第九章-催化剂成型-苏建勋ppt课件.ppt

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1、第九章催化剂成型成型：各类粉体、颗粒、溶液或者熔融体原料在一定的压力下，互相聚集，制成具有一定形状、大小和强度的固体催化剂颗粒的单元操作过程，是催化剂生产中不可缺少的工序，对催化剂机械强度和性能都有一定影响。催化剂成型的目的1、催化剂的使用性能，与催化剂成型方法有不同程度的关系。2、催化剂通过成型加工，就能根据催化反应及装置要求，提供适宜形状，大小及机械强度的颗粒催化剂，并使催化剂充分发挥所具有的活性及选择性，延长催化剂使用寿命。3、减小流体流动所产生的压力降，防止发生沟流，获得均匀的流体流动。9.

2、1成型加工对催化剂性能的影响固体催化剂不管以任何方法制备，最终都以一定形态和尺寸在反应器中使用，因而成型是催化剂生产中一个重要的工序。早期成型方法是将块状物质破碎，然后筛分出适当的粒度，不规则形状的颗粒，这样制得的催化剂、形状不固定。在使用时易产生气流分布不均匀现象，大量被筛出的颗粒、甚至粉末，无法利用，造成浪费，所以需要成型。9.1.1成型工序的重要性1同样的物料由于成型方法和工艺的不同所制得的孔结构，比表面积和表面纹理结构有显著地差别。催化剂的形状，必须服从使用性能的要求市售催化剂必须是颗粒状或

3、微球状，以便均匀的填充到反应器中.工业催化剂常见的形状：圆柱形、球形、条形、蜂窝形、齿轮形。催化剂床层要求填充均匀.可以选择圆柱形，且比表面积较大，空心圆柱形，填充量大，且颗粒耐磨性高，球形；沸腾床用小颗粒或微球。催化剂的形状、尺寸、机械强度必须与相应的催化反应过程和催化反应器匹配，服从使用性能的要求固定床用催化剂：催化剂床层要求填充均匀，可以选择圆柱形或空心圆柱形，且比表面积较大；填充量大，且颗粒耐磨性高，球形；对催化剂的要求强度、粒度，变化范围较大。形状不均匀，催化剂颗粒尺寸过小，加大气流阻力，

4、影响正常的运转；移动床催化剂：催化剂不断移动，机械强度要求高，减少磨损，无角小球，粒径3～4mm；流化床催化剂：保证流化态，具有良好的流动性，微球，20～150um；沸腾床用小颗粒或微球。悬浮床催化剂：催化剂颗粒在液体中循环流动，微米级或毫米级球形颗粒。成型加工对催化剂制备性能的影响3、2催化剂成型工艺影响催化剂性能1)催化剂的效率、强度、寿命和表面的可利用性等重要性质，在很大程度上这些性能取决于成型工序，通过成型操作获得。2)催化剂颗粒大小、形状、表面性质等特性决定反应器内流体动力学操作条件，反应

5、器的生产能力，过程选择性，这些性质通过成型获得。3）成型操作强化了多相反应过程特点，影响催化剂的活性、选择性、流动阻力等性能。成型操作最核心的影响的三个方面：活性、床层压力降、传热等。催化剂成型关键问题：保证在催化剂机械强度以及压力降允许的前提下，尽可能提高催化剂的表面积利用率。原因：许多工业催化反应是内扩散控制的过程，单位体积反应器内所容纳的催化剂表面积越大，活性越高，生产能力越大。蒸汽重整反应为内扩散控制的反应，采用异化形催化剂效果好，由拉西环，改为七形孔、牙轮形、增加外表面，提高反应性能。酸中

6、毒：催化剂化学性质物理结构不变，就可以提高活性，减小压降改善传热。甲烷化催化剂、硫酸生产催化剂：球形催化剂。炼油加氢催化剂：四叶蝶形（原来圆柱形、球形）颗粒小，强度高，压力降低，特别适于扩散控制过程。9.1.2成型对催化剂性能的影响1.催化剂形状和尺寸对反应器，填充床压力降的影响，催化剂床层中液体力学特性，床层压力降大，气流分布均匀，降低压力降，有利于减少动力消耗；压力降：与颗粒大小、形状、流体流速、流体物理性质、床层孔隙率、床层高度有关。颗粒大，压力降小，容易出现断流、沟流。因此，工业催化剂要求：

7、适应的尺寸、形状、使反应器中的流体不产生过大的压力降，流体分布均匀2催化剂的形状和尺寸对催化剂有效因子的影响多相催化剂多为内扩散控制的过程，较小催化剂颗粒可以减小内扩散的影响，提高催化剂表面利用率，提高反应活性，改变催化剂的选择性。效率因子η：表示传质过程对化学反应速率的影响程度在等温条件下，式中：R－有效速率，kcn－无内扩散的反应速率，η-取决于催化剂颗粒的席勒模数ΦL。ΦL大，内扩散影响大与反应温度，反应物浓度，催化剂颗粒尺寸和结构η的影响因素催化剂颗粒尺寸催化剂颗粒空隙率催化剂内孔径催化剂孔

8、道的曲折程度催化剂本身的几何形状在工业过程上，压力降允许的条件下，尽量采用小颗粒度的催化剂，同时改变催化剂的工程结构，降低内部传质阻力，提高催化剂性能。3成型对催化剂机械强度的影响从强度角度考虑固体催化剂使用效果时，工业催化剂应具有抵抗以下五种形式的应力而不发生破碎。（1）催化剂应具有足够的强度以抵抗裝桶，搬运时因滚落，坠落引起的磨损。（2）能经受装填反应器时产生的冲击负荷。（3）能经受装置开车，停车，催化剂床层热膨胀，沉降，收缩引起的相对运动，以及流体流动对催化剂颗