一种催化过滤一体化元件的制作方法

1.本实用新型涉及催化领域，尤其涉及一种催化过滤一体化元件。


背景技术：

2.在各种化工催化工艺过程中，气固相反应是最常见的催化工艺，其中催化剂大多是固体，为了提高反应效率，一般尽可能提高催化剂的反应面积以及加强气体的流动来提高传质效果，比如将催化剂加工成球形、三叶草形、蜂窝形等多孔材料，或者采用相似的多孔载体来负载催化剂，这种催化过程是将固体催化剂做成填料层，需要反应的气体由上至下、由下至上或者水平均匀穿过催化剂层，来实现催化的效果。
3.但是，气体在流过催化层时，由于受限于流通截面尺寸大小，均存在阻力大的问题，导致整体工艺系统运行成本较高，并且气体中通常会夹杂一些固体杂质，这些固体杂质会影响催化剂的性能，降低催化剂的使用寿命。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种催化过滤一体化元件。本实用新型提供的元件兼具催化和过滤的功能，能够将气体中夹带的固体杂质滤除，且气体气体与催化剂层的接触面积大，穿过催化剂层的阻力小。
5.为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：
6.一种催化过滤一体化元件，包括圆筒形多孔催化剂和围绕在所述圆筒形多孔催化剂外侧的过滤层；
7.所述圆筒形多孔催化剂包括圆筒形多孔载体以及负载在圆筒形多孔载体上的活性组分；
8.所述圆筒形多孔载体包括支撑骨架和设置在所述支撑骨架外侧表面的载体层；所述支撑骨架为一端密封、一端敞口的圆筒结构，所述支撑骨架的筒壁上设置有贯穿筒壁的的孔洞；所述载体层呈波纹状或蜂窝状；
9.当所述载体层呈波纹状时，所述载体层由条状波纹纸和条状平面纸在支撑骨架侧面纵向交替排列形成；所述条状波纹纸和条状平面纸的宽度边均垂直于支撑骨架侧面；
10.当所述载体层呈蜂窝状时，所述载体层由平板状蜂窝载体在支撑骨架侧面包裹形成；
11.所述活性组分负载在圆筒形多孔载体的载体层上。
12.优选的，所述载体层的材质为玻璃纤维或者陶瓷纤维。
13.优选的，所述过滤层的材质为耐高温过滤材料。
14.优选的，所述过滤层的材质为聚四氟乙烯、金属纤维毡或金属间化合物。
15.优选的，所述过滤层的厚度为0.1～5mm。
16.优选的，所述过滤层的过滤孔径为2～10μm。
17.优选的，所述载体层的厚度为5～500mm。
18.优选的，所述圆筒形多孔载体的长度为0.5～10m。
19.本实用新型提供了一种催化过滤一体化元件，包括圆筒形多孔催化剂和围绕在所述圆筒形多孔催化剂外侧的过滤层；所述圆筒形多孔催化剂包括圆筒形多孔载体以及负载在圆筒形多孔载体上的活性组分；所述圆筒形多孔载体包括支撑骨架和设置在所述支撑骨架外侧表面的载体层；所述支撑骨架为一端密封、一端敞口的圆筒结构，所述支撑骨架的筒壁上设置有贯穿筒壁的的孔洞；所述载体层呈波纹状或蜂窝状。本实用新型在圆筒形多孔载体外侧设置一过滤层，可以将气体中的固体杂质滤除，使进入圆筒形多孔催化剂的均为气体，减少气体中的固体杂质对催化剂性能的影响，提高催化剂使用寿命。
20.此外，本实用新型的元件为圆筒形结构，在应用时，气体由外至内穿过过滤层和催化剂层，然后通过圆筒内部的通道排出，气体与催化剂层的接触面积大，穿过催化剂层的阻力小，能够以较低的流速穿过，从而能降低系统的运行成本；此外，本实用新型提供的催化剂安装方便，成本低，具有广阔的应用前景。
21.在本实用新型中，当不设置过滤层时，气体穿过催化剂层的阻力可低至15pa以下，增加过滤层后，气体阻力约增加20pa左右，但是和传统的蜂窝形催化剂相比(气体阻力高达1000pa以上)，阻力仍是大大降低的。
附图说明
22.图1为本实用新型的催化过滤一体化元件的结构示意图；
23.图2为本实用新型的催化过滤一体化元件的俯视图；
24.图1～2中：1
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过滤层，2
‑
圆筒形多孔催化剂；
25.图3为载体层呈波纹状的圆筒形多孔载体的结构示意图；
26.图4为载体层呈蜂窝状的圆筒形多孔载体的结构示意图；
27.图3～4中：3
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支撑骨架，4
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载体层；
28.图5为圆筒形多孔载体表面波纹状载体层的结构示意图；
29.图5中：5
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条状波纹纸，6
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条状平面纸。
具体实施方式
30.本实用新型提供了一种催化过滤一体化元件，结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，图1～2中：1
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过滤层，2
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圆筒形多孔催化剂；下面结合图1～2进行具体说明。
31.本实用新型提供的催化过滤一体化元件包括圆筒形多孔催化剂和围绕在所述圆筒形多孔催化剂外侧的过滤层。
32.在本实用新型中，所述过滤层具体是围绕在圆筒形多孔催化剂载体层的侧面；所述过滤层的材质优选为耐高温过滤材料，更优选为聚四氟乙烯(ptfe)、金属纤维毡或金属间化合物；所述金属纤维毡具体为316l金属纤维压制煅烧后而成，为市场采购；所述金属间化合物具体为金属颗粒粉末烧制而成，为市场采购；本实用新型对所述过滤层的具体结构没有特殊要求，能够达到过滤效果即可；所述过滤层的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.75mm，过滤孔径优选为2～10μm，更优选为5μm。
33.在本实用新型中，所述圆筒形多孔催化剂包括圆筒形多孔载体以及负载在圆筒形多孔载体上的活性组分；所述圆筒形多孔载体包括支撑骨架和设置在所述支撑骨架外侧表
面的载体层；所述支撑骨架为一端密封、一端敞口的圆筒结构，所述支撑骨架的筒壁上设置有贯穿筒壁的的孔洞；所述载体层呈波纹状或蜂窝状。在本实用新型中，当所述载体层呈波纹状时，所述圆筒形多孔载体的结构如图3所示，当所述载体层呈蜂窝状时，所述圆筒形多孔载体的结构如图4所示，图3～4中：3为支撑骨架，4为载体层。
34.在本实用新型中，所述支撑骨架优选为钢丝网筒或者为由多孔网板卷成的圆筒；所述支撑骨架筒壁上的孔洞优选为圆形孔洞，所述圆形孔洞的直径优选为3～50mm；相邻圆形孔洞的圆心距离优选为3～50mm；支撑骨架筒壁上设置孔洞，可以供气体通过。在本实用新型中，所述支撑骨架的外径优选为100～1000mm，更优选为300～800mm。
35.在本实用新型中，当所述载体层表面呈凹凸波纹状时，所述载体层由条状波纹纸和条状平面纸在支撑骨架侧面纵向交替排列形成(即条状波纹纸和条状平面纸交替排列，相邻条状平面纸和条状波纹纸的波峰(波谷)接触)，具体的排列方式如图5所示，图5中：5为条状波纹纸，6为条状平面纸；其中条状波纹纸和条状平面纸的宽度边均垂直于支撑骨架表面，本实用新型对所述条状波纹纸的具体波纹形态没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的波纹纸表面的波纹结构进行设置即可。在本实用新型中，所述条状波纹纸的宽度优选为5～500mm，更优选为10～400mm；所述条状平面纸的宽度优选为5～500mm，更优选为10～400mm；所述条状波纹纸和条状平面纸的长度优选和支撑骨架侧面的长度相同，以将支撑骨架侧面完全覆盖；由于波纹纸存在凹凸的波纹，和相邻的平面纸之间形成供气体通过的孔道(相邻平面纸和波纹纸的波峰(波谷)接触，波峰(波谷)与平面纸之间的区域即为供气体通过的孔道)。本实用新型将载体层设置成凹凸波纹状，可以增加气体和载体层的接触面积。
36.在本实用新型中，当所述载体层表面呈蜂窝状时，所述载体层由平板状蜂窝载体在支撑骨架侧面包裹形成，所述蜂窝状载体层的蜂窝孔洞优选为长方形或正方形，所述蜂窝孔洞的尺寸优选为2～10mm
×
2～10mm，更优选为3～8mm
×
3～8mm；所述蜂窝孔洞的隔墙厚度优选为0.1～2mm，更优选为0.5～1.5mm。本实用新型将载体层设置成蜂窝状，蜂窝状孔洞供气体通过，且可以增大气体和载体层的接触面积。
37.在本实用新型中，所述载体层的厚度优选为5～500mm，更优选为10～400mm；当所述载体层呈波纹状时，由于条状平面纸和条状波纹纸垂直于筒壁，此时的载体层厚度即为条状平面纸或条状波纹纸的宽度；当所述载体层呈蜂窝状时，所述载体层的厚度即为平板状蜂窝载体的厚度；所述圆筒形多孔载体的长度优选为0.5～10m，更优选为1～3m，进一步优选为1.5～2.5m；在本实用新型的具体实施例中，所述支撑骨架的底部优选设置有底座，顶部优选设置有顶座，以增加载体竖立时的稳定性，本实用新型所述的圆筒形多孔载体的长度不包括底座和顶座的长度，仅为侧面包裹载体层部分的长度。
38.在本实用新型中，所述过滤层的长度优选和载体层的长度相同，所述过滤层优选和载体层直接接触，即过滤层和载体层的距离为0。
39.在本实用新型中，所述载体层的材质为玻璃纤维或者陶瓷纤维；本实用新型对所述玻璃纤维或陶瓷纤维的规格没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的即可。
40.在本实用新型中，所述活性组分负载在圆筒形多孔载体的载体层上；所述催活性组分优选包括tio2、wo3、v2o5、sio2、al2o3、zro2、mno2、pt、pb、ni、cu、rh、ag和pd中的一种或几种，在实际应用时，可根据所述催化过滤一体化元件的具体应用场合选择活性组分的种类。
41.在本实用新型中，所述催化过滤一体化元件优选通过以下步骤制备得到：
42.首先制备圆筒形多孔载体，然后将活性组分负载在圆筒形多孔载体的载体层上，得到圆筒形多孔催化剂，将负载有活性组分的载体层称为催化剂层；
43.将过滤层固定在催化剂层外侧，得到催化过滤一体化元件。
44.本实用新型首先制备圆筒形多孔载体，根据载体层的不同，所述制备方法分为两种，下面分别进行介绍。
45.当所述载体层呈凹凸波纹状时，所述圆筒形多孔载体的制备方法包括以下步骤：
46.将纤维平面纸制备成波纹纸，然后沿垂直于波纹传播的方向进行裁切，得到条状波纹纸；
47.将纤维平面纸进行裁切，得到条状平面纸；
48.将条状纤维纸和条状平面纸交替排列并粘贴在支撑骨架外侧，得到所述圆筒形多孔载体。
49.在本实用新型中，所述纤维平面纸优选为玻璃纤维平面纸或陶瓷纤维平面纸；本实用新型对所述玻璃纤维纸或陶瓷纤维纸没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的即可；本实用新型对将纤维平面纸制备成波纹纸的方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的制备波纹纸的方法进行制备即可；具体的如将玻璃纤维纸进行折叠，形成波纹纸，或者使用两个齿轮对玻璃纤维纸进行滚压，形成波纹纸。
50.本实用新型对所述裁切和粘贴的方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的裁切和粘贴方法即可。
51.当所述载体层呈蜂窝状时，所述圆筒形多孔载体的制备方法优选包括以下步骤：将平板状蜂窝载体卷成筒状，然后固定在支撑骨架侧面上，得到圆筒形多孔载体。
52.在本实用新型中，所述平板状蜂窝载体的材质优选为玻璃纤维或陶瓷纤维，所述平板状蜂窝载体的蜂窝孔洞尺寸以及隔墙厚度和上述方案相同，在此不再赘述；本实用新型对所述平板状蜂窝载体的制备方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法制备即可，具体的如通过模具挤压成型；本实用新型对将平板状的蜂窝状载体固定在支撑骨架侧面的方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法，能够牢固固定即可。
53.得到圆筒形多孔载体后，本实用新型将活性组分负载在圆筒形多孔载体的载体层上，本实用新型对所述活性组分在载体层上的负载方法不做特殊限定，使用本领域技术人员熟知的方法进行制备，能够实现活性组分的负载即可，具体如浸渍法或涂覆法。
54.得到圆筒形多孔催化剂后，本实用新型将过滤层固定在催化剂层外侧，得到催化过滤一体化元件。本实用新型对过滤层的固定方法没有特殊要求，能够将过滤层在催化剂层外侧固定牢固即可。在本实用新型的具体实施例中，可以将过滤层的上下两端密封固定在圆筒形多孔载体的支撑骨架上，当过滤层材质为金属纤维毡或金属间化合物时，可以通过焊接进行固定，当过滤层材质为ptfe时，可以通过缝接进行固定。
55.本实用新型对所述催化过滤一体化元件的使用方式不做具体限定，按照本领域技术人员熟知的方法应用即可，在本实用新型的具体实施例中，优选将所述催化过滤一体化元件的密封端朝下垂直安装在固定床反应器中，根据反应器内空间以及催化性能指标计算元件的安装根数即可。
56.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技
术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。