专利名称：一种不对称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不对称异柱形颗粒。
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楔合闭锁问题，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。另外在伸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柱条颗粒形状，从结构上最大限度地消除相邻颗粒的相互楔合闭锁现象，在有效增加床层空隙率和外表面积的同时，减少碎屑产生，使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用截面上长度相等或不等的瘦长条形相交，构造出不对称、叶片由交点向外放射的3～6叶柱，一般常用4叶异形柱。横截面上，叶间夹角相等而叶长不等；叶片为瘦长条形，叶片轮廓由直线与弧线或弧线与弧线相向内切相交构成，形成轮廓圆滑过渡的放射状叶片截面；该放射状叶片截面构成本实用新型轴向外侧表面圆滑过渡的不对称异柱形颗粒的基础。
构成本实用新型横截面的叶片，由里向外，分为叶基、叶身和叶端三段，其中叶基和叶身两侧轮廓可以是直线，也可以是曲线，而叶端轮廓为曲线。所述曲线均为圆滑曲线，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。为了避免叶片相交处产生较大夹角应力而降低颗粒的压碎强度，叶基两侧轮廓一般为对称且内凹的圆滑曲线；为使颗粒的不同表面方位向实体内部的垂直扩散距离均等，叶身两侧轮廓优选平行直线，而且各片叶宽相等。为方便实施设计和制造，叶基和叶端轮廓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、本实用新型的不对称异柱形催化剂及其载体、化工填料的叶片不等长结构，在自然倾倒装填时，颗粒间相同叶长的叶片能楔合堆置的概率非常低(等长叶片楔合闭锁是现有多叶柱条颗粒降低床层空隙率的主要原因)，这样就有效避免相邻颗粒间的楔合闭锁，从而增加整体装填床层的空隙率。2、本实用新型的不对称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、本实用新型的不对称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或曲面与平面组合，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、本实用新型的不对称异柱形设计，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堆积空隙率和外表面积，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是本实用新型四叶柱截面示意图，图中①为叶基，②为叶身，③为叶端；a、b、c、d分别为四叶相交中点到各叶端顶点的距离(叶长)；R为叶端圆弧半径，也为叶身的半宽，r为叶基圆弧半径。
图2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。图中叶基和叶端轮廓采用圆弧、叶身轮廓采用平行直线设计。
本实用新型结构中，相对两叶总叶长(a+b和c+d)决定本实用新型异形柱的最大外围尺寸，一般a+b与c+d之比为0.5～2.0，最好为1。根据成品用途不同，a+b(或c+d)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。异柱形颗粒的长度一般为3～100mm。
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。
本实用新型提供的不对称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。
在图1所示的四叶不对称异柱形结构中，各尺寸比例决定成品的压碎强度和装填空隙率，优选如下相交的相对两叶叶长a+b和c+d相等，最长和最短叶片之间，叶片长度等差递减，最短叶长与最长叶长之比一般为0.35～0.90，最好在0.55～0.80之间；叶宽与最短叶长之比一般为0.30～1.00，最好在0.55～0.70之间，叶宽与最长叶长之比一般为0.20～0.80，最好在0.35～0.50之间；叶基圆弧半径与叶宽之比一般为0～1.0，最好在0.20～0.50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、冰乙酸、净水，物料投料比例(重量比)Al2O3/田/(1∶1)HAC/H2O＝1/0.2～0.5/0.08～0.12/1.1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。
本实用新型不对称异形四叶柱载体按图1结构设计，具体尺寸为各叶片长度分别是a＝0.9mm、b＝0.6mm、c＝0.7mm、d＝0.8mm，叶端圆弧半径R＝0.19mm，叶基圆弧半径r＝0.1mm。颗粒长为8mm。
现有技术异形四叶柱载体按图2设计(CN1209359A结构)，具体尺寸为r7＝0.75mm，r8＝0.3mm，r9＝0.2mm。颗粒长为8mm。
表1 催化剂载体的性质
权利要求1.一种不对称异柱形颗粒，其特征在于颗粒横截面形状为由交点向外放射的3～6叶片，叶片间夹角相等而叶片长度不等，叶片为瘦长条形，叶片轮廓由直线与弧线或弧线与弧线相向内切相交构成，形成轮廓圆滑过渡的放射状叶片截面。
2.按照权利要求1所述的颗粒，其特征在于所述的叶片数为4片。
3.按照权利要求1所述的颗粒，其特征在于所述的叶片横截面由里向外，分为叶基、叶身和叶端三段，其中叶基和叶身两侧轮廓是直线或曲线，叶端轮廓为曲线。
4.按照权利要求3所述的颗粒，其特征在于所述的曲线为圆弧、椭圆弧、抛物线或双曲线。
5.按照权利要求1所述的颗粒，其特征在于所述的各片叶宽相等。
6.按照权利要求2所述的颗粒，其特征在于所述的相对两叶片总叶长之比为0.5～2.0，相对两叶片总叶长为0.5～300mm。
7.按照权利要求1或6所述的颗粒，其特征在于最短叶长与最长叶长之比一般为0.35～0.90。
8.按照权利要求7所述的颗粒，其特征在于所述的最短叶长与最长叶长之比一般为0.55～0.80。
9.按照权利要求7所述的颗粒，其特征在于叶宽与最短叶长之比为0.30～1.00，叶宽与最长叶长之比为0.20～0.80，叶基圆弧半径与叶宽之比为0～1.0。
10.按照权利要求9所述的颗粒，其特征在于所述的叶宽与最短叶长之比为0.55～0.70，叶宽与最长叶长之比为0.35～0.50之间，叶基圆弧半径与叶宽之比为0.20～0.50。
专利摘要本实用新型涉及一种不对称异柱形颗粒，用截面上长度相等或不等的瘦长条形相交，构造出不对称、叶片由交点向外放射的3～6叶柱。横截面上，叶间夹角相等而叶长不等；叶片为瘦长条形，叶片轮廓由直线与弧线或弧线与弧线相向内切相交构成，形成轮廓圆滑过渡的放射状叶片截面。本实用新型不对称异柱形颗粒结构解决了现有技术中异柱形颗粒易楔合闭锁、空隙率小、外表面积小、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B01J19/30GK2645761SQ03284728
公开日2004年10月6日 申请日期2003年9月15日 优先权日2003年9月15日
发明者彭派, 苏晓波, 傅泽民, 韩保平 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