[发明专利]制备球形催化剂珠粒的设备和方法

说明书

本申请公开了用于制备均匀球形珠粒的设备和方法。具体地，通过以下方法制备均匀球形珠粒：将液滴滴在液滴滚动装置表面上，使液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒，并通过珠粒收集器来收集珠粒。

技术领域

本发明涉及均匀球形催化剂珠粒的制备，更具体地涉及利用超疏性涂层制备均匀球形珠粒的设备和方法。

背景技术

珠粒形成材料通常是水溶胶，或含二氧化硅、氧化铝或二氧化硅-氧化铝的浆料。珠粒通常是用作催化剂、催化剂载体或基质、吸附剂或离子交换材料的金属氧化物。通常，诸如气体液化的催化过程需要用催化剂材料覆盖的大表面积的反应器。均匀球形催化剂珠粒具有提供可以发生化学反应的大表面积的潜力。因此，在催化过程中需要均匀球形催化剂。

球形催化剂珠粒具有许多优于其它形状的优点，因为它们允许均匀填充，从而使压降的变化最小化，并且增加了反应物流通过床与催化剂有效接触的趋势，其用于移动床系统，产生了更好的流动性。

至少有六种不同的用于产生球形催化剂珠粒的技术(破碎、喷雾干燥、造粒、压片、挤出、油滴)。由液体方法制备的常用方法中的两种称为喷雾干燥和油滴法。

美国专利号125,406中描述的喷雾干燥技术将粉末悬浮在水中，产生浆料，该浆料通过喷嘴喷射以产生小液滴的颗粒，进入热空气干燥。然而这种技术适用于直径小于1mm的颗粒，它不适用于尺寸约为1mm至13mm的大尺寸颗粒。

油滴法(美国专利2,620,314)将少量可控量的催化剂溶液如氧化铝水溶胶与内部胶凝剂(六亚甲基四胺)一起滴入热油浴中。热油浴由重油或轻油组成，并且包含在柱或盘中。由于液滴主要由水组成，因此它不溶于油，并形成球体。然后水凝胶球体被吸引到油浴的底部并逐渐胶凝以保持球体的结构完整性。然后水凝胶球在热油中老化，然后洗涤、干燥并且在425℃至750℃的温度下煅烧。液滴在浸入油中之前是不规则形状的；非均匀尺寸的颗粒，并且由于表面张力的作用而仅在热油浴中呈现球形。由该方法制备的球形催化剂珠粒通常是不均匀的，尺寸小。

美国专利号4,628,040公开了油滴浴的替代方案，除去了油浴，并使用毛细管、文丘里管和不混溶的流体如气体或油来制备均匀球形催化剂珠粒。通过将毛细管的末端放置在文丘里管的喉部处来产生均匀的金属/非金属氧化物浆料液滴。不混溶的流体流过文丘里管并将液滴从毛细管的末端分离，产生均匀的球形液滴，其被硬化成球形珠粒。

还有其他专利已经对这些技术进行了改进(US 6,797,203)，这些技术将含水陶瓷浆料流入喷嘴枪头，喷嘴枪头浸入水不混溶流体中，以产生球形珠粒。美国专利号8,256,091使用具有精确尺寸的球形室腔的筛板，其中一定体积尺寸的液体悬浮液与流体一起释放到室中，该流体可将整个球形液体悬浮液排出到环境中以进行进一步改性，例如硬化。但是，没有使用超双疏性涂层板生成球形珠粒。超双疏性用于描述对高表面和低表面张力液体(油)均排斥的表面。

发明内容

本发明的一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；液滴滚动装置，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；以及珠粒收集器。所述液滴滚动装置和所述珠粒收集器被定位成使得所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置的一个点移动到另一个点。优选地，所述超疏性涂层是超疏水性涂层和/或超疏油性涂层。

本发明的另一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，所述方法包括提供液体悬浮液的液滴；将所述液滴滴在液滴滚动装置表面上，其中，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集所述珠粒。所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。

根据本发明的方法是有益的。与现有方法相比，利用包括超疏性涂层的液滴滚动装置表面制备珠粒的方法，可显著降低成本并且改善珠粒的均匀性。