制备球形催化剂珠粒的设备和方法技术

本申请公开了用于制备均匀球形珠粒的设备和方法。具体地，通过以下方法制备均匀球形珠粒：将液滴滴在液滴滚动装置表面上，使液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒，并通过珠粒收集器来收集珠粒。

Equipment and method for preparing spherical catalyst beads

【技术实现步骤摘要】
制备球形催化剂珠粒的设备和方法
本专利技术涉及均匀球形催化剂珠粒的制备，更具体地涉及利用超疏性涂层制备均匀球形珠粒的设备和方法。
技术介绍
珠粒形成材料通常是水溶胶，或含二氧化硅、氧化铝或二氧化硅-氧化铝的浆料。珠粒通常是用作催化剂、催化剂载体或基质、吸附剂或离子交换材料的金属氧化物。通常，诸如气体液化的催化过程需要用催化剂材料覆盖的大表面积的反应器。均匀球形催化剂珠粒具有提供可以发生化学反应的大表面积的潜力。因此，在催化过程中需要均匀球形催化剂。球形催化剂珠粒具有许多优于其它形状的优点，因为它们允许均匀填充，从而使压降的变化最小化，并且增加了反应物流通过床与催化剂有效接触的趋势，其用于移动床系统，产生了更好的流动性。至少有六种不同的用于产生球形催化剂珠粒的技术(破碎、喷雾干燥、造粒、压片、挤出、油滴)。由液体方法制备的常用方法中的两种称为喷雾干燥和油滴法。美国专利号125,406中描述的喷雾干燥技术将粉末悬浮在水中，产生浆料，该浆料通过喷嘴喷射以产生小液滴的颗粒，进入热空气干燥。然而这种技术适用于直径小于1mm的颗粒，它不适用于尺寸约为1mm至13mm的大尺寸颗粒。油滴法(美国专利2,620,314)将少量可控量的催化剂溶液如氧化铝水溶胶与内部胶凝剂(六亚甲基四胺)一起滴入热油浴中。热油浴由重油或轻油组成，并且包含在柱或盘中。由于液滴主要由水组成，因此它不溶于油，并形成球体。然后水凝胶球体被吸引到油浴的底部并逐渐胶凝以保持球体的结构完整性。然后水凝胶球在热油中老化，然后洗涤、干燥并且在425℃至750℃的温度下煅烧。液滴在浸入油中之前是不规则形状的；非均匀尺寸的颗粒，并且由于表面张力的作用而仅在热油浴中呈现球形。由该方法制备的球形催化剂珠粒通常是不均匀的，尺寸小。美国专利号4,628,040公开了油滴浴的替代方案，除去了油浴，并使用毛细管、文丘里管和不混溶的流体如气体或油来制备均匀球形催化剂珠粒。通过将毛细管的末端放置在文丘里管的喉部处来产生均匀的金属/非金属氧化物浆料液滴。不混溶的流体流过文丘里管并将液滴从毛细管的末端分离，产生均匀的球形液滴，其被硬化成球形珠粒。还有其他专利已经对这些技术进行了改进(US6,797,203)，这些技术将含水陶瓷浆料流入喷嘴枪头，喷嘴枪头浸入水不混溶流体中，以产生球形珠粒。美国专利号8,256,091使用具有精确尺寸的球形室腔的筛板，其中一定体积尺寸的液体悬浮液与流体一起释放到室中，该流体可将整个球形液体悬浮液排出到环境中以进行进一步改性，例如硬化。但是，没有使用超双疏性涂层板生成球形珠粒。超双疏性用于描述对高表面和低表面张力液体(油)均排斥的表面。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；液滴滚动装置，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；以及珠粒收集器。所述液滴滚动装置和所述珠粒收集器被定位成使得所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置的一个点移动到另一个点。优选地，所述超疏性涂层是超疏水性涂层和/或超疏油性涂层。本专利技术的另一方面涉及一种由液体悬浮液制备球形珠粒的方法，所述方法包括提供液体悬浮液的液滴；将所述液滴滴在液滴滚动装置表面上，其中，所述液滴滚动装置表面包括超疏性涂层；通过将在所述液滴滚动装置表面上的所述液滴从一个点滚动到另一个点来产生珠粒；以及通过珠粒收集器收集所述珠粒。所述珠粒的平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)。根据本专利技术的方法是有益的。与现有方法相比，利用包括超疏性涂层的液滴滚动装置表面制备珠粒的方法，可显著降低成本并且改善珠粒的均匀性。本专利技术提供制备球形催化剂珠粒的方法。通过包含液体悬浮液的液滴产生装置产生形成珠粒液体的均匀液滴，并且所述液滴产生装置的枪头位于具有倾斜角的、表面具有超疏性涂层的液滴滚动装置的顶部。液滴在具有倾斜角的超双疏性涂层表面上滚动，并受到加热以硬化。由于超双疏性涂层的低表面能，液滴/液体/悬浮液在硬化之前不会粘附到超双疏性涂层板的表面上并且在空气中保持液滴球形。由于液滴滚动装置表面相对于水平面的轻微倾斜，液滴滚动以产生均匀的接近球形的催化剂珠粒，其由均匀的催化金属组成，可以制成球珠状催化剂。通过改变形成珠粒液体的液滴体积，可以调节珠粒的尺寸。附图说明包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了下面描述的若干实施例。图1示出了包括加热元件的用于制备球形催化剂珠粒的设备的实施例。图2A-2C示出了包括以下液滴滚动装置的设备的实施例：(A)三个超疏性涂层板，(b)漏斗设计，和(c)螺旋设计。图3示出了根据本专利技术的一些实施例形成的球形铝催化剂珠粒。图4示出了根据本专利技术的一些实施例形成的球形氧化铝珠粒。具体实施方式在描述若干示例性实施例之前，应理解，本专利技术不限于以下公开内容中阐述的结构或处理步骤的细节。本文提供的公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实施或进行。本专利技术的实施例提供用于制备球形珠粒的设备和方法，优选平均直径范围为100微米(μm)至12毫米(mm)的球形催化珠粒。图1是用于制备球形珠粒的设备100的简要示意图。设备100具有三个部分。第一部分是液滴产生装置10。液滴产生装置10包括流体贮存器11和枪头12，液滴可以从枪头12分配。在一些实例中，液滴产生装置10是微量移液器，微量体积的液滴通过移液器枪头分配。第二部分是液滴滚动装置20，其包括至少一个超疏性涂层板21。如本文所用，术语“超疏性”定义为疏水(油)角等于或大于150°。超疏性涂层板21可以具有三层：金属板22(例如铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层23，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件24。在一些实例中，至少一个超疏性涂层板21是倾斜的，并且至少一个超疏性涂层板21与水平面之间的角度可为0至90度之间。在一些其他实例中，液滴滚动装置被加热到不能够引起超疏性涂层23变形的温度。温度优选为约80℃至约120℃之间。在另一个实例中，超疏性涂层是超双疏性涂层。如本文所用，术语“超双疏性”是指超疏水(提供低表面张力)、超疏油、热稳定和耐久的。涂层超疏水性为表面提供低表面能，因此水基悬浮液不会粘附到其上。类似地，油基液体悬浮液不会粘附到超疏油表面上。在某些实例中，术语“超疏性”和“超双疏性”具有相同的含义并且可以互换使用。超疏性或超双疏性涂层可承受至少100℃的温度而不变形。第三部分是珠粒收集器30，其包括用于收集球形珠粒32的超疏性涂层板31。超疏性涂层板31具有三层：金属板32(例如氧化铝板)，在金属板的表面上的超疏性涂层33，以及粘附到金属板的另一表面的至少一个加热元件34。将含有溶剂和至少一种金属/非金属氧化物如氢氧化铝或氧化硅的液体悬浮液(用作催化剂或催化剂载体)逐滴分配到加热的超疏性涂层板21上，以形成硬化的球形珠粒。液体悬浮液还可包含其他金属/非金属氧化物或碳酸盐化合物，例如碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：/n液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；/n液滴滚动装置，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；以及/n珠粒收集器，/n其中，所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置表面的一个点移动到另一个点。/n

【技术特征摘要】
20180717 US 16/038,1671.一种由液体悬浮液制备球形珠粒的设备，包括：
液滴产生装置，所述液滴产生装置用于产生液滴；
液滴滚动装置，所述液滴滚动装置包括超疏性涂层；以及
珠粒收集器，
其中，所述液滴在到达所述珠粒收集器之前从所述液滴滚动装置表面的一个点移动到另一个点。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴产生装置包括流体贮存器和枪头；
所述液滴的大小通过调节所述液滴产生装置中的液体悬浮液的体积来调节。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置相对水平面是倾斜的；
优选地，所述液滴滚动装置与水平面之间的角度为0度至90度之间。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液滴滚动装置还包括至少一个加热元件；
所述液滴滚动装置被加热到约80℃至约120℃之间的温度。


5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述超疏性涂层是超疏水涂层和/或超疏油涂层；
所述超疏性涂层具有超疏水性和/或超疏油性，并且具有热稳定性和耐久性。


6.根据权利要求1所述的设备，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林科，卡罗尔·A·艾利斯特雷尔，魏荣华，
申请(专利权)人：北京三聚环保新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11