催化剂性能的评价(课堂PPT).ppt

参考书籍第三章催化剂性能的评价、测试和表征表征：常着眼于从综合的角度研讨工业催化剂各种物理的、化学的以及物理化学的诸性能间的内在联系和规律性，尤其是着眼于催化剂的活性、选择性、稳定性等与其物理和物理化学性质问本质上的内在联系和规律性。一、概述活性指催化剂的效能(改变化学反应速度能力)的高低，是任何催化剂最重要的性能指标。寿命指催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间（或）每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水平的累计时间。寿命是对催化剂稳定性的总括描述。二、活性评价和动力学研究三、催化剂的宏观物理性质测定工业催化剂的性质，包括化学性质及物理性质。在催化剂化学组成与结构确定的情况下，催化剂的性能与寿命，决定于构成催化剂的颗粒-孔系的“宏观物理性质”，因此对其进行测定与表征，对开发催化剂的意义是不言而喻的。3.3.1颗粒直径及粒径分布狭义的催化剂颗粒直径系指成型粒团的尺寸。单颗粒的催化剂粒度用粒径表示，又称颗粒直径。负载型催化剂所负载的金属或化合物粒子是晶粒或两次粒子，它们的尺寸符合颗粒度的正常定义。均匀球形颗粒的粒径就是球直径，非球形不规则颗粒粒径用各种测量技术测得的“等效球直径”表示，成型后粒团的非球不规则粒径用“当量直径”表示催化剂原料粉体、实际的微球状催化剂及其组成的二次粒子、流化床用微粉催化剂等，都是不同粒径的多分散颗粒体系，测量单颗粒粒径没有意义，而用统计的方法得到的粒径和粒径分布是表征这类颗粒体系的必要数据。表示粒径分布的最简单方法是直方图，即测量颗粒体系最小至最大粒径范围，划分为若干一种成功的工业催化剂，除具有足够的活性、选择性和耐热性外，还必须具有足够的与寿命有密切关系的强度，以便抵抗在使用过程中的各种应力而不致破碎。从工业实践经验看，用催化剂成品的机械强度数据来评价强度是远远不够的，因为催化剂受到机械破坏的情况是复杂多样的。首先，催化剂要能经受住搬运时的磨损；第二，要能经受住向反应器里装填时荡下的冲击，或在沸腾床中催化剂颗粒间的相互撞击；第三，催化剂必须具有足够的内聚力，不致当使用时由于反应介质的作用，发生化学变化而破碎；第四，催化剂还必须承受气流在床层的压力降、催化剂床层的重量，以及因床层和反应器的热胀冷缩所引起的相对位移等的作用等。由此看来，催化剂只有在强度方面也具有上述条件，才能保证整个操作的正常运转。因此，建立和完善催化剂碱粒强度的测定方法是十分必要的。根据实践经验可认为，催化剂的工业应用，至少需要从抗压碎和抗磨损性能这两方面作出相对的评价。3.3.2.1压碎强度测定均匀施加压力到成型催化剂颗粒压裂为止所承受的最大负荷称催化剂压碎强度。大粒径催化剂或载体，如拉西环，直径大于1cm的锭片，可以使用单粒测试方法，以平均值表示。小粒径催化剂，最好使用堆积强度仪，测定堆积一定体积的催化剂样品在顶部受压下碎裂的程度。因为对于细颗粒催化剂，若干单粒催化剂的平均抗压碎强度并不重要，因为有时可能百分之几的破碎就会造成催化剂床层压力降猛增而被迫停车。1．单粒抗压碎强度测定美国材料标准试验学会ASTM已经颁布了一个催化剂单粒抗压碎强度测定标准试验方法，规定试验设备由两个工具钢平台及指示施压读数的压力表组成，施压方式可以是机械、液压或气动等系统，并保证在额定压力范围内均匀施压。国外通用试验机，按此原理要求由可垂直移动的平面顶板与液压机组合而成。我国催化剂抗压碎强度设备普遍使用1983年原化工部颁布的化肥催化剂抗压碎强度测定方法使用的强度仪，原则上特合上述ASTM抗压原理14条状、锭片、拉西环等形状催化剂，应测量其轴向(即正压)抗压碎强度和径向(即侧压)抗压碎强度，分别以P(轴)／（N·cm2）和P(径)／（N·cm）表示；球型催化剂以点抗压碎强度P(点)／N表示。单粒抗压碎强度测量要求：①取样有代表性，测量数不少于50粒，一般为80粒，条状催化剂应切为长度3-5mm，以保证平均值重现性≥95％；②本标准已考虑到温度对强度的影响，样品须在400℃下预处理3小时以上，沸石催化剂则需经450-500℃处理(特别样品另定)，放入干燥器冷却至环境温度后立即测定；③匀速施压。2．堆积抗压碎强度测定堆积压碎强度的评价可提供运转过程中催化剂床层的机械性质变化。测定方法可以通过活塞向堆积催化剂施压，也可以恒压载荷。3.3.2.2磨损性能试验流动床催化剂与固定床促化剂有别，其强度主要应考虑磨损强度(表面强度)。至于沸腾床用催化剂，则应同时考虑这两者。催化剂磨损性能的测试，要求模拟其由摩擦造成的磨损。相关的方法也已发展多种，如用旋转磨损筒、用空气喷射粉体催化剂使颗粒间及器壁间摩擦产生细粉等方法。3.3.4比表面积测定与孔结构表征固体催化剂的比表面积和孔结构，属于其最基本的宏观物理性质。孔和表面是多相催化反应发生的空间。对于大多数工业催化剂而言