本發(fā)明屬于化工領域，具體地，涉及一種流化床及用其制備催化劑的方法。

背景技術：

在催化劑制備和生產(chǎn)過程中，浸漬法是一種較為常用的方法。在浸漬法中，將活性組分浸漬到載體上是其中最重要的步驟。傳統(tǒng)的催化劑載體浸漬設備主要有浸漬罐，浸漬吊籃，浸漬網(wǎng)帶，浸漬滾筒，浸漬轉鼓，浸漬滾球機等。

現(xiàn)有技術中使用浸漬轉鼓進行浸漬時，將載體放置到轉鼓中，并將浸漬溶液導入到轉鼓中以使得溶液能夠浸漬載體。溶液的導入方式是直接使液體流入到轉鼓中。在這種情況下，只有導入載體孔飽和或導入過量的浸漬溶液才能滿足載體的吸液要求，即飽和浸漬甚至過飽和浸漬。這樣不但會造成大量的溶液的浪費，還導致無法滿足生產(chǎn)活性組分非均勻催化劑的要求。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明的目的是解決在浸漬法制備催化劑的過程中，出現(xiàn)的因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻、催化劑活性組分負載不均勻等問題。

本發(fā)明提供的流化床包括流化床本體、進料裝置、噴淋裝置、進氣裝置和出料裝置，所述進料裝置、所述噴淋裝置、所述進氣裝置和所述出料裝置設置在所述流化床本體上；

所述流化床本體包括流化段和擴大段，所述擴大段位于所述流化段的上方，所述擴大段的橫截面積大于所述流化段的橫截面積，所述擴大段的頂端安裝有過濾器；

所述進料裝置包括進料螺旋和載體儲罐，所述進料螺旋分別與所述流化段和所述載體儲罐相連；

所述噴淋裝置位于所述進料裝置的下方，包括浸漬液儲罐、計量泵、單向閥、噴霧器和氣體旁路；所述浸漬液儲罐、所述計量泵、所述單向閥、所述噴霧器依次相連，所述噴霧器設置在所述流化段的內(nèi)壁上，所述氣體旁路設置在所述計量泵和所述單向閥之間的連接管路上；

所述進氣裝置位于在所述流化段的下方，包括氣體分布器和加熱器；所述氣體分布器分別與所述流化段和所述加熱器相連；

所述出料裝置位于所述進氣裝置的下方，包括出料螺旋和外套在所述出料螺旋上的冷卻夾套；所述出料螺旋與所述進氣裝置相連。

優(yōu)選地，所述氣體分布器上均勻分布有氣孔，所述氣孔的中心線垂直于所述氣體分布器的表面。

優(yōu)選地，所述氣孔的直徑為3mm～8mm，相鄰兩個氣孔的中心距為所述氣體分布器管徑的1～5倍。

優(yōu)選地，所述氣體分布器的中部安裝有降料管，所述降料管分別與所述流化段和所述出料裝置的出料螺旋相連，所述降料管的橫截面積為所述流化段的橫截面積的10％～40％。

優(yōu)選地，所述氣體分布器為圓錐形或球形。

在此基礎上，本發(fā)明還提供了一種利用上述流化床制備催化劑的方法，包括如下步驟：

浸漬：將載體和流化氣體分別通過所述進料裝置、所述進氣裝置送入所述流化段，然后將浸漬液通過所述噴淋裝置送入所述流化段，獲得浸漬催化劑；其中，所述流化氣體的流速大于流化速度；

干燥：用所述加熱器加熱流化氣體，然后將加熱后的流化氣體送入所述流化段中干燥所述浸漬催化劑，獲得干燥催化劑；

焙燒：用所述加熱器加熱流化氣體，然后將加熱后的流化氣體送入所述流化段中焙燒所述干燥催化劑，獲得焙燒催化劑；其中，所述流化氣體在所述焙燒階段的溫度高于在所述干燥階段的溫度；

活化：用所述加熱器加熱還原性氣體，然后將加熱后的還原性氣體送入所述流化段，所述焙燒催化劑被還原，獲得催化劑；

冷卻：將所述催化劑送入所述出料裝置，所述催化劑被冷卻，然后被排出所述流化床外。

優(yōu)選地，所述流化氣體在所述干燥階段的溫度為80℃～300℃。

優(yōu)選地，所述流化氣體在所述焙燒階段的溫度為200℃～700℃。

優(yōu)選地，所述活化階段的還原溫度為100℃～700℃。

優(yōu)選地，所述還原性氣體為h2或co。

本發(fā)明解決了因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻、催化劑活性組分負載不均勻的情況，使得催化劑的浸漬更加均勻；能實現(xiàn)催化劑在浸漬過程中的定量化操作、連續(xù)化操作。

進一步地，本發(fā)明提供的流化床集浸漬、干燥、焙燒、活化于一體，可以實現(xiàn)催化劑的連續(xù)化、批量化生產(chǎn)操作，制備出的催化劑性能穩(wěn)定，產(chǎn)品均一。

本發(fā)明的干燥階段、焙燒階段、活化階段的溫度靈活可調，可以適應大多數(shù)催化劑的制備要求；也可用于多次浸漬制備催化劑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的一種流化床的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的一種用于制備催化劑的工藝流程圖。

圖中：

1、流化床本體，101、流化段，102、擴大段；

2、進料裝置，201、載體儲罐，202、進料螺旋；

301、浸漬液儲罐，302、計量泵，303、單向閥，304、噴霧器，305、氣體入口；

4、進氣裝置，401、氣體分布器，4011、降料管，402、加熱器，403、進氣管，404、氣體入口；

5、出料裝置，501、出料螺旋，502、冷卻夾套，5021、冷卻介質入口，5022、冷卻介質出口，503、出料口。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

需要說明的是，本發(fā)明中，術語“上方”、“下方”、“內(nèi)”、“外”、“頂端”等指示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明或簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或單元必須具有特定的方位或以特定的方位構造或操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明中所述的“相連”，除非另有明確的規(guī)定或限定，應作廣義理解，可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連；可以是機械連接，也可以是電連接。此外，本發(fā)明所有提及的“橫截面積”，均指的是垂直于縱軸的截面的面積。

為了解決在浸漬法制備催化劑的過程中，出現(xiàn)的因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻、催化劑活性組分負載不均勻等問題，本發(fā)明設計了一種流化床以及一種利用該流化床制備催化劑的方法。下面參考圖1至圖2對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的立式流化床包括流化床本體1、進料裝置2、噴淋裝置、進氣裝置4和出料裝置5。

進料裝置2、噴淋裝置、進氣裝置4和出料裝置5設置在流化床本體1上。

流化床本體1包括流化段101和擴大段102，擴大段102位于流化段101的上方。擴大段102的主要作用是降低反應氣體的氣速，使氣體中夾帶的載體小顆粒沉降下來，重新返回流化段101中。擴大段102的頂端安裝有過濾器，過濾器能有效將浸漬的催化劑載體中的小顆粒攔截下來，重新返回流化床主體中。為了實現(xiàn)降低反應氣體速度的目的，擴大段102的橫截面積必須大于流化段101的橫截面積，但也不用過大，在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，擴大段102的橫截面積為流化段101的橫截面積的3～9倍。

進料裝置2和噴淋裝置設置在流化段101上，噴淋裝置位于進料裝置2的下方。進氣裝置4位于在流化段101的下方，出料裝置5位于進氣裝置4的下方，進氣裝置4分別與流化段101和出料裝置5相連。

圖1中，進料裝置2由載體儲罐201和進料螺旋202構成，進料螺旋202分別與流化段101和載體儲罐201相連。通過進料螺旋202的輸送，將載體輸送到流化床內(nèi)，可以根據(jù)進料螺旋202的轉速定量的將載體輸送入流化段101，實現(xiàn)定量輸送。

如圖1所示，噴淋裝置包括浸漬液儲罐301、計量泵302、單向閥303、噴霧器304、氣體入口305(即氣體旁路)。浸漬液儲罐301、計量泵302、單向閥303、噴霧器304依次相連，噴霧器304設置在流化段101的內(nèi)壁上。氣體入口305設置在計量泵302、單向閥303的連接管路上。浸漬液儲罐301里的浸漬液通過計量泵302打入到流化段101里，與流化的載體接觸，均勻浸漬；噴霧器304可以有一個或者多個，其能均勻噴灑噴淋液；當發(fā)現(xiàn)計量泵302打不出浸漬液時(可能是噴頭堵塞)，可以關閉計量泵302，從氣體旁路輸送氣體，將堵塞物吹落，繼續(xù)進行浸漬。

圖1中，進氣裝置4包括氣體分布器401、加熱器402和進氣管403。流化氣體由氣體入口404進入，通過進氣管403進入到加熱器402，被加熱后進入氣體分布器401的下端，然后通過氣體分布器401上的氣孔，進入到流化段101中。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，氣體分布器401上均勻分布有氣孔(未示出)，氣孔的中心線垂直于氣體分布器401的表面。這樣設置能使得吹入流化段101的氣體更好的攪動浸漬液和載體，使得浸漬液與載體之間的接觸更加均勻。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，氣孔的直徑為3mm～8mm。更優(yōu)選地，相鄰兩個氣孔的中心距為氣體分布器401管徑的1～5倍。進一步優(yōu)選地，相鄰兩個氣孔的中心距為氣體分布器401管徑的1.5～3倍。氣孔太小或氣孔之間相距太遠，進氣量不足，難以吹動載體，因而無法使得浸漬液與載體之間均勻接觸；氣孔太大或氣孔太密集，浸漬液容易通過氣孔進入氣體分布器401中。

在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，氣體分布器401的中部安裝有降料管4011，降料管4011分別與流化段101和出料裝置5相連，降料管4011的橫截面積為流化段101的橫截面積的10％～40％。浸漬好的載體通過降料管4011從流化段101進入出料裝置5中。降料管4011的橫截面積過大，氣體分布器401的有效表面積(即可以設置氣孔的表面的面積)很小，從氣孔進入流化段101的氣體少，不容易吹動載體，無法使得浸漬液與載體之間均勻接觸。降料管4011的橫截面積過小，容易造成載體堵塞降料管，并且載體通過的速度很慢，增加了排料時間。

氣體分布器401的形狀不用特別限定，圖1中，氣體分布器401為圓錐形。在本發(fā)明另一優(yōu)選實施例中，氣體分布器401為球形。圓錐形和球形的表面積大，因而氣孔分布多，有利于載體與浸漬液充分接觸。而且，圓錐形和球形在工業(yè)上制作也方便。

出料裝置5位于流化床的最底部，出料裝置5包括出料螺旋501、冷卻夾套502和出料口503。冷卻夾套502外套在出料螺旋501上，圖1中，5021為冷卻介質入口，5022為冷卻介質出口。催化劑通過降料管4011進入到出料螺旋501中，由出料螺旋501送到出料口503，再排出流化床外。在此過程中催化劑不斷與冷卻夾套502進行換熱，不斷降溫。

如圖2所示，本發(fā)明提供的利用流化床制備催化劑的方法包括浸漬、干燥、焙燒、活化和冷卻步驟。

浸漬：將載體和流化氣體分別通過進料裝置2、進氣裝置4送入流化段101，然后將浸漬液通過噴淋裝置送入流化段101，獲得浸漬催化劑。

流化氣體從氣體入口404進入到流化段101，流化氣體的流速大于流化速度。進料螺旋202按照一定的進料量固定轉速，保持平穩(wěn)進料，將載體送入流化段101。噴淋裝置按照浸漬液與載體的重量配比，在計量泵302的作用下，定量輸送浸漬液至流化段101。出料裝置5的出料量與進料裝置2的進料量相同。流化床處于一個動態(tài)平衡。

在流化床的流化段101中，新鮮的載體不斷從進料裝置2進入到流化段101的流化層中，載體在流化層中與流化氣體迅速混合成為流態(tài)化，并且不斷的翻滾，呈現(xiàn)“沸騰狀”。噴霧器304均勻地將浸漬液噴灑到流化層中，浸漬液被載體吸收，而載體是在不斷運動的流態(tài)化狀態(tài)中，能很快將浸漬液分布在整個流態(tài)化的流化層中。從而就解決了因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻及催化劑活性組分負載不均勻的情況，實現(xiàn)了連續(xù)化、均勻化浸漬催化劑。

干燥：用加熱器402加熱流化氣體，然后將加熱后的流化氣體送入流化段101中干燥浸漬催化劑，獲得干燥催化劑。

浸漬完成后，進行干燥，干燥的主要作用是將浸漬液中過量的水分揮發(fā)，讓活性組分更加均勻的分布在催化劑載體表面。

干燥的溫度過高，負載溶劑中的水分蒸發(fā)過快，容易造成活性組分分散不均勻，從而降低催化劑的品質；干燥的溫度過低，加熱時間很長，影響整個工藝的制備進程。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，流化氣體在干燥階段的溫度為80℃～300℃(即干燥溫度為80℃～300℃)。

焙燒：用加熱器402加熱流化氣體，然后將加熱后的流化氣體送入流化段101中焙燒干燥催化劑，獲得焙燒催化劑。

干燥階段結束后，催化劑需要進行焙燒。焙燒的主要目的是將浸漬的活性組分分解為穩(wěn)定的活化物固定在催化劑表面。

流化氣體在焙燒階段的溫度高于在干燥階段的溫度，在干燥階段的溫度上，逐漸提升流化氣體的溫度，以完成焙燒過程。焙燒是對催化劑的熱處理過程，也是催化劑的活化過程和晶粒分配或成長過程，焙燒可增強機械強度、造孔作用，即熱穩(wěn)定性，還可獲得較大的孔隙。焙燒時，溫度過高或過低，制得的催化劑的催化性均不好。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，流化氣體在焙燒階段的溫度為200℃～700℃(即焙燒溫度為200℃～700℃)。

活化：用加熱器402加熱還原性氣體，然后將加熱后的還原性氣體送入流化段101，焙燒催化劑被還原，獲得催化劑。

焙燒結束后，催化劑表面的活性組分是氧化態(tài)，還沒有活性，需要進行還原，必須將催化劑還原后才有活性。根據(jù)催化劑的活化溫度，進行還原。

活化時，需往流化床中送入活化氣體，本發(fā)明中，將流化氣體換為還原性氣體后，加熱器2將其加熱至一定溫度，然后被送入流化段101中?；罨瘻囟雀鶕?jù)活性組分而定，過高或過低制得的催化劑的催化性均不好。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，活化階段的還原溫度為100℃～700℃。

本發(fā)明所用的還原性氣體可根據(jù)催化劑的活化要求進行選擇，不必特別限定，在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，所用的還原性氣體為h2或co。

冷卻：將催化劑送入出料裝置4，催化劑被冷卻，然后被排出流化床外。

催化劑被活化后，逐漸降低還原性氣體的溫度，催化劑的溫度逐漸降低至200℃以下。在冷卻夾套501的作用下，催化劑進一步被冷卻，然后從出料口503被排出流化床外，獲得成品。也可采用惰性氣體冷卻催化劑，即還原結束后可將還原性氣體換為惰性氣體。

需要說明的是，浸漬步驟、干燥步驟和焙燒步驟，可以多次重復，實現(xiàn)多次浸漬、干燥和焙燒，從而制備多重浸漬催化劑(如：“浸漬-干燥-浸漬-干燥-焙燒-活化”或“浸漬-干燥-焙燒-浸漬-干燥-焙燒-活化”)。

本發(fā)明解決了因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻、催化劑活性組分負載不均勻的情況，使得催化劑的浸漬更加均勻；能實現(xiàn)催化劑在浸漬過程中的定量化操作、連續(xù)化操作。

進一步地，本發(fā)明提供的流化床集浸漬、干燥、焙燒、活化于一體，可以實現(xiàn)催化劑的連續(xù)化、批量化生產(chǎn)操作，制備出的催化劑性能穩(wěn)定，產(chǎn)品均一。

本發(fā)明的干燥階段、焙燒階段、活化階段的溫度靈活可調，可以適應大多數(shù)催化劑的制備要求。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。

實施例

使用圖1所示的流化床及圖2所示的工藝流程制備鉑/al2o3重整催化劑。本實施例中，擴大段102的橫截面積為流化段101的橫截面積的3倍，氣體分布器401的氣孔直徑為3mm，相鄰兩個氣孔的中心距為氣體分布器401的管徑的3倍，氣體分布器401為圓錐形，降料管4011的橫截面積為流化段101的橫截面積的40％。流化氣體為空氣，還原性氣體為co。

以高純、直徑3mm的γ-al2o3小球為載體，濃度為2.45g/l的氯鉑酸為浸漬液。每千克γ-al2o3浸漬0.6l的氯鉑酸溶液。

流化床1以30kg/h進行進料，計量泵302噴淋18l氯鉑酸溶液。浸漬完成后，升溫流化氣體至120℃，將催化劑干燥3h，獲得干燥催化劑。隨后，逐漸提高流化氣體的溫度，以50℃/h的速率提升溫度，升溫至500℃，獲得焙燒催化劑。將流化氣體換為co，并將co的溫度升溫至500℃，然后恒溫3h，獲得催化劑。以50℃/h的速率逐漸降低co的溫度，然后將催化劑送至出料裝置5中，降溫至150℃以下，隨之從旋轉床3中卸出，即得鉑/al2o3重整催化劑。

從上述實施例可知，使用本發(fā)明提供的流化床，可以實現(xiàn)催化劑的連續(xù)化、批量化生產(chǎn)催化劑，并且得到的催化劑產(chǎn)品性能穩(wěn)定，產(chǎn)品均一。

綜上，本發(fā)明解決了因浸漬液與載體之間接觸不均勻而造成的浸漬不均勻、催化劑活性組分負載不均勻的情況，使得催化劑的浸漬更加均勻；能實現(xiàn)催化劑在浸漬過程中的定量化操作、連續(xù)化操作。

進一步地，本發(fā)明提供的流化床集浸漬、干燥、焙燒、活化于一體，可以實現(xiàn)催化劑的連續(xù)化、批量化生產(chǎn)操作，制備出的催化劑性能穩(wěn)定，產(chǎn)品均一。

本發(fā)明的干燥階段、焙燒階段、活化階段的溫度靈活可調，可以適應大多數(shù)催化劑的制備要求；也可用于多次浸漬制備催化劑。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。