稳定性
催化剂的稳定性是指催化剂在使用过程中的活性及选择性随反应时间变化的情况。测定某种催化剂的活性及选择性较为容易,但要考察其使用稳定性既费时又较复杂。影响催化剂的稳定性因素很多,通常包括以下几个方面。
(1)化学稳定性
指催化剂在使用过程中保持活性组分及助催化剂有稳定的化学组成及化合状态,不因气流作用发生挥发、流失或因高温而发生半熔结、熔结或其他化学变化,保持催化剂有效的活性及选择性。
(2)耐热稳定性
催化剂的热稳定性一般可用耐热性来表示,即从使用温度开始逐渐升温,看它能够忍受多高的温度和多长的反应时间而保持活性不变。耐热温度越高,时间越长,则催化剂性能越稳定。
一个好的催化剂,应能在高温苛刻的反应条件下长期呈现活性。有很多固体催化剂往往能在极高的温度下长时间使用,例如烃类转化制氢的镍催化剂,其使用温度可高达1300℃。可是,多数催化剂都有极限使用温度,温度超过一定范围就会使活性降低甚至完全失活。其主要原因是由于活性组分发生微晶聚集或晶格扩散引起结晶长大,从而引起比表面积或活性点减少的结果。
催化剂的耐热性与选择的助催化剂、载体及制备工艺有关。助催化剂和载体不但对活性相的晶体起着隔热和散热作用,而且可使催化剂的比表面积及孔容增大,孔径分布合理,还可避免在高温下因热烧结而引起的微晶长大使活性很快失去。
(3)抗毒稳定性
在工业生产中,尽管对原料采取一系列净化处理,但仍不可能达到实验室研究所用原料的纯度,不可避免带入某些杂质,催化剂对有害杂质的抵制能力称为催化剂的抗毒稳定性。不同催化剂对各种杂质有不同的抗毒性,同一种催化剂对同一种杂质在不同的反应条件下也有不同的抗毒性。
催化剂中毒本质上多为催化剂表面活性中心吸附了毒物,或进一步转化为稳定的表面化合物,钝化了活性中心,从而降低催化剂的活性及选择性。
衡量催化剂抗毒性能的方法大致可分为以下几种:①在反应原料气中加入一定量的有关毒物,使催化剂发生中毒后,用纯净的原料进行测试,以观察其活性和选择性能否恢复或恢复的程度如何:②在反应原料气中逐量配入有毒物,至活性及选择性维持在给定的水平上,观察毒物的最高允许浓度;③将中毒后的催化剂经一定方法再生处理后,观察其活性及选择性能否恢复或恢复至什么程度。
(4)机械稳定性
固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重力、温度及相变等引起各种应力的程度统称为机械稳定性。一种有工业实用价值的催化剂应具有以下特性:①能经得起在包装及运输过程中引起的碰撞及磨损;②能承受住往反应器装填时所产生的冲击及碰撞;③能经受使用时由于相变及反应介质的作用所发生的化学变化;④能承受催化剂自身质量、压力降及热循环所产生的外压力。
影响催化剂机械稳定性或机械强度的因素很多,例如催化剂制法不同而产生孔隙结构、晶格缺陷,所使用载体的性质,活性组分及助催化剂的组成,以及成型所加的助剂及成型方法等。一种催化剂的性能再好,但强度很差,也难以用在工业装置中。如使用过程中,因强度不足而引起催化剂大量粉化或碎裂,会造成反应器压力降增大和引起催化剂大量流失。尤其是流化床反应器所使用的微球形催化剂,必须具备足够的耐磨强度,否则大量细催化剂会从反应器的内旋风分离器中跑出,引起损耗。
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