[发明专利]一种异形催化剂载体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂设计技术领域，具体而言，涉及一种异形催化剂载体及其制备方法与应用。

背景技术

在催化剂设计方面，研究者更多的关注于活性组分、载体、制备方法等，目的是抑制催化剂积炭和活性组分烧结，提高催化剂的使用寿命。上述研究大多在实验室规模的反应器内进行，催化剂装填量少，而且为了尽可能减小催化剂内扩散的影响，研究者通常使用粉末状催化剂。然而，粉末状催化剂的床层压降大，并不适用于工业固定床反应器，必须对催化剂粉末进行成型处理。成型催化剂的颗粒形状(球形、柱形、环形等)是影响反应过程和反应器操作的重要因素，除了颗粒自身的机械强度和流体力学方面(如流体流动、压力降等)的考虑外，由于颗粒形状的不同所引起的催化剂内扩散影响的差异，也不容忽视。从固定床催化反应总的发展趋势看，在催化剂自身强度和使用过程中床层压力降允许的情况下，催化剂颗粒度越来越趋向于向小粒径异形化方向发展。

从异形催化剂的发展情况来看，采用最多的是颗粒状催化剂，如圆柱形、三叶形等，按固定床方式装填。为了提高催化剂的利用率，可以减小催化剂的粒度，但这样会使压降增大。为了克服上述不足，于是发展了整体式催化剂，如蜂窝状催化剂，给物料流提供了平行的通道，使压降降低，几何表面积增加，但平行通道之间缺少了物料的传递，同时通道内层流区的存在使物料浓度分布不均匀和传质效率低。如果能减少层流区域，加强径向扩散，使催化剂表面生成的产物快速地进入主体相，而反应物快速移到催化剂表面，则将会提高催化反应效率，因此有必要通过改变催化剂的几何形状来改变物料的流动状态，强化传质和传热。

催化剂的形状对装填方式和装填堆密也有重要影响，工业应用的加氢精制类催化剂基本为圆柱或三、四叶草条形，这类催化剂具有成型效率高，生产量大的优点。但由于加氢精制反应器的特点为高径比大，反应器直径较小(0.80～1.40m)，不利于催化剂的装填和卸出，在此类反应器采用圆柱和三叶草条形催化剂较难实现均匀的密相装填。同时加氢精制类催化剂在使用周期内需要多次器外再生，催化剂的装卸过程是否简单易操作也是必须考虑的方面。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种异形催化剂载体的制备方法，该方法操作过程简单，设备投资低，成品率高，适于大规模生产。

本发明的第二目的在于提供一种采用所述的异形催化剂载体的制备方法得到的异形催化剂载体，所述的异形催化剂载体具有体表面积大、同时保留球形，催化剂装卸方便，耐冲击的优点，尤其适用于反应器床层高，直径小，装填难度高且需定期器外再生的加氢类催化剂的生产。由于该异形催化剂载体颗粒具有类似球体的中心对称性质，可以有效减少目前常用的类圆柱形条状催化剂载体颗粒(如柱形，三叶草形，θ环形)装填过程中的人为因素，保证反应器内催化剂在不同位置具有相对均一的堆积密度，有利于优化热效应明显的反应器内同一横截面的温度分布，对产品质量控制及优化均十分有利。

本发明的第三目的在于提供一种所述的异形催化剂载体的应用，所述的异形催化剂载体为带刺球形催化剂载体颗粒，形状均一，堆密明显高于条状及三叶草等常用柱形催化剂载体，相同几何形状因子条件下堆密接近于球形，但由于其更大的外表面积，比球形催化剂载体更有利于降低反应气体通过床层的压力降，并同时改善反应器中气体分布不均的现象，减少沟流及死体积现象。对于Thiele模数φ>1的体系,异形催化剂载体有利于反应能力的提高。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种异形催化剂载体的制备方法，包括将分子筛和粘结剂配料混合后制备成种子，采用酸溶液喷淋润湿种子进行催化剂载体成型，通过调节喷淋的酸溶液浓度来控制催化剂载体表面的形貌，干燥焙烧处理后得到一种异形催化剂载体。

本发明异形催化剂载体的制备方法操作过程简单，设备投资低，成品率高，适于大规模生产。采用种子生长的方式，通过调节喷淋的酸溶液浓度来控制催化剂载体表面的形貌，能够得到具有特殊带刺球形结构，更有利于降低反应气体通过床层的压力降，并同时改善反应器中气体分布不均的现象，减少沟流及死体积现象，提高催化效率。

可选地，所述分子筛和粘结剂的质量比为4-9:1-6，优选为6-7:3-4。

可选地，所述分子筛包括ZSM分子筛中的一种或多种，优选包括ZSM-5分子筛中的一种或多种，进一步优选包括硅铝比为40-100的ZSM-5分子筛中的一种或多种。

可选地，所述粘结剂包括SB粉、拟薄水铝石中的一种或两种，优选包括SB粉或拟薄水铝石。