齿球型载体制备技术

一、前言

       随着国内环保要求的不断提升，炼油业将始终面临产品质量升级的沉重压力。加氢精制和加氢裂化是石油加工的一个重要过程，其目的是除去油品中的硫、氮氧杂原子及金属杂质，生产高品质的油品，提高油品的使用性能，改善产品质量。催化剂是加氢精制和加氢裂化技术进步的关键，提高催化剂性能是充分挖掘炼油厂现有装置潜力、提升产品质量的主要手段。

      目前，加氢精制和加氢裂化催化剂的生产方法都已经比较成熟。催化剂研制和生产工艺的改进是科研单位和生产企业研发的主要方向，除了催化剂的新配方和新工艺外，催化剂外形的创新也成为一个发展方向。北京高新利华科技股份有限公司开发研制成功新颖的齿球型载体，采用该种新载体制备的催化剂应用于硫、氮、烯烃和胶质的含量较高的汽油和柴油精制，取得很好的工业应用效果。工业应用的结果表明齿球形催化剂拥有加氢活性高、处理负荷大、初始反应温度低，催化剂的机械性能好和使用寿命长等优点。齿球形催化剂制备及应用技术对促进加氢催化剂技术进步与发展具有重要的作用。

二、齿球型催化剂的优点

       催化剂的外形经历了从小球形到条形，再到齿球形的发展。齿球形催化剂既具有球形催化剂装填均匀的优点，又具有异形条形催化剂外比表面积大、传质效率高的优点，是今后成型技术发展的一个方向。总的说来，齿球形催化剂具有如下特点：

(一)、传质性能好

       对于加氢精制和加氢裂化反应，反应物是大的烃类分子，反应物的扩散对催化反应的影响非常大，因此提高扩散速度能提高反应速度。反应物扩散包括内扩散和外扩散。由于受到催化剂物性(主要是比表面积和孔道结构)和反应原料的限制，一般相同类型催化剂的内扩散基本相同，而外扩散主要受反应物流速和催化剂外表面积的影响。一般来说，催化剂外表面积越大，扩散影响越小，催化剂的活性就能越好地发挥。通过计算表明，在外切圆尺寸相同的情况下，三叶草外表面积是圆柱条的1.25倍，而齿球是圆柱条的1.3倍。如果计算催化剂的单位体积外表面积，那么三叶草是圆柱条的1.7倍，而齿球是圆柱条的2.1倍，因此齿球形催化剂大大增加了催化剂的外比表面积，进而加大了外扩散传质的速度，提高了催化反应速度。

（二）、装填均匀，装卸容易

       条形催化剂床层容易发生催化剂架桥，导致物料分布不均匀，产生沟流、局部过热和催化剂结焦等不良现象，造成催化剂使用寿命的降低。为了改善条形催化剂装填效果，在装填时需要使用特殊的工具和技术。而齿球形催化剂具有球形催化剂的优点，即装填容易、操作简单、装填均匀等。普通装填方法就能使催化剂床层均匀，同时可以确保反应器内催化剂床层阻力和压力均衡，有效解决了反应器内物料分配不易均匀的问题。消除了因催化剂架桥而产生的沟流和局部过热，减少了催化剂的结焦，延长了催化剂的使用寿命。同时也避免了由于装填的不均匀而对催化剂使用造成的不良影响。

（三）、齿球形催化剂床层压降小

       齿球形催化剂的床层压降小于条形催化剂的床层压降，并且齿球形催化剂的外形尺寸可以调整，可根据反应器的直径和催化剂床层高度确定催化剂的粒径大小，选择合适的催化剂粒径，优化催化剂的床层压降。

（四）、齿球形催化剂床层不易塌陷

       降低催化剂颗粒的尺寸可以增大催化剂外表面积，从而提高催化剂的性能。但催化剂几何尺寸（即粒度）的减小会导致反应器床层压降增大，因此条形催化剂为了防止催化剂床层压降过大，必须有一定直径和长度。由于条形催化剂轴向和径向受力不均匀，条形催化剂容易折断变短，使催化剂床层塌陷，影响催化剂的反应性能；齿球形催化剂具有球型催化剂的优点：受力均匀，具有高抗压强度，不易产生催化剂床层塌陷现象。

图1 齿球催化剂3D图和实际形状

北京高新利华科技股份有限公司齿球催化剂主要业绩