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第六章 工业催化剂的操作设计 6.1 概述 工业催化剂的操作设计指与其操作和使用有关的设计问题。 6.1 概述 工业催化剂的操作设计指与其操作和使用有关的设计问题。 积炭的原因 发生积碳的原因很多，通常是催化剂导热性不好或者孔隙过细时容易发生。 积炭过程是催化系统中的分子经脱氢—聚合形成的难挥发性高聚物，它们还可以进一步脱氢而形成含氢量程低的类焦物质。所以，积炭又常称为结焦。 积炭的原因可以是热裂化，催化裂解，深度脱氢，烯烃聚合等。 预防积炭 在工业生产中，总是力求避免成批迟结焦造成的催化刑活性衰退，可以根据上述积焦的机理来改善催化系统。主要方法有： （1）用碱毒化催化利上那些引起结焦的酸中心。 （2）用热处理来消除那些过细的孔隙。 （3）在临氢条件下进行作业，抑制造成结焦的脱氢作用。 （4）在催化刘中添加某些有加氢功能的组分，在氢气存在下使初始生成的类焦物质随即加氢而气化，谓之自身净化。 （5）在含水蒸汽的条件下作业，可在催化剂中添加某种助催化剂促进水煤气反应，使生成的焦气化。 再生方法（1）：蒸汽处理 如轻油水蒸气转化制合成气的镍基催化剂，当处理积炭现象时，用加大水蒸气比例或停止加轻油，单独使用水蒸气吹洗催化剂床层，直至所有的积炭全部消除掉为止。 实际上催化剂的炭发生了水煤气反应。 再生方法（2）：空气烧焦 当催化剂表面吸附了炭或碳氢化合物，阻塞了微孔结构时，可通人空气进行燃烧或氧化，使催化剂表面的炭及类焦状化合物与氧反应，将炭转化为二氧化碳放出。 例如，催化裂化使用的硅铝或分子筛催化剂，由于积炭而活性下降，因此需要时时烧焦再生。 再生方法（3）：通入氢气或不含毒物的还原性气体 如合成氨使用的熔铁催化剂，当原料气中含氧或氧的化合物过高受到毒害时，可停止通入该气体，而改用合格的氢、氮混合气体进行处理、催化剂可获得再生。 有时候用加氢的方法，也是除去催化剂上的含焦油物质的一种有效途径。 再生方法（4）：用酸或碱掖处理 如加氢用的骨架镍催化剂被毒化后，通常采用酸或碱以除去毒物。 催化剂的生产与应用 * 西南科技大学网络教育系列课程 实践证明，为了使企业获得最大的经济效益，必须要用工程科学的理论来指导催化剂操作。 6.1 概述 6.2 一般操作经验 6.3 使用技术中的若干选择与优化问题 6.4 电子计算机辅助催化剂操作设计 第六章 工业催化剂的操作设计 主要内容： 1.理解一般操作经验，理解催化剂的钝化、失活、中毒、积碳原因及处理 2.了解电子计算机辅助催化剂操作设计。 基本要求： 第六章 工业催化剂的操作设计 重点： 一般操作经验，使用技术中的若干选择与优化问题 实践证明，为了使企业获得最大的经济效益，必须要用工程科学的理论来指导催化剂操作。 6.2 一般操作经验 6.2.1 催化剂的运输和装卸 6.2.2 催化剂的活化、钝化和其他预处理 经过煅烧后的催化剂，相当多的是以高价氧化物的形态存在的，如果要求所合成的催化剂为活泼的金属或低价氧化物，则必须用氢或其他还原性气体活化。催化剂的活化与活化温度、压力、程度和速度有关，与活化气氛也密切相关。 失活：由于各种物质及热的作用，催化剂的组成及结构逐渐变化，导致活性下降及催化性能变化，这种现象称为失活。 中毒 结焦 堵塞 烧结 热失活 6.2 一般操作经验 6.2.3 催化剂的失活与中毒 1）催化剂的中毒 中毒现象的本质是微量杂质与活性中心的某种化学作用，形成了没有活性的物种，降低催化剂活性和选择性。如环己烯加氢反应中，2?10-6mol的噻吩就可以毒化催化剂铂，使其活性降低70%?80%。 中毒由杂质和活性中心的结构决定。对金属催化剂，H2S、H3P、SO32-、CO、CN-、Cl-等是毒物；对裂解催化剂，NH3、吡啶等一些碱性物质是毒物。 6.2 一般操作经验 6.2.3 催化剂的失活与中毒 对金属催化剂有毒化作用 对金属催化剂无毒化作用 6.2 一般操作经验 6.2.3催化剂的失活与中毒 可逆中毒/暂时中毒：毒物与活性组分的相互作用较弱，可以用简单方法恢复催化剂活性。如合成氨铁催化剂，由氧和水蒸气所引起的中毒作用，可用加热、还原方法恢复活性； 永久中毒/不可逆中毒：毒物与活性组分的相互作用较强，很难用一般方法恢复活性。如合成氨铁催化剂，由硫化物引起中毒作用。 6.2 一般操作经验 6.2.3 催化剂的失活与中毒 在复杂反应中，催化剂中毒可能对其中一步的影响要甚于其它各步，因此可以有意识的添加某种毒物催化剂中毒反而可以提高目的反应的选择性。 净化反应气体，脱除毒物可以预防中毒。 6.2 一般操作经验 6.2.4催化剂的积炭和烧结 积炭是催化剂在使用过程中，逐渐在表面上沉积上一层炭质化合物，减少了可利用的表面积，引起催化活性衰退。故积