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化工催化劑種類繁多,應用極為廣泛,同一反應甚至同一裝置的不同催化劑的性能也差別很大,那么什么樣的催化劑才是好的化工催化劑,化工催化劑又該怎樣評價呢?
一般而言,衡量一個化工催化劑的質(zhì)量與效率,主要是活性、選擇性和穩(wěn)定性這3項綜合指標。與這3項相關(guān)的還有,催化劑的機械強度、抗毒性、幾何物理性質(zhì)、宏觀和微觀的物理結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性能等。
催化劑活性
根據(jù)催化劑的定義和作用,催化劑的活性是指催化劑加快反應速率的程度的一種度量。嚴格地說,催化劑的活性應該是指催化反應速率與非催化速率之間的差值。由于通常情況下非催化 速率小到可以忽略,所以催化劑的活性就是催化反應速率。表達催化劑活性的還可以是轉(zhuǎn)化頻率或轉(zhuǎn)化率。
(1) 反應速率:反應速率的定義為用單位時間內(nèi)反應物或生成物的物質(zhì)的量來表示。
由于反應速率還與催化劑的體積、質(zhì)量或表面積有關(guān),所以引進比速率的概念,分別用體積比速率、質(zhì)量比速率和面積比速率。
在某些情況下,用催化劑單位質(zhì)量作為標志,表示催化劑的活性比較方便。
在化工生產(chǎn)中,催化劑的生產(chǎn)能力大多數(shù)是以催化劑單位體積為基準,所以這是反應速率應該以單位溶劑表示。
當比較固體物質(zhì)的固有催化劑性質(zhì)時,應當以催化劑單位面積上的反應速率作為標準,因為多項催化反應僅在固體的表面發(fā)生。
如何選擇合適化工催化劑
從某種意義上講,選擇性比活性更為重要。在活性和選擇性之間取舍時,往往決定于原料的價格、產(chǎn)物分離的難易等。
與選擇性相關(guān)的常用參數(shù)為收率和單程收率。
收率(R)是指產(chǎn)物中中某一類制定的物質(zhì)總量除以原料中該類物種的總量。
單程收率(Y)指生產(chǎn)目的產(chǎn)物的物質(zhì)的量除以起始反應物的物質(zhì)的量。單程收率優(yōu)勢也稱得率。單程收率等于轉(zhuǎn)化率乘以選擇性。
化工催化劑的穩(wěn)定性包括對高溫熱的耐熱穩(wěn)定性,對摩擦、沖擊、重力作用的機械穩(wěn)定性和對毒物毒化作用的抗毒穩(wěn)定性。
1) 耐熱穩(wěn)定性,一種良好的化工催化劑應能在反應溫度的條件下,長期具有一定水平的活力。高溫反應是比較常見的,然而大多數(shù)催化劑有自己的極限溫度,這主要是高溫容易引起催化劑活性組分的微晶燒結(jié)長大、晶格破壞或晶格缺陷減少。金屬催化劑通常超過半熔溫度就容易燒結(jié)。
2) 機械穩(wěn)定性,機械穩(wěn)定性高的催化劑能夠受得住顆粒之間、顆粒與流體之間、顆粒與器壁之間的摩擦與碰擊,且在運輸、裝填及自重負荷或反應條件改變等過程中能不破碎或沒有明顯的粉化,一般用抗壓強度和粉化度來表示機械穩(wěn)定性。
3) 抗毒穩(wěn)定性,由于有害雜質(zhì)(毒物)對催化劑的毒化作用,使催化劑的活性、選擇性或壽命降低的現(xiàn)象稱為催化劑中毒。一般來講,毒物泛指硫化物H2S、COS、SO2、 CS2、RSH、R1SR2、噻吩、R1RRR2、RSO3H等,含磷、含砷、鹵素化合物重金屬化合物,金屬有機化合物等;含氧化合物O2、CO2、CO、H2O等。對金屬催化劑,前者會造成中毒,后者會造成暫時性(可逆)中毒。
催化劑的中毒現(xiàn)象可以粗略地解釋為表面活性中心吸附了毒物或進一步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的表面化合物,活性位被鈍化或占據(jù)。
綜上來看,選擇一款的化工催化劑,價格不是的因素,催化劑具有高的活性及選擇性,長的壽命才是更重要指標。
從全球煉油催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀及需求趨勢入手,分析了用于催化裂化(FCC)、清潔汽柴油加氫、FCC原料預處理等催化劑新研究方向,指出提高催化劑的選擇性和活性,改善原料的適應性,延長裝置的運行周期等是煉油催化劑技術(shù)發(fā)展的主要方向。后從FCC及清潔汽柴油加氫對我國煉油工業(yè)的重要性、對企業(yè)效益的影響力,以及需要開發(fā)適于我國煉油企業(yè)特色的催化劑等方面,對我國煉油催化劑業(yè)務的發(fā)展提出了幾點建議。
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