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挤条机成催化剂颗粒的成型方法之一

2015-12-17 16:05:36      点击:

催化剂颗粒的形状和尺寸对工业反应器催化剂床层的活性、选择性、流体阻力、聚尘能力等有影响,主要依据工业催化反应工程设计的最优化条件而定。   
    挤条成型 挤条机主体是直径100~300mm的圆筒,一端是造型孔板。催化剂物料先制成可塑性泥料,连续或间断加入圆筒,利用活塞或螺旋迫使泥料从造型孔板的孔中挤出,再切割成接近等长的颗粒。颗粒经干燥、焙烧后,即具有足够的机械强度。通常切割成直径2~15mm的圆柱体。若在造型孔板上的圆孔中加上芯子,可制成圆环形。将孔边制成梅花瓣形,或在芯子上打出槽,即可挤压出相应的异形催化剂颗粒,如三叶形等。
    压片成型 一台压片机有20~40副冲钉、冲模,它们在一平台上围绕中轴排成一圆周。催化剂先被粉碎成直径小于1mm的碎粒,并与少量润滑剂(如石墨粉)混匀,然后在冲模内经冲钉压制成型。调节压缩比(粉料填充高度和成型后颗粒高度之比)和冲钉压到粉料上的压强,可改变颗粒的密度和机械强度。改变冲钉、冲模形状,可压制成环形或轮辐形颗粒。粉末压片的难易程度与其性质(如硬度)有关。
喷动成型 将催化剂干粉料放入带有筛板的筒体设备内,热气流由下而上形成沸腾床层。按催化剂组分配制好的溶液或固体悬浮液从筒体顶部喷向沸腾床层,物料即以干粉料为核心凝聚干燥,并逐渐长大成球体。筛分一定直径范围内的球体作为成品或半成品,直径太小或太大的球体,经破碎成粉料,再返回床内作种核。此法不象转盘混合成球那样能得到直径均匀的球。   
    液柱成型 如将一定pH和浓度的硅溶液(或铝溶胶或溶胶与其他组分的混合物)喷滴到加热的油柱或其他溶液中,溶液滴胶凝成球,沉降到液柱底部,经分离、洗涤、干燥后,即得球体颗粒。
    催化剂的活化和预活化 绝大部分催化剂产品在包装出厂时处于钝化状态,即还未达到催化过程所需的化学状态和物理结构,还没有一定性质和质量的活性中心,必须用还原、氧化、 硫化、 热处理等方法在一定的条件下处理后,才能起良好的催化作用。这些处理过程称为催化剂活化。大规模生产工业催化剂时,高温热处理常在隧道窑中连续进行。
    活化实际上是活性催化剂制造的最后一个操作单元,通常在用户的反应器中按催化剂制造厂提供的技术进行,而不在催化剂制造厂完成。因活化后的催化剂具很高的表面自由能,能迅速与空气中的氧作用而烧结失活;而催化剂在运输、贮存特别是装填过程中,难于避免和空气接触,这可能损害催化剂,危及人身、设备的安全。


    有些催化剂的活化简单迅速,如甲烷化用催化剂中氧化镍的还原、某些氧化用催化剂中金属氧化物的价态变化等,在工业反应条件下,活化在数小时内即可完成。有些催化剂的活化复杂而费时,如合成氨催化剂,出厂时是含少量铝、钙原子的强态Fe3O4固溶体,还原为活性α-Fe需5~10天,影响使用厂有效开工时间。催化剂制造厂可预先将其还原为α-Fe,再用含微量氧的惰性气体使α-Fe上覆盖一层氧化铁膜,被氧化的α-Fe只占总的铁原子的10%左右。这样既保证运输、装填过程的安全,又可节约使用厂还原时间。又如苯或苯酚加氢用NiO/Al2O3催化剂,要求还原温度为300~350℃,而工业反应器只能达到180~220℃,也可在催化剂制造厂预先还原。其他催化剂也可作类似处理。在催化剂制造中,称为催化剂预活化(或预还原、预硫化),相应的催化剂称预活化催化剂,或预还原催化剂、预硫化催化剂。
    催化剂的贮运
    通常用铁桶包装,内衬气密塑料袋。运输中特别是上下车、船,应避免损害包装容器或其密封性的操作。绝大多数催化剂会因化学或物理原因(如毛细管冷凝)吸收空气中的蒸汽,导致机械强度和活性降低。多数催化剂是无机化合物,若包装密封良好,能贮存数十年而性能不变。极少数催化剂(如预还原金属催化剂,某些金属有机化合物),遇水或与水作用会产生氢气,应保存干燥,放置在通风良好的库房中。

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