CN117398985B - 一种水解催化剂中活性氧化铝载体球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水解催化剂中活性氧化铝载体球及其制备方法，包括：将拟薄水铝石、ρ‑Al2O3、造孔剂、助剂按比例混料，向混匀后的物料中喷入胶溶剂，并搅拌、混合均匀后进行闷料，获得混合物料；将混合物料加入造球机中进行造球，再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为小粒径母球；继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至所需粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料；将上述闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，即得到活性氧化铝载体球。本发明方法提高氧化铝载体球成分均匀性和性能稳定性的同时，提升产品的比表面积和强度，使其更加符合有机硫水解催化剂的制备要求。
Description
技术领域
本发明属于催化剂载体技术领域，特别涉及一种水解催化剂中活性氧化铝载体球及其制备方法。
背景技术
催化水解法目前被认为是净化工业气体中有机硫的有效途径之一，该方法利用有机硫水解催化剂将气体中的有机硫（COS、CS2）通过水解反应转化为无机硫（H2S）。有机硫水解催化剂按照基体材料的不同可以分为氧化铝基、二氧化钛基、活性炭基有机硫水解催化剂等，其中氧化铝基有机硫水解催化剂由于其具有比表面积高、易成型、成本低等优势应用最为广泛。
氧化铝基有机硫水解催化剂通常是在氧化铝载体球中浸渍活性组分制备而成，氧化铝载体球的性能，如强度、比表面积、粒径等，对催化剂的使用有较大影响。氧化铝载体球可使用滚球法进行制备，图1为滚球法制备氧化铝载体球的流程图，通常是将原料（氧化铝、拟薄水铝石等）与助剂进行混合，混合物料于滚球机中成型，成型后的小球经干燥、焙烧后即可制得氧化铝载体球。由于滚球法具有成本低、操作简单以及处理量大等优势而在氧化铝载体球的制备过程中有较为广泛的运用。但同时，滚球法制得的载体球强度通常偏低，不利于水解催化剂颗粒在床层中的长期稳定运行，故如何改进滚球法制备流程对于提高氧化铝载体球的强度等性能具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种水解催化剂中活性氧化铝载体球及其制备方法，提高氧化铝载体球成分均匀性和性能稳定性的同时，提升产品的比表面积和强度，使其更加符合有机硫水解催化剂的制备要求。
本发明的目的是这样实现的：
一种水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将拟薄水铝石、ρ-Al2O3、造孔剂、助剂按比例混料，向混匀后的物料中喷入胶溶剂，并进行搅拌，混合均匀后进行闷料，获得混合物料；
步骤2：将步骤1处理后的混合物料加入造球机中进行造球，再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为小粒径母球；
步骤3：继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至所需粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料；
步骤4：将步骤3闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，即得到所述活性氧化铝载体球。
进一步的，步骤1中，所述拟薄水铝石的粒度为250~150目，比表面积＞320 m2/g，孔容为0.7~1.0 mL/g。
进一步的，步骤1中，ρ-Al2O3的添加量为拟薄水铝石质量的15%~35%；造孔剂的添加量为拟薄水铝石质量的10%~20%；助剂的添加量为拟薄水铝石质量的5%~15%；胶溶剂的添加量为40~70 mL/kg拟薄水铝石。
进一步的，步骤1中，所述造孔剂为活性炭、甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；所述助剂为二氧化硅纤维、氧化铝纤维中的一种或两种的混合物；所述胶溶剂为乙酸、硝酸、盐酸中的一种或几种混合物的水溶液，溶液中酸的质量分数为5%~15%。
进一步的，其特征在于，步骤1所述闷料的时间为20~50 min。
进一步的，步骤2中，造球机的转速为50~800 r/min；胶溶剂的加入量为物料总重量的5%~15%，母球粒径长大至0.5~2 mm后停止加入胶溶剂。
进一步的，步骤3中，混合物料与胶溶剂为间断加入，胶溶剂的加入量为物料总重量的8%~20%，当球团粒径长大至3~8 mm后，停止加入混合物料。
进一步的，步骤3中，球团的闷料时间为1~5 h。
进一步的，步骤4中，烘干温度为80~130℃，烘干时间为3~8 h；焙烧温度为400~600℃，焙烧保温时间为1~5 h。
本发明第二方面提供了一种水解催化剂中活性氧化铝载体球，所述活性氧化铝载体球由上述方法制备得到。
本发明的优点和有益效果是：
1、为提升滚球法制备得到的氧化铝载体球的物理性能，本发明所述水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法中，在拟薄水铝石成型前后均进行了闷料操作，闷料期间使得水分在混合物料中分布的更加均匀，从而保证了成型前后物料的均匀，提高产品成分的均匀性及性能的稳定性；
2、现有滚球法制备得到的催化剂载体球强度偏低，为了提高产品的强度，本方法加入了ρ-Al2O3等助剂，用以提升产品的比表面积及强度等性能，其中纤维状的助剂在载体球中起到骨架的作用，从而使得产品的强度得以提高，进而提高了催化剂载体的使用寿命。后续通过浸渍活性组分，即可用于有机硫水解催化剂的制备，产品更加符合有机硫水解催化剂的制备要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有滚球法制备氧化铝载体球的流程示意图；
图2是本发明实施例所述水解催化剂中活性氧化铝载体球制备方法的流程图。
具体实施方式
实施例一：
如图2所示，本实施例提供了一种水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将1kg拟薄水铝石加入200 g ρ-Al2O3，100 g甲基纤维素，100 g二氧化硅纤维混合均匀，向混匀后的物料中喷入乙酸胶溶剂，并进行搅拌，共喷入乙酸约50 ml，混合均匀后进行闷料60 min，获得混合物料。
有机硫水解催化剂要求具有一定的比表面积、孔容及强度，以提高其催化性能，本发明通过对成型前及成型过程中两个步骤的控制，提高载体球的质量。在成型前步骤，拟薄水铝石为活性氧化铝载体球制备的主要原料，其性质对载体球产品的性能具有一定的影响，故本发明中采用较高孔容及比表面积的的拟薄水铝石原料；另一方面，物料在混合均匀后采取闷料操作，提高混合物料水分等性质的均匀程度，便于后续成型操作。在成型过程中，加入造孔剂，其在焙烧过程中会挥发脱离催化剂载体，故可用以提高产品比表面积及孔容；ρ-Al2O3从及助剂的作用主要是提高催化剂载体颗粒的强度。
步骤2：将步骤1处理后的混合物料加入造球机中进行造球，造球机转速设定为100r/min再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为0.5~2 mm的小粒径母球；母球制备过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其及时挑出。
母球的成型对后续制备得到的催化剂载体产品的性质有较大的影响，故在母球制备过程中有畸形或尺寸过大的球时，应及时挑出，碾碎后可用作下批次造球的原料。当母球的尺寸、强度等性能合适后，便可进入下一工序。
步骤3：继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，混合物料与胶溶剂为间断加入，在滚动造球过程中，边加混合物料，边喷入胶溶剂。在加入混合物料后球体滚动几圈后喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至3~8 mm粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料2 h；球团长大过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其挑出。
胶溶剂的主要作用是使物料之间发生粘结，由于拟薄水铝石表面含有大量羟基，与酸发生作用形成稳定的双电层结构胶体，使得物料相互粘连。母球成型后，需要继续进行闷料，目的是使球团水分均匀。
步骤4：将步骤3闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，其中烘干温度为120 ℃，烘干时间为4 h；焙烧温度为550 ℃，焙烧保温时间为5 h筛分后颗粒直径大于4 mm的球团占比为50%~80%，即得到所述活性氧化铝载体球。经过强度测试，所得氧化铝球平均强度约75N，达到了市售氧化铝球的平均水平。
催化剂颗粒的大小对其催化性能具有一定的影响，随着颗粒直径的增加，内扩散的影响逐渐减小。一般情况下，造球机催化剂颗粒直径的减小有利于转化率的提高，故需通过筛分对催化剂载体颗粒产品进行筛选。干燥温度主要影响催化剂载体颗粒的强度，一般情况下，干燥温度越低，产品的强度也越低，催化剂在床层中的长时间稳定运行要求其具有一定的强度。焙烧阶段主要发生的是化学变化，γ-Al2O3物相逐渐生成，氧化铝存在多种晶型，而γ-Al2O3由于具有比面积大等优点是催化剂载体球中所需的晶型，其生成需对被烧得温度及时间进行适当的控制。
实施例二：
本实施例提供了一种水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将1kg拟薄水铝石加入300g ρ-Al2O3，120 g聚丙烯酰胺，150 g二氧化铝纤维混合均匀，向混匀后的物料中喷入盐酸胶溶剂，并进行搅拌，共喷入盐酸约60 ml，混合均匀后进行闷料100 min，获得混合物料。
步骤2：将步骤1处理后的混合物料加入造球机中进行造球，造球机转速设定为200r/min再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为0.5~2 mm的小粒径母球；母球制备过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其及时挑出。
步骤3：继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至3~8 mm粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料5h；球团长大过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其挑出。
步骤4：将步骤3闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，其中烘干温度为100℃，烘干时间为8 h；焙烧温度为600℃，焙烧保温时间为4 h筛分后颗粒直径大于4 mm的球团占比为50%~80%，即得到所述活性氧化铝载体球。经过强度测试，所得氧化铝球平均强度约80N，达到了市售氧化铝球的平均水平。
实施例三：
步骤1：将1kg拟薄水铝石加入350g ρ-Al2O3，150 g活性炭，100 g二氧化铝纤维，50g二氧化硅纤维混合均匀，向混匀后的物料中喷入硝酸胶溶剂，并进行搅拌，共喷入硝酸约60 ml，混合均匀后进行闷料120 min，获得混合物料。
步骤2：将步骤1处理后的混合物料加入造球机中进行造球，造球机转速设定为300r/min再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为0.5~2 mm的小粒径母球；母球制备过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其及时挑出。
步骤3：继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至3~8 mm粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料3h；球团长大过程中，若出现粘连或者尺寸过大的球，将其挑出。
步骤4：将步骤3闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，其中烘干温度为90℃，烘干时间为8 h；焙烧温度为500℃，焙烧保温时间为5 h筛分后颗粒直径大于4 mm的球团占比为50%~80%，即得到所述活性氧化铝载体球。经过强度测试，所得氧化铝球平均强度约74N，达到了市售氧化铝球的平均水平。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：将拟薄水铝石、ρ-Al2O3、造孔剂、助剂按比例混料，向混匀后的物料中喷入胶溶剂，并进行搅拌，混合均匀后进行闷料20～50min，获得混合物料；
ρ-Al2O3的添加量为拟薄水铝石质量的15％～35％；造孔剂的添加量为拟薄水铝石质量的10％～20％；助剂的添加量为拟薄水铝石质量的5％～15％；胶溶剂的添加量为40～70mL/kg拟薄水铝石；
所述助剂为二氧化硅纤维、氧化铝纤维中的一种或两种的混合物；
步骤2：将步骤1处理后的混合物料加入造球机中进行造球，再次喷入胶溶剂，使混合物料粘结成为小粒径母球；
步骤3：继续加入步骤1处理后的混合物料，并喷入胶溶剂，使小粒径母球不断长大至所需粒径，物料成型后，将得到的球团进行闷料1～5h；
混合物料与胶溶剂为间断加入，胶溶剂的加入量为物料总重量的8％～20％，当球团粒径长大至3～8mm后，停止加入混合物料；
步骤4：将步骤3闷料处理后获得的球团置于干燥箱中烘干，随后进行焙烧，将冷却后的球团进行筛分，即得到所述活性氧化铝载体球。
2.根据权利要求1所述的水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述拟薄水铝石的粒度为250～150目，比表面积＞320m2/g，孔容为0.7～1.0mL/g。
3.根据权利要求1所述的水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述造孔剂为活性炭、甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；所述胶溶剂为乙酸、硝酸、盐酸中的一种或几种混合物的水溶液，溶液中酸的质量分数为5％～15％。
4.根据权利要求1所述的水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，其特征在于，步骤2中，造球机的转速为50～800r/min；胶溶剂的加入量为物料总重量的5％～15％，母球粒径长大至0.5～2mm后停止加入胶溶剂。
5.根据权利要求1所述的水解催化剂中活性氧化铝载体球的制备方法，其特征在于，步骤4中，烘干温度为80～130℃，烘干时间为3～8h；焙烧温度为400～600℃，焙烧保温时间为1～5h。
6.一种水解催化剂中活性氧化铝载体球，其特征在于，所述活性氧化铝载体球由权利要求1～5任一项所述制备方法制备得到。
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