CN102441439B - 高效环保高强巢型支撑保护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高效环保高强巢型支撑保护剂，它包括本体（2），所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，本体内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔（3），在蜂窝孔之间间隔设置有加强筋（4），本体由70-90%wt的绿色碳化硅细粉和10-30%wt的有机粘土形成的组合物、以及占组合物总重量5-10%wt的羟甲基纤维素、5-10%wt的桐油、5-10%wt的硅溶胶和4-8%wt的硬脂酸镁组成，本发明可节约矿产资源，有利于环境保护，本发明硬度高、抗压强度高，耐酸碱和腐蚀能力强，抗热冲刷能力强，具有良好的导热性和热稳定性，可大大提高支撑保护能力，增加了催化剂的使用周期，能确保催化剂活性，加快催化反应速度，降低生产成本，提高反应器的工作效率。

Description

高效环保高强巢型支撑保护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石化、煤化工等行业用于支撑和覆盖保护催化剂的高效环保高强巢型支撑保护剂。

背景技术

化工催化剂是一种各类化工行业广泛使用的重要产品，特别是对石油化工、煤化工、精细化工及化肥、冶炼、轻工、医药、环保等行业的使用至关重要。为了保护贵重的催化剂，使催化剂不易压碎和损坏，延长催化剂使用周期，加快催化反应速度，降低生产成本、提高生产效率，现都要使用各类氧化物制成的球型、环型、柱型、车轮型、孔柱型、开孔球型、泡沫型和蜂窝型等不同形状的产品，一是作为底部垫层用来支撑催化剂，起支撑催化剂作用；二是作为覆盖层用来保护顶部催化剂，起保护催化剂作用，用覆盖层来过滤吸附气液中的胶质、焦粉等微小固体杂质、防止催化剂压碎、沉积、结焦、结块产生阻塞，避免塔内压力升高，防止催化剂活性组份烧结；该产品还可作为分配剂用于催化剂中间气液分流，起分配作用。目前作为支撑保护剂的产品种类有很多，形成了具有支撑作用的支撑剂、具有保护作用的保护剂和分流作用的分配剂，以它们在塔中位置不同所起的作用也不同，统称为支撑保护剂，如瓷球、开孔瓷球、小环状、孔柱状、齿轮状、特别是现在使用量正逐步增多的蜂窝陶瓷，它们也各有所长，各有所短，但不管那种，都由于在选取材、形状结构和其它制造工艺等原因的限制，都存在有一些共同的缺点：一是现有支撑保护剂的抗压强度、耐磨性和抗冲刷（击）能力还不够高，比表面积还不足，景响对介质的过滤性能，造成气液分配不均匀；二是现有支撑保护剂导热性能不高、比表面积不足和热稳定性不大好。    

发明内容

针对上述现有技术中支撑保护剂存在的问题，本发明提供了一种不仅硬度高、抗压强度高，耐酸碱和腐蚀性好，而且耐磨性好、导热性和热稳定性高的高效环保高强巢型支撑保护剂。

本发明采用不与活性组份发生任何反应的“绿色碳化硅”代替现有氧化物为主要原料，经科学配方，生产出一种具有支撑、保护和分配作用的支撑保护剂。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述高效环保高强巢型支撑保护剂包括本体，所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，所述本体内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔，在蜂窝孔之间间隔设置有加强筋，所述本体由70-90%wt的绿色碳化硅细粉和10-30%wt的有机粘土形成的组合物，以及占组合物总重量5-10%wt的羟甲基纤维素、5-10%wt的桐油、5-10%wt的硅溶胶和4-8%wt的硬脂酸镁组成并按下述方法制备而成：

（1）先将各种粉料原料按比例混合，再按比例加入各种液态原料，充分搅拌混合，捏合，陈腐制成泥块，

（2）将泥块放入全自动真空注射压机中，通过模具挤压制成巢型湿坯体，

（3）将湿坯体进行自然或热风干燥到其中水份少于2%，制成干坯体，

（4）将干坯体按工艺要求进行切割成段、打磨吹灰，制成半成品，

（5）将半成品装窑，先以不少于16小时时间升温至900℃，而后再升温至1350-1450℃并保温4-8小时，再冷却到小于150℃后出炉而成为支撑保护剂。

所述支撑保护剂的主要化学成份重量为SiC：70-85%、SiO₂ :10-25%、 Fe₂O₃:0.5-0.8%。                                                                                                                              

所述支撑保护剂具有支撑、覆盖保护和分配的作用，该产品在催化剂底层主要起支撑催化剂作用，或覆盖在催化剂顶部主要起保护催化剂作用，或设置在催化剂中间主要起气液均匀分配作用。

由于气液从催化剂顶部进入，为进一步提高覆盖在催化剂顶部的支撑保护剂作用，使支撑保护剂能充分吸附气液中的胶质、焦粉等微小固体杂质，避免微小固体杂质沉积在催化剂中，防止催化剂阻塞和烧焦，延长催化剂使用周期，确保催化剂使用效果，本发明将所述本体在400-600℃高温下通过多次活化浸渍处理，使本体内部的蜂窝孔表面上粘附一层活性层，所述活性层中的活性组份总含量不少于2.8%wt，从而制备出另一种带有活性组份的主要用于覆盖催化剂顶部的支撑保护剂。所述活性组份为钼、钴、钨、镍、磷五种元素的一种或一种以上组合，具体组合可视催化剂使用情况进行确定。

本发明所述绿色碳化硅：细度大于250目，SiC含量不少于99.5%，其晶体为α型，结晶量大于98%。

所述蜂窝孔横截面形状可为三角形、圆形或正六方形等。

所述羟甲基纤维属于粘合剂，是一种白色粉末;所述有机粘土为可在市场上购买的产品。它主要有高岭土型有机粘土、膨润土有机粘土和蒙脱石有机粘土，有机粘土中氧化铁含量小于0.8%；所述硅溶胶为中性，硅溶胶中含SiO₂量大于25%；所述桐油为润滑剂，所述硬脂酸镁为脱模剂。

本发明可充分利用现有部份的废弃绿色碳化硅磨具和高温窑具，经粉碎,磁选、筛分和分级处理制成粉状绿色碳化硅，它具有导热系数高、热膨胀系数小、化学性质稳定，且在在高温高压等条件下具有良好的高温抗氧化性、耐热震稳定性高等性能,因此用碳化硅作为主要原料制备的支撑保护剂在催化剂使用过程中，能确保催化剂整体性能，特别在催化剂处于非稳定操作状态下，可以避免催化剂受操作参数的扰动而导致反应器局部或整体产生飞温现象，使催化剂不会被结焦和结块。再生条件优越，延长了催化剂使用寿命和开工周期，提高了反应器的工作效率。

本发明与现有技术相比具有以下优点

1、本发明可充分利用部分的废弃绿色碳化硅磨具和高温窑具，节约矿产资源，有利于环境保护和生态平衡，

2、本发明选用了硬度高、抗压强度高，耐酸碱和腐蚀能力强，抗热冲刷能力强的优质SiC材料，并增加加强筋，可大大提高支撑能力及抗压强度，承受催化剂载重，确保催化剂不易压碎、粉碎和损坏，增加了催化剂的使用周期，

3、本发明具有良好的导热性和热稳定性，能确保催化剂活性性能，避免飞温现象，催化剂不会被结焦、结块，可延长催化剂使用寿命，加快催化反应速度，降低生产成本，提高反应器的工作效率，

4、载体呈环形体，压降阻力小，有利于反应器运行和控制。

本发明所具有的物理和化学性能指标：

1、物理性能

堆积密度：0.95-0.98吨/m3(规格为:直径为25mm,300目孔)

外型尺寸:A型,φ6×4、φ10×6、φ13×7、φ15×8、φ18×9。

   B型，φ20×10、φ25×12、φ30×14、φ35×16。

蜂窝孔密度；100-300孔/cm2,孔型为规整垂直的三角形、圆形或圆方形孔。

导热系数：＞40W/MK（1200℃），抗冲击性＞300K，

耐压强度；≥80Mpa，硬度：≥2000Kg/m2,空隙率＞80%，

比表面积800-2000m2/m3,吸水率：＜3%，耐酸度>99.8%，耐碱度>98%。

2、产品整体外观

产品外观为浅绿色，φ6-φ18外型为柱巢型，φ20-φ35为鸟巢型，每个产品上设置有三条均匀分布的加强筋。

3、化学性能

碳化硅70-85%、SiO₂ :10-25%、三氧化铁0.5-0.8%。

活性层中活性组份总含量：＞2.8% (活性组份为钼、钴、钨、镍、磷中的一种或一种以上组合)。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图，

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

在图中，1、孔壁 2、本体  3、蜂窝孔  4、加强筋。

具体实施方式

实施例1，如图1和图2所示，所述高效环保高强巢型支撑保护剂包括本体2，所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，所述本体2内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔3，蜂窝孔横截面为三角形，也可以是圆形或正六方形，孔壁1厚度为0.3-0.5mm,在蜂窝孔之间间隔设置有厚度为0.8-1mm的加强筋4，加强筋为六条均匀间隔设置，所述本体由76%wt的绿色碳化硅细粉和24%wt的有机粘土（高岭土型有机粘土）形成的组合物，以及占组合物总重量6%wt的羟甲基纤维素、9%wt的桐油、6%wt的硅溶胶和8%wt的硬脂酸镁组成并按下述方法制备而成：

（1）先将各种粉料原料按比例混合，再按比例加入各种液态原料，充分搅拌混合，捏合，陈腐制成泥块，

（2）将泥块放入全自动注射压机中，通过模具挤压制成巢型湿坯体，

（3）将湿坯体进行自然或热风干燥到其中水份少于2%，制成干坯体，

（4）将干坯体按工艺要求进行切割成段、打磨吹灰，制成半成品，

（5）将半成品装窑，先以不少于16小时时间升温至900℃，而后再升温至1350-1450℃并保温4-8小时，再冷却到150℃以下出炉而成为支撑保护剂成品。        

实施例1所得支撑保护剂成品经检测，各项性能指标为：

导热系数：42W/MK（1200℃），抗冲击性：3120K，

耐压强度；85Mpa，硬度：2100Kg/m2,空隙率：85%，

吸水率：2.1%，耐酸度:99.8%，耐碱度:98%。

SiC:75.3%、SiO₂ :20.6%、三氧化铁0.72%,其余为杂质。

实施例2，所述高效环保高强巢型支撑保护剂包括本体2，所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，所述本体内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔3，蜂窝孔横截面为三角形，孔壁1厚度为0.3-0.5mm,在蜂窝孔之间间隔设置有加强筋4，加强筋厚度为0.8-1毫米，加强筋为六条均匀间隔设置，所述本体由86%wt的绿色碳化硅细粉和14%wt的有机粘土（蒙脱石型有机粘土）形成组合物，以及占组合物总重量9%wt的羟甲基纤维素、6%wt的桐油、9%wt的硅溶胶和5%wt的硬脂酸镁按实施例所述方法制备而成。

   实施例2所得支撑保护剂成品经检测，各项性能指标为：

导热系数：43W/MK（1200℃），抗冲击性：3180K，

耐压强度；84.6Mpa，硬度：2180Kg/m2,空隙率：86%，

吸水率：2.2%，耐酸度:99.8%，耐碱度:98%。

SiC:85.3%、SiO₂ :15.6%、三氧化铁0.58%,其余为杂质。

 实施例3，所述高效环保高强巢型支撑保护剂包括本体2，所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，所述本体内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔3，蜂窝孔横截面为三角形，孔壁1厚度为0.3-0.5mm, 在蜂窝孔之间间隔设置有加强筋4，加强筋厚度为0.8-1毫米，加强筋为六条均匀间隔设置，所述本体由80%wt的绿色碳化硅细粉和20%wt的有机粘土（膨润土型有机粘土）形成的组合物，以及占组合物总重量7%wt的羟甲基纤维素、7%wt的桐油、6%wt的硅溶胶和6%wt的硬脂酸镁在实施例1所述方法的基础上再按下述方法制备而成。

   将上述实施例3所得的支撑保护剂成品在400-600℃高温下，按现有活化处理工艺，通过3次活化处理，使支撑保护剂内部的蜂窝孔表面上均匀粘附一层活性层（图中未画出），所述活性层中活性组份总含量3.22%wt，活性组份为钼和镍两种组合（各占50%），从而制备出另一种带有活性组份的支撑保护剂成品。

Claims (1)

1.高效环保高强巢型支撑保护剂，它包括本体（2），所述本体呈两端为外凸曲面的扁圆柱体形，所述本体内部设置有呈网状结构分布的蜂窝孔（3），其特征在于：所述本体在400-600℃高温下通过多次活化处理，使本体内部的蜂窝孔表面上粘附一层活性层，所述活性层中活性组份总含量不少于2.8%wt，所述活性组份为钼、钴、钨、镍、磷五种元素的一种或一种以上组合，在蜂窝孔之间间隔设置有加强筋（4），所述本体由70-90%wt的绿色碳化硅细粉和10-30%wt的有机粘土形成的组合物、以及占组合物总重量5-10%wt的羟甲基纤维素、5-10%wt的桐油、5-10%wt的硅溶胶和4-8%wt的硬脂酸镁组成并按下述方法制备而成：

（1）先将各种粉料原料按比例混合，再按比例加入各种液态原料，充分搅拌混合，捏合，陈腐制成泥块，

（2）将泥块放入真空注射压机中，通过模具挤压制成巢型湿坯体，

（3）将湿坯体进行自然或热风干燥到其中水份少于2%，制成干坯体，

（4）将干坯体按工艺要求进行切割成段、打磨吹灰，制成半成品，

（5）将半成品装窑，先以不少于16小时时间升温至900℃，而后再升温至1350-1450℃并保温4-8小时，再冷却到低于150℃出炉而成为支撑保护剂。

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