浅谈催化剂工业放大.doc

第五 第五届全国催化剂制各科学与技术研讨会 浅谈催化剂工业放大 许德坤张继光吴新保 (长岭炼化公司催化剂厂，湖南省岳阳市414012) 催化剂工业放大是科研成果能否顺利投入生产的关键环节。在工业放大过程中，会遇 到一些实验室工作忽视的、甚至没有发生的工程技术问题，导致催化剂工业放大失利或受 阻。积累工业放大过程中丰富的经验与教训，把握制备放大技术，解决大规模催化剂生产 过程中的关键工程技术问题，可以加速催化剂开发和实验室成果的技术商品化。 1．催化剂工业放大的含义 催化剂工业放大是指依据实验室小型装置的操作方法，在工业装置上生产出合格产品， 并考察投料量的增加和设备的变量对催化剂性能的影响。同时根据小试和工业放大的结果， 完善催化剂制备的工艺流程和操作条件。催化剂工业放大不仅检验小试条件是否合理，而 且为技术经济分析提供准确可靠的数据，同时进一步检验催化剂制备的重复性和再现性， 以确定工业生产的方案。 2．催化剂小试与工业放大的差异 催化荆小试的操作特点是：容器小，传质传热距离短：搅拌、混合、捏合过程每容积 的能量强度高；采用纯化学品质材料；马弗炉中料层薄，温度梯度小，但热循环长；活化 时氢气含水低；小容器(带搅拌的烧杯)内沉淀；洗涤、过滤不考虑时间或粒子穿漏；过 程中产生的热量易散失；物料计量、温度等参数控制较精确；成本、环保及工程技术无法 考察。 从小试——中试——工业放大的设备规模、工况、投料量等都有很大差别，而产生过 程放大效应。所以，工业放大过程中有成功的把握，也有失败的风险。我们的任务是如何 把风险降到最低，把失败的经验教训作为成功的起点。 3．催化剂工业放大过程中的几个关键问题 l、组织工业放大小组 2、加强工艺过程中各参数拟定和监测 落实开工方案中制定的工艺指标，在操作过程中不得随意更改。 3、加强“区域采样判断” 当工业放大发生异常情况时，将工艺过程分成不同区域，分别采样。然后在实验室模 拟工业条件进行制备，对比分析所得结果，这是寻找实验室和工业装置差异的有效手段。 4、现场技术经济分析 4．催化剂工业放大的研究 1、溶胶——凝胶法制备硅铝催化剂中试工艺放大 1．Biay等进行了溶胶——凝胶法制备硅铝催化剂中试工艺放大的研究 。 通过小试、中试研究分析，认为小试研究可确定操作参数对催化剂性质的影响，并确 定工艺操作参数。但要实现工业生产，则有必要进行中试研究。模拟在工业设备条件下， 检查小试工艺的可行性。 2、催化剂单元操作研究 Keld．Johasen报道了催化剂制备单元操作研究方法“1。 5．催化剂工业放大过程中工程技术问题考察 D工 D工业催化剂的制各、表征与应用 1、沉淀 谭经品讨论了无定形硅铝催化剂工业试生产过程中沉淀反应器(老化步骤)操作方式 影响的工程技术问题”I。 用分步沉淀法生产凝胶型FCC催化剂。在装置生产初期，沉淀工序采用连续操作方式。 工业试生产发现，FCC催化剂的水热稳定性比当时国内外同类产品要差。经过大量分析评 价数据对比，说明主要问题在于FCC催化剂的孔分布不够集中，孔径小_1一1．5nm的微孔多。 如果小试和中试采用分批间歇式操作能得到较好的孔分布，而在连续式操作的中试或生产 装置上所得产品的孔分布仍然不好。在生产装置上老化前后分别取硅凝胶样，在实验室进 行后续处理做成催化剂，测其孔分布。结果发现，用老化后凝胶做成的催化剂与用老化前 凝胶做成的催化剂相比，孔分布显著变差。由此可知，FCC催化剂孔分布不集中的主要原 因在于连续流动的老化釜内物料返混严重，致使凝胶粒子在老化釜内停留时间长短不一， 老化程度不均匀，因而老化后凝胶粒子大小分布不集中。 为了减少物料的返混，工业上常用多釜串连操作。将老化釜改成间歇式操作，使FCC 催化剂生产工艺都恢复为间歇式操作，从此生产FCC催化剂产品质量得到根本改善。 从以上例子可以知道，反应器操作方式与物料流动形式决定了物料在反应器内停留时 间分布，造成对催化剂产品性能的影响。因此，必须加强化学反应工程优化的研究，达到 化学因素和工程因素的最优结合。 2、干燥 溶胶型催化裂化催化剂工业放大时，由于与中试不同的干燥器结构，产生对催化剂机 械强度影响的工程技术问题。 由于工业喷雾干燥器的结构与中试装置不同，所以物料与干燥介质的接触方式、干燥 速度、停留时间也会发生很大变化，从而对催化剂的机械强度产生影响。 3、浸渍 谭经品考察了重整催化剂工业试生产时颗粒间活性组分分布均匀性的工程技术问题”J。 张继光分析了加氢催化剂工业试生产时颗粒问活性组分分布均匀性的工程技术问题14j。 抚顺石油三厂进行贵金属催化剂工业放大时，报道了过饱和浸渍法负载金属含量的调 整的工程技术问题”J。 4、焙烧 焙烧操作中发生毒物对贵金属催化荆的影响的工程技术问题口J。对于含碳较