[實用新型]一種合成氨催化劑顆粒

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220522454.1
• 申請日: 2012-10-13
• 公開（公告）號: CN202823400U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翀;李興揚
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué)
• 主分類號: B01J35/02
• 分類號: B01J35/02;C01C1/04
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種合成氨反應(yīng)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(shù)

合成氨是重要的化工原料,?主要用來生產(chǎn)化肥、硝酸、銨鹽、純堿等。作為化學(xué)工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一,?合成氨是一個高能耗、低效益的產(chǎn)業(yè)。氨合成反應(yīng)是一個可逆放熱且氣體體積縮小的過程,從熱力學(xué)角度考慮，要達到或接近平衡轉(zhuǎn)化率，催化反應(yīng)應(yīng)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(yīng)速率下降，壓力的提高又會使能耗大大增加。現(xiàn)在合成氨反應(yīng)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℃～500℃和20.0MPa～30.0MPa。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(dǎo)致催化活性降低。因此提高合成氨鐵催化劑的強度有利于提高合成氨工段的穩(wěn)定性。

實用新型內(nèi)容

本實用新型中主要解決的技術(shù)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，催化劑顆粒會由于受熱膨脹，在局部應(yīng)力集中的地方，會很容易破裂。根據(jù)力學(xué)原理，減少應(yīng)力集中的方法是盡量使構(gòu)件的整體外形實現(xiàn)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(xù)、光滑的齒輪形狀。根據(jù)高等數(shù)學(xué)中對光滑曲線判斷的法則，由于這樣形狀的曲線的特征函數(shù)具有一階連續(xù)的導(dǎo)數(shù)，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(yīng)力集中；而相對于普通圓柱，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(shù)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(xù)的、光滑的七齒齒輪狀，且外輪廓線的外接圓半徑為R，內(nèi)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(xù)光滑的齒輪狀外輪廓線的是具有下列特征的曲線段?(如圖1所示)：一組數(shù)量為7，半徑為β的圓，圍繞中心點O，在0°到360°范圍內(nèi)呈環(huán)形陣列；做如下三個圓，即外輪廓線的內(nèi)切圓(圖1中的圓心為O，半徑為r的圓)、及相鄰的2個半徑為β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(shù)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(yīng)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(gòu)成橫截面的這種連續(xù)光滑的齒輪狀的外輪廓線。

上述形成催化劑顆粒特征的各種相關(guān)參數(shù)尺寸為：

R?=?3?mm?~5mm；

r?=?0.8R；

H?=?2R?~?2.2R；

β?=?0.2R。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，外輪廓連續(xù)光滑，局部應(yīng)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。

附圖說明

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

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的說明：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型技術(shù)方案的顯著進步在于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(biāo)來考察。測試樣品顆粒的磨損率時采用上海黃海藥檢儀器有限公司出產(chǎn)的BY-300A型小型包衣機(不銹鋼制糖衣鍋直徑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(zhuǎn)速控制為60轉(zhuǎn)/分鐘，保持轉(zhuǎn)速1小時后停止，取出顆粒，讀數(shù)外形結(jié)構(gòu)完整的顆粒個數(shù)W，計顆粒磨損率ω?=?[(200-W)/200]×100%。

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(jù)這些顆粒各自的結(jié)構(gòu)特征，采用同樣的材料和設(shè)備制備得到的。

下面的實施例僅用于詳細(xì)解釋說明本實用新型，并不以任何方式限制本實用新型的范圍。

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(shù)尺寸見表1。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(nèi)切圓半徑r?=?4?mm，半徑β?=?1mm。該催化劑顆粒磨損率ω為9.5%。

實施例2