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工业生产对催化剂的要求

    信息来源: 发布时间:2017-1-17 点击数:944

 工业生产要求催化剂具有较高的活性、良好的选择性、抗毒害性、热稳定性和一定的机械强度。
(1)活性
活性是指催化剂改变化学反应速率的能力,是衡量催化剂作用大小的重要指标之一。工业上常用转化率、空时产量、空间速率等表示催化剂的活性。在一定的工艺条件(温度、压力、物料配比)下,催化反应的转化率高,说明催化剂的活性好。在一定的反应条件下,单位体积或质量的催化剂在单位时间内生成目的产物的质量称作空时产量,也称空时产率,即空时产量的单位是kg/( m3.h)或kg/(kg.h)。空时产量不仅表示了催化剂的活性,而且直接给出了催化反应设各的生产能力,在生产和工艺核算中应用很方便。空间速率(简称空速)是指单位体积催化剂通过的原料气在标准状(0℃,iOl.3 kPa)下的体积流量,其单位是m3/(m3.h),常以符号Sv表示。空间速率的倒数定义为标准接触时间(t。),单位是s。t。= 3600/Sv 实验中,常用比活性衡量催化剂活性的大小。比活性是指催化反应速率常数与催化剂表面积的比值。催化剂的活性并非一成不变,而是随着使用时间的延长而变化(2)选择性选择性是衡量催化剂优劣的另一个指标。选择性表示催化剂加快主反应速率的能力,是主反应在主、副反应的总量中所占的比率。催化剂的选择性好,可以减少反应过程中的副反应,降低原材料的消耗,降低产品成本。催化剂的选择性表示如下:
(3)寿命
催化剂从其开始使用起,直到经再生后也难以恢复活性为止的时间,称为寿命。催化剂的活性与其反应时间的关系如图3 10所示,其使用活性随时间的变化,分为成熟期、活性稳定期和衰老期三个时期。不同的催化剂,其“寿命”曲线不同。通常,新鲜催化剂刚投入使用时其组成及结构都需要调整,初始活性较低且不稳定,当催化剂运转一段时间后,活性达到最高而进入稳定阶段。故此,从催化剂投入使用至其活性升至较高的稳定期称为成熟期(也称诱导期)。活性趋于稳定的时期称为活性稳定期。活性稳定期的长短与催化剂的种类、使用条件有关。稳定期越长,催化剂的性能越好。随着催化剂使用时间的增长,其催化活性也因各种原因随之下降,甚至完全失活,催化剂进入了衰老期。此时催化剂需进行再生,以恢复其活性。从催化剂活性开始下降到完全不能使用时的时间段称为衰老期。催化剂的寿命越长,其使用的时间就越长,其总收率也越高。
(4)稳定性
即催化剂在使用条件下的化学稳定性,对热的稳定性,耐压、耐磨和耐冲击等的稳定性。较高的催化活性,可提高反应物的转化率和设各生产能力;良好的选择性,提高目的产物的产率,减少副产物的生成
简化或减轻后处理工序的负荷,提高原料的利用率;耐热、对毒物具有足够的抵抗能力,即具有一定的化学稳定性,则可延长其使用寿命;足够的机械强度和适宜的颗粒形状,可以减少催化剂颗粒的破损,降低流体阻力。
(5)强度、比表面积、密度催化剂的机械强度、比表面积、密度等是催化剂的重要物理性质,对催化剂的使用及寿命有很大的影响。催化剂应具有一定的机械强度,否则在使用过程中容易出现破碎、粉化现象。对于流化床反应器,这会造成催化剂的大量流失;对于固定床反应器,这会造成 气流通道的堵塞,增加流体阻力等。1 g催化剂具有的总面积称为该催化剂的比表面积。催化剂内、外表面积之和为催化剂的总表面积。催化剂比表面积的大小对于吸附能力、催化活性有一定的影响,从而直接影响催化反应速率。比表面积越大,活性中心孔越多,活性越高。催化剂的密度(p)是单位体积催化剂所具有的质量,即工业上根据催化剂体积的不同计算方法,对催化剂密度有以下几种表示方法。
①堆积密度(PB)计算堆积密度时,催化剂的体积为催化剂自由堆积状态时(包括颗粒内孔隙和颗粒间空隙)的全部体积。
②真密度(ps)计算真密度时,催化剂的体积为扣除催化剂颗粒内孔隙和颗粒间空隙后的体积。
③表观密度(pp)计算表观密度时,催化剂的体积为包括催化剂颗粒内孔隙(扣除颗粒间空隙)的体积。催化剂的密度,尤其是堆积密度的大小影响反应器的装填量。堆积密度大,单位体积反应器装填的催化剂的质量多,设备利用率大。