【文章內(nèi)容簡介】 催化劑生產(chǎn)效率。這在催化劑的成型工業(yè)上將會(huì)有很大前景。第一章 引言 7 第二章 固體催化劑制造及成型 0 第二章 固體催化劑制造及成型 固體催化劑的制造方法 工業(yè)催化劑中，最常用的是固體催化劑。在催化劑工業(yè)中所用的原料包括周期表中列舉的大部分元素及其化合物，主要是涉及過渡元素及其化合物及硅、鋁化合物等。此外，還有某些礦物，如從釩鈦磁鐵礦制造五氧化二釩。原料經(jīng)物理的、化學(xué)的加工，制成具有特定的化學(xué)組成、物理結(jié)構(gòu)以及一定尺寸、形狀（圓柱形、球形、片形、環(huán)形、異形、無定形等）的顆粒，才具有特定的催化性能。根據(jù)工業(yè)反應(yīng)器不同結(jié)構(gòu)和操 作條件的要求，顆粒的當(dāng)量直徑由數(shù)十毫米至數(shù)微米不等。均相催化劑（如含有金屬離子的溶液）一般都在使用現(xiàn)場配制。 催化劑制造的主要特點(diǎn)是工藝和設(shè)備的多變性。催化劑的性能(催化活性、催化劑選擇性、催化劑壽命等)對用戶的經(jīng)濟(jì)效益有重大的影響，因而各催化過程所用催化劑更換頻繁，這迫使催化劑制造工廠經(jīng)常調(diào)整設(shè)備和工藝條件。目前，工業(yè)用催化劑有數(shù)百種，一些著名的催化劑廠通常有十多條生產(chǎn)線，能制造數(shù)十種催化劑，大部分設(shè)備布置在鋼結(jié)構(gòu)的多層平臺(tái)上，以便于在制造工藝改變時(shí)調(diào)整各單元操作設(shè)備，或不同生產(chǎn)線的設(shè)備交叉組合。催化劑制造工藝的多變性，是其他化工產(chǎn)品生產(chǎn)中少見的。制造催化劑所用設(shè)備的材質(zhì)是重要的，由于設(shè)備腐蝕污染物料,往往會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量,對制造過程要加以嚴(yán)格控制，以保證對制造結(jié)果的重復(fù)性。制造方法 制造催化劑的每一種方法，實(shí)際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便，人們把其中關(guān)鍵而具特色的操作單元的名稱定為制造方法的名稱。傳統(tǒng)的方法有機(jī)械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法） 、離子交換法等，近十年來發(fā)展的新方法有化學(xué)鍵合法、纖維化法等。機(jī)械混合法 將兩種以上的物質(zhì)加入混合設(shè)備內(nèi)混合。此法簡單易行，例第二章 固體催化劑制造及成型 1 如轉(zhuǎn)化吸收型脫硫劑的制造,是將活性組分（如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅）與少量粘結(jié)劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計(jì)量連續(xù)加入一個(gè)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和傾斜度的轉(zhuǎn)盤中，同時(shí)噴入計(jì)量的水。粉料滾動(dòng)混合粘結(jié),形成均勻直徑的球體,此球體再經(jīng)干燥、焙燒即為成品。乙苯脫氫制苯乙烯的 FeCrKO 催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒制成的。利用此法時(shí)應(yīng)重視粉料的粒度和物理性質(zhì)。　　沉淀法 此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在制造多組分催化劑時(shí)，適宜的沉淀?xiàng)l件對于保證產(chǎn)物組成的均勻性和制造優(yōu)質(zhì)催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑（如碳酸鈉、氫氧化鈣） ，經(jīng)沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化)，即得最終產(chǎn)品。如果在沉淀桶內(nèi)放入不溶物質(zhì)（如硅藻土） ，使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質(zhì)上沉淀，則稱為附著沉淀法。沉淀法需要高效的過濾洗滌設(shè)備，以節(jié)約水，避免漏料損失。　　浸漬法 將具有高孔隙率的載體（如硅藻土、氧化鋁、活性炭等）浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中，保持一定的溫度，溶液進(jìn)入載體的孔隙中。將載體瀝干，經(jīng)干燥、煅燒，載體內(nèi)表面上即附著一層所需的固態(tài)金屬氧化物或其鹽類。浸漬法可使催化活性組分高度分散,并均勻分布在載體表面上,在催化過程中得到充分利用。制備含貴金屬（如鉑、金、鋨、銥等）的催化劑常用此法，其金屬含量通常在 1％以下。制備價(jià)格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法，其所用載體多數(shù)已成型，故載體的形狀即催化劑的形狀。另有一種方法是將球狀載體裝入可調(diào)速的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，然后噴入含活性組分的溶液或漿料，使之浸入載體中，或涂覆于載體表面。　　噴霧蒸干法 用于制顆粒直徑為數(shù)十微米至數(shù)百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造，先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧干燥器內(nèi)，經(jīng)噴頭霧化后，水分在熱氣流作用下蒸干，物料形成微球催化劑，從噴霧第二章 固體催化劑制造及成型 2 干燥器底部連續(xù)引出。熱熔融法 主要用于制造氨合成所用的鐵催化劑。將精選磁鐵礦與有關(guān)的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分，然后在反應(yīng)器中還原。浸溶法 從多組分體系中，用適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)藥劑（或水）抽去部分物質(zhì)，制成具有多孔結(jié)構(gòu)的催化劑。例如骨架鎳催化劑的制造,將定量的鎳和鋁在電爐內(nèi)熔融,熔料冷卻后成為合金。將合金破碎成小顆粒，用氫氧化鈉水溶液浸泡，大部分鋁被溶出（生成偏鋁酸鈉） ，即形成多孔的高活性骨架鎳。離子交換法 某些晶體物質(zhì)（如合成沸石分子篩）的金屬陽離子（如 Na+）可與其他陽離子交換。 將其投入含有其他金屬（如稀土族元素和某些貴金屬）離子的溶液中，在控制的濃度、溫度、pH 條件下，使其他金屬離子與 Na+進(jìn)行交換。由于離子交換反應(yīng)發(fā)生在交換劑表面，可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態(tài)分散在有限的交換基團(tuán)上，從而得到充分利用。此法常用于制備裂化催化劑，如稀土分子篩催化劑。發(fā)展中的新方法 ①化學(xué)鍵合法。近十年來此法大量用于制造聚合催化劑。其目的是使均相催化劑固態(tài)化。能與過渡金屬絡(luò)合物化學(xué)鍵合的載體，表面有某些官能團(tuán)(或經(jīng)化學(xué)處理后接上官能團(tuán))，如X、CH2X、OH 基團(tuán)。將這類載體與膦、胂或胺反應(yīng)，使之膦化、胂化或胺化,然后利用表面上磷、砷或氮原子的孤電子對與過渡金屬絡(luò)合物中心金屬離子進(jìn)行配位絡(luò)合，即可制得化學(xué)鍵合的固相催化劑，如丙烯本體液相聚合用的載體──齊格勒－納塔催化劑的制造。②纖維化法。用于含貴金屬的載體催化劑的制造。如將硼硅酸鹽拉制成玻璃纖維絲，用濃鹽酸溶液腐蝕，變成多孔玻璃纖維載體，再用氯鉑酸溶液浸漬，使其載以鉑組分。根據(jù)實(shí)用情況，將纖維催化劑壓制成各種形狀和所需的緊密程度，如用于汽車排氣氧化的催化劑，可壓緊在一個(gè)短的圓管內(nèi)。如果不是氧化過程，也可用碳纖維。纖維催化劑的制造工藝較復(fù)雜，成本高。 催化劑成型的重要性固體催化劑相對地講容易制備，反應(yīng)物流經(jīng)填充或懸浮在反應(yīng)器內(nèi)的催化第二章 固體催化劑制造及成型 3 劑床層，容易滿足工藝研究的需要，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量能符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。而催化劑的形狀和成型工藝在很大程度上影響著催化劑的使用性能。固體催化劑是要以不同顆粒形狀在催化反應(yīng)器中使用的，早期的催化劑不注意形狀，往往僅僅將大塊物質(zhì)破碎，然后篩分出粒度不均、形狀不規(guī)則的顆粒使用。因形狀不定，使用時(shí)氣流分布很不均勻，催化反應(yīng)受到影響。而篩分出的小顆粒及粉末物質(zhì)無法利用披拋棄，因而造成很大浪費(fèi)。隨著對催化劑使用性能要求的不斷提高，及成型技術(shù)的迅速發(fā)展，催化劑的形狀要求逐漸與使用性能一致了。市售的固體催化至少是均勻顆?；蛭⑶驙畹?，以便均勻地填充到工業(yè)反應(yīng)器中。因而成型便成了催化劑制造中的一個(gè)重要工序。催化劑的形狀和成型工藝在很大程度上影響著催化劑的使用性能，沸騰床等使用的小顆位或微粒催化劑，一般只關(guān)心催化劑的粒徑和粒徑分布間厄，不太注重催化劑的形狀，其實(shí)并不是不需要調(diào)節(jié)催化劑形狀，只是缺少必要的成型手段。隨著成型技術(shù)的發(fā)展，粒徑大于 4～5（微米）的固定床催化劑形狀豐富多樣起來。由早閃無定形和球形為主而發(fā)展到圓柱形、條形、環(huán)形、片形、蜂窩形、內(nèi)外鹵輪形、三葉草形和菊花形等多種形狀，催化劑的形狀與使用性能越來越密切。催化劑的形狀、尺寸及表面粗糙度都會(huì)影響催化劑的活性、選擇性和強(qiáng)度、氣流阻力等性能。最主要是影響活性、床層壓力降和傳熱。催化劑的活性與其表面積關(guān)系極大，為此只要催化劑機(jī)械強(qiáng)度和壓降允許，應(yīng)盡量提高催化劑的表面利用旱，單位體積反應(yīng)器內(nèi)容納的催化劑外表面積越大，則催化活性越高，生產(chǎn)效率越高。 固體催化劑的常見成型方法 壓片成型壓片成型是目前廣泛采用的一種成型方法。它應(yīng)用于由沉淀法得到的粉末中間體的成型、粉末催化劑或粉末催化劑與水泥等膠黏劑的混合物的混合法成型，也適于浸漬法用載體的預(yù)成型。本法一般壓制圓柱狀、拉西環(huán)狀的常規(guī)形狀催化劑片劑，也有用于齒輪狀等異形片劑成型的。第二章 固體催化劑制造及成型 4 壓片成型法制得的產(chǎn)品具有顆粒形狀一致、大小均勻、表面光滑、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。其產(chǎn)品適用于高壓