[发明专利]一种高导热性蛋壳型催化剂载体及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂载体，具体地说是一种高导热性蛋壳型催化剂载体及制备方法和应用。

背景技术

众所周知，在工业生产当中用到的反应器有浆态床反应器、流化床反应器、固定床反应器等。其中固定床反应器具有设计简单、操作简便、产物易分离的优点而成为催化技术领域最常遇到的系统。但是，在实际应用中，固定床反应器亦存在短板，即反应过程中的传热和传质问题。在固定床反应器中，对于高放热反应，由于装填的催化剂颗粒导热性能差，极易导致催化剂床层局部过热，严重时甚至出现“飞温”现象，使得催化剂活性组分烧结，催化性能下降。另一方面，在工业化生产中为了降低压降，固定床反应器中装填的催化剂颗粒通常大于1mm，此时催化反应内扩散限制变得非常严重，极大的影响催化反应速率，降低了产物的选择性。目前，解决这些问题的方法有以金属泡沫为载体制备催化剂和制备蛋壳型催化剂等。

CN1939587A公开了一种用于甲烷二氧化碳重整制合成气的整体式催化剂。将Ni活性组分组装在介孔分子筛SBA-15中，然后负载到Al₂O₃为过渡载体的FeCrAl合金薄片上，制备出金属薄片作为载体的整体式催化剂。该催化剂具有导热性能优良、床层压降低、活性组分Ni高度分散且不易烧结、稳定性好等优点。同时由于负载在氧化铝层的催化剂厚度较薄，消除了反应的内扩散限制。但是利用该方法制备的催化剂，其Al₂O₃过渡层在反应过程中容易脱离，造成催化剂活性组分流失，同时整体式催化剂也不易于向固定床反应器中装填。

CN1781595A公开了一种泡沫金属加氢催化剂及其制备方法和应用。载体采用粉末冶金法制备，活性组分采用化学镀法进行负载，得到的催化剂具有催化活性高，导热性能好的优点。由于泡沫金属极高的孔隙率和较大的孔径，反应的内扩散限制得到了消除。但是利用这种方法制备的催化剂载体孔径过大，比表面低，反应器利用效率低，催化剂制备过程复杂，难于大规模生产。

US5545674公开了一种蛋壳型催化剂的制备方法，通过使用具有中间干燥或燃烧步骤的浸入或喷雾方法将硝酸钴溶液反复浸渍到粒状载体上，从而制得蛋壳型催化剂。但是这种方法操作复杂，难于大规模工业化生产，并且多次浸渍难于控制壳层厚度。

CN1306459A公开了一种在多孔陶瓷载体上制备具有确定壳层厚度的贵金属壳层催化剂的工艺，该工艺通过以化学气相沉积法将合适的贵金属前驱体沉积在多孔载体上，之后通过化学或热还原成金属而将贵金属固定在载体上，从而制得蛋壳型催化剂。但是这种方法制备的蛋壳型催化剂工艺过程冗杂，难于大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单，壳层厚度可控，适用于大规模工业化生产的高导热性蛋壳型催化剂载体及制备方法和应用。

金属材料具有易于被酸碱等腐蚀形成腐蚀层(成分为金属氧化物)的特性，同时调控酸碱腐蚀的条件能有效的调控腐蚀层的厚度、材料的比表面、孔结构等参数。基于以上特性，把金属球腐蚀形成一层腐蚀层，然后把催化剂活性组分负载在腐蚀层上，可以制得蛋壳型催化剂。此时活性组分主要位于金属球腐蚀层上，内部为未腐蚀的金属材料，用这种方法制得的蛋壳型催化剂，能有效调控内扩散程度。同时，金属材料还具有导热性好的特点，利用金属球制备蛋壳型催化剂还能提高床层的传热效率，避免床层“热点”的形成。另外，金属球还具有市场价格低廉、原料来源充分的优势。因此，以金属球作为催化剂载体制备蛋壳型催化剂具有极大的实际应用价值和重大的商业前景。

本发明高导热性蛋壳型催化剂载体为金属球，金属球平均颗粒范围1-5mm，比表面为70-600m²/g，平均孔径4-60nm，孔容为0.25-2.00cm³/g，金属球腐蚀层厚度0.05-0.25mm，腐蚀层为金属氧化物。

如上所述的金属球为铝球、镁球或者镁铝合金球、铜铝合金球。

本发明催化剂载体的制备方法如下：

(1)将粒径为1-5mm的金属球放入蒸馏水中煮沸6～10h，过滤，将滤饼在60-100℃下干燥10-20h；

(2)配置1.0×10^-2-5.0mol/L酸或碱溶液1-10L；

(3)当金属球为铝球、镁铝合金球、铜铝合金球时，按金属球：酸或碱溶液＝100g：1-10L，将步骤(2)所得的溶液按l-10ml/min速率加入步骤(1)所得的金属球中，并电磁搅拌处理10-30h，过滤，洗涤至中性，将滤饼在60-100℃下干燥10-30h；