CN102909086A

CN102909086A - 一种合成氨催化剂颗粒

Info

Publication number: CN102909086A
Application number: CN201210386281XA
Authority: CN
Inventors: 王翀; 李兴扬
Original assignee: Anhui Polytechnic University
Current assignee: Anhui Polytechnic University
Priority date: 2012-10-13
Filing date: 2012-10-13
Publication date: 2013-02-06

Abstract

一种用于合成氨反应中的固体催化剂颗粒，该颗粒的横截面外轮廓线呈连续的、光滑的七齿齿轮形状，该催化剂颗粒具有更高耐热耐压能力。

Description

一种合成氨催化剂颗粒

技术领域

本发明涉及一种合成氨反应中使用的固体催化剂颗粒，具体涉及一种主体呈七齿轮状的合成氨催化剂颗粒。

背景技术

合成氨是重要的化工原料, 主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。作为化学工业的支柱产业之一, 合成氨是一个高能耗、低效益的产业。氨合成反应是一个可逆放热且气体体积缩小的过程,从热力学角度考虑，要达到或接***衡转化率，催化反应应该在较低的温度和较高的压力下进行。然而温度的降低会使反应速率下降，压力的提高又会使能耗大大增加。现在合成氨反应中使用的大多为铁系的催化剂，操作温度和压力都比较高,大型氨厂通常是在400℃～500℃和20.0MPa～30.0MPa。这种苛刻的操作条件对固体催化剂颗粒的机械强度要求很高，因为一旦催化剂颗粒的完整性被破坏，必将导致催化活性降低。因此提高合成氨铁催化剂的强度有利于提高合成氨工段的稳定性。

发明内容

本发明中主要解决的技术问题是获得一种具有高强度的催化剂颗粒，以能在合成氨工况下耐受高温高压。在高温条件下，催化剂颗粒会由于受热膨胀，在局部应力集中的地方，会很容易破裂。根据力学原理，减少应力集中的方法是尽量使构件的整体外形实现圆滑过渡。为此，本发明中催化剂颗粒主体的径向横截面的外轮廓线是由多段相切的劣弧首尾相连形成的连续、光滑的齿轮形状。根据高等数学中对光滑曲线判断的法则，由于这样形状的曲线的特征函数具有一阶连续的导数，所以是光滑曲线。也就是说，本发明中催化剂颗粒横截面的外轮廓线是光滑曲线。这样的外轮廓线上具有除了圆形以外的理论上最小的摩擦力和最少的应力集中；而相对于普通圆柱，本发明中催化剂颗粒的这种齿轮状具有更高的比表面积。

本发明的具体的技术方案包括：

一种齿轮状的固体催化剂颗粒，主体轴向部分为高度为H，催化剂颗粒的径向横截面外轮廓线呈连续的、光滑的七齿齿轮状，且外轮廓线的外接圆半径为R，内切圆半径为r。

形成上述催化剂颗粒主体径向横截面的连续光滑的齿轮状外轮廓线的是具有下列特征的曲线段 (如图1所示)：一组数量为7，半径为β的圆，围绕中心点O，在0°到360°范围内呈环形阵列；做如下三个圆，即外轮廓线的内切圆(图1中的圆心为O，半径为r的圆)、及相邻的2个半径为β的圆(如图1中的圆P和圆Q)的外切圆(如图1中的圆S)，得到另一组数量同为7的圆；分别来自这两组的圆，两两之间相外切(如图1中圆P和圆S相外切，圆S和圆Q相外切)，每个圆上形成相应的2个切点(如图1中圆P上的点A和点B，圆S上的点B和点C)，取这两个切点之间的劣弧，所有的这些劣弧首尾相连构成横截面的这种连续光滑的齿轮状的外轮廓线。

上述形成催化剂颗粒特征的各种相关参数尺寸为：

R = 3 mm ~5mm；

r = 0.8R；

H = 2R ~ 2.2R；

β = 0.2R。

本发明与现有技术相比，外轮廓连续光滑，局部应力小，在提高催化剂颗粒比表面积的同时，更显著提高了催化剂颗粒的强度。

附图说明

图1为本发明催化剂颗粒横截面外轮廓线形成示意图。

图2为本发明实施例1横截面外轮廓线示意图(同时也是实施例2和实施例3的横截面外轮廓线示意图)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明：

与现有技术相比，本发明技术方案的显著进步在于提高了催化剂颗粒的强度，而强度可以通过磨损率这个指标来考察。测试样品颗粒的磨损率时采用上海黄海药检仪器有限公司出产的BY-300A型小型包衣机(不锈钢制糖衣锅直径200 mm，糖衣锅倾斜角为35度)。测试时，每种样品随机抽取200颗，放入糖衣锅中，糖衣锅转速控制为60转/分钟，保持转速1小时后停止，取出颗粒，读数外形结构完整的颗粒个数W，计颗粒磨损率ω = [(200-W)/200]×100%。

具体实施方式中所涉及的本发明的催化剂颗粒都是根据这些颗粒各自的结构特征，采用同样的材料和设备制备得到的。

下面的实施例仅用于详细解释说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中催化剂颗粒的横截面示意图如图2，具体参数尺寸见表1。催化剂颗粒主体高度H = 11 mm。催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 5 mm，内切圆半径r = 4 mm，半径β = 1mm。该催化剂颗粒磨损率ω为9.5%。

实施例2

本实施例中催化剂颗粒的横截面示意图如图2，具体参数尺寸见表1。催化剂颗粒主体高度H = 6.3 mm。催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 3 mm，内切圆半径r = 2.4 mm，半径β = 0.6 mm。该催化剂颗粒磨损率ω为7.5%。

实施例3

本实施例中催化剂颗粒的横截面示意图如图2，具体参数尺寸见表1。催化剂颗粒主体高度H = 8 mm。催化剂颗粒径向横截面外轮廓线的外接圆半径R = 4 mm，内切圆半径r = 3.2 mm，半径β = 0.8 mm。该催化剂颗粒磨损率ω为9%。

表1

	H (mm)	R (mm)	r (mm)	β (mm)	ω %
						实施例1	11	5	4	1	9.5
实施例2	6.3	3	2.4	0.6	7.5
						实施例3	8	4	3.2	0.8	9

Claims

1.一种用于合成氨反应中的固体催化剂颗粒，其特征在于催化剂颗粒的径向横截面外轮廓线呈连续的、光滑的七齿齿轮形状，且外轮廓线的外接圆半径为(R)，内切圆半径为(r)。

2.如权利要求1所述的催化剂颗粒，其特征在于主体径向横截面的这种连续光滑的齿轮状外轮廓线由具有下列特征的曲线段组成：一组数量为7，半径为(β)的圆，围绕中心点(O)，在0度到360度范围内呈环形阵列；做外轮廓线的内切圆以及相邻的2个半径为(β)的圆，这三个圆的外切圆，这些外切圆形成另一组数量为7的圆；分别来自这两组圆，两两之间相外切，每个圆上形成相应的2个切点，取这两个切点之间的劣弧，所有的这些劣弧首尾相连构成横截面的这种连续光滑的齿轮状的外轮廓线。

3.如权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于外轮廓线外接圆半径(R)为3 mm至5 mm。

4.如权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于颗粒的轴向高度(H)为2R至2.2R。

5.如权利要求1所述催化剂颗粒，其特征在于外轮廓线内切圆半径(r)为0.8R。

6.如权利要求2所述催化剂颗粒，其特征在于半径(β)为0.2R。