CN108751959B

CN108751959B - 一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖及其制备方法

Info

Publication number: CN108751959B
Application number: CN201810974250.3A
Authority: CN
Inventors: 曾鲁举; 陈磊; 钱蛇大; 吴跃峰; 周祖明; 周红娟; 钱耀华
Original assignee: Yixing Ruitai Refractory Material Co ltd
Current assignee: Yixing Ruitai Refractory Material Co ltd
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: CN108751959A

Abstract

本发明公开了一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖及其制备方法，砖体的顶面为平面，底面的中部为一向砖体内凹陷的弧形面，所述弧形面与底面长边平行，从而使得砖体底部形成一个水平的连通空腔；所述砖体内分布有若干上下连通的孔道。本发明多孔砖砖体内分布有若干上下连通的孔道，有利于经过催化反应产生的丙烯产品往下走的过程中对多孔砖的冲刷，提高多孔砖的耐磨性能；底部弧面的设计，使得其在使用过程中与底部支撑砖之间形成一个空腔，在垂直于反应器轴线的方向上数块多孔砖短边接触后形成一个连续的、独立的弧顶大空腔，方便有效收集催化反应形成的产品。

Description

一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种丙烷脱氢装置用多孔砖及其制备方法。

背景技术

丙烯是非常重要的化工原料。我国对丙烯的需求量巨大，主要用于生产聚丙烯等材料。丙烷脱氢（PDH）是一种吸热反应，是除裂解装置副产、炼厂副产外最主要的丙烯生产方式。丙烷脱氢是将丙烷催化转化为丙烯和氢气的工艺，具有转化率高、可连续作业、副产品仅为氢气、产品易分离等优点受到广泛关注，也是一种很有前景的生产方式。丙烷脱氢工艺中，市场占有率最高的一种工艺为catofin工艺，采用固定床反应器与科莱恩（原南方化学）开发的氧化铬基催化剂，连续过程采用循环反应器操作再热/再生操作。操作条件可进行选择，以优化转化率、选择性和能耗消耗之间的关系，丙烷转化为丙烯的总选择性大于86%。该工艺装备中核心之一是反应器内衬耐火材料，而在中国是个空白，因此设计和开发该反应器中的炉衬耐火材料是当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种catofin工艺反应器中反应床用多孔砖，该多孔砖设置在底部平整的支撑砖上，作为反应器的反应床，上面铺满不同粒径的氧化铝球，氧化铝球层上再填满催化剂，催化反应后生成的产品能够穿过砖体进入产品收集单元。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，砖体的顶面为平面，底面的中部为一向砖体内凹陷的弧形面，所述弧形面与底面长边平行，从而使得砖体底部形成一个水平的连通空腔；所述砖体内分布有若干上下连通的孔道。

使用时，将该多孔砖设置在底部平整的支撑砖上作为反应器的反应床，且带弧面的一侧朝下，将相邻的多孔砖底面水平的连通空腔接触后形成一个连续的、独立的弧顶大空腔；多孔砖上面铺满不同粒径的氧化铝球，氧化铝球层上再填满催化剂，催化反应后生成的产品通过砖体上下连通的孔道往下走，然后沿各个弧顶大空腔进入产品收集单元。

进一步地，所述孔道自上而下尺寸渐大，对生成的丙烯产品起到稳流的作用，有利于丙烯均匀稳定的导出。

所述孔道的横截面为椭圆形，沿椭圆形长轴方向的纵截面为梯形，稍度为3-5%；沿椭圆形短轴方向的纵截面为梯形，稍度为20-30%。

所述孔道位于顶面的端口为椭圆形孔，椭圆形孔宽度为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的21-28%，长度为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的2倍。

所述顶面上的椭圆形孔成排间隔分布，不同排之间的椭圆形孔相互错开，所述椭圆形孔所占面积为顶面总面积的10-20%。

所述弧形面的跨度为底面短边边长的68-74%，弧形面的高度为该圆弧所在圆形半径的5-8%。

上述丙烷脱氢装置反应器用多孔砖包括如下重量百分比的组份：

骨料：

3-1mm电熔莫来石10-20%，

3-1mm莫来卡特砂8-12%，

1-0mm板状刚玉15-25%，

1-0mm莫来卡特砂7-12%，

1-0mm堇青石7-13%；

细粉：

180目板状刚玉10-18%，

α氧化铝微粉6-12%，

≤200目硅线石细粉4-8%，

≤325目钛酸铝细粉3-6%；

以上组份为100%；

外加以上组份重量之和0.1-0.3%的稳定剂，0.1-0.2%的促烧剂、3-6%的结合剂以及3-5%的水。

其中，所述稳定剂为ZrO或SnO₂微粉；所述促烧剂为BaO或La₂O₃微粉；所述结合剂为磷酸二氢铝或磷酸溶液。

本发明还提供上述多孔砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：按照配料比称取原料；

步骤二：先将细粉在混料机中预混均匀待用，再将骨料全部倒入混料机干混3-5分钟，倒入全部的水及三分之二重量的结合剂，湿混8-15分钟，然后加入剩余结合剂，再湿混5-10分钟；

步骤三：将步骤二得到的泥料装入模具内，采用液压机成型，使得模具上的钢探针插入泥料以形成上下连通的孔道，成型时砖体的顶面朝下与模具底部托板接触，弧形面朝上出砖；

步骤四：将步骤三成型的砖体在100-120℃下烘干24小时以上；

步骤五：将步骤四烘干的砖体在1500-1550℃下保温10小时以上即得。

有益效果：

1、本发明多孔砖砖体内分布有若干上下连通的孔道，有利于经过催化反应产生的丙烯产品往下走的过程中对多孔砖的冲刷，提高多孔砖的耐磨性能；

2、多孔砖底部弧面的设计，使得其在使用过程中与底部支撑砖之间形成一个空腔，在垂直于反应器轴线的方向上数块多孔砖短边接触后形成一个连续的、独立的弧顶大空腔，方便有效收集催化反应形成的产品；

3、多孔砖砖所有孔道呈椭圆形，椭圆形孔长度以及椭圆形宽度根据多孔砖上方氧化铝球直径来设计，有利于防止多孔砖上方铺满氧化铝球后，将孔堵塞阻碍催化反应产品往下走的现象；

4、椭圆形孔在厚度方向设计一个稍度，多孔砖成型时大头朝上，小头朝下，有利于多孔砖出模，防止出模时钢探针破坏椭圆形孔；多孔砖使用时，由于使用时催化反应形成的产品在压力的作用下流速较大，不均应、不稳定，椭圆形孔大头朝下小头朝上的设计对形成的产品起到稳流的作用，有利于产品均匀稳定的导出；

5、本产品具有强度高、耐腐蚀性强、耐磨性能好、抗热震性能好等优点，使用寿命长。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该多孔砖的侧面结构示意图；

图2是该多孔砖的顶面结构示意图；

图3是该多孔砖孔道A-A剖面图；

图4是该多孔砖孔道B-B剖面图；

图5是该多孔砖顶面孔道端口俯视图；

图6是该多孔砖底面孔道端口仰视图。

实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和2所示，该多孔砖的顶面1为平面，底面2的中部为一向砖体内凹陷的弧形面21，弧形面21的跨度为底面2短边边长的72%，高度为该圆弧所在圆形半径的8%，弧形面21与底面2长边平行，从而使得砖体底部形成一个水平的连通空腔以及弧形面21两侧的两个支撑面22。砖体内分布有若干上下尺寸渐大连通的孔道3，孔道3的横截面为椭圆形，椭圆形孔成排间隔分布，不同排之间的椭圆形孔相互错开，但无交叉，椭圆形孔所占面积为顶面总面积的10-20%，且总数量可以需要根据反应器中催化反应的出气量及速度而定，且在保证砖体强度的前提下椭圆形孔尽量均匀布满顶面1。

如图3和4所示，孔道3的横截面为椭圆形，沿椭圆形长轴方向的纵截面A-A为梯形，稍度为5%；沿椭圆形短轴方向的纵截面B-B为梯形，稍度为25%。

如图5和6所示，孔道3位于顶面1的端口为椭圆形孔，椭圆形孔宽度为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的21-28%，长度b为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的2倍，a、c和d的长度可以根据稍度灵活调整，最终使得孔呈椭圆形即可。

实施例1

该反应器用多孔砖采用如下制备方法制备：

步骤一：按照如下配料比称取原料：

骨料：

3-1mm电熔莫来石15%，

3-1mm莫来卡特砂10%，

1-0mm板状刚玉20%，

1-0mm莫来卡特砂10%，

1-0mm堇青石10%；

细粉：

180目板状刚玉15%，

α氧化铝微粉9%，

≤200目硅线石细粉6%，

≤325目钛酸铝细粉5%；

以上组份为100%；

外加以上组份重量之和0.2%的稳定剂，0.2%的促烧剂、5%的结合剂以及4%的水；

步骤四：将步骤三成型的砖体在120℃下烘干24小时以上；

步骤五：将步骤四烘干的砖体在1550℃下保温12h即得。

实施例2

该反应器用多孔砖采用如下制备方法制备：

步骤一：按照如下配料比称取原料：

骨料：

3-1mm电熔莫来石20%，

3-1mm莫来卡特砂12%，

1-0mm板状刚玉15%，

1-0mm莫来卡特砂7%，

1-0mm堇青石13%；

细粉：

180目板状刚玉10%，

α氧化铝微粉12%，

≤200目硅线石细粉5%，

≤325目钛酸铝细粉6%；

以上组份为100%；

外加以上组份重量之和0.3%的稳定剂，0.2%的促烧剂、6%的结合剂以及5%的水；

步骤四：将步骤三成型的砖体在100℃下烘干24小时以上；

步骤五：将步骤四烘干的砖体在1500℃下保温15h即得。

实施例3

该反应器用多孔砖采用如下制备方法制备：

步骤一：按照如下配料比称取原料：

骨料：

3-1mm电熔莫来石10%，

3-1mm莫来卡特砂9%，

1-0mm板状刚玉25%，

1-0mm莫来卡特砂12%，

1-0mm堇青石8%；

细粉：

180目板状刚玉18%，

α氧化铝微粉6%，

≤200目硅线石细粉4-8%，

≤325目钛酸铝细粉4%；

以上组份为100%；

外加以上组份重量之和0.1%的稳定剂，0.1%的促烧剂、3%的结合剂以及3%的水。

步骤四：将步骤三成型的砖体在120℃下烘干24小时以上；

步骤五：将步骤四烘干的砖体在1550℃下保温10h即得。

对实施例1、实施例2和实施例3制备的多孔砖分别进行性能测试，结果见表1。其中，强度、耐腐蚀性、耐磨性、抗热震性能均按照相应的国家标准进行测试。

表1

项目	实施例1	实施例2	实施例3
				强度（MPa）	83	80	79
耐腐蚀性	优良	优良	优良
				耐磨性（cm³）	5.5	5.8	6.0
抗热震性能（1100℃水冷）次	19	21	22

从表中可以看出，采用本发明制备的多孔砖具有在强度高、耐腐蚀性强、耐磨性能好、抗热震性能好等优点。

本发明提供了一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，砖体的顶面（1）为平面，底面（2）的中部为一向砖体内凹陷的弧形面（21），所述弧形面（21）与底面（2）长边平行，从而使得砖体底部形成一个水平的连通空腔；所述砖体内分布有若干上下连通的孔道（3）；

所述的多孔砖包括如下重量百分比的组份：

骨料：

3-1mm电熔莫来石10-20%，

3-1mm莫来卡特砂8-12%，

1-0mm板状刚玉15-25%，

1-0mm莫来卡特砂7-12%，

1-0mm堇青石7-13%；

细粉：

180目板状刚玉10-18%，

α氧化铝微粉6-12%，

≤200目硅线石细粉4-8%，

≤325目钛酸铝细粉3-6%；

以上组份之和为100%；

外加以上组份重量之和0.1-0.3%的稳定剂，0.1-0.2%的促烧剂、3-6%的结合剂以及3-5%的水；

所述稳定剂为SnO₂微粉；所述促烧剂为BaO或La₂O₃微粉；所述结合剂为磷酸二氢铝或磷酸溶液。

2.根据权利要求1所述的一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，所述孔道（3）自上而下尺寸渐大。

3.根据权利要求2所述的一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，所述孔道（3）的横截面为椭圆形，沿椭圆形长轴方向的纵截面为梯形，稍度为3-5%；沿椭圆形短轴方向的纵截面为梯形，稍度为20-30%。

4.根据权利要求3所述的一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，所述孔道（3）位于顶面（1）的端口为椭圆形孔，椭圆形孔宽度为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的21-28%，长度为上方与多孔砖接触的氧化铝球直径的2倍。

5.根据权利要求4所述的一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，所述顶面（1）上的椭圆形孔成排间隔分布，不同排之间的椭圆形孔相互错开，所述椭圆形孔所占面积为顶面（1）总面积的10-20%。

6.根据权利要求1或2所述的一种丙烷脱氢装置反应器用多孔砖，其特征在于，所述弧形面（21）的跨度为底面（2）短边边长的68-74%，弧形面（21）的高度为该弧形面所在圆形半径的5-8%。

7.权利要求1所述多孔砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：按照配料比称取原料；

步骤四：将步骤三成型的砖体在100-120℃下烘干24小时以上；