現(xiàn)代化工工業(yè)過程離不開催化劑的生產(chǎn)和使用,據(jù)統(tǒng)計,90%以上的化工工業(yè)均需要催化劑的使用,否則將無法高效進行。催化劑,指的是一種能夠加快反應速率,但自身結(jié)構(gòu)組成不發(fā)生任何變化的化學物質(zhì)。但這只是一種表面的,膚淺的認識,要深入了解催化劑的反應機理,工作情況,還需要對其電子結(jié)構(gòu)調(diào)控,物相調(diào)控,不同組分相互作用協(xié)同有深入的認知。
今天,我們將開設一個專題,為大家解讀工業(yè)催化劑是如何研制的。今天帶來部分內(nèi)容,首先是工業(yè)上對催化劑使用的具體要求。
工業(yè)催化劑的使用要求
個指標是活性,也是催化劑重要的指標。其反映的是工業(yè)催化劑在實驗室模擬條件下促進原料轉(zhuǎn)化的能力。通常使用摩爾每克每小時來衡量,即單位質(zhì)量催化劑單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)化的反應物的量。但在具體的應用情況下,其指標可能稍微發(fā)生改變,如在催化重整催化劑活性衡量的評價上, 會以直餾石腦油催化重整后所得的芳烴產(chǎn)率來表示該指標。
第二個指標是選擇性,評價的是催化劑在促進反應過程中,能使得多少原料轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)品。例如在輕油或重油裂化的過程中,產(chǎn)品產(chǎn)物可能會有很多種如汽油,干氣,焦炭等。汽油作為主產(chǎn)物,其產(chǎn)量自然是越多越好。而汽油占總產(chǎn)物的比例則是汽油產(chǎn)物的選擇性。
壽命或穩(wěn)定性。需要注意的是,在工業(yè)生產(chǎn)中,產(chǎn)品的制備往往是24小時不停機,例如在傳統(tǒng)能源煤炭加工車間,工人們通常采用兩班倒或三班倒的方式,停機造成的電能損耗,生產(chǎn)線的中斷損耗是巨大的。在催化過程中,催化劑的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。一般工業(yè)用催化劑穩(wěn)定性往往要上千小時以上。壽命一般以小時表示。也有些環(huán)節(jié)采用加工質(zhì)量產(chǎn)品所消耗催化劑的多少來表示。
形狀與大小。根據(jù)催化過程中反應器的不同,催化劑的形狀也大小各異,同時形狀的差異也會帶來性能巨大的改變。因其可能對反應物或產(chǎn)物的擴散造成影響,進而影響其產(chǎn)率或選擇性。根據(jù)不同的使用條件,可以把催化劑做成不同的形狀加以使用。如在移動床催化裂化裝置中所使用的催化劑一般為小球,這有利于催化劑在反應器中的移動,也便于催化劑的輸送,減小其磨損造成的損耗。
機械強度。除了上述要求外,催化劑的機械強度也是重要的指標。因其化學反應往往在高溫高壓條件下進行,天然要求催化劑要承受足夠的自重和外界所帶來的壓力。同時還要承受不同催化劑之間碰撞所可能帶來的磨損,即抗磨損強度要較高。
化學組成?;瘜W組成即催化劑的結(jié)構(gòu)信息。是以上反應性能的基礎(chǔ)。不同組分之間的比例,結(jié)構(gòu)直接影響反應的效率。
比表面積與孔體積。比表面積越大, 孔體積越大,則反應物與催化劑的接觸會越多,進而使得其性能越好,毋庸置疑。
總結(jié)
綜上所述,一個良好的工業(yè)催化劑,要具有良好的活性,選擇性和壽命的同時,還需要有形狀,顆粒大小和分布,機械強度,以及一定的化學組成和孔結(jié)構(gòu)的要求。因此,催化劑的設計是至關(guān)重要,也極其復雜,同時也是附加值極高的一個工藝。