CN112705272A

CN112705272A - 催化剂浸渍塔、浸渍设备和浸渍方法

Info

Publication number: CN112705272A
Application number: CN201911026214.5A
Authority: CN
Inventors: 李娜; 刘银川; 孙翟宗; 金国杰
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-27

Abstract

本发明公开了一种催化剂浸渍塔，包括壳体和位于所述壳体内部的空腔；所述壳体的底部中心位置设有卸料口；所述空腔的下部设有支撑板，所述支撑板呈倒圆台形状，其上端开口与所述壳体的内壁相接，下端开口与所述卸料口相接。以及一种催化剂浸渍设备，包括浸渍塔、加热器、循环泵、冷凝器和冷凝液接收罐。以及采用该设备的催化剂浸渍方法。本发明的设备和方法，针对性的解决了现有技术中催化剂浸渍过程干燥时间长、浸渍不完全、干燥不均匀、卸料人工操作强度大等问题,可应用于相关催化剂生产中。

Description

催化剂浸渍塔、浸渍设备和浸渍方法

技术领域

本发明涉及一种催化剂浸渍塔，包含该浸渍塔的浸渍设备以及采用该浸渍设备的催化剂浸渍方法，属于催化剂加工处理领域。

背景技术

催化剂是指在化学反应中改变反应物的化学反应速率但不改变化学平衡，本身的质量以及化学性质在反应前后均不发生改变的物质。催化剂种类繁多，且在现代化学工业中占有极重要的地位。

催化剂的制备方法很多，有浸渍法、沉淀法、离子交换法、共混合法等，浸渍法通常包括载体预处理、浸渍液配制、浸渍、除去过量液体、干燥和焙烧、活化等过程。一般将载体置于含活性组分的溶液中浸泡，达到平衡后将剩余液体除去，再经干燥、煅烧、活化等步骤，即可得到催化剂。

浸渍法制备催化剂的原理是指，当多孔载体与溶液接触时，由于表面张力作用而产生的毛细管压力，使溶液进入毛细管内部，然后溶液中的活性组分再在细孔内表面上吸附。

浸渍方法主要有三种，分别为过量浸渍法、等体积浸渍法、多次浸渍法。过量浸渍法是将载体在过量溶液中，溶液体积大于载体可吸附的液体体积，一段时间后除去过剩的液体；等体积浸渍是指预先测定载体吸入溶液的能力，然后加入正好使载体完全浸渍所需的溶液量；多次浸渍法是将浸渍、干燥和焙烧反复多次进行。

催化剂的洗涤在某些催化剂的制备过程中也是必不可少的步骤，在采用酸浸渍过程中，有时需要将载体洗至中性，或者洗掉一些不想要的离子，或者洗掉沉淀法制备催化剂过程中的过量沉淀剂。

CN1171681C公开了一种蜂窝载体催化剂过量浸渍液的脱出方法及其设备。通过线性吸嘴等距并且匀速地扫描通过浸渍后蜂窝载体的一个表平面，并对该蜂窝载体的相对表平面重复上述的操作。该工艺能够很好的将多余的溶胶或者溶液脱除干净。

CN106311357A公开了一种固体颗粒催化剂浸渍装置及浸渍方法，该方法解决了现有小批量生产的固体颗粒催化剂浸渍过程中，浸渍液用量过少，容易导致部分载体表面未接触浸渍液，导致活性金属组分分散不均匀等问题。

CN104338564B公开了一种催化剂浸渍设备和催化剂浸渍方法。催化剂的浸渍设备包括了浸渍室、干燥器和输送混合装置，通过该技术方案，输送混合装置能够自行清理粘附在螺旋叶片间的催化剂载体，可以浸渍粘附性较强的催化剂载体，得到的催化剂载体产品的破碎率较低，对粘附性较强的催化剂载体效果较为突出。

CN202224063U公开了一种催化剂在线清洗的装置，其主要在于催化剂失效的早期，对催化剂进行在线清洗，除去催化剂表面沉积物、空隙堵塞物、碱金属及其他可溶性有毒物质，有效的提高催化剂的活性以及延长催化剂的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中催化剂浸渍时间长、浸渍不完全、干燥不均匀、卸料人工操作强度大等问题，提供一种催化剂浸渍塔，包含该浸渍塔的浸渍设备以及采用该浸渍设备的催化剂浸渍方法。本发明针对性的解决了现有技术的问题，可应用于相关工业生产中。

根据本发明的一个方面，提供了一种催化剂浸渍塔，包括壳体和位于所述壳体内部的空腔；所述壳体的底部中心位置设有卸料口；所述空腔的下部设有支撑板，所述支撑板呈倒圆台形状，其上端开口与所述壳体的内壁相接，下端开口与所述卸料口相接。

根据本发明的优选实施方式，所述支撑板上开孔，孔径为1-10mm，优选1-8mm；孔间距为1-5倍孔径，优选为1.5-3倍孔径；所述支撑板与垂直方向的夹角为30-60℃。

需要说明的是，不同浸渍塔和支撑板可以根据浸渍循环量、吹扫量选择合适的孔间距，根据催化剂的尺寸选择合适的孔径。

本发明人研究发现，当支撑板与垂直方向的夹角过大时，支撑板较平缓，催化剂不容易沿着倾斜角度顺利卸出；当支撑板与垂直方向的夹角过小时，催化剂床层的压降差别较大，流体穿过床层时更容易走压降小的区域，会导致浸渍以及吹扫不均匀，或者时间长。选择上述角度范围能够较好的平衡这两个方面，即实现催化剂装卸料方便以及浸渍吹扫干燥均匀。

根据本发明的一些实施方式，所述空腔的上部设有气体分布器，所述气体分布器的外部边缘与所述壳体相接。

根据本发明的优选实施方式，所述气体分布器可选用管式分布器或挡板，以不影响催化剂装填为宜。

根据本发明的优选实施方式，所述壳体的底部设有至少一个浸渍液出口和至少一个尾气出口，所述浸渍液出口和尾气出口连通所述支撑板外部的空腔。

根据本发明的优选实施方式，所述壳体的顶部设有浸渍液入口、气体入口和催化剂入口；优选地，所述浸渍液入口和气体入口连通所述气体分布器内部的空腔，所述催化剂入口连通所述气体分布器外部的空腔。

根据本发明的优选实施方式，所述壳体的侧壁设有浸渍液返回口。

根据本发明的优选实施方式，所述壳体、支撑板和气体分布器的材质为不锈钢或非金属材质。

根据一些具体的实施例，在非腐蚀工况下，选择不锈钢材质，腐蚀工况下选择非金属材质。优选的，非金属材质为PPR、PPH、PTFE、玻璃钢、搪瓷中的一种。

根据本发明的优选实施方式，卸料口的直径为100～500mm，优选为120～250mm。

本发明人研究发现，若卸料口的直径太大，使催化剂卸料时大量快速卸出导致催化剂破损；若卸料口的直径太小，导致催化剂搭桥而不容易卸下。本领域技术人员可以根据催化剂的尺寸大小在此范围内选用较合适的尺寸。

根据本发明的优选实施方式，所述壳体底部还设有排出口，用于排出壳体的参与气体或液体。

根据本发明的另一个方面，提供了一种催化剂浸渍设备，包括：

根据本发明上个方面所述的浸渍塔；

加热器，其与所述浸渍塔的气体入口相连；

循环泵，其入口和出口分别与所述浸渍塔的浸渍液出口和浸渍液返回口相连；

冷凝器，其与所述浸渍塔的尾气出口相连；

冷凝液接收罐，其与所述冷凝器相连。

根据本发明的一些实施方式，所述冷凝器设有尾气入口、尾气出口和冷凝液出口，所述冷凝液出口与冷凝液接收罐相连。

根据本发明的优选实施方式，所述冷凝液接收罐设有冷凝液入口和冷凝液出口，所述冷凝液入口与冷凝器相连，所述冷凝液出口用于排出冷凝液。

根据本发明的优选实施方式，在所述循环泵与浸渍液返回口之间的管路上外接一条浸渍液排出管路，并在其上设置阀门，用于在结束浸渍时排出浸渍液。

根据本发明的再一个方面，提供了一种催化剂的浸渍方法，其采用根据本发明上一个方面所述的浸渍设备，包括：

将催化剂装填至催化剂浸渍塔中，向浸渍塔内通入浸渍液，使浸渍液的液位高于催化剂床层，开启循环泵使浸渍液从浸渍塔底部经外循环返回至浸渍塔上部，对催化剂进行浸渍处理；

浸渍结束后，先将浸渍液排出，然后将加热后的吹扫气体从浸渍塔顶部吹入，对浸渍后的催化剂进行吹扫，得到吹扫尾气；

尾气从浸渍塔的底部排出进入冷凝器，冷却后气体进入尾气吸收系统，液体进入冷凝液接收罐；

浸渍后的催化剂经卸料口卸出。

根据本发明的优选实施方式，所述方法的具体操作步骤如下：

将催化剂从所述催化剂入口装填至催化剂浸渍塔中，通过浸渍液入口向浸渍塔内通入浸渍液，使浸渍液的液位高于催化剂床层，开启循环泵使浸渍液从浸渍塔底部经外循环返回至浸渍塔上部，对催化剂进行浸渍处理；浸渍液由顶部或上部进入，依次经过催化剂，流经催化剂支撑板的孔，从浸渍塔底部的浸渍液出口排出；

浸渍结束后，先将浸渍液依次通过浸渍液出口、循环泵和浸渍液排出管路排出，然后将加热后的吹扫气体通过气体入口从浸渍塔顶部吹入，对浸渍后的催化剂进行吹扫，得到吹扫尾气；

尾气从浸渍塔底部的尾气出口排出进入冷凝器，在冷凝器内进行冷却后，得到气体和液体，气体进入尾气吸收系统，液体进入冷凝液接收罐；

浸渍后的催化剂经卸料口卸出。

根据本发明的优选实施方式，所述浸渍塔催化剂卸除后，剩余的气体和液体穿过支撑板经由排出口排出。

根据本发明的一些实施方式，本浸渍方法适合催化剂过量浸渍。

浸渍液采用强制外循环浸渍，循环泵流量优选为浸渍液体积的1～10倍，浸渍时间优选为1～5h，浸渍周期基于浸渍的负载量来确定。

相较于普通的浸泡式浸渍，采用强制外循环，其浸渍效率高，因为强制性循环可以有效增加浸渍液的湍动，与装填的催化剂充分接触，更好的实现传质。每个催化剂的要求不一样，本发明的浸渍时间范围能满足大多数催化剂的浸渍要求。催化剂的浸渍时间需要根据不同的催化剂确定，浸渍周期是基于浸渍的负载量确定。

根据本发明的一些实施方式，将空气加热至60～300℃后通入浸渍塔作为吹扫气干燥催化剂，干燥尾气经冷凝器冷却至40～50℃后进入吸收塔，冷凝液回收利用。

本发明针对催化剂浸渍-洗涤-干燥过程，实现了浸渍、洗涤以及干燥在同一个系统中进行，针对性解决了催化剂浸渍时间长、浸渍不完全、干燥不均匀、卸料人工操作强度大等问题。可应用于相关催化剂生产中。

附图说明

图1为根据本发明实施例的催化剂浸渍设备和方法的流程示意图：

图2为根据本发明实施例的催化剂支撑板的主视图；

图3为图2中A部分的放大图；

图4为对比例1的催化剂浸渍设备；

附图标记说明：I为加热器，II为浸渍塔，III为循环泵，IV为冷凝器，V为冷凝液接收罐，VI为对比例1的催化剂浸渍塔；1、2、13为吹扫气；3、4、5、9、10、14为浸渍液；6为干燥尾气；7、8为冷凝液；11、12、16、17为催化剂；15为浸渍液/吹扫气出口；a为气体分布器。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

如图1所示，本发明的催化剂浸渍设备包括浸渍塔II、加热器I、循环泵III、冷凝器IV和冷凝液接收罐V。

本发明的浸渍方法工艺流程如下：

将催化剂从所述催化剂入口装填至催化剂浸渍塔II中，通过浸渍液入口向浸渍塔内通入浸渍液，使浸渍液的液位高于催化剂床层，开启循环泵III使浸渍液从浸渍塔底部经外循环返回至浸渍塔上部，对催化剂进行浸渍处理；浸渍液9由顶部或上部进入，依次经过催化剂，流经催化剂支撑板的孔，从浸渍塔底部的浸渍液出口排出；

浸渍结束后，先将浸渍液依次通过浸渍液出口、循环泵III和浸渍液排出管路排出，然后将通过加热器I加热后的吹扫气体通过气体入口从浸渍塔顶部吹入，对浸渍后的催化剂进行吹扫，得到吹扫尾气5；

尾气5从浸渍塔底部的尾气出口排出进入冷凝器IV，在冷凝器IV内进行冷却后，得到气体和液体，气体6进入尾气吸收系统，液体7进入冷凝液接收罐；

浸渍后的催化剂经卸料口卸出；剩余的气体和液体穿过支撑板经由排出口排出。

图2示出了根据本发明实施例的催化剂支撑板的主视图，其中支撑板与垂直方向的夹角为45℃，倒圆台底面的直径为120mm，倒圆台顶面的直径为1200mm支撑板上开孔。

图3为图2中A部分的放大图，其中，支撑板上开孔的直径为5mm，同一列孔的间距设置为20mm，每列孔之间的间隔为20mm。

以下实施例中采用图1所示的浸渍设备和浸渍方法：

【实施例1】

浸渍塔塔体直径为1200mm，直管段高4000mm，底部设置锥形支撑板，与塔体夹角45°，支撑板上开小孔，直径为1.5mm，孔间距为15mm，底部催化剂卸料口直径为150mm，将2t分子筛催化剂载体袋装于浸渍塔；采用5wt％的H₂PO₃溶液浸渍催化剂，浸渍塔塔体选用不锈钢316L材质，由上至下浸没催化剂，经支撑板小孔、支撑板下的空腔流出，泵循环浸渍3h，浸渍后采用空气由上向下吹扫，空气同样经催化剂床层、支撑板小孔以及支撑板下方的空腔，吹扫后的催化剂床层水含量降至30wt％以下；将4000Nm³/h空气经加热器加热至120℃，通入浸渍塔，对催化剂吹扫干燥6h，干燥尾气由浸渍塔底部进入冷凝器，冷凝至40℃，去吸收塔处理，冷凝液收集至冷凝罐，可作为浸渍液回收利用。干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并由浸渍塔底部卸料阀卸出。所得催化剂无结块现象，下料流畅，操作方便。

【实施例2】

该浸渍塔结构与实施例1相似，不同的是支撑板与塔体夹角为80°，采用相同的工艺操作条件，干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并由浸渍塔底部卸料阀卸出，所得催化剂无结块现象，催化剂卸料较难，底部容易有积料。

【实施例3】

该浸渍塔结构与实施例1相似，不同的是支撑板与塔体夹角10°，采用相同的工艺操作条件，为使催化剂的含湿率≤5wt％，吹扫干燥时间延长至8h，干燥后的催化剂由浸渍塔底部卸料阀卸出，所得卸料口附近催化剂含湿率＞5wt％，且催化剂下料速度较快，不易控制，催化剂破损率增高。

【实施例4】

该浸渍塔结构与实施案例1相似，不同的是浸渍塔卸料口直径为400mm，将同样质量的催化剂装填至浸渍塔，采用相同的操作条件对催化剂进行浸渍以及吹扫干燥，干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并由浸渍塔底部卸料阀卸出，所得催化剂无结块现象，由于卸料口的增大，催化剂卸料较快，造成催化剂的破损率增大。

【实施例5】

该浸渍塔结构与实施案例1相似，不同的是浸渍塔卸料口直径为80mm，将催化剂装填至浸渍塔，采用相同的操作条件对催化剂进行浸渍以及吹扫干燥，干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并由浸渍塔的底部卸料阀卸出，所得催化剂无结块现象，但是在卸料过程中，催化剂容易形成搭桥现象，需要人工干预，在增加劳动强度的同时增大了催化剂的破损率。

【实施例6】

该浸渍塔结构与实施案例1相似，不同的是浸渍液采用10wt％的HCl溶液，浸渍液会对不锈钢材质腐蚀，因此浸渍塔选用非金属材质PPR，采用相同的操作条件，干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并由浸渍塔底部卸料阀卸出，所的催化剂无结块现象，下料通畅，操作方便。

【实施例7】

该浸渍塔结构与实施案例1相似，将催化剂装填至浸渍塔中，浸渍完成后，采用2000Nm³/h空气经加热器加热至120℃，通入浸渍塔，对催化剂吹扫干燥10h，干燥后的催化剂含湿率≤5wt％，并经由浸渍塔底部卸料阀卸出，所得催化剂无结块现象，下料通畅，操作方便。

【对比例1】

该浸渍塔结构如图4所示，目前常用的浸渍塔结构，浸渍塔底部为锥形，无需设置支撑板，气、液均由底部卸料阀旁侧设置出口。将等量催化剂装填至浸渍塔中，实施方式与实施例1相同，在浸渍过程中，液体或气体出口管道容易堵塞，吹扫干燥不彻底，经干燥6h后的催化剂经由浸渍塔底部出料口卸出，靠塔壁部分含湿率高，有明显的结块现象，大大增加了劳动强度。

在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims

1.一种催化剂浸渍塔，包括壳体和位于所述壳体内部的空腔；所述壳体的底部中心位置设有卸料口；所述空腔的下部设有支撑板，所述支撑板呈倒圆台形状，其上端开口与所述壳体的内壁相接，下端开口与所述卸料口相接。

2.根据权利要求1所述的浸渍塔，其特征在于，所述空腔的上部设有气体分布器，所述气体分布器的外部边缘与所述壳体相接。

3.根据权利要求1或2所述的浸渍塔，其特征在于，所述壳体的底部设有至少一个浸渍液出口和至少一个尾气出口，所述浸渍液出口和尾气出口连通所述支撑板外部的空腔。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的浸渍塔，其特征在于，所述壳体的顶部设有浸渍液入口、气体入口和催化剂入口；优选地，所述浸渍液入口和气体入口连通所述气体分布器内部的空腔，所述催化剂入口连通所述气体分布器外部的空腔。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的浸渍塔，其特征在于，所述壳体的侧壁设有浸渍液返回口；和/或，所述壳体、支撑板和气体分布器的材质为不锈钢或非金属材质。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的浸渍塔，其特征在于，所述支撑板上开孔，孔径为1-10mm；孔间距为1-5倍孔径，优选为1.5-3倍孔径；所述支撑板与垂直方向的夹角为30-60℃。

7.一种催化剂浸渍设备，包括：

根据权利要求1-6中任一项所述的浸渍塔；

加热器，其与所述浸渍塔的气体入口相连；

冷凝器，其与所述浸渍塔的尾气出口相连；

冷凝液接收罐，其与所述冷凝器相连。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述冷凝器设有尾气入口、尾气出口和冷凝液出口，所述冷凝液出口与冷凝液接收罐相连。

9.一种催化剂的浸渍方法，其采用权利要求7或8所述的设备，包括：

浸渍后的催化剂经卸料口卸出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，浸渍液采用强制外循环浸渍，循环泵流量优选为浸渍液体积的1～10倍。