專利名稱：一種具有特殊形狀的固體催化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有特殊形狀的固體催化劑。
背景技術：
眾所周知，石油餾分和渣油的加氫反應，如加氫精制、加氫裂化和加氫脫金屬等均屬于擴散控制的反應。隨著加氫裝置處理量的提高，加氫反應器的設計規(guī)模越來越大，有的反應器催化劑裝填量已達100噸以上。因此對于此類催化劑的催化性能及相應的物理性能，如催化劑的擴散性能、壓碎強度和使用過程中的床層壓力降等提出了更高的要求。改進催化劑的形狀可以較大幅度地改善催化劑的上述性能。
設計具有特殊形狀的催化劑，通常要考慮以下幾方面的因素一、為了給反應物和產物分子提供較短的擴散路徑，以保證催化劑具有較高的催化活性，需要催化劑有較大的外表面積/體積比，或有較小的體積/外表面積比(催化劑的體積/外表面積比通常被稱作粒度，下同)；二、為了降低物料通過催化劑床層的壓力降，同時增加催化劑床層的容垢能力，需要催化劑有較高的床層空隙率；三、為了減少或避免催化劑在運輸、過篩和裝填過程中造成破碎，以及在高溫高壓的操作條件下因破碎出粉而帶來的壓降增大、反應系統(tǒng)阻塞乃至出現(xiàn)被迫停工的情況，需要催化劑具有一定的壓碎強度。
USP4328130公開了一種四葉形催化劑，該催化劑的形狀是在圓柱體的外表面上均勻分布地開了四個通槽。此種催化劑由于槽口寬度小于葉面寬度，從而避免了顆粒間槽葉相嵌造成的密堆積，但由于此類催化劑顆粒的葉槽間均采用尖銳的邊角連接，在使用中易造成因應力過分集中而開裂，或因邊角磨損而出粉，因此其壓碎強度及磨損強度較低。
EP0220933公開了一種采用圓弧連接的四葉形催化劑，該催化劑雖在一定程度上克服了US4,328,130給出催化劑的缺點，但其壓碎強度仍較差。
CN1081939A公開了一種蝶形催化劑，該催化劑顆粒為條狀多葉形構造，其截面由四個圓形葉片組成，其中兩個相鄰葉的半徑均為R1，另兩個相鄰葉的半徑均為R2，R1＞R2。該形狀的催化劑顆粒壓碎強度提高，但由該催化劑裝填的催化劑床層壓力降仍較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的具有特殊形狀的固體催化劑存在的不足，提供一種新的具有特殊形狀的固體催化劑。
本發(fā)明提供的催化劑為條狀直葉多葉形結構，其橫截面由四個等同葉片組成，相鄰葉片間交替通過凹形圓弧和直接相交或相切的方式連接。
與現(xiàn)有催化劑相比，以壓碎強度和催化劑床層壓力降表征的本發(fā)明提供的催化劑性能明顯提高。
例如，以壓碎強度與壓力降之比定義催化劑顆粒的比強度，本發(fā)明提供催化劑顆粒的比強度值大于1.94N.Pa-1，而對比例催化劑顆粒的比強度值則均小于1.76N.Pa-1。


圖1為本發(fā)明提供的一種催化劑的截面示意圖。
圖2為構成圖1所示催化劑截面的葉片的放大示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的另一種催化劑的截面示意圖。
圖4為構成圖3所示催化劑截面的葉片的放大示意圖。
圖5為CN1081939A提供的一種催化劑的截面示意圖。
圖6為EP0220933提供的一種催化劑的截面示意圖。
具體實施例方式
按照本發(fā)明，一種優(yōu)選的催化劑的橫截面如圖1所示，其中所述的葉片如圖2所示，該葉片由半徑為R1的半圓弧沿平行的兩條切線延展L1，并與兩個半徑為R2的四分之一圓弧相切而成，期中四分之一圓弧之間由直線L2過度，用于連接兩個葉片的凹形圓弧的半徑為R3，R1≥R2、R1＞R3，L1＝0-3R1、優(yōu)選為L1＝0.5R1-2.5R1，L2＝0-R1、優(yōu)選為L2＝0-0.3R1。
按照本發(fā)明，另一種優(yōu)選的催化劑的橫截面如圖3所示，其中所述的葉片如圖4所示，該葉片由半徑為R1的圓沿平行的兩條切線，一邊以直線延展L1，一邊以半徑為R4的圓弧分別與該延展圓相切和相交而成，葉片之間以直線延展的一邊通過凹形圓弧連接，其中用于連接兩個葉片的凹形圓弧的半徑為R3，R3+2R1≥R4，R1＞R3，L1＝0-3R1、優(yōu)選為L1＝0.5R1-2.5R1。
本發(fā)明所述催化劑顆粒的大小、顆粒的葉槽尺寸及它們之間的比例，可根據(jù)實際需要變化。對于由擴散控制的反應而言，為了減少物料的擴散路程，往往需要催化劑具有盡量小的顆粒尺寸。以催化劑橫截面的最大外徑為基準，本發(fā)明所述催化劑顆粒的較為典型尺寸是1-4毫米。
本發(fā)明所述的催化劑，可以是將制備催化劑的物料，通過具有如上所述特殊形狀孔的孔板，采用常規(guī)的方法擠壓成型得到。也可以首先將制備催化劑載體的物料通過具有如上所述特殊形狀孔的孔板，采用常規(guī)的方法擠壓成型、活化，之后將該載體與含有活性金屬組分的溶液接觸、干燥并活化得到。
其中所述的孔板可采用常規(guī)的直葉異形孔的打孔方法，如沖壓、電火花打孔，也可使用熱固樹脂或金屬材質的模鑄法制作。
所述活性金屬組分，一般是指VIB和/或VIII族的金屬元素及其化合物，特別是鉬、鎢和/或鈷、鎳的化合物，如鎢酸鹽、鉬酸鹽、鈷鹽和鎳鹽；上述無機氧化物載體，通常是氧化鋁、氧化硅及沸石等；上述的助擠劑一般包括無機酸，如硝酸、鹽酸，和有機酸，如草酸，及擴孔劑等。
本發(fā)明提供催化劑適合用于由擴散控制的催化反應過程，特別適用于石油餾分油、渣油的加氫處理反應過程。
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1說明本發(fā)明提供催化劑載體和該載體的制備方法取400克氫氧化鋁粉(長嶺煉油廠催化劑廠產品，牌號為CD)擠條成型，孔板的開孔形狀如圖1所示，其中R1＝0.214，R2＝0.200，R3＝0.183，L1＝0.232。孔板最大外徑為1.6，將所得的濕條于120℃干燥4小時，在600℃通空氣條件下焙燒4小時，得到載體Z1。
實施例2說明本發(fā)明提供催化劑載體和該載體的制備方法取400克氫氧化鋁粉(同實例1)擠條成型，孔板的開孔形狀如圖2所示，其中R1＝0.214，R4＝0.611，R3＝0.183?？装遄畲笸鈴綖?.6，將所得的濕條于120℃干燥4小時，在600℃通空氣條件下焙燒4小時，得到載體Z2。
對比例1說明現(xiàn)有方法提供催化劑載體和該載體的制備方法取400克氫氧化鋁粉(同實例1)擠條成型，孔板的開孔形狀如CN1081939A中的圖5所示，其中R1＝0.35，R2＝0.31，R3＝0.11，α＝100°?？装遄畲笸鈴綖?.6，將所得的濕條于120℃干燥4小時，在600℃通空氣條件下焙燒4小時，得到載體D1。
對比例2說明現(xiàn)有方法提供催化劑載體和該載體的制備方法取400克氫氧化鋁粉(同實例1)擠條成型，孔板的開孔形狀如EP0220933中的圖6所示，其中R1＝0.239，R2＝0.159，R3＝0.210?？装遄畲笸鈴綖?.6，將所得的濕條于120℃干燥4小時，在600℃通空氣條件下焙燒4小時，得到載體D2。
實施例3-4說明本發(fā)明提供催化劑顆粒的性能在數(shù)字顯示電動強度測定儀上測定載體顆粒的壓碎強度。具體方法是分別取12顆長度為5毫米的Z1、Z2，測出每個顆粒的壓碎強度，去掉一個最大和一個最小值，以其算術平均值計為顆粒的壓碎強度。
在內徑為19.2毫米的下流式反應器中測量載體顆粒的床層壓力降，床層高度為346毫米。反應器出、入口分別裝有壓力計。以空氣為流動介質，測量溫度25℃，常壓，空氣流速393g/h.cm2。
以壓碎強度與壓力降之比定義催化劑顆粒的比強度，結果列于表1中。
對比例3-4按照實例3的方法分別測定D1、D2的比強度，結果列于表1中。
表1

在表1給出的結果中，本發(fā)明提供催化劑顆粒的比強度值大于1.94N.Pa-1，而對比例催化劑顆粒的比強度值則小于1.76N.Pa-1。說明與壓碎強度和催化劑床層壓力降相關聯(lián)的本發(fā)明提供的催化劑性能明顯提高。
權利要求
1.一種具有特殊形狀的固體催化劑，該催化劑為條狀直葉多葉形結構，其橫截面由四個等同葉片組成，相鄰葉片間交替通過凹形圓弧和直接相交或相切的方式連接。
2.按照權利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述葉片由半徑為R1的半圓弧沿平行的兩條切線延展L1，并與兩個半徑為R2的四分之一圓弧相切而成，其中四分之一圓弧之間由直線L2過度，用于連接兩個葉片的凹形圓弧的半徑為R3，R1≥R2、R1＞R3，L1＝0-3R1，L2＝0-R1。
3.按照權利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述葉片由半徑為R1的圓沿平行的兩條切線，一邊以直線延展L1，一邊以半徑為R4的圓弧分別與該延展圓相切和相交而成，葉片之間以直線延展的一邊通過凹形圓弧連接，其中用于連接兩個葉片的凹形圓弧的半徑為R3，R3+2R1≥R4，R1＞R3，L1＝0-3R1。
4.按照權利要求2或3所述的催化劑，其特征在于，所述L1＝0.5R1-0.25R1。
5.按照權利要求2所述的催化劑，其特征在于，所述L2＝0-0.3R1。
全文摘要
一種具有特殊形狀的固體催化劑，該催化劑為條狀直葉多葉形結構，其橫截面由四個等同葉片組成，相鄰葉片間交替通過凹形圓弧和直接相交或相切的方式連接。該催化劑顆粒抗破碎強度大、空隙率高，適用于由擴散控制的催化反應過程，特別適用于加氫精制，加氫裂化和加氫脫金屬的催化反應過程。
文檔編號B01J35/02GK1795989SQ200410102819
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權日2004年12月28日
發(fā)明者趙新強, 石亞華, 聶紅, 劉學芬, 劉清河 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院