催化剂制造
固体催化剂的制造
催化剂制造的主要特点是工艺和设备的多变性。催化剂的性能(催化活性、催化剂选择性、催化剂寿命等)对用户的经济效益有重大的影响,因而各催化过程所用催化剂更换频繁,这迫使催化剂制造工厂经常调整设备和工艺条件。
主要指固体催化剂的制造。在催化剂工业中所用的原料包括周期表中列举的大部分元素及其化合物,主要是涉及过渡元素及其化合物及硅、铝化合物等。此外,还有某些矿物,如从钒钛磁铁矿制造五氧化二钒。原料经物理的、化学的加工,制成具有特定的化学组成、物理结构以及一定尺寸、形状(圆柱形、球形、片形、环形、异形、无定形等)的颗粒,才具有特定的催化性能(见彩图)。根据工业反应器不同结构和操作条件的要求,颗粒的当量直径由数十毫米至数微米不等。均相催化剂(如含有金属离子的溶液)一般都在使用现场配制。
活化实际上是活性催化剂制造的最后一个操作单元,通常在用户的反应器中按催化剂制造厂提供的技术进行,而不在催化剂制造厂完成。因活化后的催化剂具很高的表面自由能,能迅速与空气中的氧作用而烧结失活;而催化剂在运输、贮存特别是装填过程中,难于避免和空气接触,这可能损害催化剂,危及人身、设备的安全。
有些催化剂的活化简单迅速,如甲烷化用催化剂中氧化镍的还原、某些氧化用催化剂中金属氧化物的价态变化等,在工业反应条件下,活化在数小时内即可完成。有些催化剂的活化复杂而费时,如合成氨催化剂,出厂时是含少量铝、钙原子的强态Fe3O4固溶体,还原为活性α-Fe需5~10天,影响使用厂有效开工时间。催化剂制造厂可预先将其还原为α-Fe,再用含微量氧的惰性气体使α-Fe上覆盖一层氧化铁膜,被氧化的α-Fe只占总的铁原子的10%左右。这样既保证运输、装填过程的安全,又可节约使用厂还原时间。又如苯或苯酚加氢用NiO/Al2O3催化剂,要求还原温度为300~350℃,而工业反应器只能达到180~220℃,也可在催化剂制造厂预先还原。其他催化剂也可作类似处理。在催化剂制造中,称为催化剂预活化(或预还原、预硫化),相应的催化剂称预活化催化剂,或预还原催化剂、预硫化催化剂。
催化剂的贮运通常用铁桶包装,内衬气密塑料袋。运输中特别是上下车、船,应避免损害包装容器或其密封性的操作。绝大多数催化剂会因化学或物理原因(如毛细管冷凝)吸收空气中的蒸汽,导致机械强度和活性降低。多数催化剂是无机化合物,若包装密封良好,能贮存数十年而性能不变。极少数催化剂(如预还原金属催化剂,某些金属有机化合物),遇水或与水作用会产生氢气,应保存干燥,放置在通风良好的库房中(见催化剂使用)。
参考书目
A.B.Stiles,Catalyst Manufacture,Laboratory and Commercial Preparations, Marcel Dekker,NewYork,1983.
参考资料
最新修订时间:2023-07-18 17:51
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