催化剂--工业应用试验

     催化剂开发过程的最后一步是将催化剂成功地用在工业生产装置上。如果中试放大制备及中型评价试验工作足够细致及深入，则许多催化剂的使用经验证明，经这一步骤充分考察，也可将试制催化剂直接应用于大型工业生产装置上，也即将中试放大制备与工业试生产合二为一。将试生产催化剂在工业装置上考核成功后，进行大批量定型生产。

     对于一种新的催化工艺或催化剂，或一些生产规模较大的石油化工催化工艺，一种稳妥的办法还是在大规模工业使用前，有较小规模的工业应用，通过催化剂装填、升温、还原、开停车、事故处理等操作，暴露出一些问题再进行调整后，逐步成为一种性能可靠的新品种或新牌号。下面为GS-05乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的工业应用示例。

1．乙苯脱氢制苯乙烯反应机理

      苯乙烯是生产聚苯乙烯塑料和合成橡胶的重要原料，也是重要的石油化工产品。乙苯脱氢是生产苯乙烯的工业方法之一。

乙苯在催化剂作用下，高温脱氢生成苯乙烯：

主要副反应有裂解反应及加氢裂解反应。

       催化剂是以Fe、K为主要活性组分，以少量金属氧化物（如MgCr、W、Ce、Ca等）作为结构稳定剂。大量研究表明，乙苯脱氢是在催化剂的表面原子簇上进行，用红外光谱分析考察，其反应步骤如图2-23所示。采用α-碳上的为D同位素的乙苯，用红外光谱观察到Fe-0-D键，证实了图2-23所示反应步骤中存在吸附态（II）；同时采用β-D同位素的乙苯，在高温下也能观察到Fe-D谱，证实了反应步骤中同时存在吸附态（皿）。

图2-23 乙苯脱氢的反应步骤

2．催化剂

      乙苯脱氢反应是吸热反应，在常温常压下其反应速率很低，只有在高温下才具有一定反应速率，且裂解反应会比脱氢反应更占优势。因此，要在高温下得到的产物主要是脱氢产物，选择催化剂是关键。其具体要求是：①有良好的活性及选择性，即能在较低温度下，有选择性地加快脱氢的反应速率：②热稳定性高，能经受较高反应温度；③化学稳定性好，要求反应过程中不被氢还原，在大量水蒸气存在下操作稳定而不崩解，保持足够的机械强度；④有良好的抗结焦性及再生性能。

      国内乙苯脱氢催化剂研制始于20世纪60年代，先后有多家科研机构及高等院校研制出多种牌号的催化剂，并进行了工业应用试验。上海石油化工研究院于1988年研制成功的GS -05型乙苯脱氢制苯乙烯催化剂在国内的中小型苯乙烯装置上广泛试用，效果良好，1994年后用于引进装置上并替代了进口催化剂，多年工业应用结果表明，其催化活性及选择性已超过以前所使用的进口催化剂。表2-22示出了GS-05催化剂的物性数据。表2-23示出了GS-05催化剂的活性评价数据，并与进口催化剂进行比较。可以看出，其活性及选择性均优于进口催化剂。

表2-22 GS-05催化剂的物性指标

表2-23620℃下的GS-05催化剂活性评价数据

①催化剂装填量100mL，常压，空速1.0h，水比（质量)=2.0。

3．工业应用试验

      GS-05催化剂经实验室进行1500h的稳定性试验、催化剂浸水试验及催化剂停水试验等评价考核后，于1994年在北京燕山石化公司化工一厂60kt／a苯乙烯引进装置上进行乙苯催化脱氢制苯乙烯的工业应用试验。采用径向绝热二段反应技术，在低于常压下操作。表2-24为进口催化剂的实际操作运行数据。表2-25为GS-05催化剂在工业应用试验期间的操作数据。从表2-24及表2-25可以看出，GS-05催化剂的转化率及选择性优于进口催化剂，而CS-05催化剂的年平均苯乙烯单程收率为63.18％，进口催化剂的年平均苯乙烯单程收率为60.45％，前者比后者提高2个百分点，而且CS-05 催化剂价格远低于进口催化剂。因此，用GS-05催化剂替代进口催化剂，不但可提高苯乙烯收率、增加苯乙烯产量，还可降低生产成本费用，并取得较好的社会效益。

表2-24 进口催化剂的操作运行数据

表2-25GS-05 催化剂的工业应用试验操作数据

产品介绍

产品详情：

      SSC-CTR900 催化高温反应仪适用于常规高温高压催化反应、光热协同化、催化剂的评价及筛选、可做光催化的反应动力学、反应历程等方面的研究。主要应用到高温高压光热催化反应，光热协同催化，具体可用于半导体材料的合成烧结、催化剂材料的制备、催化剂材料的活性评价、光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛乙醛气体的光催化降解、苯系物的降解分析、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。实现气固液多相体系催化反应，气固高温高压的催化反应，满足大多数催化剂的评价需求。

产品优势：

SSC-CTR900催化高温反应仪的优势特点

1)高温高压催化反应仪可实现催化高温<900℃C高压<10MPa反应实验

2)紫外、可见、红外等光源照射到催化剂材料的表面，实现光热协同和光诱导催化;

3)光热催化反应器采用高透光石英玻璃管，也可以采用高压反应管，兼容≤30mm 反应管;

4)可以实现气氛保护、抽取真空、PECVD、多种气体流量控制等功能;

5)可以外接鼓泡配气、背压阀、气液分离器、气相色谱等，实现各种功能的扩展;

6) 采取模块化设计，可以实现光源、高温反应炉、高温石英反应器、高真空、固定床反应、

光热反应等匹配使用;

7) 高温高压催化反应仪，小的占地面积，可多功能灵活，即买即用。