催化劑--工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

     催化劑開發(fā)過(guò)程的最后一步是將催化劑成功地用在工業(yè)生產(chǎn)裝置上。如果中試放大制備及中型評(píng)價(jià)試驗(yàn)工作足夠細(xì)致及深入，則許多催化劑的使用經(jīng)驗(yàn)證明，經(jīng)這一步驟充分考察，也可將試制催化劑直接應(yīng)用于大型工業(yè)生產(chǎn)裝置上，也即將中試放大制備與工業(yè)試生產(chǎn)合二為一。將試生產(chǎn)催化劑在工業(yè)裝置上考核成功后，進(jìn)行大批量定型生產(chǎn)。

     對(duì)于一種新的催化工藝或催化劑，或一些生產(chǎn)規(guī)模較大的石油化工催化工藝，一種穩(wěn)妥的辦法還是在大規(guī)模工業(yè)使用前，有較小規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，通過(guò)催化劑裝填、升溫、還原、開停車、事故處理等操作，暴露出一些問(wèn)題再進(jìn)行調(diào)整后，逐步成為一種性能可靠的新品種或新牌號(hào)。下面為GS-05乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的工業(yè)應(yīng)用示例。

1．乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)機(jī)理

      苯乙烯是生產(chǎn)聚苯乙烯塑料和合成橡膠的重要原料，也是重要的石油化工產(chǎn)品。乙苯脫氫是生產(chǎn)苯乙烯的工業(yè)方法之一。

乙苯在催化劑作用下，高溫脫氫生成苯乙烯：

主要副反應(yīng)有裂解反應(yīng)及加氫裂解反應(yīng)。

       催化劑是以Fe、K為主要活性組分，以少量金屬氧化物（如MgCr、W、Ce、Ca等）作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑。大量研究表明，乙苯脫氫是在催化劑的表面原子簇上進(jìn)行，用紅外光譜分析考察，其反應(yīng)步驟如圖2-23所示。采用α-碳上的為D同位素的乙苯，用紅外光譜觀察到Fe-0-D鍵，證實(shí)了圖2-23所示反應(yīng)步驟中存在吸附態(tài)（II）；同時(shí)采用β-D同位素的乙苯，在高溫下也能觀察到Fe-D譜，證實(shí)了反應(yīng)步驟中同時(shí)存在吸附態(tài)（皿）。

圖2-23 乙苯脫氫的反應(yīng)步驟

2．催化劑

      乙苯脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在常溫常壓下其反應(yīng)速率很低，只有在高溫下才具有一定反應(yīng)速率，且裂解反應(yīng)會(huì)比脫氫反應(yīng)更占優(yōu)勢(shì)。因此，要在高溫下得到的產(chǎn)物主要是脫氫產(chǎn)物，選擇催化劑是關(guān)鍵。其具體要求是：①有良好的活性及選擇性，即能在較低溫度下，有選擇性地加快脫氫的反應(yīng)速率：②熱穩(wěn)定性高，能經(jīng)受較高反應(yīng)溫度；③化學(xué)穩(wěn)定性好，要求反應(yīng)過(guò)程中不被氫還原，在大量水蒸氣存在下操作穩(wěn)定而不崩解，保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度；④有良好的抗結(jié)焦性及再生性能。

      國(guó)內(nèi)乙苯脫氫催化劑研制始于20世紀(jì)60年代，先后有多家科研機(jī)構(gòu)及高等院校研制出多種牌號(hào)的催化劑，并進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。上海石油化工研究院于1988年研制成功的GS -05型乙苯脫氫制苯乙烯催化劑在國(guó)內(nèi)的中小型苯乙烯裝置上廣泛試用，效果良好，1994年后用于引進(jìn)裝置上并替代了進(jìn)口催化劑，多年工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，其催化活性及選擇性已超過(guò)以前所使用的進(jìn)口催化劑。表2-22示出了GS-05催化劑的物性數(shù)據(jù)。表2-23示出了GS-05催化劑的活性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，并與進(jìn)口催化劑進(jìn)行比較。可以看出，其活性及選擇性均優(yōu)于進(jìn)口催化劑。

表2-22 GS-05催化劑的物性指標(biāo)

表2-23620℃下的GS-05催化劑活性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

①催化劑裝填量100mL，常壓，空速1.0h，水比（質(zhì)量)=2.0。

3．工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

      GS-05催化劑經(jīng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行1500h的穩(wěn)定性試驗(yàn)、催化劑浸水試驗(yàn)及催化劑停水試驗(yàn)等評(píng)價(jià)考核后，于1994年在北京燕山石化公司化工一廠60kt／a苯乙烯引進(jìn)裝置上進(jìn)行乙苯催化脫氫制苯乙烯的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。采用徑向絕熱二段反應(yīng)技術(shù)，在低于常壓下操作。表2-24為進(jìn)口催化劑的實(shí)際操作運(yùn)行數(shù)據(jù)。表2-25為GS-05催化劑在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)期間的操作數(shù)據(jù)。從表2-24及表2-25可以看出，GS-05催化劑的轉(zhuǎn)化率及選擇性優(yōu)于進(jìn)口催化劑，而CS-05催化劑的年平均苯乙烯單程收率為63.18％，進(jìn)口催化劑的年平均苯乙烯單程收率為60.45％，前者比后者提高2個(gè)百分點(diǎn)，而且CS-05 催化劑價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口催化劑。因此，用GS-05催化劑替代進(jìn)口催化劑，不但可提高苯乙烯收率、增加苯乙烯產(chǎn)量，還可降低生產(chǎn)成本費(fèi)用，并取得較好的社會(huì)效益。

表2-24 進(jìn)口催化劑的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2-25GS-05 催化劑的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)操作數(shù)據(jù)

產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品詳情：

      SSC-CTR900 催化高溫反應(yīng)儀適用于常規(guī)高溫高壓催化反應(yīng)、光熱協(xié)同化、催化劑的評(píng)價(jià)及篩選、可做光催化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)歷程等方面的研究。主要應(yīng)用到高溫高壓光熱催化反應(yīng)，光熱協(xié)同催化，具體可用于半導(dǎo)體材料的合成燒結(jié)、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評(píng)價(jià)、光解水制氫、光解水制氧、二氧化碳還原、氣相光催化、甲醛乙醛氣體的光催化降解、苯系物的降解分析、VOCs、NOx、SOx、固氮等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)氣固液多相體系催化反應(yīng)，氣固高溫高壓的催化反應(yīng)，滿足大多數(shù)催化劑的評(píng)價(jià)需求。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

SSC-CTR900催化高溫反應(yīng)儀的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1)高溫高壓催化反應(yīng)儀可實(shí)現(xiàn)催化高溫<900℃C高壓<10MPa反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

2)紫外、可見、紅外等光源照射到催化劑材料的表面，實(shí)現(xiàn)光熱協(xié)同和光誘導(dǎo)催化;

3)光熱催化反應(yīng)器采用高透光石英玻璃管，也可以采用高壓反應(yīng)管，兼容≤30mm 反應(yīng)管;

4)可以實(shí)現(xiàn)氣氛保護(hù)、抽取真空、PECVD、多種氣體流量控制等功能;

5)可以外接鼓泡配氣、背壓閥、氣液分離器、氣相色譜等，實(shí)現(xiàn)各種功能的擴(kuò)展;

6) 采取模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)光源、高溫反應(yīng)爐、高溫石英反應(yīng)器、高真空、固定床反應(yīng)、

光熱反應(yīng)等匹配使用;

7) 高溫高壓催化反應(yīng)儀，小的占地面積，可多功能靈活，即買即用。