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1、工业催化剂演示文稿11页，共53页，星期一。工业催化剂22页，共53页，星期一。1.催化剂的订购2.催化剂装填3.催化剂活化4.催化剂的寿命5.催化剂的失活原因及其防止措施6.催化剂再生7.废催化剂回收3页，共53页，星期一。催化剂是一类高科技产物，一般地说，基本原料在成本中所占比例较低，但研究开发费用所占比率较高。催化剂的使用量在化工产品的生产成本中所占比率很小，一般约为0.5%1%。但催化剂的优劣却会对生产效率产生巨大的影响。有时，转化率只要提高或降低1%，就会对产品产值产生数十万以至数百万元的影响。化学反应过程的有效操作很大程度取决于催化剂的使用情况，因而实际操作经验的积累十分重要。唯有
2、充分了解催化剂的特性及反应器工艺操作条件，正确选择、使用催化剂，才可使催化剂发挥并保持良好的活性、选择性及较长的使用寿命，确保催化效能的正常发挥。4页，共53页，星期一。4.1催化剂订购催化剂订购按需订购若能在订购催化剂时根据工艺过程准确向厂家告知反应类型（如加氢、烷基化、氧化等）、反应器类型（固定床或流化床）、反应状态（液相或气相）等，同时能根据催化剂商品性状，更详细地提供催化剂需要的形状、孔容、比表面、强度等有关数据，催化剂生产厂就有可能更有效地提供适用的催化剂。共同研制同一名称的催化剂，例如：Pd/C、RaneyNi、-Al2O3等有许多厂家出售。即使在同一生产厂家或公司中，同一名称的催
3、化剂也备有多种，以满足使用者不同的要求。为此，要与催化剂生产厂家进行密切的技术合作来共同研制符合要求的催化剂。有时，常需对内容保密，故要与厂家签订保密协定。多次试用有时向厂家订购催化剂时，由于保密或某些其他原因不便明确说出使用目的时，催化剂生产厂家只能提供多种催化剂，供使用者多次试用，这样做既费时，收效又低。合同保证为了保证催化剂在实际工作条件下，长时期运转中保持优异性能，应该在订货合同上双方确认某些性能指标，以确保产品质量。在所订购的催化剂到货以后，最好能与催化剂生产厂家共同取提取待检样，一式两份，经双方加贴封条后，供、需双方各保存一份，留待需要时送交权威部门检测。5页，共53页，星期一。4
4、.2催化剂的装填催化剂的装填4.2.1催化剂的搬运与储存催化剂的搬运与储存包装包装催化剂一般是用铁桶或纤维板桶包装，满桶的质量在30250kg之间，桶内用塑料袋包装，以防止催化剂吸收空气中的水分而受潮。金属桶可以户外存放，但应注意防雨和防污。如长期存放，或使用非金属桶，就应存放在室内，并注意防潮，桶盖要盖严。搬运搬运催化剂应尽量轻轻搬运，严禁摔、滚、碰、砸。金属桶包装时，虽然外皮比较结实，但内衬塑料袋在摔、滚时易破裂。人工搬运时应使用运桶手车、起桶杠等。装卸质量较大的桶时，最好是用小型移动吊车或升降叉车搬运。储存储存一般说来，如果桶内塑料袋未破损，催化剂不与空气接触，就可保存很长时间。如果桶和
5、塑料袋在运输过程中破裂，那就不能长期储存。所以，送入仓库储存时要检查包装的完好程度。对有破损的应及时更换包装或尽早使用。放入仓库时，最好能在催化剂桶下面填上木板，并保持库房干燥。变质变质催化剂是否受潮一般可从颜色看出来。如乙烯氧氯化制二氯乙烷催化剂，新鲜的未受潮的催化剂是黄绿色微球，如果受潮就变为淡绿色，严重受潮时会结块变硬。这时应再经干燥或其他处理方可使用。6页，共53页，星期一。4.2.24.2.2催化剂的过筛与装填催化剂的过筛与装填过筛过筛新出厂的催化剂已经过严格过筛，粒度大小是符合用户要求的。但由于运输过程中包装桶受到各种撞击，会产生一些碎粉，所以在装填之前，要经过某种方式的过筛，特别
6、是固定床催化剂。简单的过筛方法是将催化剂通过一个具有适当大小网眼的倾斜溜槽；或者是在催化剂倒入装料斗的同时，用压缩空气喷嘴将细粉吹掉；也可使用简单的人工过筛。一般不再使用振动筛，因为强烈振动及摩擦会造成催化剂更多的破碎及损失。当然，运输距离短，碰撞不多时，装填前就不必再筛分了。装填原则装填原则1催化剂往反应器内装填，操作虽然简单，但装填状态好坏，却会对反应操作造成很大影响。固定床催化剂装入反应器时，首先应注意不要将催化剂在过高（不不应应高高于于0.61m）处自由落下。催化剂落下而无严重损坏的距离与催化剂的形状及强度有关。球形催化剂较之条状或有角片剂强度为高，更能经受得住坠落。其次要注意催化剂在
7、反应床内填充要均匀。装填原则装填原则2催化剂装填前应应先先称称重重，装填完毕后应计计算算填填充充质质量量并并测测定定压压力力降降，对于管式反应器，所有各管的压力降应在平均值5%左右范围内变化。压力降数值偏高，表明催化剂有破裂，需卸出后过筛重装。压力降偏低，表明催化剂装填过松，可采用振动的方法调整。7页，共53页，星期一。不要采用将全部催化剂倒进反应器堆成一堆后再耙平的装填方法，这样做会使催化剂产生分级散开的趋向，较大粒度的催化剂滚向边缘，而细小粒子留在中心，导致分布不匀。装填影响装填影响反应器中催化剂装填不均匀，及气流分布不匀，还会导致操作上产生局部高温，影响气体分布及催化剂的使用。如对乙烯中
8、的乙炔进行加氢反应时，由于催化剂装填不匀，在气流慢的区域就会产生局部升温。装填方法装填方法装填宽床层催化剂时要特别小心，要使广大截面上催化剂分布均匀是比较困难的，此时最好能使用轻便的小型运送机来分散装填宽床层内的催化剂。简便方法是使用一个装于加料斗的帆布袋。袋内装满催化剂并缓慢提起，使催化剂有控制地流入床层。同时控制帆布袋使催化剂卸在床层各个部位。8页，共53页，星期一。4.3 4.3 催化剂的活化催化剂的活化4.3.1 4.3.1 活化方法活化方法催化剂在反应过程中必然要求高活性，但在运输、存储过程中为了稳定和安全起见，则要求是非活性状态。所以相当一部分催化剂在出厂时未呈催化活性，需要经过进
9、一步活化处理，使其物理、化学性质发生变化，进入具有催化活性的状态。这个处理过程谓之活化。活化过程所涉及的变化常常很复杂，按活化所用的手段分为热热活活化化与化化学学活活化化。由于热活化通常在催化剂厂完成，这里只讨论化学活化化学活化。以下所讨论的几个例子，都是说明形成典型的化合物的情况。实际上活化常常是很复杂的，有时亦可能形成多种多样非计量化合物，而造成缺陷。如氧化物在氢气下由于还原产生负离子缺位而变成n-型型半半导导体体（电电子子型型半半导导体体），而在氧气作用下产生正离子缺位，则生成P-型半导体（空穴型半导体）。当活性组分表面含有杂质时，常利用化学活化除去杂质，提高活性。如常用H2气除去金属表
10、面上吸附的氧。9页，共53页，星期一。有时亦将高价金属氧化物还原为低价金属氧化物。（2）氧化氧化也可用氧化剂使低价金属氧化物变为高价，如：（3）硫化硫化将氧化物进行硫化，可制成硫化物催化剂。如：（4）卤化卤化/氨化氨化以上三类反应是最常用的反应，其他如卤化、氨化等亦用于不同的场合，例如：（1）还原）还原金属催化剂常常先制成金属氧化物，然后用氢气或其他还原性物质使之还原成具有催化活性的金属状态，如氧化镍、氧化铁及Pd盐的还原：10页，共53页，星期一。4.3.2活化条件活化条件4.3.2.1活化剂活化剂不同的活化反应要求采用不同的活化试剂。例如还原反应用H2、CO、醇类等还原性气体。硫化反应可用
11、H2S、CS2等，在选择活化剂时，应考虑下面两方面的因素：（1）化学因素化学因素。在还原反应时不同的还原剂有不同的还原能力，具有不同的还原浓度和还原深度。用CO还原剂时，可能在催化剂表面上析出碳（如ZnO用CO活化，表面将因结碳变成灰色）。有些氧化物不能用CO还原，例如Ni与CO作用可形成Ni（CO）4而挥发。用CS2使金属氧化物硫化时，经过下列反应，亦可能有碳析出而影响成品的活性：（2）物理因素）物理因素。如果活化过程有明显的放热效应，必须慎重控制催化层的温度。从活化本身来说，最好选用导热系数高的物质，如H2和CO虽均为还原剂，但由于H2导热率很高，当活化反应热效应甚大时，用氢作还原剂，对温
12、度控制有利。11页，共53页，星期一。4.3.2.2活化过程的温度、活化剂的浓度和空速活化过程的温度、活化剂的浓度和空速活化过程是形成活性结构的过程，必须对活化条件严加控制，以防生成的活性结构遭到破坏。此处讨论两个重要的条件。低温低浓度活化低温低浓度活化一般情况下可先试用较低浓度的活化剂在较低的温度下活化，因低温度和低浓度可以避免基体发生过于激烈的变化，使过程在可控制的条件下进行。如NiO催化剂的硫化，通常先用H2S浓度约1%的H2S-H2混合气体在300下硫化。在不致飞温的条件下逐渐将浓度增加到10%。最后将温度升到370，一直到硫化过程完毕。制H2SO4用的V2O5催化剂是在400用浓度约
13、1%的SO2-空气的混合气活化，然后再缓慢升温，并将SO2浓度逐渐提高到10%左右。为了控制反应温度，对于某些活化时要强烈放热的催化剂，可以在活化气体中加入某些稀释剂，如N2（用N2-H2气来还原，用贫氧空气来氧化）。目的是为了控制放热速率。高温高浓度活化高温高浓度活化但在有些特殊情况下，却要求在“激烈”的条件下活化，认为这样有利于生成活性结构，因为强烈的过饱和条件有利于生成自由能较高的活性结构。如合成氨用的Fe催化剂的活化过程，要求在足够高的温度下进行同时要求混合气中具有足够高的氢浓度，造成强烈的过饱和条件才能得到高活性的催化剂。12页，共53页，星期一。因活化时，在还原反应中生成Fe微晶与
14、水，水的存在使还原生成的金属Fe重新氧化，水汽浓度越高，催化剂还原后活性越低。这是由于颗粒的反复氧化-还原，使晶粒长大，而影响催化剂活性。因此在生产上常在反应热可以控制的条件下，用大空速使形成的H2O被大量的氢稀释。但是温度过高容易引起催化剂微晶烧结，比表面积下降，活性下降。合成氨催化剂在550以上操作活性就会损失，所以要求还原温度不宜超过500。13页，共53页，星期一。排水量： 因此可以从活化过程中的排水量来估计活化的终点。进出口浓度：用H2S-H2进行硫化时，由于H2S与金属氧化物作用使活化初期从反应器排出的H2S浓度很低；而在后期，由于活性组分基本被活化，H2S的浓度就不再下降。因此当
15、H2S出口与入口浓度一致时，即为硫化的终点。热点：如果活化是放热反应，常可根据活化热点的位置来推测活化的完全度。一般活化初期热点常在入口处，随着活化的进行，热点逐渐扫过床层，表明这时候活化接近终点（或整个催化剂床进入较稳定的状态），最后可用高浓度的活化剂强化之。注意：在有些情况下应控制活化反应进行的深度，因为所要求的活性构造是介于按活化反应式所书写的两种状态之间的中间状态。4.3.2.3活化的完全度活化的完全度在活化趋于完成时，可以用不同的方法测定其完全度。如活化过程中有一种挥发性的产物生成，则可以从其生成量来衡量活化的完全度。如Fe3O4用氢气进行活化时，有水生成:14页，共53页，星期一。
16、 4.3.2.4 4.3.2.4 催化剂组成和颗粒度与活化过程催化剂组成和颗粒度与活化过程加有载体的氧化物比纯氧化物料所需的还原温度要高些。例如负载于载体的NiO比纯粹的NiO显示出较低的还原性。金属含量较高的负载型催化剂，在由氧化物还原成金属的过程中会使强度降低。一般来说，焙烧后催化剂中可以还原的组分体积含量低于50%时，其结构是一连续整体；而当可还原性组分含量高于50%时，该催化剂的结构是由可还原组分和载体共同构成，它在还原时会出现明显裂痕而使强度下降。催化剂颗粒的粗细也是影响还原效果的一个因素。在还原过程中，无论是扩散控制还是化学反应控制，颗粒度都会对还原反应的过程发生影响。如对合成氨催化剂还原时，粒度为0.61.20 mm的催化剂还原时所得的催化剂相对活性为100%，而改用粒度为6.79.4 mm的催化剂还原得到的相对活性只有20%左右。15页，共53页，星期一。4.3.2.5 4.3.2.5 催化剂的氮封催化剂的氮封 还原后的催化剂很容易与氧接触发生氧化作用。当不用时，要隔绝空气，用惰性气体覆盖。氮是最常用的覆盖气体，因其含氧量可低于1010-6，所以通常十分有效。如氮气的含
