專利名稱：一種固體催化劑顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(yùn)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(duì)催化劑顆粒的比表面積和機(jī)械強(qiáng)度同時(shí)都有很高的要求。申請(qǐng)?zhí)枮?01020160199. I的實(shí)用新型中公開了一種合成甲醇用催化劑顆粒，外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(duì)于實(shí)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(shí)空收率。在描述這種梅花形外形特征時(shí)，如圖I-A(外梅花)和圖1-B(內(nèi)梅花)所示，該實(shí)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(shí)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(diǎn)(如圖I-A中的F點(diǎn))處，小圓弧與大圓弧的交點(diǎn)(如圖I-B中的G點(diǎn))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(yùn)輸和裝卸過程中，顆粒之間不可避免發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在這些局部應(yīng)力集中的部位極易造成磨損。所以該實(shí)用新型雖然相對(duì)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)容本實(shí)用新型中主要解決的技術(shù)問題是在提高催化劑顆粒比表面積的同時(shí)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(shí)現(xiàn)圓滑過渡。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、起伏的形狀。根據(jù)高等數(shù)學(xué)中對(duì)光滑曲線判斷的法則，由于本實(shí)用新型中的這種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)于普通圓柱面，本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型在提高催化劑顆粒比表面積的同時(shí)，相對(duì)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。本實(shí)用新型的具體的技術(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α的圓，圍繞中心點(diǎn)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(gè)圓的外切圓，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(gè)半徑為α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(gè)圓上形成相應(yīng)的2個(gè)切點(diǎn)(如圖2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 = O. 7R O. 9R ;H = 2R 2. 4R ;α = O. 2R O. 5R ;N = 3 8。當(dāng)催化劑顆粒沿中軸線開有直孔時(shí)，直孔的直徑(0)為O至O. 4R。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耐磨強(qiáng)度。

[0016]圖[0017]圖[0018]圖[0019]圖[0020]圖[0021]圖[0022]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。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。2為本實(shí)用新型催化劑顆粒橫截面外輪廓線形成示意圖。
3為本實(shí)用新型實(shí)施例I橫截面外輪廓線示意圖。
4為本實(shí)用新型實(shí)施例2橫截面外輪廓線示意圖。
5為本實(shí)用新型實(shí)施例3橫截面外輪廓線示意圖。
6為本實(shí)用新型實(shí)施例4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)用新型做進(jìn)行進(jìn)一步的說明與現(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耐磨強(qiáng)度，而耐磨強(qiáng)度可以通過磨損率這個(gè)指標(biāo)來考察。測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ΒΥ-300Α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(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 ω = [(200-ff)/200] Χ100%ο具體實(shí)施方式
中所涉及的本實(shí)用新型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(shí)施例僅用于詳細(xì)解釋說明本實(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I本實(shí)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 = 2mm，內(nèi)切圓半徑r = 1.4 mm,圍繞中心點(diǎn)組成環(huán)形陣列的圓的個(gè)數(shù)N = 3,半徑α = I mm。該催化劑顆粒磨損率ω為8%。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(diǎn)組成環(huán)形陣列的圓的個(gè)數(shù)N = 6,半徑α = I. 2mm。該催化劑顆粒磨損率ω為6. 5%。實(shí)施例3本實(shí)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(diǎn)組成環(huán)形陣列的圓的個(gè)數(shù)N = 8,半徑α = I _。該催化劑顆粒磨損率ω為6%。實(shí)施例4本實(shí)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 = I. 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 = 4.8mm，圍繞中心點(diǎn)組成環(huán)形陣列的圓的個(gè)數(shù)N = 5,半徑α = I. 8 mm。該催化劑顆粒磨損率ω 為 7. 5%ο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-Α。為了與實(shí)施例2實(shí)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4mm。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(yàn)測得磨損率ω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(shí)施例2實(shí)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(yàn)測得磨損率ω為21. 5%。[0039]表I
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(diǎn)(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(gè)半徑為(α)的圓，這三個(gè)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(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。
專利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(diǎn)(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(gè)半徑為(α)的圓，這三個(gè)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(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)光滑的起伏狀的外輪廓線。
文檔編號(hào)B01J35/02GK202741153SQ201220455118
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月9日
發(fā)明者趙錦玲, 王宏銘 申請(qǐng)人:趙錦玲