[发明专利]多相的氧化铝颗粒

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月1日提交的美国临时申请号61/388,764的权益。

发明背景

本发明总体上涉及用作催化剂负载体的陶瓷颗粒。更特别地，本发明涉及用于在化工反应器中使用的催化剂负载体，这些反应器将这些负载体暴露于高温中以及酸性环境中。

在流化床应用中有用的催化剂负载体披露在了US7,351,679和US2007/0161714中。

概述

在一个实施例中，本发明是一种含至少80重量百分比的氧化铝以及至少5重量百分比的二氧化钛的颗粒。该氧化铝具有至少两种晶相，包括一种非α氧化铝晶相以及一种α氧化铝晶相。

本发明的另一个实施例涉及一种用于制造具有两种不同晶相的陶瓷颗粒的方法。该方法可以包括以下步骤。提供一种含至少90重量百分比的非α氧化铝颗粒前体。将该颗粒前体用一种相变促进剂涂覆，由此形成一种涂覆的颗粒前体。将该涂覆的颗粒前体加热至一个相转变温度，该相转变温度既（1）高于将该涂覆的颗粒前体的一个第一部分转化为α氧化铝所需的最小温度又（2）低于将该涂覆的颗粒前体的一个第二部分转化为α氧化铝所需的最小温度，由此产生含α氧化铝晶相和非α氧化铝晶相的颗粒。

附图简要说明

附图是在不同温度下煅烧的载体的耐酸性图。

详细说明

在众多化学过程中，在化工反应器中使用催化剂来改进两种或更多种反应物之间的反应效率是已经得到确认的惯例。这些催化剂可以包括一种沉积在陶瓷颗粒上的催化活性材料，这些颗粒一般被称为“载体”或“负载体”。这些载体用作催化活性材料的基底。该催化活性材料通常位于该载体的表面上或者附近并且促进这些反应物之间的反应。众多专利和杂志文章已经证明了该载体对该催化剂性能的影响。为了在一些方法中适当地起作用，可能需要一种载体在暴露于（a）极端温度中时诸如200°C或更高以及（b）极酸性或机碱性的条件中的时是物理和化学上稳定的。用于制造该载体的原材料的选择、用于制造该载体的方法以及其中将使用载体的这些条件必须全部是协作的以便产生一种稳定且有效的载体催化剂。

在氢转化工业中，结合沉积在多个陶瓷颗粒（被称为载体）上的催化活性材料的催化剂可以用于浆料床应用中。用作载体的陶瓷颗粒总体上由单相的陶瓷材料诸如氧化铝、二氧化钛、氧化铝、以及氧化硅组成。如在此使用的，单相被定义为是指该载体的晶相是一种单一晶相。应理解孔隙率、表面面积、和磨耗全部是物理特征，这些物理特征可以直接且显着地影响该催化剂的性能。例如，在一些工业应用中，该催化剂的选择性可以从具有δ相结晶结构的氧化铝载体中得益，该氧化铝载体具有比具有α相结晶结构的氧化铝载体的催化剂的孔隙率和表面积更大。然而，这些α相氧化铝载体可以提供比δ相氧化铝载体更大的耐酸性以及更低的磨耗。对于许多单相的常规载体而言，该载体具有良好的选择性和良好的耐酸性或者不良的选择性以及良好的耐酸性。单相载体，它们在此还可以描述为具有单一或均匀的晶相的载体，也许不能提供处通过α相载体可获得的耐酸性以及通过δ相载体可获得的选择性。在此描述的本发明的诸位发明人认识到通过使用单相载体产生的问题并且已经发现提供一种载体的方式，该载体同时提供了良好的耐酸性、良好的选择性以及低磨耗。可以总体上描述为陶瓷颗粒的载体可以用于各种各样的商业过程，这些商业过程包括在一个反应器中同时移动且穿过彼此流动的反应物和催化剂的浆料。

在浆料床应用的领域中，使用被称为天然气制合成油（Gas-to-Liquid（GTL））专业技术的一个主体来将物理分离的天燃气沉积物（甲烷）转化为液氢产品的范围。在该GTL过程中，使用一种浆料相的费托合成（FTS）反应将从天然气中产生的一氧化碳和从氢气转化为水和烃，这些可以使用常规的交通基础设施来经济地运输。在该FTS反应过程中，典型地被悬浮在一个熔化的烃蜡中的催化剂可以暴露于高温水热条件中并且，因为在该反应过程中产生的一些产品可以是有机酸，则夹带该催化剂的浆料的pH一般是酸性的。该酸性的高温水热环境可以通过再水合并且溶解该载体而降低该催化剂的性能。这还可以引起有效催化剂分离的问题并且在极端情况下会过早地使该反应器停工。因此，为了在FTS过程中是成功的，希望的是一种催化剂载体是耐酸的并且在高温水热条件下是稳定的。