CN202078903U - 一种异球形颗粒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种异球形颗粒，异球形颗粒整体为球形，球形颗粒经线方向上具有3~10个沟槽，沟槽之间的突起部分是横截面为椭圆长轴方向的突起叶片，突起叶片的大小和形状相同。与现有形状的颗粒相比，本实用新型提供的异球形颗粒具有更大的外表面积与体积之比，本实用新型颗粒构成的床层压降更低，液相物流分布更均匀。本实用新型异球形颗粒通过调整材料及负载组分可以用于各种反应过程，如用于加氢反应过程等。

Description

一种异球形颗粒

技术领域

本实用新型涉及一种异球形颗粒，所述异球形颗粒可以在各种各样的催化或非催化领域中应用。特别是可以用来防止或显著减少催化剂床层的结垢，所述催化剂床易受含结垢进料的装料影响，因而减少了压降的增加。还可以应用于临氢催化过程，如加氢脱硫催化剂、加氢裂化催化剂等，能较好地提高催化性能并显著改善装填过程，减少运转过程的床层压降。

背景技术

随着国内市场与国际市场的融合，以及民众环保意识的提高，炼油业面临着更大的产品质量升级压力。加氢精制和加氢裂化是石油加工的一个重要过程，其目的在于除去油品中的硫、氮、氧等杂原子及金属杂质进而改善产品质量。催化剂是加氢精制和加氢裂化技术进步的关键，提高催化剂性能是充分挖掘炼油厂现有装置潜力、提升产品质量的主要手段。

在过去，已经作了大量工作专门用来开发各种形状的颗粒，尤其是催化活性颗拉，用于许多不同的用途。还有相当大的努力试图了解当形状与普通形状如片形、条形、球形及圆柱形等不同的供在催化及非催化工作中用时，形状作用的优点及有时的缺点。

一些众所周知形状的例子是多叶草形、环形、苜蓿叶形、哑铃形、C形、球形等形状的颗粒。许多商品催化剂可以TL(三叶草形)或QL(四叶草形)形式买到。它们用作普通圆柱形状的代用品，由于它们增加了面积与体积之比，能暴露更多的催化部位，因此提供了更多的活性位。

针对不同形状对催化性能的影响所作的研究其中一个例子在I. Naka和Ade Bruijn的论文(J. Japan  Petrol. Inst. ,Vol, 23, No. 4, 1980, pp. 268-273)中有详细的介绍，上述论文的标题是“具有非圆柱形状的催化剂的加氮脱硫过程活性”。该文献介绍了一些实验，其中将具有对称四叶草形、不对称四叶草形和三叶草形横截面的非圆柱形压出物及具有公称直径为1/32，1/16和1/12英寸的压出物在小实验室规模单元中对它们的催化脱硫过程活性(12%wt MoO₃和4%wt CoO在γ-氧化铝上)进行了测试。在这篇论文中得出结论是HDS(加氢脱硫过程)活性与催化剂颗拉的几何体积与表面之比有很大关系，而与催化剂的形状无关。

在1987年发布的EP-A-220933中，说明四叶草型催化剂的形状尤其是对通称为压降的现象是重要的。从所提供的实验证据来看，显然不对称四叶草形对压降的影响比接近相关对称四叶草形的要少。不对称成形的颗粒在EP-A-220933中说明通过每对突出部被一个沟槽分开，上述沟槽比各突出部窄，以防被相邻颗粒的突出部进入其中。在EP-A-220933中教导说，颗粒的形状防止它们“装填”在催化剂床中而造成催化剂床的总松密度低。

CN01211252.6公开了一种横断面为对称的三花瓣型催化剂或催化剂载体颗粒，是一种条形颗粒，条形颗粒的横断面为对称三花瓣型，横断面的外圆直径D等于内圆直径d的二倍，该催化剂的侧面积与直径为D的圆柱侧面积相同，而从外侧表面到中心的最大扩散长程距离与直径为d的圆柱体的直径相同。

球形颗粒也是一种常用的颗粒形状，是多种填料和催化剂的常用形状之一。如CN201053000Y公开了一种蜂窝开孔瓷球颗粒、CN2550055Y公开了一种灯笼型瓷球颗粒、CN2360151Y公开了一种沟槽瓷球颗粒。

CN99225197.4公开了一种球形颗粒，该颗粒是在球形催化剂粒的表面上，沿经线方向开设一条或多条沟槽。沟槽可以是各种形状的，沟槽的深度和宽度小于催化剂半径的二分之一。该颗粒，有效地增加了催化剂的外表面，提高了反应效率；延长了催化剂的使用寿命；降低了结焦倾向，延缓床层阻力降的升高，提高了催化剂的利用率。该颗粒形状棱角分明，在实际使用过程中，容易被磨损而产生较大粉尘，影响使用效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具有表面具有沟槽的球形颗粒，所述的球形颗粒整体为球形，该颗粒具有更大的外表面积与体积之比，本实用新型颗粒构成的床层压降更低，液相物流分布更均匀。

本实用新型异球形颗粒整体为球形，球形颗粒经线方向上具有3~10沟槽，优选为5个沟槽，沟槽之间的突起部分是横截面为椭圆长轴方向的突起叶片。突起叶片的大小和形状相同。

本实用新型异球形颗粒中，整体为球形的半径计为R1，沟槽最深点到颗粒球心的距离计为R2。本实用新型异球形颗粒中，突起叶片最大横截面处的椭圆长轴直径等于R1，突起叶片的高度为R1-R2。突起叶片的高度一般为0.2R～0.7R，优选为0.4R～0.6R。

本实用新型异球形颗粒的材料可以根据使用的需要具体确定，例如用做加氢催化剂时，颗粒的材料一般为氧化铝、二氧化硅、二氧化硅—氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化锗、分子筛中的一种或混合物。加氢活性组分可以通过浸渍法负载到颗粒上，也可以与载体材料共同成型。

本实用新型异球形颗粒的制备可以采用模具压球，或采用孔板挤出带所需沟槽的条形物，再经切粒和滚球的方法制备。

本实用新型异球形颗粒能够减少磨损，减少粉尘，并使外表面积进一步增加，使使用性能得到进一步提高。经过研究发现，按照本实用新型所述的颗粒，具有比相同尺寸的其他形状（如球形、三叶草形，圆柱条形等颗粒）更大的外表面积与体积之比，本实用新型颗粒的床层压降要小得多。而且，按照本实用新型所述的颗粒形状允许一定的“紧实”度，而按照EP-A-220993所述的上述“紧实”度对压降是不利的。

具体地说，本实用新型催化剂具有如下特点：

1、传质性能好。对于加氢精制和加氢裂化反应，反应物是大的烃类分子，反应物的扩散对催化反应的影响非常大，因此提高扩散速度能提高反应速度。通过计算表明，在外切圆尺寸相同的情况下，三叶草外表面积是圆柱条的1.25倍，本实用新型外形的催化剂，能够大大增加了催化剂的外比表面积，进而加大了外扩散传质的速度，提高了催化反应速度。

2、装填均匀，装卸容易。本实用新型外形的催化剂具有球形催化剂的优点，即装填容易、操作简单、装填均匀等。采用普通装填方法就能使催化剂床层均匀，同时可以确保反应器内催化剂床层阻力和压力均衡，有效解决了反应器内物料分配不易均匀的问题。能够消除了因催化剂架桥而产生的沟流和局部过热，减少了催化剂的结焦，延长了催化剂的使用寿命。同时也避免了由于装填的不均匀而对催化剂使用造成的不良影响。

3、催化剂床层压降小。本实用新型外形的催化剂床层压降小于条形催化剂的床层压降，并且催化剂的外形尺寸可以调整，可根据反应器的直径和催化剂床层高度确定催化剂的粒径大小，选择合适的催化剂粒径，优化催化剂的床层压降。

4、催化剂床层不易塌陷。降低催化剂颗粒的尺寸可以增大催化剂外表面积，从而提高催化剂的性能。但催化剂几何尺寸（即粒度）的减小会导致反应器床层压降增大，因此条形催化剂为了防止催化剂床层压降过大，必须有一定直径和长度。由于条形催化剂轴向和径向受力不均匀，条形催化剂容易折断变短，使催化剂床层塌陷，影响催化剂的反应性能；本实用新型外形的催化剂具有球型催化剂的优点：受力均匀，具有高抗压强度，不易产生催化剂床层塌陷现象。

5、颗粒在实际使用过程中，磨损小，产生粉尘小，使用效果好。

附图说明

图1是本实用新型异球形颗粒横截面结构示意图；

图2是本实用新型异球形颗粒横截面结构设计方法示意图。

其中：1-异球形颗粒整体外形；2-突起叶片外形；3-不带沟槽部分实体外形。

具体实施方式

本实用新型涉及一种具有表面具有沟槽的球形颗粒，所述的球形颗粒整体为球形，并在经线方向上开3~10个槽，以5个槽为例，颗粒经线方向的投影如图1。

如图2所示，设计该颗粒（截面结构）时，有5个相同且均匀分布的椭圆，椭圆长轴一端的端点集中在颗粒球心，以长轴的顶点为圆心，5个相同的椭圆均匀分布在圆上，每两个椭圆相交，相交点为沟槽的最深位置。

上述颗粒还可以包括有一个或多个孔。例如可以在经线的径向中心有一个孔或多个孔。一个或许多孔的存在使表面与体积之比增加，上述表面与体积之比增加原则上允许暴露更多的催化部位，并且在任何情况下，更多的暴露于进入的装料之下，上述情况从催化和/或排除污垢的观点来看都可以有利地工作。因为当颗拉的尺寸变得更小时，生产空心颗粒变得越来越困难，所以优选的是当由于某些用途而希望更小的尺寸时，采用粗大的颗粒(仍具有它们的微孔)。

按照本实用新型所述的颗粒的直径合适的是在2和100mm之间的范围内，优选的是在5和50mm之间的范围内。

成形的颗粒可以用任何合适材料形成，只要所述材料能通过模板使它们具有预定形状进行加工就可以。最好是可以在催化应用及在非催化应用中使用的多孔材料。包括无机耐高温氧化物如氧化铝、二氧化硅、二氧化硅—氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化锗及两种或两种以上这些材料的混合物。材料的选择通常将取决于应用的目的。也可以使用合成的或天然的沸石、或它与上述耐高温氧化物中的一种或多种的任意混合物，作为形成本实用新型所述成形颗粒的材料。

用基于氧化铝的(催化活性)颗粒，尤其是用γ-氧化铝，和各种形式的二氧化硅—氧化铝，可以得到良好的结果，但其它材料也可以达到令人满意地效果。

下面以具体事例来说明本实用新型效果。

表1 各形状载体的性质比较。

样品	形状	单粒结构参数（mm）	松堆时体积（ml）	紧堆时体积（ml）	松堆时空隙率（%，V/V）	紧堆时空隙率（%，V/V）
							比较例1	球形	φ2.5	100	98	37.0	35.6
比较例2	三叶草形	D=2.5；d=1.25；L=3~8	100	88	45.1	36.7
							实施例1	本实用新型	R1=2.5；R2=0.8	100	96	41.0	38.8
实施例2	本实用新型	R1=2.5；R2=1.1	100	97	42.0	39.0
							实施例3	本实用新型	R1=2.5；R2=1.6	100	95	41.5	38.6

表中，松堆是指颗粒随意自由下落形成之堆积；紧堆是指将松堆态不断地夏实，直至其体积不再减小。空隙率的定义是堆积态的粒间空隙体积与颗粒堆积体积之比。

表中的三种不同形状的A1₂O₃载体，系用相同的原料与配比，经不同的成型工艺所制得。其中，三叶草形(P)系按专利ZL01211252.6的设计制得。临界直径D为2.5 ( mm )，三个叶子为d=1.25 (mm)的小圆构成的月牙。但长度L则参考目前市售三叶草催化剂的规格，取L=3—8mm(随机分布)。

由表中数据可知：

(1)比较例1与实施例1~3载体，在松堆与紧堆时的体积仅相差2~5%，说明二者的堆积十分均匀、合理，可使催化剂迅速达到稳定的堆积状态，避免催化剂局部过热与超负荷，从而有利于催化剂实现高效稳定的运转。比较例2的松堆与紧堆体积相差12%，表明其中架桥严重。在使用过程中这种不稳定的状态会不断发生变化，引发床层阻力随之改变，进而影响催化剂反应性能的稳定。

(2)本实用新型载体紧堆时的空隙率比比较例均高，这意味着由其装填成的固定床，对流体的阻力将更小。这一方面有利于降低过程的能耗，减小对催化剂的冲击性损伤，从而有利于延长其使用寿命。另一方面，较大的空隙率，为提高催化床的空速提供了便利条件，只要活性组分催化效率跟得上，便可提高空速，从而提高反应器的生产能力。

Claims (8)

1.一种异球形颗粒，异球形颗粒整体为球形，其特征在于：球形颗粒经线方向上具有3~10个沟槽，沟槽之间的突起部分是横截面为椭圆长轴方向的突起叶片，突起叶片的大小和形状相同。

2.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：球形颗粒经线方向上具有5个沟槽。

3.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：异球形颗粒中，整体为球形的半径计为R1，沟槽最深点到颗粒球心的距离计为R2，突起叶片最大横截面处的椭圆长轴直径等于R1，突起叶片的高度R1-R2为0.2R～0.7R。

4.按照权利要求3所述的异球形颗粒，其特征在于：突起叶片的高度为0.4R～0.6R。

5.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：异球形颗粒还可以包括有一个或多个孔，在经线的径向中心有一个孔或多个孔。

6.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：异球形颗粒整体球形的直径在2和100mm范围内。

7.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：异球形颗粒整体球形的直径在5和50mm范围内。

8.按照权利要求1所述的异球形颗粒，其特征在于：异球形颗粒的材料为氧化铝、二氧化硅、二氧化硅—氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化锗、分子筛中的一种或混合物。

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