固體催化劑的使用課件

（一）催化作用原理與催化劑（二）工業(yè)催化劑的制備

（三）固體催化劑的使用固體催化劑的使用（一）催化作用原理與催化劑固體催化劑的使用1（一）催化作用與催化劑1.催化作用的定義2.催化劑的基本特征3.催化劑的組成與功能4.催化劑性能與標志5.其他物理性狀（一）催化作用與催化劑1.催化作用的定義21.催化作用的定義定義催化劑是一種物質，能夠加速反應的速率,而不改變該反應的標準自由焓的變化，這種作用稱為催化作用.假設循環(huán)催化作用可用最簡單的“假設循環(huán)”表示出來，如下圖。催化反應的循環(huán)圖1.催化作用的定義定義催化反應的循環(huán)圖32.基本特征催化劑能夠加快化學反應速率，但它本身并不進入化學反應的計量。催化劑對反應具有選擇性。催化劑只能加速熱力學上可能進行的化學反應，而不能加速熱力學上無法進行的反應。催化劑只能改變化學反應的速率，而不能改變化學平衡的位置。（換言之，縮短了達到平衡的時間）催化劑不改變化學平衡，意味著既能加速正反應，也能同樣程度地加速逆反應，這樣才能使其化學平衡常數(shù)保持不變。2.基本特征催化劑能夠加快化學反應速率，但它本身并不進入化學4選擇性選擇性是指催化劑促使反應向所要求的方向進行而得到目的產(chǎn)物的能力。催化劑具有特殊的選擇性說明：

▼不同類型的化學反應需要不同的催化劑；

▼同樣的反應物，選用不同的催化劑，則獲得不同的產(chǎn)物。選擇性選擇性是指催化劑促使反應向所要求的方向進行而得到目的產(chǎn)53.催化劑的組成與功能

（1）催化劑的組成＊活性組分＊助催化劑＊載體＊抑制劑3.催化劑的組成與功能（1）催化劑的組成＊活性組分6（2）催化劑各部分功能

活性組分（或主催化劑）：它是催化劑的主要成分，是起催化作用的根本性物質。助催化劑：一些本身沒有活性或活性很小，但添加少量于催化劑之中，卻能使催化劑具有所期望的活性、選擇性或穩(wěn)定性的物質稱為助催化劑。載體：增大表面積、提高耐熱性和機械強度的作用，有時還能多少擔當助催化劑的角色。抑制劑：活性組分的催化活性適當調(diào)低，甚至在必要時大幅度地下降抑制劑的作用，正好與助催化劑相反。（乙烯環(huán)氧化中加入少量1,2-二氯乙烷）；

（2）催化劑各部分功能活性組分（或主催化劑）：7載體高比表面積活性炭900～11000.3～2.0硅膠400～8000.4～4.0Al2O3·SiO2350～6000.5～0.9Al2O3100～2000.2～0.3粘土、膨潤土150～2800.3～0.5礬土150約0.25中等比表面積氧化鎂30～500.3硅藻土2～300.5～6.1石棉1～16—低比表面積鋼鋁石0.1～10.33～0.45剛玉0.07～0.340.08碳化硅<10.40浮石約0.04—耐火磚<1—比孔容積/比表面積/載體高比表面積活性炭900～11000.3～2.0硅膠4008催化劑反應抑制劑作用效果Fe氨合成Cu,Ni,P,S降低活性SiO2,Al2O3柴油裂化Na中和酸點，降低活性Ag乙烯環(huán)氧化1，2-二氯乙烷降低活性，抑制深度氧化幾種催化劑的抑制劑催化劑反應抑制劑作用效果Fe氨合成Cu,Ni,P,S降低活94.催化劑性能與標志

一種良好的催化劑必須具備三個條件：

☆高活性☆合理的流體流動性質☆長壽命4.催化劑性能與標志一種良好的催化劑必須具備三個條件：104.催化劑性能與標志

（1）活性

①、比活性②、轉化率③、空時收率

（2）選擇性

（3）使用壽命

①、成熟期②、穩(wěn)定期③、衰老期

（4）機械強度（耐壓、耐磨）和穩(wěn)定性（耐熱、抗毒）（5）其它物理性狀

形狀與尺寸----流體力學比表面積----催化活性、選擇性孔容積、孔徑分布、平均孔徑與自然孔徑----傳遞過程孔隙率，空隙率----傳遞過程真密度，表觀密度，堆積密度----反應器的利用率

4.催化劑性能與標志（1）活性11使用壽命使用壽命12轉化率用轉化率表示催化劑的活性，是在一定反應時間、反應溫度和反應物料配比的條件下進行比較的。轉化率高則催化活性高，轉化率低則催化活性低。此種表示方法比較直觀，但不夠確切。轉化率用轉化率表示催化劑的活性，是在一定反應時間、反應溫度和13空時收率空時收率是指單位時間內(nèi)，單位催化劑（單位體積或單位質量）上生成目的產(chǎn)物的數(shù)量。這個量直接給出生產(chǎn)能力，生產(chǎn)和設計部門使用最為方便。在生產(chǎn)過程中，常以催化劑的空時收率來衡量催化劑的生產(chǎn)能力，它也是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)驗計算反應器的重要依據(jù)?？諘r收率空時收率是指單位時間內(nèi)，單位催化劑（單位體積或單位質14比活性非均相催化反應是在催化劑表面上進行的。在大多數(shù)情況下，催化劑的表面積愈大，催化活性愈高。單位表面積上的反應速率即比活性，來表示活性的大小。比活性非均相催化反應是在催化劑表面上進行的。155.其他物理性狀

5.其他物理性狀16（二）工業(yè)催化劑的制備

⊙沉淀法

⊙浸漬法

⊙機械混合法

⊙離子交換法

⊙熔融法

1.制備方法（二）工業(yè)催化劑的制備⊙沉淀法1.17沉淀法沉淀法是制備固體催化劑最常用的方法之一。用沉淀劑（如堿類物質）將可溶性的催化劑組分（金屬鹽類的水溶液）轉化為難溶化合物，再經(jīng)分離、洗滌、干燥、焙燒、成型等工序制得成品催化劑。影響沉淀法的因素有溶液的濃度、沉淀的溫度、溶液的PH值和加料的順序等。沉淀法的優(yōu)點：有利于雜質的清除可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品有利于組分間緊密結合，造成適宜的活性構造活性組分與載體的結合較緊密，且前者不易流失。沉淀法沉淀法是制備固體催化劑最常用的方法之一。18浸漬法浸漬法是負載型催化劑最常用的制備方法。其制備步驟大體包括

①抽空載體；②載體與被浸漬溶液接觸；③除去過剩的溶液；④干燥；⑤煅燒及活化。生產(chǎn)實例：

用于加氫反應的載于氧化鋁上的鎳催化Ni/Al2O3如何制備？

載體：氧化鋁粒子

浸漬液：硝酸鎳溶液浸漬法浸漬法是負載型催化劑最常用的制備方法。19機械混合法混合法是工業(yè)上制備多組分固體催化劑時常采用的方法。它是將幾種組分用機械混合的方法制成多組分催化劑?；旌系哪康氖谴龠M物料間的均勻分布，提高分散度。因此，在制備時應盡可能使各組分混合均勻。為了提高機械強度，在混合過程中一般要加入一定量的粘結劑。機械混合法混合法是工業(yè)上制備多組分固體催化劑時常采用的方法。20熔融法是在高溫條件下進行催化劑組分的熔合，使之成為均勻的混合體、合金固溶體或氧化物固溶體。熔融法制備的催化劑活性好、機械強度高且生產(chǎn)能力大，局限性是通用性不大。其制備程序一般為：

①固體的粉碎；②高溫熔融或燒結；③冷卻、破碎成一定的粒度；④活化。生產(chǎn)實例：

目前合成氨工業(yè)上使用的熔鐵催化劑如何制備？原料：磁鐵礦（Fe3O4）、硝酸鉀、氧化鋁條件：1600℃高溫催化劑粒度：幾毫米的粒度熔融法熔融法是在高溫條件下進行催化劑組分的熔合，使之成為均勻的混合21離子交換法是利用載體表面上存在著可進行交換的離子，將活性組分通過離子交換（通常是陽離子交換），交換到載體上，然后再經(jīng)過適當?shù)暮筇幚?。如洗滌、干燥、焙燒、還原后得到金屬負載型催化劑。該法制得的催化劑：

分散度好活性高沸石分子篩、離子交換樹脂的改性也常采用這種方法。離子交換法離子交換法是利用載體表面上存在著可進行交換的離子，將活性組分22（二）工業(yè)催化劑的制備

♀由于反應器的型式和操作條件不同，常需要不同形狀的催化劑以符合其流體力學條件。

♀催化劑對流體的阻力是由固體的形狀、外表面的粗糙度和床層的空隙率所決定。

♀具有良好流線形固體的阻力較小，一般固定床中球形催化劑的阻力最小，不規(guī)則形者甚大。流化床中一般采用細粒或微球形的催化劑。

破碎成型

擠條成型

壓片成型

造球成型

2.催化劑的成型（二）工業(yè)催化劑的制備♀由于反應器的型式和操作條件不同23破碎成型直接將大塊的固體破碎成無規(guī)則的小塊。堅硬的大塊物料可先用顎式破碎機，欲進一步破碎則可采用粉碎機。由于用破碎法得到的固體催化劑的形狀不規(guī)則，粒度不整齊，因此要篩分成不同的品級。破碎物塊常有棱角，這些棱角部分易碎裂成粉狀物，故通常在破碎后將塊狀物放在旋轉的角磨機內(nèi)，使顆粒間相互碰撞，磨去棱角。破碎成型直接將大塊的固體破碎成無規(guī)則的小塊。堅硬的大塊物料可24造球成型

滾球法此法適用于干燥的粉狀物成型。

△造粒

△過篩，取出一定篩分的粒子作種子

△滾粘粉末長大成所需粒度催化劑

流化法造球過程基本上與滾球法相似，但是在流化床中進行。

將種子不斷地加入到床層中，在床層底部將含有催化劑組分的漿料與熱風一起鼓入。種子在床中處于流化狀態(tài)，漿料粘附于種子上，同時逐漸干燥。由于粒子之間相互碰撞，使球體顆粒逐漸長大，得到所需要的球狀固體催化劑。造球成型滾球法此法適用于干燥的粉狀物成型。25油浴法

將可以膠凝的物料滴入（或噴入）一柱形容器中，器內(nèi)盛油。由于表面張力，物料變?yōu)榍驙?，并逐漸固化。成型后的球狀產(chǎn)物移出容器外后，即送入老化干燥等工序。噴霧法

對用于流化床中的微球型催化劑?？捎脟婌F造球法。即在一柱狀容器內(nèi)，將含催化劑組分的漿料自塔頂?shù)膰婎^中以霧狀噴入，在熱風中干燥，經(jīng)旋風分離器后獲得產(chǎn)品，油浴造球法制SiO2小球噴霧造球造球成型油浴法將可以膠凝的物料滴入（或噴入）一柱形容器中，器內(nèi)盛26擠條成型

此方法一般適用于親水性強的物質，如氫氧化物。將濕物料或在粉末物料中加適量的水碾捏成具有可塑性的漿狀物料，然后放置在開有小孔的圓筒中，在活塞的推動下，物料呈細條狀從小孔中被擠壓出來，干燥并硬化。單螺桿擠條機示意圖擠條成型此方法一般適用于親水性強的物質，如氫氧化物。單螺桿27壓片成型

壓片是常用的成型方法，某些不易擠條成型的物質，可用此法成型。壓片就是將粉末狀物料注入圓柱形的空腔中，在空腔中的活塞上施加預定的壓力，將粉壓成片。片的尺寸按需要而定，壓機的壓力一般為107～4×108Pa，這取決于粉末的可壓縮性。有些物料（例如硅藻土）壓片容易，有些物料則需添加少量塑化劑和潤滑劑（例如滑石、石墨、硬脂酸）來幫助。片壓成后排出，它的形狀和尺寸非常均勻，機械強度大，孔隙率適中。有時在粉末中混入纖維（合成纖維），然后再將它燒去以增加片中的大孔；有時在粉末中混入金屬以改善片內(nèi)和片間的導熱性能。壓片成型壓片是常用的成型方法，某些不易擠條成型的物質，可用281.運輸、貯藏

2.填裝

3.升溫與還原

4.開停車及鈍化

5.催化劑使用注意事項

6.失活與再生

7.苯加氫固定床反應器催化劑的裝填、鈍化與卸出（三）固體催化劑的使用1.運輸、貯藏

2.填裝

3.升溫與還原

4.開停車及鈍化

291、運輸、貯藏（三）固體催化劑的使用

◎使用專用工具和設備◎盡可能輕輕搬運，并嚴禁摔、滾、碰、撞擊，以防催化劑破碎?！蚍乐勾呋瘎┪湛諝庵械乃侄艹?、運輸、貯藏（三）固體催化劑的使用◎使用專用工具和設備302.填裝

（三）固體催化劑的使用2.填裝（三）固體催化劑的使用312.填裝

（三）固體催化劑的使用填裝固定床床層反應器要注意兩個問題：一是要避免催化劑從高處落下造成破損；二是在填裝床層時一定要分布均勻。理想的填裝通常是采用裝有加料斗的布袋（如上圖）。填裝催化劑的料斗2.填裝（三）固體催化劑的使用填裝固定床床層反應器要注意32列管式固定床反應器的填裝

（三）固體催化劑的使用特點：固定床列管式的反應器，列管比較長。直接裝填的危害：

造成催化劑的大量破碎易形成“橋接”現(xiàn)象，使床層造成空洞易出現(xiàn)溝流不利于催化反應嚴重時還會造成管壁過熱。裝填方法：布袋法多節(jié)桿法列管式固定床反應器的填裝（三）固體催化劑的使用特點：固定床33固定床反應器的分正?，F(xiàn)象溝流橋接鼓泡固定床反應器的分正?，F(xiàn)象溝流343.升溫與還原

催化劑的升溫與還原實際上是其制備過程的繼續(xù)，是投入使用前的最后一道工序，也是催化劑形成活性結構的過程。催化劑的還原必須到達一定的溫度后才能進行。因此，從室溫到還原開始以及從開始還原到還原終點，催化劑床層都需逐漸升溫，穩(wěn)定而緩慢地進行，并不斷脫除催化劑表面所吸附的水分。為了使催化劑床層的徑向溫度均勻分布，通常升溫到某一階段需恒溫一段時間。還原開始后，一般有熱量放出，許多催化劑床層能自身維持熱量或部分維持熱量，但仍要控制好溫度，必須均勻地進行，嚴格遵守操作規(guī)程，密切注意不要使溫度發(fā)生急劇的改變。（三）固體催化劑的使用思考：還原性氣體有哪些啊？3.升溫與還原催化劑的升溫與還原實際上是其制備過程的繼續(xù)，353.升溫與還原

生產(chǎn)實例低溫CO變換用的CuO-ZnO催化劑，還原熱高達88kJ/mol銅，而銅催化劑對溫度又很敏感，極易燒結。在這種情況下可用氮氣等情性氣體稀釋還原氣，降低還原速率。合成氨用的熔鐵催化劑時，當部分Fe3O4被氫還原成金屬鐵后，即具有催化活性。部分的N2與H2反應生成NH3而放出熱量，利用這一反應熱可逐步提高還原溫度。但也要適當控制其反應量，以免溫度過高使微晶燒結而影響催化劑的活性。（三）固體催化劑的使用3.升溫與還原生產(chǎn)實例（三）固體催化劑的使用364.開停車及鈍化

若催化劑為點火開車，則首先用純氮氣或惰性氣體置換整個系統(tǒng)，然后用氣體循環(huán)加熱到一定溫度，再通入工藝氣體（或還原性氣體）。對于某些催化劑，還必須通入一定量的蒸汽進行升溫還原。當催化劑不是用工藝氣還原時，則在還原后期逐步加入工藝氣體。（三）固體催化劑的使用（1）開車4.開停車及鈍化若催化劑為點火開車，則首先用純氮氣或惰性氣374.停車及鈍化

臨時性短期停車只需關閉催化反應器的進出口閥門，保持催化劑床層的溫度，維持系統(tǒng)正壓即可。短時間停車檢修為了防止空氣漏入引起已還原催化劑的劇烈氧化，可用純氮氣充滿床層，保護催化劑不與空氣接觸。停車時間較長催化劑若是具有活性的金屬或低價金屬氧化物，為防止催化劑與空氣中的氧反應，放熱燒壞催化劑和反應器，則要對催化劑進行鈍化處理。

（三）固體催化劑的使用（2）停車4.停車及鈍化臨時性短期停車（三）固體催化劑的使用（2）停384.開停車及鈍化

用含有少量氧的氮氣或水蒸汽處理，使催化劑緩慢氧化，氮氣或水蒸汽作為載熱體帶走熱量，逐步降溫。操作的關鍵是通過控制適宜的配氧濃度來控制溫度。更換催化劑的停車，包括催化劑的降溫、氧化和卸出幾個步驟。鈍化結束的標志：當進出口空氣中的氧含量不變時，可以認為氧化結束。（三）固體催化劑的使用（3）鈍化4.開停車及鈍化用含有少量氧的氮氣或水蒸汽處理，使催化劑緩39防止已還原或已活化好的催化劑與空氣接觸；原料中必須凈化除塵，減少毒物和雜質的影響。在使用過程中，避免毒物與催化劑接觸；嚴格保持催化劑使用所允許的溫度范圍，防止催化劑床層局部過熱，以致燒壞催化劑。催化劑使用初期活性較高，操作溫度盡量控制低些，當活性衰退以后，可逐步提高操作溫度；維持正常操作條件（如溫度、壓力、原料配比、流量等）的穩(wěn)定，盡量減少波動；開車時要保持緩慢的升溫升壓速率，溫度、壓力的突然變化易造成催化劑的粉碎。要盡量減少開、停車的次數(shù)。（三）固體催化劑的使用5.使用注意事項

防止已還原或已活化好的催化劑與空氣接觸；（三）固體催化劑的使40（三）固體催化劑的使用失活的原因：沾污

燒結

積炭

中毒

揮發(fā)剝落（1）失活催化劑失活原因圖解6.失活與再生

（三）固體催化劑的使用失活的原因：沾污

燒結

積炭

中毒

揮41失活原因沾污：催化劑表面漸漸沉積鐵銹、粉塵、水垢等非活性物質而導致活性下降稱為玷污。中毒指原料中極微量的雜質導致催化劑活性的迅速下降的現(xiàn)象。催化劑的毒物通常可分為化學型毒物和選擇型毒物兩大類。積炭是催化劑在使用過程中，逐漸在表面上沉積上一層炭質化合物，減少了可利用的表面積，引起催化活性的衰退。燒結催化劑長期處于高溫下操作，金屬會融結而導致晶粒長大，減少了催化金屬的比表面。揮發(fā)與剝落催化劑活性組分的揮發(fā)或剝落，造成活性組分的流失，導致其活性下降。失活原因沾污：催化劑表面漸漸沉積鐵銹、粉塵、水垢等非活性物質42蒸汽處理空氣處理通入氫氣或不含毒物的還原性氣體用酸或堿溶液處理（三）固體催化劑的使用6.失活與再生

（2）再生蒸汽處理（三）固體催化劑的使用6.失活與再生（2）再生43處理結炭現(xiàn)象其反應式如下：可逆中毒現(xiàn)象中溫一氧化碳變換催化劑，因氣體中含有H2S，活性組分Fe3O4要與H2S反應生成FeS，使催化劑受到一定的毒害作用，反應式如下：蒸汽處理

處理結炭現(xiàn)象蒸汽處理44空氣處理當催化劑表面吸附了炭或碳氫化合物，阻塞了微孔結構時，可通入空氣進行燃燒或氧化，使催化劑表面的炭及類焦狀化合物與氧反應，將碳轉化成二氧化碳放出?？諝馓幚懋敶呋瘎┍砻嫖搅颂炕蛱細浠衔?，阻塞了微孔45合成氨使用的熔鐵催化劑，當原料氣中含氧或氧的化合物濃度過高受到毒害時，可停止通入該氣體，而改用合格的N2-H2混合氣體進行處理，催化劑可獲得再生。有時用加氫的方法，也是除去催化劑中含焦油狀物質的一種有效途徑。通入氫氣或不含毒物的還原性氣體合成氨使用的熔鐵催化劑，當原料氣中含氧或氧的化合物濃度過高受46

如加氫用的骨架鎳催化劑被毒化后，通常采用酸或堿以除去毒物。用酸或堿溶液處理

如加氫用的骨架鎳催化劑被毒化后，通常采用酸或堿以除去毒物。477.苯加氫固定床反應器催化劑裝填、鈍化、卸載（一）加氫催化劑裝填（動手操作—綜合實訓室）（二）加氫催化劑鈍化及拆卸（動手操作—綜合實訓室）7.苯加氫固定床反應器催化劑裝填、鈍化、卸載（一）加氫催化劑48（一）催化作用原理與催化劑（二）工業(yè)催化劑的制備

（三）固體催化劑的使用固體催化劑的使用（一）催化作用原理與催化劑固體催化劑的使用49（一）催化作用與催化劑1.催化作用的定義2.催化劑的基本特征3.催化劑的組成與功能4.催化劑性能與標志5.其他物理性狀（一）催化作用與催化劑1.催化作用的定義501.催化作用的定義定義催化劑是一種物質，能夠加速反應的速率,而不改變該反應的標準自由焓的變化，這種作用稱為催化作用.假設循環(huán)催化作用可用最簡單的“假設循環(huán)”表示出來，如下圖。催化反應的循環(huán)圖1.催化作用的定義定義催化反應的循環(huán)圖512.基本特征催化劑能夠加快化學反應速率，但它本身并不進入化學反應的計量。催化劑對反應具有選擇性。催化劑只能加速熱力學上可能進行的化學反應，而不能加速熱力學上無法進行的反應。催化劑只能改變化學反應的速率，而不能改變化學平衡的位置。（換言之，縮短了達到平衡的時間）催化劑不改變化學平衡，意味著既能加速正反應，也能同樣程度地加速逆反應，這樣才能使其化學平衡常數(shù)保持不變。2.基本特征催化劑能夠加快化學反應速率，但它本身并不進入化學52選擇性選擇性是指催化劑促使反應向所要求的方向進行而得到目的產(chǎn)物的能力。催化劑具有特殊的選擇性說明：

▼不同類型的化學反應需要不同的催化劑；

▼同樣的反應物，選用不同的催化劑，則獲得不同的產(chǎn)物。選擇性選擇性是指催化劑促使反應向所要求的方向進行而得到目的產(chǎn)533.催化劑的組成與功能

（1）催化劑的組成＊活性組分＊助催化劑＊載體＊抑制劑3.催化劑的組成與功能（1）催化劑的組成＊活性組分54（2）催化劑各部分功能

活性組分（或主催化劑）：它是催化劑的主要成分，是起催化作用的根本性物質。助催化劑：一些本身沒有活性或活性很小，但添加少量于催化劑之中，卻能使催化劑具有所期望的活性、選擇性或穩(wěn)定性的物質稱為助催化劑。載體：增大表面積、提高耐熱性和機械強度的作用，有時還能多少擔當助催化劑的角色。抑制劑：活性組分的催化活性適當調(diào)低，甚至在必要時大幅度地下降抑制劑的作用，正好與助催化劑相反。（乙烯環(huán)氧化中加入少量1,2-二氯乙烷）；

（2）催化劑各部分功能活性組分（或主催化劑）：55載體高比表面積活性炭900～11000.3～2.0硅膠400～8000.4～4.0Al2O3·SiO2350～6000.5～0.9Al2O3100～2000.2～0.3粘土、膨潤土150～2800.3～0.5礬土150約0.25中等比表面積氧化鎂30～500.3硅藻土2～300.5～6.1石棉1～16—低比表面積鋼鋁石0.1～10.33～0.45剛玉0.07～0.340.08碳化硅<10.40浮石約0.04—耐火磚<1—比孔容積/比表面積/載體高比表面積活性炭900～11000.3～2.0硅膠40056催化劑反應抑制劑作用效果Fe氨合成Cu,Ni,P,S降低活性SiO2,Al2O3柴油裂化Na中和酸點，降低活性Ag乙烯環(huán)氧化1，2-二氯乙烷降低活性，抑制深度氧化幾種催化劑的抑制劑催化劑反應抑制劑作用效果Fe氨合成Cu,Ni,P,S降低活574.催化劑性能與標志

一種良好的催化劑必須具備三個條件：

☆高活性☆合理的流體流動性質☆長壽命4.催化劑性能與標志一種良好的催化劑必須具備三個條件：584.催化劑性能與標志

（1）活性

①、比活性②、轉化率③、空時收率

（2）選擇性

（3）使用壽命

①、成熟期②、穩(wěn)定期③、衰老期

（4）機械強度（耐壓、耐磨）和穩(wěn)定性（耐熱、抗毒）（5）其它物理性狀

形狀與尺寸----流體力學比表面積----催化活性、選擇性孔容積、孔徑分布、平均孔徑與自然孔徑----傳遞過程孔隙率，空隙率----傳遞過程真密度，表觀密度，堆積密度----反應器的利用率

4.催化劑性能與標志（1）活性59使用壽命使用壽命60轉化率用轉化率表示催化劑的活性，是在一定反應時間、反應溫度和反應物料配比的條件下進行比較的。轉化率高則催化活性高，轉化率低則催化活性低。此種表示方法比較直觀，但不夠確切。轉化率用轉化率表示催化劑的活性，是在一定反應時間、反應溫度和61空時收率空時收率是指單位時間內(nèi)，單位催化劑（單位體積或單位質量）上生成目的產(chǎn)物的數(shù)量。這個量直接給出生產(chǎn)能力，生產(chǎn)和設計部門使用最為方便。在生產(chǎn)過程中，常以催化劑的空時收率來衡量催化劑的生產(chǎn)能力，它也是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)驗計算反應器的重要依據(jù)。空時收率空時收率是指單位時間內(nèi)，單位催化劑（單位體積或單位質62比活性非均相催化反應是在催化劑表面上進行的。在大多數(shù)情況下，催化劑的表面積愈大，催化活性愈高。單位表面積上的反應速率即比活性，來表示活性的大小。比活性非均相催化反應是在催化劑表面上進行的。635.其他物理性狀

5.其他物理性狀64（二）工業(yè)催化劑的制備

⊙沉淀法

⊙浸漬法

⊙機械混合法

⊙離子交換法

⊙熔融法

1.制備方法（二）工業(yè)催化劑的制備⊙沉淀法1.65沉淀法沉淀法是制備固體催化劑最常用的方法之一。用沉淀劑（如堿類物質）將可溶性的催化劑組分（金屬鹽類的水溶液）轉化為難溶化合物，再經(jīng)分離、洗滌、干燥、焙燒、成型等工序制得成品催化劑。影響沉淀法的因素有溶液的濃度、沉淀的溫度、溶液的PH值和加料的順序等。沉淀法的優(yōu)點：有利于雜質的清除可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品有利于組分間緊密結合，造成適宜的活性構造活性組分與載體的結合較緊密，且前者不易流失。沉淀法沉淀法是制備固體催化劑最常用的方法之一。66浸漬法浸漬法是負載型催化劑最常用的制備方法。其制備步驟大體包括

①抽空載體；②載體與被浸漬溶液接觸；③除去過剩的溶液；④干燥；⑤煅燒及活化。生產(chǎn)實例：

用于加氫反應的載于氧化鋁上的鎳催化Ni/Al2O3如何制備？

載體：氧化鋁粒子

浸漬液：硝酸鎳溶液浸漬法浸漬法是負載型催化劑最常用的制備方法。67機械混合法混合法是工業(yè)上制備多組分固體催化劑時常采用的方法。它是將幾種組分用機械混合的方法制成多組分催化劑?；旌系哪康氖谴龠M物料間的均勻分布，提高分散度。因此，在制備時應盡可能使各組分混合均勻。為了提高機械強度，在混合過程中一般要加入一定量的粘結劑。機械混合法混合法是工業(yè)上制備多組分固體催化劑時常采用的方法。68熔融法是在高溫條件下進行催化劑組分的熔合，使之成為均勻的混合體、合金固溶體或氧化物固溶體。熔融法制備的催化劑活性好、機械強度高且生產(chǎn)能力大，局限性是通用性不大。其制備程序一般為：

①固體的粉碎；②高溫熔融或燒結；③冷卻、破碎成一定的粒度；④活化。生產(chǎn)實例：

目前合成氨工業(yè)上使用的熔鐵催化劑如何制備？原料：磁鐵礦（Fe3O4）、硝酸鉀、氧化鋁條件：1600℃高溫催化劑粒度：幾毫米的粒度熔融法熔融法是在高溫條件下進行催化劑組分的熔合，使之成為均勻的混合69離子交換法是利用載體表面上存在著可進行交換的離子，將活性組分通過離子交換（通常是陽離子交換），交換到載體上，然后再經(jīng)過適當?shù)暮筇幚?。如洗滌、干燥、焙燒、還原后得到金屬負載型催化劑。該法制得的催化劑：

分散度好活性高沸石分子篩、離子交換樹脂的改性也常采用這種方法。離子交換法離子交換法是利用載體表面上存在著可進行交換的離子，將活性組分70（二）工業(yè)催化劑的制備

♀由于反應器的型式和操作條件不同，常需要不同形狀的催化劑以符合其流體力學條件。

♀催化劑對流體的阻力是由固體的形狀、外表面的粗糙度和床層的空隙率所決定。

♀具有良好流線形固體的阻力較小，一般固定床中球形催化劑的阻力最小，不規(guī)則形者甚大。流化床中一般采用細粒或微球形的催化劑。

破碎成型

擠條成型

壓片成型

造球成型

2.催化劑的成型（二）工業(yè)催化劑的制備♀由于反應器的型式和操作條件不同71破碎成型直接將大塊的固體破碎成無規(guī)則的小塊。堅硬的大塊物料可先用顎式破碎機，欲進一步破碎則可采用粉碎機。由于用破碎法得到的固體催化劑的形狀不規(guī)則，粒度不整齊，因此要篩分成不同的品級。破碎物塊常有棱角，這些棱角部分易碎裂成粉狀物，故通常在破碎后將塊狀物放在旋轉的角磨機內(nèi)，使顆粒間相互碰撞，磨去棱角。破碎成型直接將大塊的固體破碎成無規(guī)則的小塊。堅硬的大塊物料可72造球成型

滾球法此法適用于干燥的粉狀物成型。

△造粒

△過篩，取出一定篩分的粒子作種子

△滾粘粉末長大成所需粒度催化劑

流化法造球過程基本上與滾球法相似，但是在流化床中進行。

將種子不斷地加入到床層中，在床層底部將含有催化劑組分的漿料與熱風一起鼓入。種子在床中處于流化狀態(tài)，漿料粘附于種子上，同時逐漸干燥。由于粒子之間相互碰撞，使球體顆粒逐漸長大，得到所需要的球狀固體催化劑。造球成型滾球法此法適用于干燥的粉狀物成型。73油浴法

將可以膠凝的物料滴入（或噴入）一柱形容器中，器內(nèi)盛油。由于表面張力，物料變?yōu)榍驙?，并逐漸固化。成型后的球狀產(chǎn)物移出容器外后，即送入老化干燥等工序。噴霧法

對用于流化床中的微球型催化劑?？捎脟婌F造球法。即在一柱狀容器內(nèi)，將含催化劑組分的漿料自塔頂?shù)膰婎^中以霧狀噴入，在熱風中干燥，經(jīng)旋風分離器后獲得產(chǎn)品，油浴造球法制SiO2小球噴霧造球造球成型油浴法將可以膠凝的物料滴入（或噴入）一柱形容器中，器內(nèi)盛74擠條成型

此方法一般適用于親水性強的物質，如氫氧化物。將濕物料或在粉末物料中加適量的水碾捏成具有可塑性的漿狀物料，然后放置在開有小孔的圓筒中，在活塞的推動下，物料呈細條狀從小孔中被擠壓出來，干燥并硬化。單螺桿擠條機示意圖擠條成型此方法一般適用于親水性強的物質，如氫氧化物。單螺桿75壓片成型

壓片是常用的成型方法，某些不易擠條成型的物質，可用此法成型。壓片就是將粉末狀物料注入圓柱形的空腔中，在空腔中的活塞上施加預定的壓力，將粉壓成片。片的尺寸按需要而定，壓機的壓力一般為107～4×108Pa，這取決于粉末的可壓縮性。有些物料（例如硅藻土）壓片容易，有些物料則需添加少量塑化劑和潤滑劑（例如滑石、石墨、硬脂酸）來幫助。片壓成后排出，它的形狀和尺寸非常均勻，機械強度大，孔隙率適中。有時在粉末中混入纖維（合成纖維），然后再將它燒去以增加片中的大孔；有時在粉末中混入金屬以改善片內(nèi)和片間的導熱性能。壓片成型壓片是常用的成型方法，某些不易擠條成型的物質，可用761.運輸、貯藏

2.填裝

3.升溫與還原

4.開停車及鈍化

5.催化劑使用注意事項

6.失活與再生

7.苯加氫固定床反應器催化劑的裝填、鈍化與卸出（三）固體催化劑的使用1.運輸、貯藏

2.填裝

3.升溫與還原

4.開停車及鈍化

771、運輸、貯藏（三）固體催化劑的使用

◎使用專用工具和設備◎盡可能輕輕搬運，并嚴禁摔、滾、碰、撞擊，以防催化劑破碎?！蚍乐勾呋瘎┪湛諝庵械乃侄艹?、運輸、貯藏（三）固體催化劑的使用◎使用專用工具和設備782.填裝

（三）固體催化劑的使用2.填裝（三）固體催化劑的使用792.填裝

（三）固體催化劑的使用填裝固定床床層反應器要注意兩個問題：一是要避免催化劑從高處落下造成破損；二是在填裝床層時一定要分布均勻。理想的填裝通常是采用裝有加料斗的布袋（如上圖）。填裝催化劑的料斗2.填裝（三）固體催化劑的使用填裝固定床床層反應器要注意80列管式固定床反應器的填裝

（三）固體催化劑的使用特點：固定床列管式的反應器，列管比較長。直接裝填的危害：

造成催化劑的大量破碎易形成“橋接”現(xiàn)象，使床層造成空洞易出現(xiàn)溝流不利于催化反應嚴重時還會造成管壁過熱。裝填方法：布袋法多節(jié)桿法列管式固定床反應器的填裝（三）固體催化劑的使用特點：固定床81固定床反應器的分正常現(xiàn)象溝流橋接鼓泡固定床反應器的分正?，F(xiàn)象溝流823.升溫與還原

催化劑的升溫與還原實際上是其制備過程的繼續(xù)，是投入使用前的最后一道工序，也是催化劑形成活性結構的過程。催化劑的還原必須到達一定的溫度后才能進行。因此，從室溫到還原開始以及從開始還原到還原終點，催化劑床層都需逐漸升溫，穩(wěn)定而緩慢地進行，并不斷脫除催化劑表面所吸附的水分。為了使催化劑床層的徑向溫度均勻分布，通常升溫到某一階段需恒溫一段時間。還原開始后，一般有熱量放出，許多催化劑床層能自身維持熱量或部分維持熱量，但仍要控制好溫度，必須均勻地進行，嚴格遵守操作規(guī)程，密切注意不要使溫度發(fā)生急劇的改變。（三）固體催化劑的使用思考：還原性氣體有哪些?。?.升溫與還原催化劑的升溫與還原實際上是其制備過程的繼續(xù)，833.升溫與還原

生產(chǎn)實例低溫CO變換用的CuO-ZnO催化劑，還原熱高達88kJ/mol銅，而銅催化劑對溫度又很敏感，極易燒結。在這種情況下可用氮氣等情性氣體稀釋還原氣，降低還原速率。合成氨用的熔鐵催化劑時，當部分Fe3O4被氫還原成金屬鐵后，即具有催化活性。部分的N2與H2反應生成NH3而放出熱量，利用這一反應熱可逐步提高還原溫度。但也要適當控制其反應量，以免溫度過高使微晶燒結而影響催化劑的活性。（三）固體催化劑的使用3.升溫與還原生產(chǎn)實例（三）固體催化劑的使用844.開停車及鈍化

若催化劑為點火開車，則首先用純氮氣或惰性氣體置換整個系統(tǒng)，然后用氣體循環(huán)加熱到一定溫度，再通入工藝氣體（或還原性氣體）。對于某些催化劑，還必須通入一定量的蒸汽進行升溫還原。當催化劑不是用工藝氣還原時，則在還原后期逐步加入工藝氣體。（三）固體催化劑的使用（1）開車4.開停車及鈍化若催化劑為點火開車，則首先用純氮氣或惰性氣854.停車及鈍化

臨時性短期停車只需關閉催化反應器的進出口閥門，保持催化劑床層的溫度，維持系統(tǒng)正壓即可。短時間停車檢修為了防止空氣漏入引起已還原催化劑的劇烈氧化，可用純氮氣充滿床層，保護催化劑不與空氣接觸。停車時