[发明专利]一种制备金属催化剂的装置及方法

说明书

一种制备金属催化剂的装置及方法，属于材料化工制备技术领域，可解决现有催化剂制备浸渍时间长、浸渍含量低且不均匀的问题，其工艺包括浸渍和活化两个过程，两个过程均在超重力旋转填料床中完成。浸渍过程主要是金属离子溶液与载体的负载过程，活化过程是浸渍后载体在高温气体环境中的干燥活化过程。整个装置包括超重力旋转填料床、空气加热装置。浸渍和活化过程在同一设备中完成，实现了制备一体化。本发明可增加载体的负载量，缩短活化时间，简化制备过程，所制备催化剂负载量分散均匀。整个工艺不需分段处理，提高了生产效率，更适用于大批量生产，有效地提高了生产效率，降低了运行成本。

技术领域

本发明属于材料化工制备技术领域，具体涉及一种制备金属催化剂的装置及方法。

背景技术

我国工业和城市的挥发性有机化合物（VOCs）排放量日益增加，VOCs气体具有强烈的气味和毒害性，长期接触会危害人体健康，引发各种病变。此外，该气体还会引起大气的二次污染，研究发现，VOCs气体是对流层臭氧和二次有机气溶胶形成的重要前驱体，引发雾霾，污染大气。在环保日益严格的趋势下，VOCs气体的治理已成为迫在眉睫的工程。

常见的VOCs净化技术有吸附法，吸收法和燃烧法等。吸附法由于具备处理量大，可回收有机溶剂，运行费用低，成为目前工业上常用的方法，但其只是针对低浓度的VOCs气体，高浓度气体突破了吸附极限，不能有效处理污染气体。吸收法存在二次污染，工业生产中也不予采用。燃烧法是一种破坏性处理方法，最终产物是二氧化碳和水，其起燃温度低，能量消耗少，运行周期较长，成为最有效的净化工艺之一。常见燃烧法有热力学燃烧和催化燃烧，催化燃烧在较低温度下进行，节省了生产和运行成本，为工业所常用。催化燃烧技术需借助催化剂将VOCs气体氧化分解，有机废气被氧化为二氧化碳和水。催化反应的关键是催化剂的制备，受浸渍浓度和活化温度的影响。

工业上的催化剂由活性成分、助剂和载体组成。活化组分的形貌和分散度影响催化剂活性，活性组分有贵金属和过渡金属两类，过渡金属催化剂价格相对较低，有良好的催化性能，为目前所常用。工业常用浸渍的方法将活性组分负载至载体上，靠常规分子作用力将活性组分吸附至表面，这种方法存在浸渍时间长、浸渍含量低且不均匀的劣势。催化剂的活化过程通常采用烘箱或流化床加热的方法实现，容易造成催化剂的受热区域不均匀。此外，工业生产中，浸渍和活化两个过程不在同一设备和工序中进行，造成了劳动强度大生产效率低的问题。

超重力旋转填料床是一种能够强化物系相间传质的一种新型设备，已经广泛应用于气液、液液方面的微观混合。在超重力旋转床中，液体能分散为液滴、液丝和液膜，在与反应相接触时，增大物相接触面积，强化反应传质。在超重力环境中，反应介质处于高速旋转状态，分散度极强，将其应用于浸渍和活化过程，可有效提高催化剂性能。此外，采用同一设备进行浸渍和活化，实现两个工序一体化，缩短制备时间，降低生产成本。

发明内容

本发明针对现有催化剂制备浸渍时间长、浸渍含量低且不均匀的问题，提供一种制备金属催化剂的装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种制备金属催化剂的装置，包括超重力旋转填料床、罗茨风机和储液槽，其中，超重力旋转填料床的底部分别设有气体进口和液体出口，侧壁设有气体出口，顶部的中心设有液体进口，超重力旋转填料床的底部设有与电机连接的轴承，液体进口连接有液体分布器，超重力旋转填料床内设有带载体的填料层，罗茨风机和气体进口之间设有依次连接的空气加热器、流量计和阀门，液体出口通过控制阀门和储液槽的入口连接，储液槽的出口和液体进口之间设有依次连接的离心泵和流量计。

所述填料层上下均密封，外侧设有滤网膜。

所述气体进口和液体出口沿着中心轴线对称设置。

所述液体分布器呈圆环布置。

所述填料层和轴承外侧均设有冷却装置。

一种制备金属催化剂的方法，包括如下步骤：