專利名稱：催化劑載體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如可用于碳氫化合物蒸汽重整的催化劑載體。
背景技術：
為了在放熱催化反應時在氣相得到盡可能高的流通量和盡可能高 的產(chǎn)出量，應該在氣相和催化劑表面之間提供盡可能大的接觸面，從 而使催化劑和氣態(tài)反應組分之間可以劇烈地交換。因此對于放熱催化 反應開發(fā)了反應器，在它里面提供小的催化劑體的松散散裝物作為催 化劑。這里散裝物必須做成這樣，使得一方面提供大的表面作為固態(tài) 催化劑和氣態(tài)反應物之間的接觸面，但是另一方面在反應器上的壓降 不能太大，否則通過反應器的氣體流量將下降或要求反應氣體強烈壓 縮。加入反應器的催化劑應該以盡可能大的份量供給催化反應。因此 催化劑散裝物應該具有不太高的密度，因為否則設置在催化劑體較深 處的區(qū)域內(nèi)的、因此不能用于反應的催化的催化劑份量便大大上升， 亦即催化劑體應該具體盡可能大的表面積與重量之比。催化劑體僅僅 必須具有足夠的機械穩(wěn)定性，使它們在受機械載荷時不碎裂和粉碎成 細的粉末或顆粒，粉末或顆粒堵塞催化劑組件內(nèi)部的流動路徑，并導 致壓降上升。催化劑體僅僅必須做成這樣的形狀，使它們在裝入反應 器時形成希望的散裝物，亦即催化劑體例如不允許歪斜，使得在反應 器內(nèi)不形成沒有填充催化劑的較大空腔。
因此除了簡單的球或顆粒外還開發(fā)出整個一個系列的催化劑體， 它們提供均勻的散裝物和盡可能大的表面。盡管已經(jīng)存在對于催化劑 體的大量的形狀多樣性，但是始終還有進一步開發(fā)的空間。
裝灌催化劑或催化劑體的反應器大多在幾個月直至幾年的較長時 間段內(nèi)連續(xù)地運行，因此在制造希望的化合物時在產(chǎn)量方面小的增加 對設備的盈利性便已經(jīng)具有大的經(jīng)濟效果。同樣一個即使在催化劑成形體穩(wěn)定性方面的很小的增加大多意味 著有意義的經(jīng)濟利益，因為可以延長設備的運行時間，并且為了更換 催化劑組件只需要少的制造過程中斷。
在DE 3935073中介紹了 一種在提高溫度的情況下以水蒸汽和金 屬氧化物催化劑成形體對流使碳氫化合物、特別是烷基芳香物質 (Alkylaromaten )催化脫氫的方法。成形體具有一種帶至少三個齒的 齒輪形結構，其中遵照以下尺寸比
a) 頂圓直徑(d2)與根圓直徑(dl)之比約為1.2至2.5:1;
b) 在齒根處的齒間寬度(bl)與齒頂處的齒寬(b2)之比為0.1 至0.9:1;
c) 在齒根處的齒間寬度(bl)至少為0.1mm。
在DE 3934032A1中介紹了一種熱傳遞元件或填充物元件，它具 有一沿縱向延伸的芯部區(qū)域，在它上面設置沿縱向分布的具有T形橫 截面的凸臺。
在DE 3141942A1中介紹了 一種具有基本上圓柱形造型的催化劑 成形體，它具有許多縱向凹槽，各縱向凹槽從圓柱體圓周沿徑向向內(nèi) 延伸，并圍成位于它們之間的突起，突起的最大寬度大于凹槽寬度。
在DE 3118835A1中介紹了 一種用于n-丁烷的部分氧化以制造馬 來酸酐(Maleinsaureanhydrid )的催化劑結構。催化劑具有薄片形狀， 在其中心設一孔或空腔。
在DE 2914079中介紹了具有活性材料的更換散裝體，它們特別 適合于從大量水中采選原蹤物質。散裝體具有機械穩(wěn)固的外輪廓和一 防止受相鄰物體機械作用的液體可接觸的活性表面。
在DE 2719543A中介紹了 一種用來存放催化劑的、特別是用于碳 氫化合物轉化的陶瓷體。陶瓷體具有管子形狀，在其內(nèi)部空腔內(nèi)設置 一些從縱軸線的徑向向外伸展的筋。
在DE 2425058中介紹了 一種由陶瓷材料組成的填充體，它們具 有管段形狀。管段具有許多相互平行分布的縱向通道。其中圍繞一中 央縱向通道可以設置許多縱向通道。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的是，提供一種催化劑體，它使得可以制造盡可 能均勻的催化劑散裝物，其中應該提供盡可能大的催化劑體表面。這個目的用具有權利要求1特征的催化劑體實現(xiàn)，優(yōu)良的改進結 構是從屬權利要求的內(nèi)容。按照本發(fā)明提供一種圓柱形的催化劑體，該催化劑體在其圓周面此催化劑體的特征是，凹槽^分布在凹槽之間的筋在其橫截面中具有 圓弧段的形狀。通過設置在催化劑體圓周面上的凹槽和筋，擴大了催化劑體的表 面積，因此與純圓柱形相比在同樣數(shù)量的活性物質的情況下提供在催 化劑和氣態(tài)反應物之間的更大的接觸面。由此可以在催化劑量不變的 情況下實現(xiàn)流過反應器的反應物的更大流量，其結果是單位時間內(nèi)產(chǎn) 量的提高。凹槽在其橫截面內(nèi)具有圓弧段的形狀。這里把垂直于催化 劑體縱軸線的剖面看作橫截面。通過凹槽的圓弧形結構避免應力集中， 它們可能導致催化劑體破裂。在凹槽之間分布筋，其橫截面也具有圓 弧段的形狀，通過筋表面的橫截面的圓弧形形狀避免棱邊，棱邊例如 在催化劑體裝入反應器時可能斷裂。在本發(fā)明的催化劑體中筋的圓弧 段的半徑選擇得與凹槽的圓弧段的半徑不同。因此催化劑體不能用這 樣的方法堆放，即一個催化劑體的筋貼合在另一個催化劑體的凹槽上， 其中筋和凹槽的相配對的表面相互平整貼合，并造成可供使用的催化劑表面減小。如果筋的橫截面的半徑小于凹槽的半徑，筋雖然能緊靠 在凹槽內(nèi)，但是凹槽和筋的表面相互不是平整貼合。在優(yōu)選的實施形 式中，筋的圓弧段的半徑大于凹槽的圓弧段的半徑。用這種方法使筋不能進入凹槽內(nèi)和貼合在那里。凹槽圓弧段的半徑最好在1至5mm 之間，特別優(yōu)選選擇在2至3mm之間。筋的圓弧段半徑最好為2至 5mm之間，特別優(yōu)選在3至4mm之間。催化劑體最好具有一中央通道，它沿催化劑體縱軸線延伸。用這 種方法可以進一步擴大催化劑體表面積，和進一步降低催化劑體的密度和重量，而不必在催化劑體的穩(wěn)定性方面忍受大的損失。 中央通道最好具有圓形橫截面。
按照一種優(yōu)選實施形式，催化劑體還具有平行于縱軸線、但與縱 軸線偏心分布的副通道。通過副通道達到催化劑體表面積的進一步擴 大和更加減少對于產(chǎn)生催化劑體所必要的活性材料量。
副通道最好具有圓形橫截面。
副通道的數(shù)量最好選擇得大于7,特別優(yōu)選大于8和特別優(yōu)選等 于9。副通道的數(shù)量最好選擇得盡可能大，以便能夠將催化劑體的表 面積設計得盡可能大，并使由催化劑體引起的壓降盡可能小。另一方 面必須找到與催化劑體穩(wěn)定性的平衡點。副通道之間的副通道與中央 通道之間的筋必須足夠寬，以便還能承受由散裝物在單個催化劑載體 上引起的負荷。
副通道的縱軸線最好設置在一圓或圓柱面上，其圓心或其軸線由 催化劑體的縱軸線構成，因此催化劑載體得到一基本上旋轉對稱的造 型，由此達到催化劑體在反應器組件內(nèi)的布局方面的更高自由度，亦 即提高催化劑體組件的均勻性，從而達到氣體均勻地流過反應器組件。 副通道的圓心或縱軸線所設置在的圓的直徑最好在10至20mm之間， 優(yōu)選在12至16mm之間。
筋的圓弧段的圓心最好設置在相應副通道的縱軸線上。由此使從 催化劑體外側限定副通道的筋得到均勻的厚度，以及作用在催化劑體 外側上的力可以通過筋的圓弧形形狀傳入催化劑體，因此可提高催化 劑體的穩(wěn)定性。在朝催化劑體端面的視圖中可看到筋的圓弧形狀。
設置在催化劑體內(nèi)的副通道優(yōu)選具有比中央通道小的直徑，中央 通道的直徑可以選得比較大，以便由此加大催化劑體的表面積和減小 由單個催化劑體引起的壓降。這里中央通道的直徑這樣選擇，使得設 置在中央通道和副通道之間的筋具有足夠的厚度。以保證催化劑體必 要的穩(wěn)定性。
中央通道的直徑最好選擇在4至8mm之間，副通道的直徑優(yōu)選 在1.5至3mm之間。在催化劑體外側圍成副通道的筋和設在副通道之間或在副通道和中央通道之間的筋的厚度最好大于lmm,優(yōu)選大于 1.5mm，特別優(yōu)選在1.6至4mm之間選擇。為了達到催化劑體在反應器內(nèi)盡可能均勻的散裝，本發(fā)明的催化 劑體最好設計成這樣，使其沿縱軸線方向的尺寸近似地相當于催化劑 體的垂直于縱軸線的直徑，催化劑體的直徑與其縱向尺寸之比最好在 0.9至1.5之間選擇。催化劑體的直徑最好選擇在15至30mm之間， 優(yōu)選在18至25mm之間和特別優(yōu)選約為21mm。催化劑體在縱軸線方 向的尺寸最好在15mm至30mm之間，優(yōu)選在18至25mm之間，特 別優(yōu)選約為16mm。為了達到催化劑體散裝物盡可能長的使用壽命，催化劑體必須具 有足夠高的強度。這一方面可以通過催化劑體的幾何結構，另一方面 通道制造催化劑體的材料強度達到。催化劑體最好具有大于700N的 側向抗壓強度。側壓強度可以通過這樣的方法測量，即在將催化劑體確定促使催化劑體破裂至少所需要的力: '催化劑體特別適合于用在碳氫化合物的蒸汽重整中，在一種用作 碳氫化合物的蒸汽重整的催化劑的結構中，催化劑體最好主要如下構 成，分別作為金屬氧化物計算-MO 10-20重量％;- CaO 10-20重量％;-A1203 其余100重量％。催化劑體可以包含少量雜質，催化劑體中Na以及Si02的份量最 好小于0.05重量％。本發(fā)明的催化劑體可以用普通方法制造，例如通過擠出，這時催 化劑體的組成部分磨成細的粉末，使得尤其是具有5至500nm的平均 粒度D5Q,必要時摻入滑動劑，如石墨或長鏈脂肪酸，然后必要時在 與水混合后轉變成希望的形狀。本發(fā)明的另一主題是上述催化劑體用于碳氫化合物的蒸汽重整。


下面參照附圖詳細說明本發(fā)明。
圖l顯示本發(fā)明催化劑體的一個實施形式的橫剖視圖。
具體實施例方式
圖1表示本發(fā)明催化劑體1的垂直于催化劑體1縱軸線2或朝向 本發(fā)明催化劑體端面的橫剖視圖。催化劑體l的外圍表面3由一個凹 槽4和筋5的序列組成。在朝橫剖視圖觀察時凹槽4和筋5分別做成 圓弧段，其中凹槽4的圓弧段的半徑6選擇得小于筋5的圓弧段的半 徑7。因此在催化劑體并排放置時催化劑體1的筋5不會平整地緊貼 在另一個催化劑體的凹槽4的表面上。 一中央通道8沿催化劑體1的 縱軸線2分布，圍繞中央通道8在一其圓心與催化劑體1的縱軸線2 重合的圖9上按規(guī)則的間距設置九個副通道10，它們平行于中央通道 8分布。副通道10的直徑小于中央通道8的直徑12。其中副通道IO 的縱軸線13與對應筋5的圓弧段的縱軸線或圓心重合，使得副通道朝 催化劑體1的外側由圓弧形的筋14限定，該筋具有基本上恒定的厚度。 其中設置在兩個副通道10之間的筋15的厚度大致相當于圓弧形筋14 的厚度。在所示實施形式中設置在中央通道8和副通道10之間的筋 16的厚度選擇得大于設置在兩個副通道IO之間的筋15的厚度。催化 劑體1的直徑17大致相當于催化劑體沿縱軸線2方向的縱向尺寸。 圖形標記列表
1催化劑體2縱軸線
3圓周面4凹槽
5筋6半徑
7半徑8中央通道
9圓10副通道
11直徑12直徑
13縱軸線14筋
15筋16筋
17直徑
權利要求
1.圓柱形的催化劑體，該催化劑體在其圓周面(3)上具有平行于催化劑體(1)縱軸線(2)分布的凹槽(4)以及分布在凹槽(4)之間的筋(5)，其特征為凹槽(4)和分布在凹槽(4)之間的筋(5)在其橫截面內(nèi)具有圓弧段的形狀，其中筋(5)的圓弧段的半徑(7)不同于凹槽(4)的圓弧段的半徑。
2. 按權利要求l的催化劑體，其特征為筋(5)的圓弧段的半 徑(7)選擇得大于凹槽(4)的圓弧段的半徑(6)。
3. 按權利要求1或2的催化劑體，其特征為催化劑體(l)具 有一中央通道(8)，該中央通道沿催化劑體(1)的縱軸線(2)延伸。
4. 按權利要求3的催化劑體，其特征為中央通道(8)具有一 圓形橫截面。
5. 按上述權利要求之任一項的催化劑體，其特征為催化劑體(1) 具有副通道(10)，各副通道平行于催化劑體(1)的縱軸線(2)， 但是與該縱軸線偏心分布。
6. 按權利要求5的催化劑體，其特征為副通道(10)具有一圓 形橫截面。
7. 按權利要求5或6的催化劑體，其特征為副通道(10)的數(shù) 量大于7，尤其是大于8，特別優(yōu)選等于9。
8. 按權利要求5至7之任一項的催化劑體，其特征為副通道(10 ) 的縱軸線(13)設置在一圓(9)上，其圓心由催化劑體(1)的縱軸 線(2)構成。
9. 按權利要求5至9之任一項的催化劑體，其特征為筋(5) 的圓弧段的圓心設置在副通道(10)的縱軸線(13)上。
10. 按權利要求5至9之任一項的催化劑體，其特征為副通道 (10)具有比中央通道(8)小的直徑。2
11. 按權利要求3至10之任一項的催化劑體，其特征為中央通 道(8)的直徑在4至8mm之間選擇。
12. 按權利要求5至ll之任一項的催化劑體，其特征為副通道 (8)的直徑在1.5至3mm之間選擇。
13. 按上述權利要求之任一項的催化劑體，其特征為催化劑體 的直徑(17)與其縱向尺寸之比在0.9至1.5之間選擇。
14. 按上述權利要求之任一項的催化劑體，其特征為催化劑體 (1)具有大于700N的側壓強度。
15. 按上述權利要求之任一項的催化劑體，其特征為催化劑體 (l)主要如下構成，分別以金屬氧化物計算-NiO 10-20重量％- CaO 10-20重量％- A1203 其余100重量％
16. 按上述權利要求之任一項的催化劑體，其特征為催化劑體 (1)中Na和SiO2的份額少于0.05重量。/。。
17. 按權利要求18或19的催化劑體用于碳氫化合物的蒸汽重整 的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圓柱形的催化劑體(1)，其特征為，在催化劑體(1)的圓周面(3)上設有壓痕。這些壓痕尤其是設計成凹槽(4)和筋(5)，它們平行于催化劑體(1)的縱軸線(2)分布。
文檔編號B01J35/02GK101227976SQ200680014283
公開日2008年7月23日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權日2005年4月27日
發(fā)明者G·澤利希, H-J·米勒, N·林格 申請人:蘇德-化學股份公司