4第四章工业催化剂的开发Word文档下载推荐.docx
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立项的开题报告，了解课题的意义、催化过程的历史及现状，确定技术路线的可行性和先进性，经济上的合理性。
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特别要注意二点：
国外同类或相近催化剂专利文献的检索及其变化发展趋向分析，国内有关工艺情况和催化剂生产条件的调查。
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催化剂参考样品的剖析
样品：
性能相同或相近的催化剂
手段：
物理及化学测试手段
目的：
直接可靠的信息
•注意点：
a）局部化学分析－如表面分析
b）综合分析
c）调整与修改
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●通过化学分析和物理测试，推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺及主要制备条件。
●通过对催化剂活性、选择性、机械强度及其其它性能的评价测试和表征，了解参考样品的基本性能特点，为待开发催化剂提供比较基准。
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例：
ICI公司转化催化剂ICI46-1/46-4剖析
•剖析结果
•①外观
•②物理性质
•③元素组成分析
•④催化剂中某些元素的分布
•⑤催化剂物相组成的测定
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•⑥差热谱图
•⑦可还原性考察
•⑧镍晶粒大小和吸附氢元素的测定
•⑨热稳定性考察
•⑩活性和抗积碳性能的考察
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•中型制备试验
在小试与工业生产之间还必须经过扩大试验（中试）这一步骤
•规模介于小试与工业生产之间
•内容包括：
制备评价
•目的：
验证小试结果
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原料的影响
中试：
原料来源的改变
设备和工艺的改变
小试选用化学纯试剂
中试选用来源充足、价格低廉
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原料的差别：
a）小试金属盐溶液中试金属＋酸
b）小试使用化学纯中试采用工业
c）供应厂家更换
d）采用天然或半天然原料
原料供应商、供应地相对稳定
原料影响实验室研究时进行
要有足够的重视
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•设备的放大效应
a）沉淀设备
b）干燥、焙烧设备
c）混料与成形
?
详细观察、记录分析
严格按规定
可靠的检验制度
制备规程
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中型评价试验
目的：
验证小试得到的催化剂性能寿命试验
其他要求：
边界条件试验，宏观动力学研究等
装填量：
小试和工业生产之间
原料气：
与工业装置一致
使用的催化剂：
工业规格原料在中试时制备，又返回小试评价合格
务必准备充分，尽量稳妥
专门的中试装置和研究人员
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中试评价装置的多种形式：
工业装置侧流试验
工业列管反应器中的单管试验
工业装置投样试验
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I46-1I46-4
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配方筛选
•综合文献资料、剖析结果制定新催化剂的开发方案，进行催化剂的制备和筛选。
•特点：
工作量大
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•主要工作内容：
①配方的反复修改调整
②重复制备和评价测试
③工艺条件的试验及优化
④寿命试验（>
800小时）
⑤破坏性条件试验（中毒试验、积碳烧碳试验、超温试验、钝化及再还原试验等）
⑥阶段性成果鉴定或评议
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催化剂开发小试实例
国产轻油蒸汽转化镍系催化剂小试研究
轻油H2、CH4、CO+H2
最基本的造气技术之一
反应；
CnHm+nH2O→nCO+（n+m/2）H2
CO+3H2→CH4+H2
CO+H2O→CO2+H2
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分段开发：
⑴上段Z402催化剂的研制
Ni—活性组分，钾碱—抗积碳组分，铝酸钙—粘结剂
①钾霞石的合成（KalSiO4）硅铝酸钾
K的“缓慢释放器“
实验合成钾霞石
②MgO的选择
考察重质MgO、死烧MgO、Mg（NO3）2与Ni（NO3）2共沉淀多种
③CaO的影响
防止SiO2挥发，中和SiO2酸性
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④Z402催化剂性能评价
（A）常压活性测定
C3H840－50目0.1g500℃H2O／C=6.0H2O／H2＝10Vc12500h-1r=40.3mlC3/g·
min
（B）原粒度表观活性
无梯度反应600℃压力28kg/cm2H2O／C=3.0甲烷50Nl/h水2.0ml/min
转化率5.98％比活性0.0162molcn4/cm2·
h
（C）热重装置上的积碳速度
积碳速率较低。
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⑵浸渍型下段催化剂Z405的研制
①载体的选择和制备
比较：
Al2O3烧结载体1400℃强度好
Al2O3水泥烧结载体1100－1200℃强度好
选定Al2O3水泥烧结载体
考察烧结温度1100－1200℃为载体适宜烧结温度
②浸渍工艺
Ni（NO3）2溶液两次浸渍浸一定量Al（NO3）3溶液，阻止Ni晶粒长大。
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③Z405性能评价
（A）常压活性
C2H6H2O/C=4700℃Vc=80000h-1测得反应速度r=62.1mlc2／g·
C3H8H2O/C=6630℃Vc=95000h-1测得反应速度r=370mlc3／g·
x=10.20%比活性rs＝0.021molCH4／cm2·
h
（C）热重积碳速度
3000h-1H2O/C=1.0500℃Kc值548μg/min
（D）苛刻条件下的加压经济评价
上层30mlS-022
下层5ml8-10目Z405
10ml40-50目Z405
运转条件压力30kg/cm2空速10000h-1H2O/C=2.0
温度：
入口500℃界面700℃出口800℃
最后在760℃出口温度下运转10小时后卸出催化剂，测C、K量
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（E）Z402/Z405联合运转考察
上段35mlZ402
下段40mlZ405其中5ml大颗粒装于界面处
运转条件：
压力30kg/cm2空速8000h-1H2O/C=2.5
250小时运转
结论：
小试开发的国产Z-402、Z-405催化剂稳定性好,结果满意。
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实例分析：
国产轻油蒸气转化催化剂中型试验
•①制氨合成气中试
原料：
原料油馏程40－180℃左右的直馏轻油含芳烃10％左右S<
0.5ppm
装置：
顶烧炉型
两根炉管尺寸为φ114x21.5x12150mm
催化剂：
扩大制备的Z402/Z404Z402/Z405
ICI46-1/46-4
•操作条件：
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ICI46-1/46-4与Z402／Z405在苛刻的反应条件下:
a）残留甲烷值相当，在8％－9％
b）催化剂强度，含C量、K2O值
•结论：
ICI46-1/46-4与Z402／Z405的催化剂强度、抗积碳性与钾流失速率，不相上下
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•制氢中试：
馏程53－144℃的铂重整抽余油，脱硫至S<
扩大制备的Z402／Z405
侧烧炉单管炉φ143x20.5x12680mm
操作条件：
入口温度500℃出口温度800℃
入口压力21kg/cm2（表压）H2O/C=5.0
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生产要求：
出口尾气残留CH4<
3.5%
试验：
运转303小时H2O/C=5.0碳空速Vc=900h-1
出口气体平衡残余甲烷<
2.5%
再运转改变条件
a）提空速H2O/C=5.0Vc提至近1200h-1
b）降水碳比：
Vc=1200h-1H2O/C降至4.0共运转500小时
有较好的适应性
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•中型试验→大型工业装置小批量试生产→大批量工业试生产
•新型催化剂在工业生产试用时要求：
•研究开发人员参加催化剂试生产：
更有利试生产顺利进行及做好售后服务
为下一轮催化剂换代开发奠定基础，创造条件
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轻油蒸汽转化催化剂装置试验
•原料：
轻油沸程43－142℃，相对密度0.7034，芳烃含量3.81％，烯烃含量0.54％，
S<
0.1ppm,As<
5ppm,蒸气质量合格。
•催化剂；
324根炉管，φ内径10.16cm,催化剂体积28.06m3，高度10.6m
上段Z4025.39m（50.7kg）
下段Z4045.21m（48.8kg）
各管最上部预还原催化剂
床层阻力最大相对偏差小于±
5％（大部分在±
2％内）
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•升温还原：
系统氮气升温，至入口温度320℃，切入氮氧混合气，还原时间12小时，
还原时入口温度440℃，床层入口以下3米处温度780℃，出口温度770－790℃，
水蒸汽流量40t/h，氮氢混合气循环量12000NM3／h。
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受下游氨加工能力不平衡的影响，原料油液空速0.53～0.57h-1
出口温度750℃，出口残余甲烷7－8％
床层温度620℃外壁温度800℃－820℃
转化出口压力245x104Pa（表）
水碳比前期3.9～4.0后期3.7～4.8
•结论：
两组催化剂抗结碳性相当，国产上段催化剂强度更好。
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