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催化剂在化学工业生产中有着举足轻重的位置, 90%以上的化工产品是借助催化 剂生产出来的。化工生产中催化剂的使用对现代化学工业生产的飞速发展起着至关重要的作用。
在双氧水生产工艺中, 所用催化剂为钯催化剂, 钯催化剂性能的优劣决定着物料消耗的高低及产品的产量,它在生产中起着不可忽视的作用。钯催化剂的失活严重影响生产的各项 工艺指标产量, 直接造成经济损失, 降低效益。 根据钯催化剂本身的活性及强度等特点, 其使用寿命一般为三年。由于钯催化剂资源短缺, 价格昂贵, 频繁的更换钯催化剂势必造成成本增高, 经济效益降低。因此合理使用钯催化剂, 掌握其性能, 发挥其优势, 延长其寿命, 对其正确维护便成了双氧水生产工艺中的重要课题。下面本人就黑化集团公司双氧水生产工艺中钯催化剂的合理优化装填, 正确使用与维护作的阐述。
1 钯催化剂简介
1.1 钯催化剂性质: 外观: 灰色颗粒
钯含量: 0.3±0.02% 堆 密 度 : 0.5g/mm 强 度≥3kg
1.2 钯催化剂结构
黑化集团公司双氧水生产工艺中所采用的是负载型金属钯催化剂, 活性组分钯的含量在 0.3%左右, 所用载体为三氧化二铝。所谓载体是催化活性组分的分散剂, 粘含物或支撑体, 是负载活性组分的骨架。三氧化二铝作为钯催 化剂的载体, 其主要特点如下:
1.2.1 提供有效的表面和适宜的孔结构。
将活性组分钯负载于三氧化二铝上, 可以使催化剂获得大的活性表面和适宜的孔结构。催化剂 的宏观结构, 如比表面、孔结构、孔隙率、孔径分布等, 对催化剂的活性和选择性会有很大的影响, 在钯催化剂活性组分钯自身并不具备这种结构, 所以就要借肋载体——三氧化二铝来实现其结构。
1.2.2 增强钯催化剂的机械强度, 使其具有 一定的形状。机械强度是指催化剂抗磨损、抗冲 击、抗重力、抗压和适应温变、相变的能力。三氧化二铝作为钯催化剂的载体机械强度大于等于 3 公斤。
1.2.3 改善钯催化剂的传导性。双氧水生产 工艺中钯催化剂用在氢化工序, 氢化工序的反 应为放热反应, 三氧化二铝作为一种有较大的热容和良好导热性的载体, 可使反应放出的热 量迅速传递出去, 避免钯催化剂局部过热而引 起的失活和烧结, 从而提高钯催化剂的选择性。
1.2.4 减少活性组分钯的含量: 因为钯是一 种贵重金属, 资源短缺、价格昂贵、采用三氧化 二铝作为钯催化剂的载体可将活性组分钯高度 分散, 可将金属钯含量降低到 0.3%Pd/Al2O3, 对降低钯催化剂的成本具有重要意义。
2 钯催化剂的装填
催化剂的装填在生产中是一项非常重要 的工作。填装的好坏对催化剂床层气流的均匀分布、降低床层的阻力、有效地发挥催化剂的效能有重要作用。所以黑化集团公司双氧水厂对 催化剂的装填是十分重视的。在钯催化剂装填 前先将其过筛, 目的是除去运输过程中产生的碎末细粉, 以免它们的存在会增加床层阻力, 甚至会被气流成工作液带出反应器, 阻塞阀门管 道, 给生产带来不必要的麻烦与负担。
钯催化剂填装时要注意以下两个问题:
2.1 要处理好床层底部的再生蒸汽出口, 保证气流畅通, 但绝不能让催化剂外流, 一旦催化剂外泄将会影响正常生产。
2.2 在填装时采用装有加料斗的布袋, 加 料斗架于入孔外面, 当布袋装满催化剂时, 便缓缓提起使催化剂有控制的流进床内, 并不断地移动布袋以使其均匀分布并避免催化剂从高处 直接落下造成破损。
3 钯催化剂的使用
3.1 新钯催化剂的使用
新钯催化剂是以钯化合物的形态存在的。 因为钯催化剂的活性组分为金属钯, 所以在使用前必须进行还原, 使钯催化剂具备活性才能负荷运转。这一过程称为活化, 在双氧水生产工艺中, 钯催化剂的活化是在 60℃下通入氢气, 压力常压, 保持 20 小时, 在此过程中钯化合物转化为金属钯, 具备了钯催化剂的活性, 即可投入生产中使用。
3.2 失活钯催化剂的再生活化
催化剂在使用中有其发生、发展和衰亡的 过程。它的活性大体分成三个阶段: 成熟期即活 性随时间增加而增加; 稳定期, 指活性一般保持不变, 这是催化剂部分发挥作用的时期; 衰老 期, 是在外部条件不变的情况下, 活性明显下 降。钯催化剂在使用一段时间后, 进入衰老期, 活性下降, 当强化反应条件至一定极限而活性 仍达不到要求时, 需要对钯催化剂进行再生活化。还原其活性后方可使用。在双氧水生产工 艺中, 失活的钯催化剂再生活化方法根据失活 前固定床的压差不同有两种处理方法:
3.2.1 固定床每节顶部与底部压力差小于
0.05MPa 时 a.各固定床内通入湿蒸汽控制固定 床内压力在 0.1MPa 以下, 温度在 140℃～150℃ 之间, 时间为 24 小时; b.最大限度吹除催化剂 上的杂质, 然后用氢气吹干; c.通氢气活化控制 温度在 60℃, 压力常压, 活化时间为 20 小时。
3.2.2 固定床每节顶部与底部压力差达
0.05 MPa 时: a.此时固定床内杂质过多, 首先通 入蒸汽吹干; b. 温度控制在 140℃～150℃之间, 时间为 24 小时; c.用氮气吹干后, 温度降至常 温, 打开固定床放料口, 卸下钯催化剂, 用 40 目钢网筛除钯催化剂上的粉末, 然后用纯芳烃清 洗。洗去钯催化剂上的杂质和污物, 重新装填入 固定床内; d.通氮气置换后用氢气活化; 温度控 制在 60℃, 压力常压, 活化时间为 20 小时, 以备使用。
4 钯催化剂的维护
如前所述, 钯催化剂价格较贵, 为降低成 本, 提高效益, 对钯催化剂进行维护是必不可少 的。所谓维护即延长其使用寿命, 充分发挥其活 性, 避免其活性下降, 引起钯催化剂活性下降主 要原因如下:
4.1 氢气含量的影响。理论上要求氢气纯 度大于 98%但在实际生产中 , 氢气纯度在90%～93%之间, 其它杂质在存在影响催化剂活性。
4.2 工作液碱度的影响。碱度过高会影响钯催化剂的载体三氧化二铝, 降低其强度, 破坏其孔结构, 从而降低钯催化剂的活性。
4.3 降解物及其它污物的影响。在双氧水 生产工艺中, 会发生一系列反应, 产生的降解 物等会堵塞催化剂的微孔, 使活性组分利用率 降低, 导致钯催化剂活性的下降。
针对以上原因, 一提高氢气纯度; 二调 整好工作液碱度; 三及时更换还原降解物, 吸附污物的氧化铝白土床, 逐一针对降低钯催化剂活性的原因解决之。从而达到对钯催化剂的 维护, 延长其寿命, 提高经济效益。
结语: 由于目前金属钯资源短缺, 价格昂贵, 从而导致双氧水生产工艺中钯催化剂成本较高, 为降低消耗, 提高经济效益, 掌握钯催化剂的性能与特点, 遵循科学原理, 对钯催化剂进行合理装填, 优化使用及正确维护在双氧水生产工艺中是至关重要的。 |
