[实用新型]一种丁烷氧化制顺酐的异形催化剂颗粒

说明书

技术领域

本实用新型属于催化剂领域，具体地说，涉及一种丁烷氧化制顺酐的异形催化剂颗粒。

背景技术

顺丁烯二酸酐(简称顺酐，也称马来酸酐，MA)是仅次于苯酐、醋酐的第三大酸酐类产品。正丁烷氧化制顺酐是目前世界上生产顺酐的主要方法之一。由于正丁烷氧化反应是典型的选择氧化反应，具有多种副反应，极易发生深度氧化。因此，设计高效的催化剂是该反应的核心技术之一。钒磷氧(VPO)催化剂是正丁烷氧化制顺酐反应最为有效的催化剂。该催化剂具有以下三个特点：(1)由于V具有多种价态，催化剂的晶相组成复杂，多种价态V的配比和协同效应是影响催化剂性能的关键因素。早期的研究普遍认为以V⁴⁺为主的(VO)₂P₂O₇是VPO催化剂的唯一活性物相，但近年来研究认为反应主要是V⁵⁺与V⁴⁺协同作用的结果。(2)P具有多种作用，既可作为主体元素形成活性相，又可以控制V⁵⁺/V⁴的比例，平衡V的价态，从而稳定催化剂的晶相结构。曾炜等考察了不同P/V比在平衡V价态中的作用，表面富集的P可以稳定催化剂的V⁵⁺/V⁴比和晶相结构。(3)催化剂的表面形貌和内部结构对催化剂活性位与反应物的有效接触具有重要影响。通过优化催化剂的制备步骤，或者加入造孔剂等方法改变催化剂的形貌结构，可以达到改善催化剂性能的目的。因此，催化剂的设计具有两方面的挑战：微观上由V、P和微量元素形成的晶相结构对催化剂本征活性的影响，和宏观上形成的形貌结构对改善催化剂活性位与反应物接触的影响。

丁烷氧化制顺酐的催化剂颗粒一般为中空圆柱形，如图1、图2所示。然而，这种中空圆柱形催化剂颗粒存在如下缺陷：1、存在沟流、壁流现象，气体通过时不均匀，影响反应效率；2、阻力降偏大，增加了压缩机的能耗。

催化剂颗粒的异形化是近年来发展起来的新技术，主要目的是提高催化剂颗粒的有效因子，降低在固定床反应器中的压降。

拉西环等几何形体作为散堆物料的基本形制，已经得到各行业的广泛应用，其特点是结构简单、易于加工，但不足之处是存在沟流、壁流现象，造成介质(气、液)通过分布不均。此外，由于各种几何结构的特征所致，阻力降压差较大。

截止目前，丁烷氧化制顺酐固定床催化剂(主要为国外进口、中外合资产品及国内研发样品)颗粒的基本形态，也大都借鉴拉西环的几何特征，并得到了大量使用，此外，也有截面为C型、L型、椭圆形、多边形、三叶草型等多种柱形几何体造型，但在工业列管反应器的实际应用中都普遍存在着不同程度阻力降损的缺陷，对顺酐生产设备运行系统造成比较大的能耗负荷。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种丁烷氧化制顺酐的异形催化剂颗粒，该异形催化剂颗粒通过在催化剂几何形体上设置微型沟槽结构，既增加了颗粒体的体表面积、大幅提高了反应效率和收率，又充分运用了流体力学中沟槽减阻、随行波减阻的仿生原理，可以有效降低气体阻力、压力降损，节省了大量宝贵能源，并延长了催化剂颗粒的使用寿命。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种丁烷氧化制顺酐的异形催化剂颗粒，其中，所述的异形催化剂颗粒为在通心柱状催化剂颗粒的侧面上沿轴线方向均匀开设有沟槽，所述的沟槽为三角形，所述的异形催化剂颗粒的横截面为锯齿形。

本实用新型的异形催化剂颗粒通过在通心柱状催化剂颗粒的侧面上沿轴线方向均匀开设三角形沟槽，异形催化剂颗粒的横截面呈锯齿形，一方面既增加了颗粒体的体表面积、大幅提高了反应效率和收率，又充分运用了流体力学中沟槽减阻、随行波减阻的仿生原理，可以有效降低气体阻力、压力减损，节省了大量宝贵能源，并延长了催化剂颗粒的使用寿命。

优选，所述的沟槽的个数为20～30个。

优选，所述的沟槽的深度h和宽度s尺寸一致。

本实用新型中，所述的沟槽的深度h和宽度s在尺寸上保持一致。如果两者不一致的话，将影响催化剂的堆密度，即将使得单位体积中催化剂的质量降低。

优选，所述的沟槽的深度h和宽度s均为0.1～1.5mm。

本实用新型中，如果沟槽的深度h和宽度s的尺寸太小的话，在生产工艺上实现不了；如果尺寸太大的话，催化剂颗粒的强度下降以及活性物质装填含量减小。综合考虑，本实用新型中所述的沟槽的深度h和宽度s为0.1～1.5mm。