專利名稱：一種固體催化劑顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非均相反應(yīng)中使用的固體催化劑，尤其是高溫反應(yīng)工藝中使用的催化劑。
背景技術(shù)：
工業(yè)上使用的固體催化劑就構(gòu)成的材料來說，絕大多數(shù)屬于非塑性的材料，而由非塑性材料組成的構(gòu)件會在幾何形狀發(fā)生突變時引發(fā)局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象，也就是所謂的局部應(yīng)力集中。對于在高溫反應(yīng)工藝中使用的固體催化劑來說，這種局部應(yīng)力集中的情況更為突出，當(dāng)局部應(yīng)力超過了催化劑顆粒所能承受的強度，就會導(dǎo)致顆粒破裂。破碎后的細小顆粒不僅會造成催化劑床層阻力增大，而且會引發(fā)整個催化劑床層催化性能的降低甚至失活，給整個工藝生產(chǎn)帶來巨大的損失。授權(quán)公告號為CN 201404809Y的實用新型“一種顆粒狀新型催化劑”中公開了一 種圓柱體的一端或者兩端為鼓面的催化劑顆粒。這種結(jié)構(gòu)的催化劑顆粒，圓柱面上和兩端面上各自的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象基本可以認(rèn)為被消除，但在圓柱面與兩端面相接部分的局部應(yīng)力的集中依然明顯。如圖I顯示的該實用新型催化劑顆粒軸向的剖面示意圖，圖中的F點，也就是圓柱體部分剖面矩形的邊與端曲面體剖面的圓缺的劣弧的交點，由于構(gòu)成交點的矩形的直邊與圓缺的劣弧不是以相切的方式相交，而形成了非光滑的連接，這就使得該點處局部應(yīng)力過大，而當(dāng)外界環(huán)境因素劇烈變化時，如溫度，內(nèi)部局部應(yīng)力的集中就會更加顯著，當(dāng)局部應(yīng)力超過了催化劑顆粒所能承受的強度，就會導(dǎo)致顆粒破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中主要解決的技術(shù)問題是降低采用現(xiàn)有技術(shù)制備的催化劑顆粒圓柱面與兩端曲面相接部分的局部的應(yīng)力集中。減少應(yīng)力集中的辦法是盡量使構(gòu)件的外形圓滑過渡，為此，本發(fā)明中催化劑顆粒圓柱體兩端曲面體的沿軸向的截面為半橢圓形，如圖2顯示的本發(fā)明催化劑顆粒軸向的剖面示意圖，圖中的G點，也就是圓柱體部分剖面矩形的邊與端曲面體剖面的半橢圓弧的交點，由于構(gòu)成交點的矩形的直邊與半橢圓弧是以相切的方式相交，形成了光滑的連接，從而整個催化劑顆粒外表面實現(xiàn)圓滑過渡，降低了交線處的局部應(yīng)力，提高了催化劑的強度。本發(fā)明的具體的技術(shù)方案包括
一種用于多相催化反應(yīng)的固體催化劑顆粒，主體部分為沿中軸開有直孔的旋轉(zhuǎn)體，即由圓柱體及圓柱體兩端的曲面體構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成圓柱體兩端曲面體的沿催化劑軸向的截面為半橢圓。催化劑顆粒中圓柱體部分的徑向截面的圓形的直徑(D)為4 mm至12 mm。催化劑顆粒中圓柱體部分的高度(H)為O. 至I. 0D。催化劑顆粒中圓柱體兩端曲面體軸向截面的半橢圓形的長軸長度(a)為O. 5D，而短軸長度(b)為O. 4a至O. 7a。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)圓滑，局部應(yīng)力小，催化劑顆粒強度高，適用于高溫工藝過程，如大規(guī)模制取代用天然氣，天然氣重整等。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的催化劑顆粒軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明催化劑顆粒軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步的說明，實施例僅用于詳細解釋說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用半橢圓端面與圓柱兩端相接的技術(shù)方案降低了連接部的局部應(yīng)力，在改善顆粒外觀圓滑程度的同時，顯著提高了催化劑顆粒的強度。 催化劑顆粒強度可以通過顆粒的壓碎強度(又細分為軸向壓碎強度和徑向壓碎強度)和磨損率ω這兩個指標(biāo)來考察具體實施方式
中所涉及的本發(fā)明催化劑顆粒和比較例的催化劑顆粒都是根據(jù)這些顆粒各自的結(jié)構(gòu)特征，采用同樣的材料和設(shè)備制備得到的。采用姜堰市銀河儀器廠出產(chǎn)的YHKC-3A型自動顆粒強度測定儀測試顆粒的壓碎強度，即以顆粒剛被壓碎時刻的壓碎力作為顆粒所能承受的最大外壓力，并且壓碎強度根據(jù)催化劑放置方法再分為軸向壓碎強度和徑向壓碎強度。測試每種樣品的徑向或者軸向壓碎強度時，隨機抽取100枚同樣的催化劑顆粒，在同樣的放置方式(徑向/軸向)下讀取并記錄每個顆粒的壓碎強度數(shù)值取算數(shù)平均值作為該樣品(軸向/徑向)的壓碎強度值。采用上海黃海藥檢儀器有限公司出產(chǎn)的ΒΥ-300Α型小型包衣機(不銹鋼制糖衣鍋直徑200mm，糖衣鍋傾斜角為35度)測試樣品顆粒的磨損率。測試時，每種樣品隨機抽取200顆，放入糖衣鍋中，糖衣鍋轉(zhuǎn)速控制為60轉(zhuǎn)/分鐘，保持轉(zhuǎn)速I小時后停止，取出顆粒，讀數(shù)外形結(jié)構(gòu)完整的顆粒個數(shù)W，計顆粒磨損率co = [(200-W)/200] X100%。實施例I
本實施例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖2和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的軸向截面為半橢圓的曲面體構(gòu)成。圓柱體的直徑D=4 mm,圓柱體的高H=4 mm,中軸開孔內(nèi)徑0=1 mm,端曲面軸向截面半橢圓對應(yīng)橢圓長軸a=2 mm,短軸b=l mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為29. 3牛/顆,軸向壓碎強度為24. I牛/顆粒，磨損率ω為6. 5%。實施例2
本實施例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖2和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的軸向截面為半橢圓的曲面體構(gòu)成。圓柱體的直徑D=5 mm,圓柱體的高Η=2· 5 mm,中軸開孔內(nèi)徑0=1. 25 mm,端曲面軸向截面半橢圓對應(yīng)橢圓長軸a=2. 5 mm,短軸b=l. 5 mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為29. 5牛/顆,軸向壓碎強度為28. 7牛/顆粒，磨損率ω為4. 5%。實施例3
本實施例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖2和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的軸向截面為半橢圓的曲面體構(gòu)成。圓柱體的直徑D=9 mm,圓柱體的高Η=5· 4 mm,中軸開孔內(nèi)徑0=2. 25 mm,端曲面軸向截面半橢圓對應(yīng)橢圓長軸a=4. 5 mm,短軸b=l. 8 mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為33. 7牛/顆,軸向壓碎強度為34. 2牛/顆粒，磨損率ω為4. 5%。實施例4
本實施例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖2和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的 軸向截面為半橢圓的曲面體構(gòu)成。圓柱體的直徑D=12 mm,圓柱體的高Η=9· 6 mm,中軸開孔內(nèi)徑0=3 mm,端曲面軸向截面半橢圓對應(yīng)橢圓長軸a=6 mm,短軸b=4. 2 mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為34. 5牛/顆,軸向壓碎強度為30. 9牛/顆粒，磨損率ω為7. 0%。比較例I
本比較例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖I和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的軸向截面為圓缺的球冠構(gòu)成。圓柱體的直徑D=5mm，圓柱體的高H=5 mm,球冠對應(yīng)球體的半徑R=5 mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為21. 7牛/顆，軸向壓碎強度為23. 8牛/顆粒，磨損率ω為13. 5%。比較例2
本比較例中催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)特征及具體尺寸如圖I和表I所示。催化劑顆粒主體為旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體由圓柱體及圓柱體兩端的軸向截面為圓缺的球冠構(gòu)成。圓柱體的直徑D=9mm，圓柱體的高H=4. 5 mm,球冠對應(yīng)球體的半徑R=4. 5 mm。該催化劑顆粒徑向壓碎強度為29. I牛/顆，軸向壓碎強度為22. 5牛/顆粒，磨損率ω為18. 0%。表 I
權(quán)利要求
1.一種用于多相催化反應(yīng)的固體催化劑顆粒，主體部分為中軸開有直孔的旋轉(zhuǎn)體，由圓柱體及圓柱體兩端的曲面體構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成圓柱體兩端曲面體的沿催化劑軸向的截面為半橢圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于圓柱體部分的徑向截面的圓形的直徑⑶為4 mm至12 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于圓柱體部分的高度(H)為O. 至I.0D。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于圓柱體兩端曲面體軸向截面的半橢圓形的長軸長度(a)為圓柱體徑向截面圓的半徑，即O. 5D,而短軸長度(b)為O. 4a至O. 7a。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于沿中軸的直孔內(nèi)徑(0)為O.25D。
全文摘要
一種用于多相催化反應(yīng)的固體催化劑顆粒，主體部分為沿中軸開有直孔的旋轉(zhuǎn)體，即由圓柱體及圓柱體兩端的曲面體構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成圓柱體兩端曲面體的沿催化劑軸向的截面為半橢圓。
文檔編號B01J35/02GK102909091SQ20121040021
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月20日
發(fā)明者王翀, 丁純梅, 唐定興 申請人:安徽工程大學(xué)