[发明专利]用于挤压颗粒的模具和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于挤压颗粒的方法和设备，以及涉及一种利用这种方法和设备生产出的颗粒。具体地，本发明的各方面涉及一种用于在挤压颗粒（尤其是用于在催化反应中使用的颗粒）中使用的模具。

背景技术

对于某些反应，期望的是使得反应混合物通过催化剂颗粒床。在诸如用于烃合成的费-托过程的质量传递或者有限扩散反应的情况下尤其如此。在这种过程中，含烃供给原料首先被转化成由氢气和一氧化碳构成的混合物（通常称为合成气或者合成气体）中。然后，将合成气供给到反应器中，在所述反应器中，合成气在适当的催化剂上方、在升高的温度和压力下、在多步骤的处理过程中被转化成主要为石蜡的化合物。反应条件通常布置成有助于生产比甲烷和二氧化碳更长的长链烃。

已知类型的费-托催化剂典型地包括作为催化活化组分的金属，所述金属来自化学元素周期表的VIII族（在此参照关于如例如在由CPC出版社出版的化学和物理手册的第68版中描述的元素周期表的先前IUPAC版本的元素周期表）。特别地，催化活性金属包括钌、铁、钴和镍，其中钴经常为优选的选择。在使用中，催化活化金属优选地被支撑在多孔催化剂载体上。多孔催化剂载体可以选自下述中的任一种：适当的难熔金属氧化物或者硅酸盐，或者本领域中已知的这些催化剂载体的组合。优选的多孔催化剂载体的特别示例包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈、gallia以及它们的混合物，其中，二氧化硅和二氧化钛是尤为优选的。在EP-1042067中描述了用于制备这种催化剂材料的示例性方法。

为了使得催化剂在使用中是有效的，期望以适当的形状因子提供所述催化剂。生产如上所述的催化剂材料的一种方式是将糊状物从料斗或者压缩机供给到挤压机中，所述糊状物包括载体材料以及可选地包括催化活性组分或者其前体。在挤压过程用于形成费-托催化剂的情况中，糊状物可以包括催化活化金属和/或促进剂。位于挤压机端部处的多个模具均包括多个小孔，迫使糊状物通过所述小孔。所形成的挤压物是用于在适当的反应器中（诸如，固定床多管反应器）使用的细长的催化剂前体、催化剂或者催化剂载体。

质量传递限制了可在这样的反应器中使用的催化剂的量，从而使得期望增加可获得的催化剂的表面面积。做到这一点的方式是减小催化剂的尺寸，但在使用中这将导致催化剂更密集堆积，并且因此导致催化剂两端的压降显著。这种压降通常是不利的，并且多管反应器在实践中可能不能耐受阈值之上的压降或者压降变化。这需要催化剂颗粒具有足够的尺寸（尤其是长度和直径）以将压降保持在可接受的界限内。

已经应用多种催化剂形状，以便针对给定的颗粒长度提供增大的表面面积。在美国专利No.3857780和No.3966644中论述了使用三叶（TL）和其它多叶颗粒，所述三叶和其它多叶颗粒包括相互抵接或者重叠的多个圆柱形叶。术语“三叶”或者TL催化剂通常用于具有三叶草形横截面的催化剂颗粒。已经提出基于三叶或者多叶形状的多种其它发展方案。示例是：在WO2003/013725和WO2003/103833中公开的极端三叶（TX）形状，在所述WO2003/013725和WO2003/103833中，三叶件是相互抵接的等尺寸的圆柱体，所述等尺寸的圆柱体关于等尺寸的另外圆柱体等距（spaced around）；在WO2008/087149中公开的不对称的三叶（TA）形状，其中，三叶件包括就TX状而言布置在中央圆柱体周围的相等的圆柱体，但是其中，中央圆柱体大于叶；和多叶形状，所述多叶形状包括多个叶，以使得每个叶可以在横截面中映射成一系列等尺寸的环，所述环以规则阵列布置，以使得每个环均由六个邻近的环抵接（CA状）。

尽管这些形状与简单的圆柱体相比确实提供了每单位催化剂长度的增大的表面面积，还是期望进一步改进催化剂性能，尤其是对于压降进行改进。针对三叶和多叶的颗粒，对于给定的颗粒长度，进一步减小压降的有效方法是提供一种如在EP0218147中公开的螺旋盘绕的（“螺旋形”）的挤压物。这种螺旋防止了将导致更大压降的催化剂颗粒堆积。

在实践中，通过这些方法生产出的螺旋形挤压物以大幅低于理论水平的有效性实现。在实践中，这种挤压物将趋于解盘绕，并且其节距将大于预测节距。因此，期望生产一种螺旋形挤压物，所述螺旋形挤压物更近地接近期望的物理形态，以针对给定长度的颗粒提供降低的压降。

发明内容