催化劑--工業(yè)應用試驗

     催化劑開發(fā)過程的最后一步是將催化劑成功地用在工業(yè)生產裝置上。如果中試放大制備及中型評價試驗工作足夠細致及深入，則許多催化劑的使用經驗證明，經這一步驟充分考察，也可將試制催化劑直接應用于大型工業(yè)生產裝置上，也即將中試放大制備與工業(yè)試生產合二為一。將試生產催化劑在工業(yè)裝置上考核成功后，進行大批量定型生產。

     對于一種新的催化工藝或催化劑，或一些生產規(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)應用，通過催化劑裝填、升溫、還原、開停車、事故處理等操作，暴露出一些問題再進行調整后，逐步成為一種性能可靠的新品種或新牌號。下面為GS-05乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的工業(yè)應用示例。

1．乙苯脫氫制苯乙烯反應機理

      苯乙烯是生產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品。乙苯脫氫是生產苯乙烯的工業(yè)方法之一。

乙苯在催化劑作用下，高溫脫氫生成苯乙烯：

主要副反應有裂解反應及加氫裂解反應。

       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）作為結構穩(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行，用紅外光譜分析考察，其反應步驟如圖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，證實了圖2-23所示反應步驟中存在吸附態(tài)（II）；同時采用β-D同位素的乙苯，在高溫下也能觀察到Fe-D譜，證實了反應步驟中同時存在吸附態(tài)（皿）。

圖2-23 乙苯脫氫的反應步驟

2．催化劑

      乙苯脫氫反應是吸熱反應，在常溫常壓下其反應速率很低，只有在高溫下才具有一定反應速率，且裂解反應會比脫氫反應更占優(yōu)勢。因此，要在高溫下得到的產物主要是脫氫產物，選擇催化劑是關鍵。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速率：②熱穩(wěn)定性高，能經受較高反應溫度；③化學穩(wěn)定性好，要求反應過程中不被氫還原，在大量水蒸氣存在下操作穩(wěn)定而不崩解，保持足夠的機械強度；④有良好的抗結焦性及再生性能。

      國內乙苯脫氫催化劑研制始于20世紀60年代，先后有多家科研機構及高等院校研制出多種牌號的催化劑，并進行了工業(yè)應用試驗。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內的中小型苯乙烯裝置上廣泛試用，效果良好，1994年后用于引進裝置上并替代了進口催化劑，多年工業(yè)應用結果表明，其催化活性及選擇性已超過以前所使用的進口催化劑。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催化劑的活性評價數(shù)據(jù)，并與進口催化劑進行比較?？梢钥闯觯浠钚约斑x擇性均優(yōu)于進口催化劑。

表2-22 GS-05催化劑的物性指標

表2-23620℃下的GS-05催化劑活性評價數(shù)據(jù)

①催化劑裝填量100mL，常壓，空速1.0h，水比（質量)=2.0。

3．工業(yè)應用試驗

      GS-05催化劑經實驗室進行1500h的穩(wěn)定性試驗、催化劑浸水試驗及催化劑停水試驗等評價考核后，于1994年在北京燕山石化公司化工一廠60kt／a苯乙烯引進裝置上進行乙苯催化脫氫制苯乙烯的工業(yè)應用試驗。采用徑向絕熱二段反應技術，在低于常壓下操作。表2-24為進口催化劑的實際操作運行數(shù)據(jù)。表2-25為GS-05催化劑在工業(yè)應用試驗期間的操作數(shù)據(jù)。從表2-24及表2-25可以看出，GS-05催化劑的轉化率及選擇性優(yōu)于進口催化劑，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個百分點，而且CS-05 催化劑價格遠低于進口催化劑。因此，用GS-05催化劑替代進口催化劑，不但可提高苯乙烯收率、增加苯乙烯產量，還可降低生產成本費用，并取得較好的社會效益。

表2-24 進口催化劑的操作運行數(shù)據(jù)

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

產品介紹

產品詳情：

      SSC-CTR900 催化高溫反應儀適用于常規(guī)高溫高壓催化反應、光熱協(xié)同化、催化劑的評價及篩選、可做光催化的反應動力學、反應歷程等方面的研究。主要應用到高溫高壓光熱催化反應，光熱協(xié)同催化，具體可用于半導體材料的合成燒結、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評價、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、固氮等領域。實現(xiàn)氣固液多相體系催化反應，氣固高溫高壓的催化反應，滿足大多數(shù)催化劑的評價需求。

產品優(yōu)勢：

SSC-CTR900催化高溫反應儀的優(yōu)勢特點

1)高溫高壓催化反應儀可實現(xiàn)催化高溫<900℃C高壓<10MPa反應實驗

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

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

4)可以實現(xiàn)氣氛保護、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，實現(xiàn)各種功能的擴展;

6) 采取模塊化設計，可以實現(xiàn)光源、高溫反應爐、高溫石英反應器、高真空、固定床反應、

光熱反應等匹配使用;

7) 高溫高壓催化反應儀，小的占地面積，可多功能靈活，即買即用。