工業(yè)催化劑和工業(yè)催化反應(yīng)器
三水錳礦 / 2021-07-31
第四章 工業(yè)催化劑和工業(yè)催化反應(yīng)器
在化工廠中，催化反應(yīng)裝置是全廠的心臟。而催化劑又常常是其中的關(guān)鍵。
催化劑的這種重要作用，通常不是由它本身的貴賤體現(xiàn)出來的。一般說來，催化劑在產(chǎn)品生產(chǎn)成本中所占的比例并不大。但是它的性能好壞，對工廠的設(shè)備投資、原料消耗、產(chǎn)品分離和精制、三廢處理、公用工程和正常運(yùn)轉(zhuǎn)等等費(fèi)用，影響都很大。因此，對工業(yè)生產(chǎn)來說，催化劑必須具備必要的工業(yè)上的使用性能。另一方面，為了充分發(fā)揮催化劑的效能，要求反應(yīng)器具有適宜的結(jié)構(gòu)，以便使化學(xué)反應(yīng)盡可能在最佳的條件下進(jìn)行，從而達(dá)到最大的生產(chǎn)能力和最小的生產(chǎn)成本。
在這一章里，敘述對工業(yè)催化劑的主要性能要求和工業(yè)反應(yīng)器的主要類型。
第一節(jié) 對工業(yè)催化劑的性能要求
工業(yè)催化過程是多種多樣的，因此，對催化劑除有共同的要求外，對某一具體反應(yīng)也有它的特殊要求?，F(xiàn)將選用催化劑時一般要求的性能列于表4-1的左欄。這些性能取決于催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)，后者列于表4-1的右欄。我們將進(jìn)一步討論這些性質(zhì)對催化劑催化性能的影響。
表4-1工業(yè)催化的性能要求及其物理化學(xué)性質(zhì)
| 性能要求 |
物化性質(zhì) |
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1.活性
2.選擇性
3.壽命：穩(wěn)定性，強(qiáng)度，時熱性，抗毒性，耐污染性
4.物理性質(zhì)形狀，顆粒大小，粒度分布，密度，熱容，傳熱性能，
成型性能，機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性，粉化性能，燒性能，吸濕性能，流動性能等
5.制造方法：制造設(shè)備，條件，制備難易，活化條件，貯和保管條件等
6.使用方法：反應(yīng)裝置類型，充填性能，反應(yīng)操作條件，安全和腐蝕情況，
活化再生條件，回收方法
7.無毒
8.價(jià)格便宜
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1.化學(xué)組成
2.電子狀態(tài)：結(jié)合狀態(tài)，原子價(jià)狀態(tài)
3.結(jié)品狀態(tài)：品形，結(jié)構(gòu)缺陷
4.表面狀態(tài)：比表面，有效表面積
5.孔結(jié)構(gòu)：孔容積，孔徑，孔徑分布
6.吸附特性：吸附性能，脫附性能，吸附熱，濕潤熱
7.比重：真密度，比熱、導(dǎo)熱性
8.酸性：種類，強(qiáng)度，強(qiáng)度分布
9.電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)
10.形狀
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催化劑的制造方法要簡單，并且重復(fù)性好。催化劑的原料要便宜、易得、質(zhì)量穩(wěn)定。催化劑的導(dǎo)熱性好，腐性小，從而降低設(shè)備費(fèi)。要允許能在較寬的條件下操作，不致因溫度、壓力的變化對反應(yīng)有大的影響。催化劑的活化和再生方法要簡單。催化劑要具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、密度、形狀及顆粒大小，反應(yīng)產(chǎn)物的分離和催化劑主要成份的回收要容易。催化劑要無毒無放射性。容易裝卸，并便于管理。所有這些方面都是在制造催化劑時要注意的問題。
在下表所述性能中，最重要的是催化劑的活性、選擇性以及壽命這三項(xiàng)指標(biāo)。因?yàn)槿绻呋瘎┑幕钚愿摺⑦x擇性好和壽命長，就能保證在長期的運(yùn)轉(zhuǎn)中，催化劑的用量少，副反應(yīng)生成物少和由一定量的原料可以生產(chǎn)較多的產(chǎn)品。
對流化床催化劑，為了保證良好的流化狀態(tài)，要求催化剤的顆粒有一定的大小和分布，并且還要求顆粒有足夠的抗磨損的機(jī)械強(qiáng)度。
工業(yè)催化劑的活性和選擇性，不僅決定于組成催化劑物質(zhì)的械強(qiáng)度本性，即化學(xué)組成、電子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶狀態(tài)而且也受顆大小、比表面、孔徑、孔徑分布以及化劑的使用方法和操作條件素的強(qiáng)烈影響。化劑在使用中活性和選擇性的降低，經(jīng)常是由反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理引起的，有時由于操作不當(dāng)也有重大影響。如由于催化劑床層溫度過熱而引起半融甚至燒結(jié)化劑的粉化活性物質(zhì)的揮發(fā)，催化劑的中毒，炭的沉積等等。正常的操作條件，可使這些不利因素大大降低。
催化劑的壽命，對化劑本身的成本，反應(yīng)裝置的大小，產(chǎn)品的穩(wěn)定性，操作的難易以及經(jīng)濟(jì)上是否合理的影響，甚至比它初期的活性更重要。因此，工業(yè)上要求催化劑有盡可能長的使用期限。
提高催化劑壽命的方法，包括兩個方面:首先在制備催化劑時，盡量避免選用容易引起半融、揮發(fā)和重結(jié)晶的活性物質(zhì)要選擇機(jī)械強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性能好和化學(xué)穩(wěn)定性高的載體;要添加能耐熱、抗毒、容易再生和抑制結(jié)炭的助催化劑。其次在使用方面，要選擇合理的反應(yīng)裝置、反應(yīng)條件和原料組成，并除去原料中的毒物。這些都是常用的有效方法。
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