專利名稱：一種固體催化劑顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非均相反應(yīng)中使用的固體催化劑顆粒，具體涉及一種主體呈柱狀的固體催化劑顆粒。
背景技術(shù)：
非均相反應(yīng)中使用的固體催化劑顆粒的外形結(jié)構(gòu)特征是影響催化反應(yīng)效果的重要因素之一。一方面，催化劑顆粒既是反應(yīng)中各種原料相互接觸的載體，也是催化活性中心所負(fù)載的基體，所以良好的固體催化劑顆粒應(yīng)當(dāng)具有較高的比表面積(單位體積所具有的表面積)；另一方面，固體催化劑顆粒應(yīng)當(dāng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，只有具備一定機(jī)械強(qiáng)度才能保證催化劑在生產(chǎn)、運輸和使用過程中保持完整的外形，而一旦催化劑顆粒的完整性被破壞，必將導(dǎo)致催化活性降低。所以，很多工藝中對催化劑顆粒的比表面積和機(jī)械強(qiáng)度同時都有很高的要求。
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申請?zhí)枮?01020160199. I的實用新型中公開了一種合成甲醇用催化劑顆粒，夕卜形為具有通孔的柱體，橫截面為環(huán)形，并且環(huán)形內(nèi)外圈形狀可以為內(nèi)梅花形或外梅花形，這樣相對于實心圓柱形催化劑顆粒具有更高的表面積與體積比(即比表面積)，從而可以獲得更高的時空收率。在描述這種梅花形外形特征時，如圖I-A(外梅花)和圖1-B(內(nèi)梅花)所示，該實用新型僅給出了內(nèi)、外梅花形的外接圓的直徑和開孔的直徑，而沒有作其它的特征尺寸描述。根據(jù)該實用新型公開的權(quán)利要求、說明書以及說明書附圖的內(nèi)容，所述的外梅花形是由內(nèi)切于大圓上的，并圍繞大圓圓心形成環(huán)形陣列的小圓的圓弧組成(如圖I-A所示)，所述的內(nèi)梅花形是由大圓除去圍繞大圓圓心形成環(huán)形陣列的小圓的圓缺形成(如圖
I-B所示)。這樣的結(jié)構(gòu)中，小圓之間相互的交點(如圖I-A中的F點)處，小圓弧與大圓弧的交點(如圖I-B中的G點)處，由于兩條圓弧之間不是光滑連接，所以存在明顯的局部應(yīng)力集中。生產(chǎn)、運輸和裝卸過程中，顆粒之間不可避免發(fā)生相對運動時，在這些局部應(yīng)力集中的部位極易造成磨損。所以該實用新型雖然相對普通圓柱體催化劑顆粒具有更高的比表面積，但自身的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是耐磨強(qiáng)度卻明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中主要解決的技術(shù)問題是在提高催化劑顆粒比表面積的同時降低現(xiàn)有技術(shù)中的局部的應(yīng)力集中，從而能夠提高催化劑顆粒的耐磨強(qiáng)度。根據(jù)力學(xué)原理，減少應(yīng)力集中的方法是盡量使構(gòu)件的整體外形實現(xiàn)圓滑過渡。為此，本發(fā)明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、起伏的形狀。根據(jù)高等數(shù)學(xué)中對光滑曲線判斷的法則，由于本發(fā)明中這樣形狀的外輪廓曲線的特征函數(shù)具有一階連續(xù)的導(dǎo)數(shù)，所以是光滑曲線。也就是說，本發(fā)明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；而相對于普通圓柱面，本發(fā)明中催化劑顆粒的這種起伏狀的柱面具有更高的比表面積。綜上所述，本發(fā)明在提高催化劑顆粒比表面積的同時，相對于現(xiàn)有技術(shù)中非完全光滑連接的柱面，也顯著降低了局部應(yīng)力，達(dá)到了提高催化劑顆粒耐磨強(qiáng)度的效果。本發(fā)明的具體的技術(shù)方案包括
一種用于非均相反應(yīng)中的固體催化劑顆粒，主體部分為高度為H的柱狀，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、光滑的起伏形狀，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)光滑的起伏狀外輪廓線的是具有下列特征的曲線段(如圖2所示)一組數(shù)量為N，半徑為a的圓，圍繞中心點0，在0°到360°范圍內(nèi)呈環(huán)形陣列(圖2中組成環(huán)形陣列圓的數(shù)量N為6);做如下三個圓，即外輪廓線的內(nèi)切圓(圖2中的圓心為0，半徑為r的圓)、及相鄰的2個半徑為a的圓(如圖2中的圓P和圓Q)的外切圓(如圖2中的圓S)，得到另一組數(shù)量同為N的圓；分別來自這兩組數(shù)量同為N的圓，兩兩之間相外切(如圖2中圓P和圓S相外切，圓S和圓Q相外切)，每個圓上形成相應(yīng)的2個切點(如圖2中圓P上的點A和點B，圓S上的點B和點C)，取這兩個 切點之間的劣弧，所有的這些劣弧首尾相連構(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的起伏狀的外輪廓線。上述形成催化劑顆粒特征的各種相關(guān)參數(shù)尺寸為
R = 2 mm 6 mm ;
r = 0. 7R 0. 9R ;
H = 2R 2. 4R ;a = 0. 2R 0. 5R ;
N = 3 8。當(dāng)催化劑顆粒沿中軸線開有直孔時，直孔的直徑(0)為0至0. 4R。本發(fā)明與現(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，更顯著提高了催化劑顆粒的耐磨強(qiáng)度。


圖I-A為現(xiàn)有技術(shù)中橫截面為內(nèi)空心的外梅花環(huán)形顆粒徑向截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖I-B為現(xiàn)有技術(shù)中橫截面為內(nèi)空心的內(nèi)梅花環(huán)形顆粒徑向截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明催化劑顆粒橫截面外輪廓線形成示意圖。圖3為本發(fā)明實施例I橫截面外輪廓線示意圖。圖4為本發(fā)明實施例2橫截面外輪廓線示意圖。圖5為本發(fā)明實施例3橫截面外輪廓線示意圖。圖6為本發(fā)明實施例4橫截面外輪廓線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)行進(jìn)一步的說明
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的顯著進(jìn)步在于提高了催化劑顆粒的耐磨強(qiáng)度，而耐磨強(qiáng)度可以通過磨損率這個指標(biāo)來考察。測試樣品顆粒的磨損率時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)。測試時，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小時后停止，取出顆粒，讀數(shù)外形結(jié)構(gòu)完整的顆粒個數(shù)W，計顆粒磨損率CO =[(200-W)/200] X100%。
具體實施方式
中所涉及的本發(fā)明的和比較例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。下面的實施例僅用于詳細(xì)解釋說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實施例I
本實施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖3，具體參數(shù)尺寸見表I。催化劑顆粒主體為柱狀，柱狀體高度H = 4.8 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 2 mm,內(nèi)切圓半徑r = 1.4 mm,圍繞中心點組成環(huán)形陣列的圓的個數(shù)N = 3,半徑a = I mm。該催化劑顆粒磨損率《為8%。
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實施例2
本實施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖4，具體參數(shù)尺寸見表I。催化劑顆粒主體為柱狀，柱狀體高度H = 6 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,圍繞中心點組成環(huán)形陣列的圓的個數(shù)N = 6,半徑a = I. 2 mm。該催化劑顆粒磨損率 為6. 5%。實施例3
本實施例中催化劑顆粒的橫截面外輪廓線的示意圖如圖5，具體參數(shù)尺寸見表I。催化劑顆粒主體為柱狀,柱狀體高度H = 12 mm，沿催化劑顆粒中軸線開有直徑0 = 2 mm的直通孔，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 = 4.5 mm,圍繞中心點組成環(huán)形陣列的圓的個數(shù)N = 8,半徑a = I _。該催化劑顆粒磨損率co為6%。實施例4
本實施例中催化劑顆粒的橫截面外輪廓線的示意圖如圖6，具體參數(shù)尺寸見表I。催化劑顆粒主體為柱狀，柱狀體高度H = 12 mm，沿催化劑顆粒中軸線開有直徑0 = 1.8 mm的直通孔，催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 6 mm,內(nèi)切圓半徑r = 4. 8 mm,圍繞中心點組成環(huán)形陣列的圓的個數(shù)N = 5，半徑a = 1.8 _。該催化劑顆粒磨損率《為7. 5%。比較例I
本比較例中催化劑顆粒的橫截面的外輪廓線示意圖如圖1-A。為了與實施例2實現(xiàn)更好的平行比較，本比較例中顆粒也沒有沿中軸線開直通孔，催化劑顆粒主體高度為4 mm。橫截面外圈直徑為6 mm，花瓣形輪廓所在小圓的直徑為3.8 mm，花瓣數(shù)量為6，磨損試驗測得磨損率o為15. 5%。比較例2
本比較例中催化劑顆粒的橫截面外輪廓線示意圖如圖I-B所示。同樣，為了與實施例2實現(xiàn)更好的平行比較，本比較例中顆粒也沒有沿中軸線開直通孔，催化劑顆粒主體高度為4 mm。橫截面外圈直徑為6 mm,形成內(nèi)花瓣的圓缺的半徑為2. I mm,花瓣數(shù)量為6,磨損試驗測得磨損率《為21. 5%。表IH (rim) R (nun) r(iim) Mot(imi) 0 (nun) %
實施例 I 4.8 ' 2 1.4 3' I 08
買_ 1 6 3 24 61.2 0 65
^IfT 12 — 5 — 4.5 —SI 26
買魔_ I 12 6 4.8 5IJ 1.8 75
..卟麵.....顆fiS度4 rum,.蠼置■.外■贏S 6 nm花靈羅糖■所在+H的贏timm 1細(xì)議g纖璽fi
,顧輸高ff 4 mm, IMffi外圏直徑6 ■內(nèi)花Ii的_1_的手徑21·
權(quán)利要求
1.一種用于非均相反應(yīng)中的固體催化劑顆粒，主體部分為高度為(H)的柱狀，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、光滑的起伏形狀，且外輪廓線的外接圓半徑為(R)，內(nèi)切圓半徑為(r)。
2.如權(quán)利要求I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)光滑的起伏狀外輪廓線由具有下列特征的曲線段組成一組數(shù)量為(N)，半徑為(α)的圓，圍繞中心點(0)，在0°到360°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個半徑為(α)的圓，這三個圓的外切圓，這些外切圓形成另一組數(shù)量同為(N)的圓；分別來自這兩組數(shù)量同為(N)的圓，兩兩之間相外切，每個圓上形成相應(yīng)的2個切點，取這兩個切點之間的劣弧，所有的這些劣弧首尾相連構(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的起伏狀的外輪廓線。
3.如權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于外輪廓線外接圓半徑(R)為2mm至6mmD
4.如權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于外輪廓線內(nèi)切圓半徑(r)為0.7R至O.9R0
5.如權(quán)利要求2所述催化劑顆粒，其特征在于半徑(α)為O. 2R至O. 5R。
6.如權(quán)利要求2所述催化劑顆粒，其特征在于(N)為3至8。
7.如權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于柱狀部分的高度(H)為2R至2.4R。
8.如權(quán)利要求I所述催化劑顆粒，其特征在于沿中軸線開有直徑為(0)的直通孔，且(0)為 O 至 O. 4R。
全文摘要
一種用于非均相反應(yīng)中的固體催化劑顆粒，主體部分為柱狀，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、光滑的起伏形狀。這種連續(xù)光滑的起伏狀外輪廓線由具有下列特征的曲線段組成一組數(shù)量為(N)，半徑為(α)的圓，圍繞中心點(O)，在0°到360°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個半徑為(α)的圓，這三個圓的外切圓，這些外切圓形成另一組數(shù)量同為(N)的圓；分別來自這兩組數(shù)量同為(N)的圓，兩兩之間相外切，每個圓上形成相應(yīng)的2個切點，取這兩個切點之間的劣弧，所有的這些劣弧首尾相連構(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的起伏狀的外輪廓線。
文檔編號B01J35/02GK102784666SQ201210329620
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月9日
發(fā)明者王宏銘, 趙錦玲 申請人:趙錦玲