载体有蜂窝陶瓷填料或催化剂载体，泡沫陶瓷填料或催化剂载体等，具有比重轻、孔隙率高、比表面积大、耐热、蓄热性能好的优点，是目前化工、冶炼、钢铁、有色金属等行业理想的节能填料。蜂窝陶瓷是近十几年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品，由无数相等的孔组成，最大的孔数已达到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高达20％以上，比其他形状的填料具有更大的比表面积和强度，可使汽液分布更均匀，床层阻力降低，因此在石化、制药和精细化工行业，尤其是在石油催化裂解领域，广泛用于反应塔的填料或催化剂的载体，有良好的热稳定性和抗热冲击性能。现有的蜂窝陶瓷外部形状根据使用条件各有不同，但是陶瓷内部孔的结构基体相同，每个孔内部的直径大小相同，气体在孔中流动时具有相同的流速，因而，气体在反应器或反应塔中直线流动，不能形成环流或脉冲，影响传质和传热效果，进而影响催化反应的速率。

专利公布号为CN102091660，公开日为2011.6.15的发明专利申请，公开一种鸟巢催化剂载体，本体的外形成圆柱形或方体形，本体内腔形成有大小均匀且呈上下平行蜂窝孔，具有大的比表面积和空隙率，大的内通孔径、孔容，因此该催化剂载体中原料油能得到充分的分离吸附和净化过滤。该载体中孔的内径上下大小一致，传质和传热效果有待改进，催化反应的速率有待提高。

专利公布号为CN201871380，公开日为2011.6.22的实用新型专利申请，公开一种表面设有多条轴向圆弧形开口槽的空心齿球形催化剂载体，具有较大的表面积和空隙率，减少了反应物在催化剂床层中的流动阻力，降低了结焦的可能性，提高了催化剂的反应效率和利用率，但是反应气体在催化剂载体中没有形成脉冲流动，进而影响了传质和传热效果，催化反应速率有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能提高传质和传热效果，进而提高催化反应速率的催化剂载体及其制备方法和其在化工领域的应用。

为达上述目的，本发明一种催化剂载体，外形为圆饼形，由多个单元孔组成，所述单元孔的结构是：两端为多棱台结构，中间为连续的中空的缩颈，即单元孔的两端由两个多棱台上下连接，并在所述单元孔的中间处形成连续的中空的缩颈。该载体的外形可以说是飞碟形，缩颈也可以说是堰槽。

本发明催化剂载体，其中优选所述多棱台为正棱台。

本发明催化剂载体，其中所述正棱台可以是任意边数的多棱台，优选三棱台、四棱台、五棱台、六棱台或正圆棱台。

本发明催化剂载体，用陶瓷材料制成，所述陶瓷材料含有下列重量份的原料，三水铝石25-35份，高岭土25-35份，贵州土10-20份，滑石5-10份，长石8-12份和碱金属氧化物8-12份，优选三水铝石30份，高岭土30份，贵州土15份，滑石5份，长石10份和碱金属氧化物10份。上述原料均为本领域常用的陶瓷原料，市场有售。其中碱金属氧化物可以是本领域常用的任意的碱金属氧化物，如选自氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁和氧化钛中的一种或多种。

本发明催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含有下列重量份的原料：三水铝石25-35份，高岭土25-35份，贵州土10-20份，滑石5-10份，长石8-12份和碱金属氧化物8-12份，混合均匀后放入球磨机中球磨4-5小时，加入3-6重量份的聚乙烯醇和5-10重量份的羧甲基纤维素，再球磨4-5小时；

(2)球磨后的浆料过250-300筛，将过滤后的浆料送至喷雾干燥塔中造粒，形成小颗粒状的粉料；

(3)将粉料加入到如权利要求1所述结构的催化剂载体模具中压制成型，形成胚体；

(4)待胚体干燥后经过1280-1320℃高温烧结10～12小时，即得。

上述制备方法中所用的设备为本领域常规设备，属于市售产品。

本发明催化剂载体的应用，将其用于石油化工领域反应器或反应塔中催化剂的载体或化工、冶炼、钢铁、有色金属等行业的填料、催化剂载体、覆盖剂、支撑剂或吸附剂。

本发明催化剂载体的应用，其应用方法是，将催化剂载体放入含有钴、钼、镍等活性金属组分的溶液中浸渍4小时，晾干、活化后即得含有活性组份催化剂的催化剂载体。可根据不同的应用领域配制不同的含有活性成分的溶液，从而得到适用于不同反应器的催化剂载体，向载体中浸渍催化剂活性组份后的活化体均为本领域现有技术。

本发明催化剂载体，外形为圆饼形(即飞蝶形)，利于在其反应器中的堆积和排列；催化剂载体一般设置在反应塔的塔底和塔顶，塔的中间设有反应所需催化剂，本发明载体的本体由多个单元孔组成，单元孔的结构是：两端为多棱台结构，中间为连通的中空缩颈，即由两个中空的多棱台上下连接，并在所述单元孔的中间处形成连续的中空的缩颈，当反应气从塔底进入，流经该载体中的单元孔时，在单元孔的中间缩颈处，流速迅速增大，当流经开口单元孔时，速度减慢，如此反复流动，便会形成无数的波动或脉冲，随着脉冲不断产生，气体在行进过程中就会产生湍流，使得气液之间的传质和传热效果大大增强，进而提高催化剂的催化效果，提高反应速率。

本发明催化剂载体，优选经科学配比组成的原料制备的陶瓷材料制成，不但具有高的硬度、强度和大的比表面，还具有很好的耐高温、耐酸碱性，特别适用于石油化工领域的催化剂载体。

下面结合附图对本发明的催化剂载体作进一步说明。

附图说明

图1为本发明催化剂载体制备模具的结构示意图；

图2为本发明催化剂载体主视图的结构示意图；

图3a-3b为本发明催化剂载体内部单元孔的结构示意图。

附图标记说明：1-单元孔；2-缩颈；3-三棱台；4-四棱台。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

图1为本发明催化剂载体制备时所用的模具，该模具具有多个单元孔，本发明催化剂载体外部形状为圆饼形(即飞蝶形)，由多个单元孔1组成(如图2所示)，单元孔的结构是：两端为多棱台结构，中间为连续的中空的缩颈(即堰槽)，即由中空的两个三棱台、四棱台、五棱台或正圆棱台上下连接(即多棱台中两个较小的面相向连接形成的结构)，并在单元孔1的中间处形成有连续的中空的缩颈2，该单元孔上下相通，该单元孔的密度和大小可以是任意的密度和大小，单元孔1中间缩颈2的直径一般和棱台的上下面中，较小面的边长或直径相同，以保证单元孔1是两端宽，中间窄的结构。

本发明催化剂载体优选化工陶瓷材料制成，其制备方法为：准备原料，三水铝石30g，高岭土30g，贵州土15g，滑石5g，长石10g和氧化镁10g，混合均匀后放入球磨机中球磨4小时，再加入5g的聚乙烯醇和8g羧甲基纤维素，继续球磨4小时。将球磨后的浆料过300目筛，送到喷雾干燥塔中造粒，形成小颗粒状的粉料，将粉料加入如图1所示的模具中，该模具分为上下两部分，压制成型后将上下部分分别取下，形成上述结构的催化剂载体，主视图如图2所示，该载体的单元孔1两端为三棱台3的结构，中间具有小的缩颈2，如图3a所示；当然更换模具后也可制成单元孔1如图3b所示的结构，两端为四棱台4的结构，中间具有小的缩颈2；此外单元孔1的两端还可以制成五棱台、六棱台等多棱台结构，该多棱台也可以是正棱台的结构。

待压制成型的胚体干燥后经过1320℃的高温煅烧10～12小时，即得。

将上述得到的载体放入含有活性成分的溶液中浸泡4小时，即得反应器或反应塔中的含有活性组份的催化剂载体或填料，因此本发明催化剂载体可以用于化工、冶炼、钢铁、有色金属等行业，尤其适用于石油化工领域，使石油催化加氢裂解反应速率提高20-30％。活性金属组分的溶液可根据不同的应用领域配制不同的含有活性成分的溶液，从而得到适用于不同反应的催化剂载体，如活性溶液可以是含有重量分数为10％的钼酸铵、10％的硝酸镍、8％磷酸和30～40％氨水的活性溶液，由该活性溶液浸渍后的载体可以作为石油化工催化、裂化、加氢等反应器的催化剂载体。

制备本发明化工陶瓷材料的催化剂载体，其原料经过科学选取和配比，更符合化工陶瓷材料的要求，原料中含有三水铝石、长石等矿石，约占材料总量的30-40％，增强了载体的强度和硬度；高岭土、贵州土和滑石的量约占材料总量的50％左右，得到的载体具有较好的耐高温、耐酸碱腐蚀性，使用寿命延长，生产过程中无需频繁的更换填料或催化剂载体，提高了生产效率，降低了生产成本。

本发明催化剂载体，在其他制备实施方式中，原料还可以是三水铝石25g，高岭土25g，贵州土10g，滑石5g，长石8g和氧化铝10g。或者是三水铝石35g，高岭土35g，贵州土20g，滑石10g，长石12g和氧化铁、氧化钛、氧化钾、氧化硅和氧化钙中的一种或几种10g，这些原料市场均有售，其中贵州土产自贵州贵阳一带，为本领域常用的烧结陶瓷用的原料，用该原料烧结得到的陶瓷产品，其表面光洁度度好，颜色较白，并且具有较好的硬度。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种催化剂载体，外形为圆饼形，由多个单元孔组成，其特征在于，所述单元孔的结构是：两端为多棱台结构，中间为连续的中空的缩颈。

2.根据权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于：所述多棱台为正棱台。

3.根据权利要求2所述的催化剂载体，其特征在于：所述正棱台为三棱台、四棱台、五棱台、六棱台或正圆棱台。

4.根据权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于：用化工陶瓷材料制成。

5.根据权利要求4所述的催化剂载体，其特征在于：所述化工陶瓷材料含有下列重量份的原料，三水铝石25-35份，高岭土25-35份，贵州土10-20份，滑石5-10份，长石8-12份和碱金属氧化物8-12份。

6.根据权利要求5所述的催化剂载体，其特征在于：所述碱金属氧化物选自氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁和氧化钛中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的催化剂载体，其特征在于：所述化工陶瓷材料含有下列重量份的原料，三水铝石30份，高岭土30份，贵州土15份，滑石5份，长石10份和碱金属氧化物10份。

8.一种1-7项任一项权利要求所述的催化剂载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将含有下列重量份的原料：三水铝石25-35份，高岭土25-35份，贵州土10-20份，滑石5-10份，长石8-12份和碱金属氧化物8-12份，混合均匀后放入球磨机中球磨4-5小时，加入3-6重量份的聚乙烯醇和5-10重量份的羧甲基纤维素，再球磨4-5小时；

(2)球磨后的浆料过250-300筛，将过滤后的浆料送至喷雾干燥塔中造粒，形成小颗粒状的粉料；

(3)将粉料加入到如权利要求1所述结构的催化剂载体模具中压制成型，形成胚体；

(4)待胚体干燥后经过1280-1320℃高温烧结10～12小时，即得。

9.权利要求1-7任一项所述催化剂载体的应用，其特征在于：将其用于石油化工领域中催化剂的载体。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：将催化剂载体放入含有钴、钼或镍活性成分的溶液中浸渍4小时，晾干、活化后即得含有活性组份催化剂、催化剂载体、覆盖剂、支撑剂、吸附剂。

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