专利名称：一种异柱形颗粒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种异柱形颗粒，特别是用于催化剂及其载体或化工填料的异柱形颗粒，具体地说是具有特殊横截面形状的异柱形催化剂及其载体、化工填料颗粒。
背景技术：
在石油、化工等领域通常需使用催化剂及填料，在一些物理或化学反应过程中，有时需要催化剂或填料具有较大的外表面积，或较大的床层空隙率，或同时要求较大外表面积和较大床层空隙率，而规则形状的催化剂或填料较难达到上述要求，特别是难以同时达到上述两种要求。
现有技术中关于改变催化剂颗粒形状的报道较多，如US4394303，US3966644，US3997426，US4342643等，它们介绍了三叶条形、四叶条形、空心圆柱形、空心棱柱形、波纹边空心圆柱形、沟槽圆柱形等催化剂颗粒形状。与传统的圆柱形和球形催化剂相比，其颗粒虽然在不同程度上提高了床层空隙率，但都不同程度地存在颗粒之间的闭锁问题，因而对增加床层空隙率仍不十分有效。US4342643虽然对上述问题有所考虑，但仍未深入解决，因为其沟槽两个侧边的延长线经过圆柱体的轴心由此形成开放形的沟槽，从而容易导致某一颗粒的凸出部嵌入到另一颗粒的沟槽中，引起空隙率的下降。另外在申出部分的两个侧边与槽底的垂直相接处，极易产生断裂和破碎，由此产生的碎片很容易堵塞反应器床层。CN1209359A公开了一种异形催化剂载体。该专利通过在圆柱体周边沿轴向均匀地开出二至四个大小相等的拱形沟槽，分别形成二至四个对称的凸出体，使每个沟槽的下部均为背向圆柱体轴心的圆弧线与沟槽底部圆弧线相切的两个直边为平行线，或两个直边的延长线在圆柱体轴心一侧的夹角小于25°。该专利对沟槽和凸出部分进行了改进，进一步减少了闭锁问题，又有效增加了载体的耐压强度。但该专利因构造形状限制，存在如下缺点一是不能获得较大的截面空隙率，因为沟槽开口不能太大，否则沟槽闭锁问题仍然不能避免；二是与沟槽底部圆弧线相切的两个直边与外圆相交形成锐边，该锐边不耐外力冲击，在运输和装填过程中由于颗粒相互碰撞挤压以及工况状态下流体冲击产生碎屑和粉末，这些碎屑和粉末也会堵塞反应器床层。
此外，上述各种催化剂形状中有相当部分，物料在同一颗粒的不同表面方位向实体内部的垂直扩散距离相差较大，导致颗粒实体内部物料扩散强度大小相差悬殊，作用寿命长短不一，甚至存在物料不能到达的扩散死角，造成催化剂实体资源浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型设计一种催化剂及其载体或填料等颗粒形状，在有效减少闭锁、增加耐压强度的同时，增加外表面积和床层空隙率，减少碎屑产生，同一颗粒的不同表面方位向实体内部的垂直扩散距离均匀。
本实用新型催化剂及其载体或填料的结构为以圆柱体为基础，用槽沟构造出对称、叶片截面为灵芝(或蘑菇)状的2～5叶柱，一般常用3或4叶异形柱。横截面上，叶间槽沟由槽沟弧线与相邻两个叶角弧线相向外切相交构成，形成具有瓶颈状开口的曲线弧形槽沟截面；叶片外端由一段外弧线与两个叶角弧线相向内切相交构成，形成灵芝(或蘑菇)状叶片截面；外弧面、叶角弧面和槽沟弧面相切连接，构成本实用新型外侧表面圆滑过渡的异柱形。
构成本实用新型横截面的槽沟弧线、叶角弧线和外弧线，均为圆滑曲线，包括圆弧、椭圆弧、抛物线、双曲线等二次方程曲线，也可以是其他高阶方程曲线。槽沟弧线、叶角弧线和外弧线可分别为同一种类曲线，也可分别为不同种类曲线。为方便实施设计和制造，最好采用圆弧或椭圆弧。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1、在空隙率相同或相近的情况下，本发明的异柱形催化剂及其载体、化工填料的瓶颈状沟槽开口，大大减小了产生闭锁的机率和程度；而采用相同体积(或重量)制备外围直径、槽沟开口宽度相同或相近的柱条体，本发明可获得较高的截面空隙率，有利于增加整体装填床层的空隙率。2、本实用新型的异柱形催化剂及其载体、化工填料，所有轴向外表面为切向平滑过渡连接，无任何锐边，能有效化解外力冲击，减少颗粒在搬运和装填过程以及工况状态下的碎屑和粉末产生，更有效避免床层堵塞。3、本实用新型的异柱形催化剂及其载体、化工填料，所有轴向外表面为几何曲面，与外观规格相近的现有一般柱条相比，具有更大的外表面积，有利于流体扩散。4、本实用新型的异柱形设计，使流体在颗粒不同外表方位向实体内部垂直扩散的距离趋于匀一，有效提高催化剂实体资源利用效率。5、本实用新型颗粒具有较大的空隙率和外表面积，水力学性能良好，颗粒的外扩散阻力小，既可用于多相催化反应的催化剂及其载体，也可用于一般化工填料。
图1是本实用新型三叶柱截面示意图，图中①为外圆直径，②为叶角圆直径，③为槽沟圆直径，④为叶柄最窄宽度。
图2是本实用新型四叶柱截面示意图，图中①为外圆直径，②为叶角圆直径，③为槽沟圆直径，④为叶柄最窄宽度，⑤为一个叶片的两个叶角圆芯对外圆芯的夹角。
图3是USP4394303所示催化剂载体颗粒结构。
图4是CN1209359A所示催化剂载体颗粒结构。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的结构和特征。图中槽沟弧线、叶角弧线和外弧线均采用圆弧设计。
本实用新型结构中，外圆直径决定本发明异形柱的最大外围直径，根据成品用途不同，取值范围在0.5～300mm之间。用作催化剂及其载体，一般取值范围为0.5～100mm，最好为1～60mm；用作一般化工填料，一般取值范围为1～300mm，最好为3～150mm。
本实用新型可根据成品用途不同而采用不同的材料。如作为催化剂载体，可以是氧化铝，氧化硅，氧化硅一氧化铝，氧化镁，氧化镁一氧化铝，粘土，铝酸钙等耐热材料；在这些载体中还可含有一种或多种分子筛，如X、Y、β、ZSM等分子筛。如直接制造催化剂，可根据具体催化剂原料配方，在上述一种或数种载体材料基础上添加所需活性金属组份。如本发明用作一般化工填料，可采用各种非金属化工填料的原材料。
本实用新型提供的异柱形催化剂及其载体、化工填料，其实施方案简便只需把挤条机孔板中的小孔设计成所需的形状，然后将物料调配、胶溶、混捏，通过孔板挤压成型后，再经干燥、焙烧(或烧结)等步骤获得制成品。
在三叶异柱形结构中，各尺寸比例优选如下(如图1所示)叶角圆直径②和槽沟圆直径③决定截面的空隙面积分率和槽口大小，也决定成品的耐压强度。槽沟圆直径③的取值范围由槽沟圆直径③与外圆直径①之比值决定，该比值小于0.5才有效，一般为0.10～0.40，最好在0.25～0.32之间；叶角圆直径②的取值范围由叶角圆直径②与槽沟圆直径③之比值决定，该比值一般不大于1.0，最好在0.4～0.8之间。叶柄最窄宽度④与成品的耐压强度密切相关，也是控制成品实体不同表面方位向内垂直扩散距离差值的重要参数。垂直扩散距离差值主要由叶角圆直径②与叶柄最窄宽度④之比值决定，该比值一般为0.5～1.2，最好在0.7～0.9之间。
在四叶异柱形结构中，各尺寸比例优选如下(如图2所示)叶角圆直径②和槽沟圆直径③决定截面的空隙面积分率和槽口大小，也决定成品的耐压强度。槽沟圆直径③的取值范围由槽沟圆直径③与外圆直径①之比值决定，该比值一般为0.10～0.30，最好在0.22～0.26之间；叶角圆直径②的取值范围由叶角圆直径②与槽沟圆直径③之比值决定，该比值一般不大于1.0，最好在0.55～0.85之间。叶柄最窄宽度④与成品的耐压强度密切相关，也是控制成品实体不同表面方位向内垂直扩散距离差值的重要参数。垂直扩散距离差值主要由叶角圆直径②与叶柄最窄宽度④之比值决定，该比值一般为0.5～1.2，最好在0.7～0.9之间。夹角⑤也同时决定截面的空隙面积分率和槽口大小、叶柄最窄宽度④，夹角⑤一般为20～60°，最好在35～45°之间。
下面结合实施例说明本实用新型的优点。称取氢氧化铝干胶粉(拟薄水铝石)依次加入田箐粉、TiCl3溶液、冰乙酸、净水，物料投料比例(重量比)Al2O3/田/TiCl3/(1∶1)HAC/H2O＝1/0.2～0.5/0.10～0.5/0.08～0.12/1.1将其混捏成可塑体，在挤条机上挤压成型，分别得到不同形状催化剂载体A、A1、B、B1，经干燥后，在550℃下焙烧5小时，测定催化剂载体的堆积密度，侧压机械强度和空隙率等结果列表1和表2。
本实用新型异形三叶柱载体A按图1设计，具体尺寸为外圆直径①＝3.0mm，叶角圆直径②＝0.50mm，槽沟圆直径③＝0.84mm，叶柄最窄宽度④＝0.65。
现有技术中三叶柱载体A1按图3设计(USP4394303结构)，具体尺寸为D＝3.0mm，d＝1.3mm。
表1 三叶柱形催化剂载体的性质
本实用新型异形四叶柱载体B按图2结构设计，具体尺寸为外圆直径①＝3.0mm，叶角圆直径②＝0.50mm，槽沟圆直径③＝0.72mm，叶柄最窄宽度④＝0.33，夹角⑤＝40°。
现有技术异形四叶柱载体B1按图4设计(CN1209359A结构)，具体尺寸为r7＝1.5mm，r8＝0.6mm，r9＝0.4mm。
表2 催化剂载体的性质
权利要求1.一种异柱形颗粒，以圆柱体为基础，其特征在于用槽沟构造出对称、叶片截面为灵芝状的2～5叶柱；在横截面上，叶间槽沟由槽沟弧线与相邻两个叶角弧线相向外切相交构成，形成具有瓶颈状开口的曲线弧形槽沟截面；叶片外端由一段外弧线与两个叶角弧线相向内切相交构成，形成灵芝状叶片截面；外弧面、叶角弧面和槽沟弧面相切连接，构成外侧表面圆滑过渡的异柱形。
2.按照权利要求1所述的异柱形颗粒，其特征在于所述的槽沟弧线、叶角弧线和外弧线为圆弧、椭圆弧、抛物线或双曲线形状；槽沟弧线、叶角弧线和外弧线是一种类曲线或几种曲线。
3.按照权利要求1或2所述的异柱形颗粒，其特征在于所述叶片为3片，颗粒为三叶异柱形结构，槽沟弧线、叶角弧线和外弧线是圆弧。
4.按照权利要求3所述的异柱形颗粒，其特征在于槽沟圆直径与颗粒外圆直径的比值为0.10～0.40，叶角圆直径与槽沟圆直径的比值不大于1.0，叶角圆直径与叶柄最窄宽度的比值为0.5～1.2。
5.按照权利要求3所述的异柱形颗粒，其特征在于槽沟圆直径与颗粒外圆直径的比值为0.25～0.32，叶角圆直径与槽沟圆直径的比值为0.4～0.8，叶角圆直径与叶柄最窄宽度的比值为0.7～0.9。
6.按照权利要求1或2所述的异柱形颗粒，其特征在于所述叶片为4片，颗粒为四叶异柱形结构，槽沟弧线、叶角弧线和外弧线是圆弧。
7.按照权利要求6所述的异柱形颗粒，其特征在于槽沟圆直径与颗粒外圆直径的比值为0.10～0.30，叶角圆直径与槽沟圆直径的比值不大于1.0，叶角圆直径与叶柄最窄宽度的比值为0.5～1.2。
8.按照权利要求6所述的异柱形颗粒，其特征在于槽沟圆直径与颗粒外圆直径的比值为0.22～0.26，叶角圆直径与槽沟圆直径的比值为0.55～0.85，叶角圆直径与叶柄最窄宽度的比值为0.7～0.9。
9.按照权利要求1所述的异柱形颗粒，其特征在于所述圆柱体直径为0.5～300mm。
专利摘要本实用新型涉及一种异柱形颗粒，以圆柱体为基础，用槽沟构造出对称、叶片截面为灵芝状的2～5叶柱，槽沟截面形状为瓶颈状，叶片外弧面、叶角弧面和槽沟弧面相切连接，构成外侧表面圆滑过渡的异柱形。本实用新型异柱形颗粒结构解决了现有技术中异柱形颗粒易闭锁、空隙率小、外表面积小、压碎强度低、易产生粉末、外扩散不均匀等问题，可以用于多种催化剂及其载体或其它填料。
文档编号B01J35/02GK2625026SQ03213520
公开日2004年7月14日 申请日期2003年5月31日 优先权日2003年5月31日
发明者韩保平, 彭派, 苏晓波, 方向晨, 曾榕辉, 李士才 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院