烴類部分氧化催化劑的製作方法

2023-05-10 23:05:21

專利名稱：烴類部分氧化催化劑的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及催化劑領域，尤其是一種烴類部分氧化催化劑。
背景技術：
催化劑的外形是催化劑的重要性能之一，它可決定催化劑本身的強度和活性，也 是決定烴類部分氧化爐(包括以焦爐氣、煤層氣、天然氣或輕油為原料的烴類部分氧化爐， 且包含二段轉換爐)的運行效率以及阻力、氣流分布的重要因素。近30年來，國內外學者 對烴類部分氧化催化劑的外形進行了大量研究、設計及選擇，使催化劑性能有了明顯提高。 雖然現有研發和使用的催化劑的外形各式各樣，眾多外形的外表面的差別已不大。這是因 為研發和使用的催化劑外形改變全部集中在圓柱形催化劑的軸向，所以它們的氣流阻力均 大體相似，未能有更大的技術進步。烴類部分氧化催化劑的外表面的大小直接影響催化劑的活性，因為烴類部分氧化 催化活性受氣體內擴散速度的控制，催化劑的表現活性與其外表面的大小成正比關係，即 外表面大則表現活性相應提高。為了提高催化劑的外表面積，一般均採用改變催化劑的外 形的方法，但催化劑外形複雜後造成製備困難，而且強度和氣流阻力也受到一定影響。多年 來，烴類部分氧化催化劑選用了車輪狀、多孔花板形及多孔球形燈，既提高了外表面積而提 高活性，同時也保證了催化劑的強度並減小了氣流阻力，降低了能耗，受到企業歡飲。但是， 繼續採用軸向開孔的辦法已很難再進一步提高了。目前工廠應用的異性烴類部分氧化催化劑(車輪狀和多孔花板狀等)都是在軸向 開孔(開孔技術方案很多)，在進一步增加此類催化劑的外表面積時，異性催化劑的筋、壁 都很薄，因而導致催化劑的機械強度降低，易於破碎，催化劑一旦破碎，碎粒較小，容易引起 阻力急劇增加，進一步改進受到限制。由於圓柱形催化劑裝入反應爐內時是隨意裝填的，我 們將各種不同角度、形態的圓柱形催化劑與反應氣體流動方向的關係進行數學分析可知 約有50%的圓柱狀催化劑相當於軸向與氣流方向平行，此時，軸向開孔的效果得以體現； 另外約50%的圓柱狀催化劑相當於軸向與氣流方向垂直，此時，軸向開孔的圓柱形催化劑 對於反應氣體流動的效果與實心的圓柱形催化劑相似，軸向雖然開了直通孔，實際未起作 用。
發明內容為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種烴類部分氧化催化劑，可在不影響催 化劑強度的前提下，進一步增大催化劑外表面積，並提高了催化劑使用效率。本實用新型為了解決其技術問題所採用的技術方案是—種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體，該催化劑載體上開設有若干軸向直 通孔，所述催化劑載體呈圓柱形，該催化劑載體的圓柱面上開設有若干徑向直通孔。作為本實用新型的進一步改進，所述若干軸向直通孔中的一個軸向直通孔位於所 述催化劑載體的軸心線上而形成中心直通孔，其餘軸向直通孔位於催化劑載體的徑向面的1/2 2/3半徑區域內並沿該區域圓周方向均勻間隔分布，各軸向直通孔之間軸向相互平 行。作為本實用新型的進一步改進，所述若干軸向直通孔的數量為1 10個。 作為本實用新型的進一步改進，所述若干徑向直通孔分別與所述催化劑載體的軸 心線相互垂直且相交。作為本實用新型的進一步改進，所述若干徑向直通孔沿所述催化劑載體的軸向形 成1 3層平面分布，各層平面設1 4個徑向直通孔。作為本實用新型的進一步改進，所述各同層平面上的各相鄰徑向直通孔之間的夾 角均相等。作為本實用新型的進一步改進，所述催化劑載體的徑向面直徑為19mm，所述軸向 直通孔的直徑為2 9mm，所述徑向直通孔的直徑為2 5mm。作為本實用新型的進一步改進，所述軸向直通孔的孔形為圓形或橢圓形，所述徑 向直通孔的孔形為圓形或橢圓形。作為本實用新型的進一步改進，所述催化劑載體的圓柱面上於圓周方向均勻間隔 開設有4 6個軸向的弧形槽，從而使該催化劑載體1的形狀類似於設有4 6個弧形齒 的直齒輪。一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體，該催化劑載體上開設有若干相互平 行的同向直通孔，所述催化劑載體呈球形，該催化劑載體上開設有與其平行於所述同向直 通孔的中心軸垂直且相交的若干垂直直通孔。本實用新型的有益效果是通過催化劑載體上增加開設徑向直通孔，在不影響催 化劑強度的前提下，進一步增大催化劑外表面積，提高催化劑活性；催化劑載體軸向徑向開 孔，增加了氣流通過空隙，增加了催化劑的受氣孔孔率，提高了催化劑使用效率，同時降低 液體阻力，改善氣流及溫度分布，改善了烴類部分氧化爐的運行狀況，從而進一步降低工廠 運行能耗和成本。

圖1為本實用新型第一實施例的結構示意圖；圖2為本實用新型第一實施例中所述變化結構示意圖；圖3為本實用新型第二實施例的結構示意圖；圖4為本實用新型第三實施例的結構示意圖；圖5為本實用新型第三實施例中所述變化結構示意圖。
具體實施方式
實施例一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體1，該催化劑載體1上開設有 若干軸向直通孔2，如圖1、2、3所示，所述催化劑載體1呈圓柱形，該催化劑載體1的圓柱面 上開設有若干徑向直通孔3。所述若干軸向直通孔2中的一個軸向直通孔位於所述催化劑載體1的軸心線上而 形成中心直通孔4，其餘軸向直通孔2位於催化劑載體1的徑向面的1/2 2/3半徑區域內 並沿該區域圓周方向均勻間隔分布，各軸向直通孔2之間軸向相互平行。[0025]所述若干軸向直通孔2的數量為1 10個。所述若干徑向直通孔3分別與所述催化劑載體1的軸心線相互垂直且相交。所述若干徑向直通孔3沿所述催化劑載體1的軸向形成1 3層平面分布，各層 平面設1 4個徑向直通孔3。所述各同層平面上的各相鄰徑向直通孔3之間的夾角均相等。所述催化劑載體1的徑向面直徑為19mm，所述軸向直通孔2的直徑為2 9mm，所 述徑向直通孔3的直徑為2 5mm。所述軸向直通孔2的孔形為圓形或橢圓形，所述徑向直通孔3的孔形為圓形或橢 圓形。所述催化劑載體1的圓柱面上於圓周方向均勻間隔開設有4 6個軸向的弧形槽 5，從而使該催化劑載體1的形狀類似於設有4 6個弧形齒的直齒輪(見圖2、3所示)。一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體1，該催化劑載體1上開設有若干相 互平行的同向直通孔2'，其特徵在於所述催化劑載體1呈球形，該催化劑載體1上開設 有與其平行於所述同向直通孔2'的中心軸垂直且相交的若干垂直直通孔3'(見圖4所 示)°本實用新型催化劑適用於以焦爐氣、煤層氣、天然氣、石油伴生氣或石腦油為原料 進行部分氧化反應(含二段重整)過程。具體舉例如下第一實施例一種烴類部分氧化催化劑，如圖1所示，催化劑載體1呈圓柱形，該催化劑載體1 的徑向面直徑為19mm，該催化劑載體上軸向開設有七個軸向直通孔2，其中一個軸向直通 孔位於催化劑載體的中心軸線上而形成中心直通孔4，該中心直通孔4的孔徑為5mm，另外 六個軸向直通孔2的孔心在催化劑載體1的徑向面上沿半徑為6. 72mm(半徑的0. 71)處的 圓周上均勻間隔分布，該六個軸向直通孔2的孔徑為2. 51mm。所述催化劑載體1除軸向開孔外，於其側面(即圓柱面)徑向開設有三層直通 孔，每層設有一個徑向直通孔3 (即共有三個對穿孔)，該徑向直通孔3的孔徑為4mm，每相 鄰兩層之間的徑向直通孔3的中心軸線之間的夾角為60 °，該三層間的相鄰軸向間距為 4. 75mm。該烴類部分氧化催化劑，每顆的總面積為3440. 81mm2。常規烴類部分氧化劑(直徑19mm、高度19mm、內孔直徑9mm)，每顆的總面積為 2111. 16mm2。本例烴類部分氧化催化劑的表面積比常規烴類部分氧化催化機的表面積增加了 1329. 65mm2,即增加了 62. 98%。在本例催化劑載體1的圓柱面上於圓周方向均勻間隔開設有6個軸向的弧形槽5， 使該催化劑載體1的形狀類似於設有6個弧形齒的直齒輪，則其表面積將進一步增大，該變 化結構如圖2所示。而目前國內外廣泛採用的僅在軸向開設多孔的催化劑每顆的總表面積約為 2779. 92mm2,比每顆常規烴類部分氧化催化劑的表面積僅僅增加了 32. 62%。第二實施例
5[0044]如圖3所示，一種烴類部分氧化催化劑，催化劑載體1呈圓柱形，該催化劑載體1 的徑向面直徑為19mm，該催化劑載體上軸向開設有五個軸向直通孔2，其中一個軸向直通 孔位於催化劑載體的中心軸線上而形成中心直通孔4，該中心直通孔4的孔徑為5mm，另外 四個軸向直通孔2的孔心在催化劑載體1的徑向面上沿半徑為5. 56mm(半徑的0. 62)處的 圓周上均勻間隔分布，該四個軸向直通孔2的孔徑為3. 85mm。所述催化劑載體1除軸向開孔外，於其側面(即圓柱面)徑向開設有三層直通 孔，每層設有一個徑向直通孔3 (即共有三個對穿孔)，該徑向直通孔3的孔徑為4mm，每相 鄰兩層之間的徑向直通孔3的中心軸線之間的夾角為90 °，該三層間的相鄰軸向間距為 4. 75mm。該烴類部分氧化催化劑，每顆的總面積為3427. 34mm2。常規烴類部分氧化劑(直徑19mm、高度19mm、內孔直徑9mm)，每顆的總面積為 2111. 16mm2。本例烴類部分氧化催化劑的表面積比常規烴類部分氧化催化機的表面積增加了 1316. 19mm2,即增加了 62. 34% 0而目前國內外廣泛採用的僅在軸向開設多孔的催化劑每顆的總表面積約為 2786. 40mm2,比每顆常規烴類部分氧化催化劑的表面積僅僅增加了 31. 99%。第三實施例一種烴類部分氧化催化劑，如圖4所示，催化劑載體1為三維方向均開孔的多孔球 體，具體為該催化劑載體1上開設有五個相互平行的同向直通孔2'，其中一個同向直通 孔2'位於催化劑載體1該方向的球心軸線上，其餘四個同向直通孔2'圍繞於所述球心軸 線四周均勻間隔分布，該催化劑載體1上開設有與該球心軸線垂直且相交的兩個垂直直通 孔3'，該兩個垂直直通孔3'之間相交(即位於同層中)形成十字對穿孔結構。催化劑載體1為球體還是圓柱體，不影響其具體實施時的開孔方向及開孔操作， 若本例催化劑載體1為圓柱體，則所開設軸向直通孔2對應同向直通孔2'，所開設徑向直 通孔3對應垂直直通孔3'，其圓柱面上還可對應各直通孔位置開設四個軸向的弧形槽5， 使該催化劑載體1的形狀類似於設有4個弧形齒的直齒輪，該變化結構見圖5所示。具體應用時，以催化劑載體選用圓柱形為例，沿軸向開設1 10個直通孔，可進一 步增大催化劑外表面積，氣流通過的空隙也更大。既提高了催化劑的表面活性，同時也使使 流體阻力更小，流體能均勻流動，這對於烴類部分氧化爐是十分重要的，並以此降低工廠運 行能耗和成本；除軸向開孔外，在催化劑載體的圓柱體的徑向(側面)沿圓周均勻開設1 4個直 通孔，採用上述方式可使催化劑流體阻力達到最小，活性達到最高，而且強度達到最佳。從 而使目前為使催化劑進一步提高改進而產生的複雜外形催化劑加工製作技術難題就此解 決；同時催化劑在軸向和徑向均有開孔，保證了催化劑的流體受力結構合理，氣流分 布和溫度分布均勻，而且對催化劑載體的強度無明顯影響；裝入烴類部分氧化爐內的催化劑有部分處於徑向氣流方向時(按數學推理，其概 率相當於50% )，原來實際相當於實心圓柱體的徑向受氣面變成了已經開孔的可流通氣體 的截面，即孔率增加，外表面增加且氣流阻力下降；[0057]烴類部分氧化轉化爐的出口溫度為950 1000°C，烴類部分氧化轉化爐催化劑的 使用運行溫度為1000 1250°C，由於反應溫度較高、反應速度很快，實際上，部分氧化轉化 爐催化劑的活性受催化劑外表面的控制，採用本實用新型後，既保證了催化劑載體的強度， 又增加了催化劑的外表面積，可使部分氧化轉化爐的催化劑的表現活性基本按比例提高， 有利於降低轉化氣體進入部分氧化轉化爐的催化劑的溫度；由於烴類部分氧化劑的外形變化，採用本實用新型後，既提高了催化劑的活性，又 取得了節能降耗的效果。 本實用新型的烴類部分氧化催化劑的綜合性能超過了現有的環狀、柱狀、多孔狀 和車輪狀轉化催化劑的綜合性能。顯然，本領域的技術人員根據所掌握的技術知識和慣用手段，根據以上所述內容， 還可以做出不脫離本實用新型基本技術思想的多種形式，這些形式上的變換均在本實用新 型所要求的保護範圍之內。
權利要求一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體(1)，該催化劑載體(1)上開設有若干軸向直通孔(2)，其特徵在於所述催化劑載體(1)呈圓柱形，該催化劑載體(1)的圓柱面上開設有若干徑向直通孔(3)。
2.根據權利要求1所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述若干軸向直通孔(2) 中的一個軸向直通孔位於所述催化劑載體(1)的軸心線上而形成中心直通孔(4)，其餘軸 向直通孔(2)位於催化劑載體(1)的徑向面的1/2 2/3半徑區域內並沿該區域圓周方向 均勻間隔分布，各軸向直通孔(2)之間軸向相互平行。
3.根據權利要求1或2所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述若干軸向直通 孔⑵的數量為1 10個。
4.根據權利要求1所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述若干徑向直通孔(3) 分別與所述催化劑載體(1)的軸心線相互垂直且相交。
5.根據權利要求4所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述若干徑向直通孔(3) 沿所述催化劑載體(1)的軸向形成1 3層平面分布，各層平面設1 4個徑向直通孔(3)。
6.根據權利要求5所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述各同層平面上的各 相鄰徑向直通孔(3)之間的夾角均相等。
7.根據權利要求1所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述催化劑載體(1)的 徑向面直徑為19mm，所述軸向直通孔⑵的直徑為2 9mm，所述徑向直通孔(3)的直徑為 2 5mm。
8.根據權利要求1所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述軸向直通孔(2)的 孔形為圓形或橢圓形，所述徑向直通孔(3)的孔形為圓形或橢圓形。
9.根據權利要求1所述的烴類部分氧化催化劑，其特徵在於所述催化劑載體(1)的 圓柱面上於圓周方向均勻間隔開設有4 6個軸向的弧形槽(5)。
10.一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體(1)，該催化劑載體(1)上開設有若干 相互平行的同向直通孔(2')，其特徵在於所述催化劑載體(1)呈球形，該催化劑載體 (1)上開設有與其平行於所述同向直通孔(2')的中心軸垂直且相交的若干垂直直通孔 (3')。
專利摘要本實用新型公開了一種烴類部分氧化催化劑，包括催化劑載體，該催化劑載體上開設有若干軸向直通孔，所述催化劑載體呈圓柱形，該催化劑載體的圓柱面上開設有若干徑向直通孔。通過催化劑載體上增加開設徑向直通孔，在不影響催化劑強度的前提下，進一步增大催化劑外表面積，提高催化劑活性；催化劑載體軸向徑向開孔，增加了氣流通過空隙，增加了催化劑的受氣孔孔率，提高了催化劑使用效率，同時降低液體阻力，改善氣流及溫度分布，改善了烴類部分氧化爐的運行狀況，從而進一步降低工廠運行能耗和成本。
文檔編號B01J35/10GK201618569SQ201020111289
公開日2010年11月3日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者馮友茵, 劉立華, 史一欣, 唐家鵬, 龐治, 張也賢 申請人:江蘇煤化工程研究設計院有限公司