专利名称：一种固体催化剂颗粒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非均相反应中使用的固体催化剂颗粒，具体涉及一种主体呈柱状的固体催化剂颗粒。
背景技术：
非均相反应中使用的固体催化剂颗粒的外形结构特征是影响催化反应效果的重要因素之一。一方面，催化剂颗粒既是反应中各种原料相互接触的载体，也是催化活性中心所负载的基体，所以良好的固体催化剂颗粒应当具有较高的比表面积(单位体积所具有的表面积)；另一方面，固体催化剂颗粒应当具有较高的机械强度，只有具备一定机械强度才能保证催化剂在生产、运输和使用过程中保持完整的外形，而一旦催化剂颗粒的完整性被破坏，必将导致催化活性降低。所以，很多工艺中对催化剂颗粒的比表面积和机械强度同时都有很高的要求。
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申请号为201020160199. I的实用新型中公开了一种合成甲醇用催化剂颗粒，夕卜形为具有通孔的柱体，横截面为环形，并且环形内外圈形状可以为内梅花形或外梅花形，这样相对于实心圆柱形催化剂颗粒具有更高的表面积与体积比(即比表面积)，从而可以获得更高的时空收率。在描述这种梅花形外形特征时，如图I-A(外梅花)和图1-B(内梅花)所示，该实用新型仅给出了内、外梅花形的外接圆的直径和开孔的直径，而没有作其它的特征尺寸描述。根据该实用新型公开的权利要求、说明书以及说明书附图的内容，所述的外梅花形是由内切于大圆上的，并围绕大圆圆心形成环形阵列的小圆的圆弧组成(如图I-A所示)，所述的内梅花形是由大圆除去围绕大圆圆心形成环形阵列的小圆的圆缺形成(如图
I-B所示)。这样的结构中，小圆之间相互的交点(如图I-A中的F点)处，小圆弧与大圆弧的交点(如图I-B中的G点)处，由于两条圆弧之间不是光滑连接，所以存在明显的局部应力集中。生产、运输和装卸过程中，颗粒之间不可避免发生相对运动时，在这些局部应力集中的部位极易造成磨损。所以该实用新型虽然相对普通圆柱体催化剂颗粒具有更高的比表面积，但自身的机械强度，尤其是耐磨强度却明显下降。
发明内容
本发明中主要解决的技术问题是在提高催化剂颗粒比表面积的同时降低现有技术中的局部的应力集中，从而能够提高催化剂颗粒的耐磨强度。根据力学原理，减少应力集中的方法是尽量使构件的整体外形实现圆滑过渡。为此，本发明中催化剂颗粒主体的径向横截面的外轮廓线是由多段相切的劣弧首尾相连形成的连续、光滑、起伏的形状。根据高等数学中对光滑曲线判断的法则，由于本发明中这样形状的外轮廓曲线的特征函数具有一阶连续的导数，所以是光滑曲线。也就是说，本发明中催化剂颗粒横截面的外轮廓线是光滑曲线。这样的外轮廓线上具有除了圆形以外的理论上最小的摩擦力和最少的应力集中；而相对于普通圆柱面，本发明中催化剂颗粒的这种起伏状的柱面具有更高的比表面积。综上所述，本发明在提高催化剂颗粒比表面积的同时，相对于现有技术中非完全光滑连接的柱面，也显著降低了局部应力，达到了提高催化剂颗粒耐磨强度的效果。本发明的具体的技术方案包括
一种用于非均相反应中的固体催化剂颗粒，主体部分为高度为H的柱状，其特征在于催化剂颗粒的径向横截面外轮廓线呈连续的、光滑的起伏形状，且外轮廓线的外接圆半径为R，内切圆半径为r。形成上述催化剂颗粒主体径向横截面的连续光滑的起伏状外轮廓线的是具有下列特征的曲线段(如图2所示)一组数量为N，半径为a的圆，围绕中心点0，在0°到360°范围内呈环形阵列(图2中组成环形阵列圆的数量N为6);做如下三个圆，即外轮廓线的内切圆(图2中的圆心为0，半径为r的圆)、及相邻的2个半径为a的圆(如图2中的圆P和圆Q)的外切圆(如图2中的圆S)，得到另一组数量同为N的圆；分别来自这两组数量同为N的圆，两两之间相外切(如图2中圆P和圆S相外切，圆S和圆Q相外切)，每个圆上形成相应的2个切点(如图2中圆P上的点A和点B，圆S上的点B和点C)，取这两个 切点之间的劣弧，所有的这些劣弧首尾相连构成横截面的这种连续光滑的起伏状的外轮廓线。上述形成催化剂颗粒特征的各种相关参数尺寸为
R = 2 mm 6 mm ;
r = 0. 7R 0. 9R ;
H = 2R 2. 4R ;a = 0. 2R 0. 5R ;
N = 3 8。当催化剂颗粒沿中轴线开有直孔时，直孔的直径(0)为0至0. 4R。本发明与现有技术相比，外轮廓连续光滑，局部应力小，在提高催化剂颗粒比表面积的同时，更显著提高了催化剂颗粒的耐磨强度。
图I-A为现有技术中横截面为内空心的外梅花环形颗粒径向截面结构示意图。图I-B为现有技术中横截面为内空心的内梅花环形颗粒径向截面结构示意图。图2为本发明催化剂颗粒横截面外轮廓线形成示意图。图3为本发明实施例I横截面外轮廓线示意图。图4为本发明实施例2横截面外轮廓线示意图。图5为本发明实施例3横截面外轮廓线示意图。图6为本发明实施例4横截面外轮廓线示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进行进一步的说明
与现有技术相比，本发明技术方案的显著进步在于提高了催化剂颗粒的耐磨强度，而耐磨强度可以通过磨损率这个指标来考察。测试样品颗粒的磨损率时采用上海黄海药检仪器有限公司出产的BY-300A型小型包衣机(不锈钢制糖衣锅直径200 mm，糖衣锅倾斜角为35度)。测试时，每种样品随机抽取200颗，放入糖衣锅中，糖衣锅转速控制为60转/分钟，保持转速I小时后停止，取出颗粒，读数外形结构完整的颗粒个数W，计颗粒磨损率CO =[(200-W)/200] X100%。
具体实施方式
中所涉及的本发明的和比较例的催化剂颗粒都是根据这些颗粒各自的结构特征，采用同样的材料和设备制备得到的。下面的实施例仅用于详细解释说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。实施例I
本实施例中催化剂颗粒的横截面示意图如图3，具体参数尺寸见表I。催化剂颗粒主体为柱状，柱状体高度H = 4.8 mm。催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 2 mm,内切圆半径r = 1.4 mm,围绕中心点组成环形阵列的圆的个数N = 3,半径a = I mm。该催化剂颗粒磨损率《为8%。
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实施例2
本实施例中催化剂颗粒的横截面示意图如图4，具体参数尺寸见表I。催化剂颗粒主体为柱状，柱状体高度H = 6 mm。催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 3 mm,内切圆半径r = 2. 4 mm,围绕中心点组成环形阵列的圆的个数N = 6,半径a = I. 2 mm。该催化剂颗粒磨损率 为6. 5%。实施例3
本实施例中催化剂颗粒的横截面外轮廓线的示意图如图5，具体参数尺寸见表I。催化剂颗粒主体为柱状,柱状体高度H = 12 mm，沿催化剂颗粒中轴线开有直径0 = 2 mm的直通孔，催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 5 mm,内切圆半径r = 4.5 mm,围绕中心点组成环形阵列的圆的个数N = 8,半径a = I _。该催化剂颗粒磨损率co为6%。实施例4
本实施例中催化剂颗粒的横截面外轮廓线的示意图如图6，具体参数尺寸见表I。催化剂颗粒主体为柱状，柱状体高度H = 12 mm，沿催化剂颗粒中轴线开有直径0 = 1.8 mm的直通孔，催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 6 mm,内切圆半径r = 4. 8 mm,围绕中心点组成环形阵列的圆的个数N = 5，半径a = 1.8 _。该催化剂颗粒磨损率《为7. 5%。比较例I
本比较例中催化剂颗粒的横截面的外轮廓线示意图如图1-A。为了与实施例2实现更好的平行比较，本比较例中颗粒也没有沿中轴线开直通孔，催化剂颗粒主体高度为4 mm。横截面外圈直径为6 mm，花瓣形轮廓所在小圆的直径为3.8 mm，花瓣数量为6，磨损试验测得磨损率o为15. 5%。比较例2
本比较例中催化剂颗粒的横截面外轮廓线示意图如图I-B所示。同样，为了与实施例2实现更好的平行比较，本比较例中颗粒也没有沿中轴线开直通孔，催化剂颗粒主体高度为4 mm。横截面外圈直径为6 mm,形成内花瓣的圆缺的半径为2. I mm,花瓣数量为6,磨损试验测得磨损率《为21. 5%。表IH (rim) R (nun) r(iim) Mot(imi) 0 (nun) %
实施例 I 4.8 ' 2 1.4 3' I 08
买_ 1 6 3 24 61.2 0 65
^IfT 12 — 5 — 4.5 —SI 26
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权利要求
1.一种用于非均相反应中的固体催化剂颗粒，主体部分为高度为(H)的柱状，其特征在于催化剂颗粒的径向横截面外轮廓线呈连续的、光滑的起伏形状，且外轮廓线的外接圆半径为(R)，内切圆半径为(r)。
2.如权利要求I所述的催化剂颗粒，其特征在于主体径向横截面的这种连续光滑的起伏状外轮廓线由具有下列特征的曲线段组成一组数量为(N)，半径为(α)的圆，围绕中心点(0)，在0°到360°范围内呈环形阵列；做外轮廓线的内切圆以及相邻的2个半径为(α)的圆，这三个圆的外切圆，这些外切圆形成另一组数量同为(N)的圆；分别来自这两组数量同为(N)的圆，两两之间相外切，每个圆上形成相应的2个切点，取这两个切点之间的劣弧，所有的这些劣弧首尾相连构成横截面的这种连续光滑的起伏状的外轮廓线。
3.如权利要求I所述催化剂颗粒，其特征在于外轮廓线外接圆半径(R)为2mm至6mmD
4.如权利要求I所述催化剂颗粒，其特征在于外轮廓线内切圆半径(r)为0.7R至O.9R0
5.如权利要求2所述催化剂颗粒，其特征在于半径(α)为O. 2R至O. 5R。
6.如权利要求2所述催化剂颗粒，其特征在于(N)为3至8。
7.如权利要求I所述催化剂颗粒，其特征在于柱状部分的高度(H)为2R至2.4R。
8.如权利要求I所述催化剂颗粒，其特征在于沿中轴线开有直径为(0)的直通孔，且(0)为 O 至 O. 4R。
全文摘要
一种用于非均相反应中的固体催化剂颗粒，主体部分为柱状，其特征在于催化剂颗粒的径向横截面外轮廓线呈连续的、光滑的起伏形状。这种连续光滑的起伏状外轮廓线由具有下列特征的曲线段组成一组数量为(N)，半径为(α)的圆，围绕中心点(O)，在0°到360°范围内呈环形阵列；做外轮廓线的内切圆以及相邻的2个半径为(α)的圆，这三个圆的外切圆，这些外切圆形成另一组数量同为(N)的圆；分别来自这两组数量同为(N)的圆，两两之间相外切，每个圆上形成相应的2个切点，取这两个切点之间的劣弧，所有的这些劣弧首尾相连构成横截面的这种连续光滑的起伏状的外轮廓线。
文档编号B01J35/02GK102784666SQ201210329620
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月9日 优先权日2012年9月9日
发明者王宏铭, 赵锦玲 申请人:赵锦玲