CN103920440B - 一种雷尼镍催化剂连续活化分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，包括密封设置的釜体，特点是釜体包括反应活化区和下方分离区，分离区包括呈倒锥台形的澄清段和圆筒形的浓缩段，澄清段与反应活化区通过水平隔板固定连接，澄清段与下方浓缩段相连通，釜体的中心轴向贯穿有可旋转的增稠器，增稠器上设置有耙式框形搅拌器，框形搅拌器位于反应活化区内且随增稠器转动，水平隔板上固定设置有用于连通反应活化区和澄清段且套设在增稠器外的中空套筒，反应活化区的上端设置有反应物入口和气体出口，澄清段的上部设置有废液出口，浓缩段的底部设置有产物出口，优点是能使物料混合完全，反应充分，同时可实现反应后气液固三相连续分离。

Description

一种雷尼镍催化剂连续活化分离器

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种雷尼镍催化剂连续活化分离器。

背景技术

雷尼镍又译兰尼镍，是一种由带有多孔结构的镍铝合金的细小晶粒组成的固态异相催化剂，它最早由美国工程师莫里·雷尼在植物油的氢化过程中，作为催化剂而使用。雷尼镍对氢气的强吸附性，高催化活性和热稳定性使得雷尼镍被广泛用于很多工业过程和有机合成反应中。

雷尼镍的高催化活性来自于镍本身的催化性质和其多孔的结构，而多孔结构即源自于用浓氢氧化钠溶液除去镍铝合金中的铝，这一过程被称为浸出，简化之后的浸出反应如下： 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂。由于浸出反应带来了催化剂的活性，同时产生的氢气储存进了催化剂中，故也称之为活化。成品的表面积通常通过气体（如氢气）的吸附实验来测量。实验发现几乎所有的接触面积都存在着镍，商业化的雷尼镍的平均镍接触面积是100 m2/g。浸出反应的结果主要受以下三个因素影响：镍铝合金的组成，所用氢氧化钠的浓度和浸出反应的温度。

镍铝合金中含有多种镍铝相，在浸出过程中，NiAl₃和Ni₂Al₃相之中所含的铝首先被反应掉，而NiAl相中含有的铝反应较慢，可以通过调整浸出时间保留。典型的活化雷尼镍中镍占85%的质量，剩余的NiAl相中的铝可以帮助保持这种多孔的结构，为催化剂提供结构的稳定性和热的稳定性。

浸出反应所用的氢氧化钠的浓度要比较高，一般需达5摩尔/升，这样才能迅速将铝转化为溶于水的铝酸钠（Na[Al(OH)₄]），而避免产生氢氧化铝沉淀。一旦产生氢氧化铝的沉淀，沉淀会堵塞已形成的孔洞，阻止其余的氢氧化钠溶液进入合金的路径，使得剩余的铝较难反应掉。这样会导致产品的多孔结构的表面积变小，催化活性降低。

在浸出过程中逐步形成的多孔结构具有强烈的缩小其表面积的倾向，会发生结构重排，孔壁彼此结合，使得多孔结构被破坏。而温度的升高会使得原子运动加快，加大了结构重排的趋势，所以雷尼镍的表面积和催化活性都随浸出反应温度的升高而下降，而如果浸出温度很低，又会使得浸出反应速度过慢，故常用的浸出反应温度介于70至100摄氏度。

因此，控制雷尼镍催化剂中铝的含量，及时移走氢氧化铝沉淀保持催化剂的多孔结构以及控制催化剂浸出反应温度是得到高催化活性雷尼镍催化剂的关键。

现有的雷尼镍催化剂的制备方法如下，中国发明专利名称为一种雷尼镍催化剂的制备方法（申请号CN200810051416.0 ），该法包括在氢氧化钠固体和铝镍合金的存在下，用蒸馏水对该固体混合物进行浸取，之后再在40～65℃下反应0.5～1小时后，除去上层的碱液，在氢气氛围内用蒸馏水洗至中性，制得雷尼镍催化剂。

中国发明专利名称为一种固定床雷尼镍催化剂的制备方法（申请号CN200810301493.7），该方法包括以下步骤：①预处理：将泡沫镍用酮类溶剂浸泡，然后取出用水洗涤；②浸渍镀铝：将步骤①得到的泡沫镍浸入到铝盐溶液中，然后加入还原性溶液，静置1～12h；③焙烧：将步骤②得到的样品用水洗涤、干燥后，在惰性气氛中，600～1000℃下焙烧5～600min；④浸取：将步骤③得到的样品在氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸取1-48h，即得。

中国发明专利名称为一种固定床雷尼镍催化剂的制备方法（申请号CN200810300600.4）其具体步骤为将泡沫镍放入有机溶剂中浸泡10～120min后，用稀酸溶液清洗，然后水洗后，干燥；以铝片为阳极，泡沫镍为阴极，熔融盐为电解质，在温度为80-200℃，电流密度为1～10A/dm3条件下，进行电镀，电镀时间10～60min，即得镀铝的泡沫镍；将得到的镀铝泡沫镍，在惰性气体保护下，温度为 600～1100℃下焙烧0.5～3h，然后在氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸取，即得。

中国发明专利名称为一种固定床雷尼镍催化剂的制备方法（申请号: CN200810300670.X ），其具体步骤为将泡沫镍放入有机溶剂中浸泡100-120min后，用稀酸溶液清洗，然后水洗，干燥；用热喷涂法将金属铝喷涂处理后的泡沫镍上，喷涂次数为1-6次，即得镀铝泡沫镍；将得到的镀铝泡沫镍，在惰性气体保护下，温度为660-1100℃下焙烧0.1～5h，然后在氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸取即得。上述雷尼镍催化剂的制备过程都是在单一反应容器或者固定床中进行，反应系统内物料混合不完全，达不到充分反应的目的；反应产生的热量不能及时移出，使反应温度不稳定，不利于反应的顺利进行；同时上述反应器容器或者固定床反应器不能连续实现气液固三相的分离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能使物料混合完全，反应充分，同时可实现反应后气液固三相分离的雷尼镍催化剂连续活化分离器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，包括密封设置的釜体，所述的釜体包括反应活化区和位于所述的反应活化区下方的分离区，所述的分离区包括呈倒锥形的澄清段和圆筒形的浓缩段，所述的澄清段的上端大口与所述的反应活化区的底部通过水平隔板连接，所述的澄清段的下端小口与所述的浓缩段的上端开口相连通，所述的釜体的中心轴向贯穿有可旋转的增稠器，所述的增稠器上设置有耙式框形搅拌器，所述的框形搅拌器位于所述的反应活化区内且随所述的增稠器转动，所述的水平隔板上固定设置有用于连通所述的反应活化区和所述的澄清段且套设在所述的增稠器外的中空套筒，所述的中空套筒的上端靠近所述的框形搅拌器的上端且其下端靠近所述的澄清段的中部，在所述的反应活化区内反应物料经所述的框形搅拌器搅拌混匀后通过所述的中空套筒进入所述的澄清段，所述的反应活化区的上端设置有反应物入口和气体出口，所述的澄清段的侧壁上部靠近反应活化区处设置有废液出口，所述的浓缩段的下端设置有产物出口。

所述的增稠器上设置有推动并挤压反应物料向下移动的螺旋输送叶片，所述的螺旋输送叶片穿过所述的中空套筒且所述的螺旋输送叶片的上端靠近所述的框形搅拌器的上端，其下端靠近所述的浓缩段的底部。

所述的螺旋输送叶片的叶片间距呈非线性变化，在所述的中空套筒和所述的澄清段内采用推进式叶片，叶片间距大，更好的推动反应物料向下运动；在所述的浓缩段采用螺带式叶片，叶片间距小，使反应物料在水平方向停留时间长，有足够的时间进行固液分离。

所述的螺旋输送叶片的最外端靠近所述的浓缩段的底部纵向设置有垂直刮刀，所述的增稠器的底部设置有水平直角刮刀。增稠器底部装有水平直角刮刀，保证高浓度雷尼镍顺利排出活化器，增稠器叶片外端装有垂直刮刀，保证雷尼镍沿叶片角度向下移动。

所述的反应活化区的上端设置有蒸汽入口，所述的蒸汽入口和所述的反应物入口下方均设置有导流板，所述的气体出口设置有风机。采用蒸汽直接加热，保证活化温度达100℃，混有雷尼镍的液碱经反应物入口通过导流板旋流进入到反应活化区，利用蒸汽直接加热液体，反应产生的氢气通过风机由气体出口排出，避免爆炸事故发生。

所述的框形搅拌器的下端靠近所述的水平隔板，所述的框形搅拌器的旋转方向与反应物料的旋流方向相反。使反应物料能得到更充分的搅拌反应。

所述的浓缩段的底部设置有反洗涤水进口，所述的反洗涤水温度为90℃，进口压力为0.1MPa，所述的反洗涤水的旋流方向与所述的增稠器旋转向相反。反洗涤水旋流进入浓缩段，雷尼镍接受反洗涤水洗涤，并在增稠器作用下，保持一定浓度由产物出口连续排出活化器。

所述的增稠器为转轴，所述的转轴的转速为10rpm，所述的澄清段设置有用于测定合金密度的在线分析仪。

所述的反应活化区的侧壁设置有冷却夹套和液碱浓度分析仪。由于活化反应是放热的，故反应活化区外壁设冷却夹套，移除反应热，保持反应温度；液碱浓度分析仪调节液碱的加入量，控制反应的碱浓度。

 所述的澄清段的锥角为60°，所述的澄清段的上端大口的直径与所述的反应活化区的筒体直径相同，所述的澄清段的下端小口的直径与所述的浓缩段的筒体直径相同，所述的反应活化区、所述的澄清段和所述的浓缩段的高度比为1:1:2～2.5，所述的反应活化区的筒体直径与所述的浓缩段的筒体直径比为2.5～3.5:1；所述的中空套筒的高度为所述的反应活化区高度的1/2～2/3。活化器按上述比例设计反应和分离效果更佳，中空套筒在反应段保留一定的高度，保证液碱和雷尼镍在反应段有一定的反应时间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，反应活化区内设有框形搅拌器，连接在增稠器上，随增稠器的转动，完成对反应物料的搅拌，加快物料间的有效接触，产生的氢气由气体出口排除；分离区上部为澄清段，锥体结构，雷尼镍在这里与液体分离，洗涤的污水由澄清段上部的废液出口排出；分离区下部为浓缩段，直筒形结构，内部安装增稠器，雷尼镍在这里接受反洗涤水洗涤，并在增稠器作用下，保持一定浓度由产物出口连续排出活化器；反洗涤水由活化器底部进入，浓缩段内的雷尼镍，随反洗涤水进入澄清段进行分离后，澄清段的洗涤污水由澄清段上部的废液出口排出活化器，雷尼镍返回浓缩段由产物出口连续排出活化器。

综上所述，本发明一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，能使物料混合完全，反应充分，同时可实现反应后气液固三相分离的雷尼镍催化剂连续活化分离器。

附图说明

图1为本发明雷尼镍催化剂连续活化分离器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

本发明一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，如图1所示，包括密封设置的釜体1，釜体1包括反应活化区2和位于反应活化区2下方的分离区3，分离区3包括呈倒锥台形的澄清段4和圆筒形的浓缩段5，澄清段4的上端大口与反应活化区2的底部通过水平隔板6连接（并隔开），澄清段4的下端小口与浓缩段5的上端开口相连通，釜体1的中心轴向贯穿有可旋转的增稠器7，增稠器7上设置有耙式框形搅拌器8（中间部分向上凸起且四周向下凹的框形搅拌器8），框形搅拌器8位于反应活化区2内且随增稠器7转动，水平隔板6上固定设置有用于连通反应活化区2和澄清段4且套设在增稠器7外的中空套筒9，中空套筒9的上端靠近框形搅拌器8的上端且其下端靠近澄清段4的中部，在反应活化区2内反应物料经框形搅拌器8搅拌混匀后通过中空套筒9进入澄清段4，反应活化区2的上端设置有反应物入口10和气体出口11，澄清段4的侧壁上部靠近反应活化区2处设置有废液出口12，浓缩段5的下端设置有产物出口13。

 在此具体实施例中，增稠器7上设置有推动并挤压反应物料向下移动的螺旋输送叶片14，螺旋输送叶片14穿过中空套筒9且螺旋输送叶片14的上端靠近框形搅拌器8的上端，其下端靠近澄清段5的底部；螺旋输送叶片14的叶片间距呈非线性变化，在中空套筒9和澄清段4内采用推进式叶片，叶片间距大，在浓缩段5内采用螺带式叶片，叶片间距小；螺旋输送叶片14的最外端靠近浓缩段5的底部纵向设置有垂直刮刀15，增稠器7底部设置有水平直角刮刀16。

在此具体实施例中，反应活化区2的上端设置有蒸汽入口17，蒸汽入口17和反应物入口10下方均设置有导流板18（图中未显示），气体出口11设置有风机（属外部设备，图中未显示）；框形搅拌器8的下端靠近水平隔板6，框形搅拌器8的旋转方向与反应物料的旋流方向相反（导流板18实现物料的旋流）；浓缩段5的底部设置有反洗涤水进口19，反洗涤水的温度为90℃，进口压力为0.1MPa，反洗涤水的沿增稠器7上螺旋输送叶片14逆流向上洗涤合金；增稠器7为转轴，该转轴的转速为10rpm；澄清段4设置有用于测定合金密度的在线分析仪（图中未显示），保证澄清段4合金的浓度。反应活化区2的外壁设置有冷却夹套20（冷却夹套20上设置有冷却水进口21和冷却水出口22）和液碱浓度分析仪（图中未显示）。

在此具体实施例中，澄清段4的锥角为45°，澄清段4的上端大口的直径与反应活化区2的筒体直径相同，澄清段4的下端小口的直径与浓缩段5的筒体直径相同，反应活化区2、澄清段4和浓缩段5的高度比为1:1:2～2.5，反应活化区2的筒体直径与浓缩段5的筒体直径比为2.5～3.5:1；中空套筒9的高度为反应活化区2的高度的1/2～2/3。

除上述实施例外，反应活化区2、澄清段4和浓缩段5的高度比也可以为1:1:2、1:1:2.2或1:1:2.5；反应活化区2的筒体直径与浓缩段5的筒体直径比为3:1、2.5:1或3.5:1；中空套筒9的高度为反应活化区2的高度的1/2、7/12或2/3。

雷尼镍催化剂连续活化方法如下：

将雷尼镍按比例连续加入到一定浓度的氢氧化钠溶液中，将混有雷尼镍的氢氧化钠溶液通过导流板18以旋流的方式连续加入雷尼镍催化剂连续活化分离器的反应活化区2内，停留时间20分钟，活化过程中产生的氢气由气体出口11送出，具有一定温度的反洗涤水从釜体1底部连续进入到浓缩段5，对反应物料进行逆流洗涤，洗涤废水（澄清的碱性液体）通过澄清段4上部的废液出口12连续排出，活化好的催化剂在釜体1底部保持一定浓度连续排出。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，包括密封设置的釜体，其特征在于：所述的釜体包括反应活化区和位于所述的反应活化区下方的分离区，所述的分离区包括呈倒锥形的澄清段和圆筒形的浓缩段，所述的澄清段的上端大口与所述的反应活化区的底部通过水平隔板连接，所述的澄清段的下端小口与所述的浓缩段的上端开口相连通，所述的釜体的中心轴向贯穿有可旋转的增稠器，所述的增稠器上设置有耙式框形搅拌器，所述的框形搅拌器位于所述的反应活化区内且随所述的增稠器转动，所述的水平隔板上固定设置有用于连通所述的反应活化区和所述的澄清段且套设在所述的增稠器外的中空套筒，所述的中空套筒的上端靠近所述的框形搅拌器的上端且其下端靠近所述的澄清段的中部，在所述的反应活化区内反应物料经所述的框形搅拌器搅拌混匀后通过所述的中空套筒进入所述的澄清段，所述的反应活化区的上端设置有反应物入口和气体出口，所述的澄清段的侧壁上部靠近反应活化区处设置有废液出口，所述的浓缩段的下端设置有产物出口，所述的增稠器上设置有推动并挤压反应物料向下移动的螺旋输送叶片，所述的螺旋输送叶片穿过所述的中空套筒且所述的螺旋输送叶片的上端靠近所述的框形搅拌器的上端，其下端靠近所述的浓缩段的底部。

2.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的螺旋输送叶片的叶片间距呈非线性变化，在所述的中空套筒和所述的澄清段内采用推进式叶片，在所述的浓缩段采用螺带式叶片。

3.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的螺旋输送叶片的最外端靠近所述的浓缩段的底部纵向设置有垂直刮刀，所述的增稠器的底部设置有水平直角刮刀。

4.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的反应活化区的上端设置有蒸汽入口，所述的蒸汽入口和所述的反应物入口下方均设置有导流板，所述的气体出口设置有风机。

5.根据权利要求4所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的框形搅拌器的下端靠近所述的水平隔板，所述的框形搅拌器的旋转方向与反应物料的旋流方向相反。

6.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的浓缩段的底部设置有反洗涤水进口，所述的反洗涤水温度为90℃，进口压力为0.1MPa，所述的反洗涤水的旋流方向与所述的增稠器旋转向相反。

7.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的增稠器为转轴，所述的转轴的转速为10rpm，所述的澄清段设置有用于测定合金密度的在线分析仪。

8.根据权利要求1所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的反应活化区的侧壁设置有冷却夹套和液碱浓度分析仪。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种雷尼镍催化剂连续活化分离器，其特征在于：所述的澄清段的锥角为60°，所述的澄清段的上端大口的直径与所述的反应活化区的筒体直径相同，所述的澄清段的下端小口的直径与所述的浓缩段的筒体直径相同，所述的反应活化区、所述的澄清段和所述的浓缩段的高度比为1:1:2～2.5，所述的反应活化区的筒体直径与所述的浓缩段的筒体直径比为2.5～3.5:1；所述的中空套筒的高度为所述的反应活化区高度的1/2～2/3。