一種合成氨催化劑顆粒的製作方法
2023-05-06 19:00:01
專利名稱：一種合成氨催化劑顆粒的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種合成氨反應中使用的固體催化劑顆粒，具體涉及一種主體呈七齒輪狀的合成氨催化劑顆粒。
背景技術：
合成氨是重要的化工原料，主要用來生產化肥、硝酸、銨鹽、純鹼等。作為化學工業的支柱產業之一，合成氨是一個高能耗、低效益的產業。氨合成反應是一個可逆放熱且氣體體積縮小的過程，從熱力學角度考慮，要達到或接近平衡轉化率，催化反應應該在較低的溫度和較高的壓力下進行。然而溫度的降低會使反應速率下降，壓力的提高又會使能耗大大增加。現在合成氨反應中使用的大多為鐵系的催化劑，操作溫度和壓力都比較高，大型氨廠通常是在400°C 500°C和20. OMPa 30. OMPa0這種苛刻的操作條件對固體催化劑顆粒的機械強度要求很高，因為一旦催化劑顆粒的完整性被破壞，必將導致催化活性降低。因此提高合成氨鐵催化劑的強度有利於提高合成氨工段的穩定性。
實用新型內容本實用新型中主要解決的技術問題是獲得一種具有高強度的催化劑顆粒，以能在合成氨工況下耐受高溫高壓。在高溫條件下，催化劑顆粒會由於受熱膨脹，在局部應力集中的地方，會很容易破裂。根據力學原理，減少應力集中的方法是儘量使構件的整體外形實現圓滑過渡。為此，本實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、光滑的齒輪形狀。根據高等數學中對光滑曲線判斷的法則，由於這樣形狀的曲線的特徵函數具有一階連續的導數，所以是光滑曲線。也就是說，本實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力集中；而相對於普通圓柱，本實用新型中催化劑顆粒的這種齒輪狀具有更高的比表面積。本實用新型的具體的技術方案包括一種齒輪狀的固體催化劑顆粒，主體軸向部分為高度為H，催化劑顆粒的徑向橫截面外輪廓線呈連續的、光滑的七齒齒輪狀，且外輪廓線的外接圓半徑為R，內切圓半徑為r。形成上述催化劑顆粒主體徑向橫截面的連續光滑的齒輪狀外輪廓線的是具有下列特徵的曲線段(如圖1所示)一組數量為7，半徑為P的圓，圍繞中心點0，在0°到360°範圍內呈環形陣列；做如下三個圓，即外輪廓線的內切圓(圖1中的圓心為0，半徑為r的圓)、及相鄰的2個半徑為@的圓(如圖1中的圓P和圓Q)的外切圓(如圖1中的圓S)，得到另一組數量同為7的圓；分別來自這兩組的圓，兩兩之間相外切(如圖1中圓P和圓S相外切，圓S和圓Q相外切)，每個圓上形成相應的2個切點(如圖1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成橫截面的這種連續光滑的齒輪狀的外輪廓線。上述形成催化劑顆粒特徵的各種相關參數尺寸為[0008]R = 3 mm 5mm ;r = 0. 8R ；H = 2R 2. 2R ;P = 0. 2R0本實用新型與現有技術相比，外輪廓連續光滑，局部應力小，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強度。
圖1為本實用新型催化劑顆粒橫截面外輪廓線形成示意圖。圖2為本實用新型實施例1橫截面外輪廓線示意圖(同時也是實施例2和實施例3的橫截面外輪廓線示意圖)。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的說明與現有技術相比，本實用新型技術方案的顯著進步在於提高了催化劑顆粒的強度，而強度可以通過磨損率這個指標來考察。測試樣品顆粒的磨損率時採用上海黃海藥檢儀器有限公司出產的BY-300A型小型包衣機(不鏽鋼製糖衣鍋直徑200 mm，糖衣鍋傾斜角為35度)。測試時，每種樣品隨機抽取200顆，放入糖衣鍋中，糖衣鍋轉速控制為60轉/分鐘，保持轉速I小時後停止，取出顆粒，讀數外形結構完整的顆粒個數W，計顆粒磨損率《 =[(200-W)/200] X100%。
具體實施方式
中所涉及的本實用新型的催化劑顆粒都是根據這些顆粒各自的結構特徵，採用同樣的材料和設備製備得到的。下面的實施例僅用於詳細解釋說明本實用新型，並不以任何方式限制本實用新型的範圍。實施例1本實施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數尺寸見表I。催化劑顆粒主體高度H = 11 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 5 mm,內切圓半徑r = 4 mm,半徑P = 1mm。該催化劑顆粒磨損率《為9. 5%。實施例2本實施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數尺寸見表I。催化劑顆粒主體高度H = 6. 3 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 3 mm,內切圓半徑r = 2. 4 mm,半徑P = 0. 6 mm。該催化劑顆粒磨損率《為7. 5%。實施例3本實施例中催化劑顆粒的橫截面示意圖如圖2，具體參數尺寸見表I。催化劑顆粒主體高度H = 8 mm。催化劑顆粒徑向橫截面外輪廓線的外接圓半徑R = 4 mm,內切圓半徑r = 3. 2 mm,半徑P = 0. 8 mm。該催化劑顆粒磨損率w為9%。表 I
權利要求1.一種用於合成氨反應中的固體催化劑顆粒，其特徵在於催化劑顆粒的徑向橫截面外輪廓線呈連續的、光滑的七齒齒輪形狀，且外輪廓線的外接圓半徑為(R)，內切圓半徑為 Cr)。
2.如權利要求1所述的催化劑顆粒，其特徵在於主體徑向橫截面的這種連續光滑的齒輪狀外輪廓線由具有下列特徵的曲線段組成一組數量為7，半徑為(β)的圓，圍繞中心點(O)，在O度到360度範圍內呈環形陣列；做外輪廓線的內切圓以及相鄰的2個半徑為(β) 的圓，這三個圓的外切圓，這些外切圓形成另一組數量為7的圓；分別來自這兩組圓，兩兩之間相外切，每個圓上形成相應的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成橫截面的這種連續光滑的齒輪狀的外輪廓線。
3.如權利要求1所述催化劑顆粒，其特徵在於外輪廓線外接圓半徑(R)為3mm至5mnic
4.如權利要求1所述催化劑顆粒，其特徵在於顆粒的軸向高度⑶為2R至2.2R。
5.如權利要求1所述催化劑顆粒，其特徵在於外輪廓線內切圓半徑(r)為O.SR。
6.如權利要求2所述催化劑顆粒，其特徵在於半徑(β)為0.2R。
專利摘要一種用於合成氨反應中的固體催化劑顆粒，該顆粒的橫截面外輪廓線呈連續的、光滑的七齒齒輪形狀，該催化劑顆粒具有更高耐熱耐壓能力。
文檔編號C01C1/04GK202823400SQ20122052245
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月13日 優先權日2012年10月13日
發明者王翀, 李興揚 申請人:安徽工程大學