專(zhuān)利名稱(chēng)：一種合成氨催化劑顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種合成氨反應(yīng)中使用的固體催化劑顆粒，具體涉及一種主體呈七齒輪狀的合成氨催化劑顆粒。
背景技術(shù)：
合成氨是重要的化工原料，主要用來(lái)生產(chǎn)化肥、硝酸、銨鹽、純堿等。作為化學(xué)工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，合成氨是一個(gè)高能耗、低效益的產(chǎn)業(yè)。氨合成反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱且氣體體積縮小的過(guò)程，從熱力學(xué)角度考慮，要達(dá)到或接近平衡轉(zhuǎn)化率，催化反應(yīng)應(yīng)該在較低的溫度和較高的壓力下進(jìn)行。然而溫度的降低會(huì)使反應(yīng)速率下降，壓力的提高又會(huì)使能耗大大增加?，F(xiàn)在合成氨反應(yīng)中使用的大多為鐵系的催化劑，操作溫度和壓力都比較高，大型氨廠通常是在400°C 500°C和20. OMPa 30. OMPa0這種苛刻的操作條件對(duì)固體催化劑顆粒的機(jī)械強(qiáng)度要求很高，因?yàn)橐坏┐呋瘎╊w粒的完整性被破壞，必將導(dǎo)致催化活性降低。因此提高合成氨鐵催化劑的強(qiáng)度有利于提高合成氨工段的穩(wěn)定性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型中主要解決的技術(shù)問(wèn)題是獲得一種具有高強(qiáng)度的催化劑顆粒，以能在合成氨工況下耐受高溫高壓。在高溫條件下，催化劑顆粒會(huì)由于受熱膨脹，在局部應(yīng)力集中的地方，會(huì)很容易破裂。根據(jù)力學(xué)原理，減少應(yīng)力集中的方法是盡量使構(gòu)件的整體外形實(shí)現(xiàn)圓滑過(guò)渡。為此，本實(shí)用新型中催化劑顆粒主體的徑向橫截面的外輪廓線是由多段相切的劣弧首尾相連形成的連續(xù)、光滑的齒輪形狀。根據(jù)高等數(shù)學(xué)中對(duì)光滑曲線判斷的法則，由于這樣形狀的曲線的特征函數(shù)具有一階連續(xù)的導(dǎo)數(shù)，所以是光滑曲線。也就是說(shuō)，本實(shí)用新型中催化劑顆粒橫截面的外輪廓線是光滑曲線。這樣的外輪廓線上具有除了圓形以外的理論上最小的摩擦力和最少的應(yīng)力集中；而相對(duì)于普通圓柱，本實(shí)用新型中催化劑顆粒的這種齒輪狀具有更高的比表面積。本實(shí)用新型的具體的技術(shù)方案包括一種齒輪狀的固體催化劑顆粒，主體軸向部分為高度為H，催化劑顆粒的徑向橫截面外輪廓線呈連續(xù)的、光滑的七齒齒輪狀，且外輪廓線的外接圓半徑為R，內(nèi)切圓半徑為r。形成上述催化劑顆粒主體徑向橫截面的連續(xù)光滑的齒輪狀外輪廓線的是具有下列特征的曲線段(如圖1所示)一組數(shù)量為7，半徑為P的圓，圍繞中心點(diǎn)0，在0°到360°范圍內(nèi)呈環(huán)形陣列；做如下三個(gè)圓，即外輪廓線的內(nèi)切圓(圖1中的圓心為0，半徑為r的圓)、及相鄰的2個(gè)半徑為@的圓(如圖1中的圓P和圓Q)的外切圓(如圖1中的圓S)，得到另一組數(shù)量同為7的圓；分別來(lái)自這兩組的圓，兩兩之間相外切(如圖1中圓P和圓S相外切，圓S和圓Q相外切)，每個(gè)圓上形成相應(yīng)的2個(gè)切點(diǎn)(如圖1中圓P上的點(diǎn)A和點(diǎn)B，圓S上的點(diǎn)B和點(diǎn)C)，取這兩個(gè)切點(diǎn)之間的劣弧，所有的這些劣弧首尾相連構(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的齒輪狀的外輪廓線。上述形成催化劑顆粒特征的各種相關(guān)參數(shù)尺寸為[0008]R = 3 mm 5mm ;r = 0. 8R ；H = 2R 2. 2R ;P = 0. 2R0本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，外輪廓連續(xù)光滑，局部應(yīng)力小，在提高催化劑顆粒比表面積的同時(shí)，更顯著提高了催化劑顆粒的強(qiáng)度。

圖1為本實(shí)用新型催化劑顆粒橫截面外輪廓線形成示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1橫截面外輪廓線示意圖(同時(shí)也是實(shí)施例2和實(shí)施例3的橫截面外輪廓線示意圖)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型技術(shù)方案的顯著進(jìn)步在于提高了催化劑顆粒的強(qiáng)度，而強(qiáng)度可以通過(guò)磨損率這個(gè)指標(biāo)來(lái)考察。測(cè)試樣品顆粒的磨損率時(shí)采用上海黃海藥檢儀器有限公司出產(chǎn)的BY-300A型小型包衣機(jī)(不銹鋼制糖衣鍋直徑200 mm，糖衣鍋傾斜角為35度)。測(cè)試時(shí)，每種樣品隨機(jī)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(mǎi)小時(shí)后停止，取出顆粒，讀數(shù)外形結(jié)構(gòu)完整的顆粒個(gè)數(shù)W，計(jì)顆粒磨損率《 =[(200-W)/200] X100%。
具體實(shí)施方式
中所涉及的本實(shí)用新型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。下面的實(shí)施例僅用于詳細(xì)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，并不以任何方式限制本實(shí)用新型的范圍。實(shí)施例1本實(shí)施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數(shù)尺寸見(jiàn)表I。催化劑顆粒主體高度H = 11 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 5 mm,內(nèi)切圓半徑r = 4 mm,半徑P = 1mm。該催化劑顆粒磨損率《為9. 5%。實(shí)施例2本實(shí)施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數(shù)尺寸見(jiàn)表I。催化劑顆粒主體高度H = 6. 3 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 3 mm,內(nèi)切圓半徑r = 2. 4 mm,半徑P = 0. 6 mm。該催化劑顆粒磨損率《為7. 5%。實(shí)施例3本實(shí)施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數(shù)尺寸見(jiàn)表I。催化劑顆粒主體高度H = 8 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 4 mm,內(nèi)切圓半徑r = 3. 2 mm,半徑P = 0. 8 mm。該催化劑顆粒磨損率w為9%。表 I
權(quán)利要求1.一種用于合成氨反應(yīng)中的固體催化劑顆粒，其特征在于催化劑顆粒的徑向橫截面外輪廓線呈連續(xù)的、光滑的七齒齒輪形狀，且外輪廓線的外接圓半徑為(R)，內(nèi)切圓半徑為 Cr)。
2.如權(quán)利要求1所述的催化劑顆粒，其特征在于主體徑向橫截面的這種連續(xù)光滑的齒輪狀外輪廓線由具有下列特征的曲線段組成一組數(shù)量為7，半徑為(β)的圓，圍繞中心點(diǎn)(O)，在O度到360度范圍內(nèi)呈環(huán)形陣列；做外輪廓線的內(nèi)切圓以及相鄰的2個(gè)半徑為(β) 的圓，這三個(gè)圓的外切圓，這些外切圓形成另一組數(shù)量為7的圓；分別來(lái)自這兩組圓，兩兩之間相外切，每個(gè)圓上形成相應(yīng)的2個(gè)切點(diǎn)，取這兩個(gè)切點(diǎn)之間的劣弧，所有的這些劣弧首尾相連構(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的齒輪狀的外輪廓線。
3.如權(quán)利要求1所述催化劑顆粒，其特征在于外輪廓線外接圓半徑(R)為3mm至5mnic
4.如權(quán)利要求1所述催化劑顆粒，其特征在于顆粒的軸向高度⑶為2R至2.2R。
5.如權(quán)利要求1所述催化劑顆粒，其特征在于外輪廓線內(nèi)切圓半徑(r)為O.SR。
6.如權(quán)利要求2所述催化劑顆粒，其特征在于半徑(β)為0.2R。
專(zhuān)利摘要一種用于合成氨反應(yīng)中的固體催化劑顆粒，該顆粒的橫截面外輪廓線呈連續(xù)的、光滑的七齒齒輪形狀，該催化劑顆粒具有更高耐熱耐壓能力。
文檔編號(hào)C01C1/04GK202823400SQ20122052245
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月13日
發(fā)明者王翀, 李興揚(yáng) 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)