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催化剂活性测定
更新时间:2009-8-25

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     催化剂必须具有工业生产实际意义,可用于工业规模的生产装置上。它们应该可在生产实际操作的压力、温度、反应物浓度、流速以及接触时间的条件下能够长期正常运行,并能保持良好的活性和选择性,对超温、毒物具有很好的稳定性能。在催化剂的整个寿命期内,能保持良好的抗压碎强度,耐气流冲刷而不粉化。如果由于副反应导致的析炭或某些毒害物质的影响而使催化活性衰退,可用较为简便的方法在反应器内或器外进行再生,使活性得以恢复。

  1. 活性(activity)

    所谓活性,就是指某一特定催化剂影响反应速率的程度。工业上最常用来表示催化剂活性的方法就是转化率(conversion),但也有用时空收率 (space time yield)来表示,若用反应速率 (reaction rate)来衡量则从理论上讲更为确切些。

  (1)转化率表示法

    这是工业上最为常用的活性表示方法,它可进一步分成三种表示形式。对于A→B反应而言,在给定温度下所达到的转化率可用下式表示:

    XA=(反应后已转化的A摩尔数NA /进料中A的摩尔数N0A)×100%

  亦可用达到规定转化率所需要的温度来表示。例如反应达到平衡状态的转化温度为T平而任意转化率的温度为T,其转化反应物A的数量是相同的,两种温度差 ΔT=T-T平即可代表该催化剂的活性。如若ΔT=0,则这种催化剂就是最为理想的催化剂。通常ΔT>0,其差值越大,催化剂活性也越差;ΔT越小则活性越好。

    催化剂活性还可用在给定温度下欲达到某一指定转化率(如XA=80%)所需的空速来表示,对于能在给定温度下达到指定转化率的空速愈高,则其活性也愈佳。有些反应因受热力学平衡限制,平衡转化率不高,为了充分利用原料,需将反应产物分离,然后补充新鲜原料再循环使用,对一次通过催化剂的转化率称为单程转化率(Single-pass conversion)。

  (2)时空收率表示法

    它是指在单位时间t内,使用单位体积V的催化剂所能得到目的产物的摩尔数NB来表示,如下式:

    Y=NB/(V ·t)

  (3)反应速率表示法

    对于A→B的简单反应而言,若以V、S和W分别代表固体催化剂的体积、表面积和重量,则以不同形式表示的反应速率r分别是:

  rv=(1/V)·(dNA/dt)=(1/V)·(dNB/dt) [mol·cm-3·h-1]

rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt) [mol·cm-2·h-1]

rw= (1/w)·(dNA/dt) =(1/w)·(dNB/dt) [mol·g-1·h-1]

  三种反应速率间的关系是:rv=ρ·Sg;rs=ρ·rw,其中ρ为催化剂的堆密度,

  Sg为催化剂的比表面积。三种表示方法中以rs最合适,它将反应速率即活性与催化剂的比表面相关联,即代表的是比活性(Specific activity)。

   应该指出的是活性不但与反应物和催化剂接触的表面积大小有关,还与活性组分的分散程度以及是否处于可接触的表面上、与催化剂晶格缺陷(空穴、隙缝、位错、晶粒边棱)、与催化剂表面的化学物种及其电子结构、与配位数及局部对称性等诸多因素有关。

 

    在催化裂化中表征催化剂活性的指标是微反活性,那么如何测定微反活性呢?一般情况下微反活性数值的范围又是多少呢?

 

    微反活性(MAT)的测定方法是:将5克催化剂装入一个床层温度控制在460度的标准微反应器中,在70秒内将1.56g标准原料油均匀注入反应器中进行反应,然后再用氮气冲扫10min,反应产物收集于瓶中,该收集瓶放在冰水混合物的冷阱中,反应产物用色谱进行分析,根据分析数据计算催化剂的微反活性指数。

 

    测定时需要采用标准的微反活性测试仪。国际上采用的是ASTM3907。而国内采用的是RIPP方法。两种方法的结果比较接近。活性的测试采用标准柴油,计算活性的方法是(进料量-大于210度以上液收)/进料 。就用这个微型反应器的转化率作为活性指标。催化裂化转化率计算不包括柴油收率。为什么转化率里面没有柴油呢?这是因为最早催化以柴油为原料,而以汽油为目的产品。炼油行业催化裂化装置中指的催化活性一般在60-70间。

 

 

 

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