BYD加氫鋁鎳催化劑活性分析

在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，化學(xué)反應(yīng)是在催化劑作用下進(jìn)行的，這涉及石油煉制、有機(jī)合成、聚合物生產(chǎn)、無機(jī)化工、制藥、三廢治理等廣泛領(lǐng)域。保持催化劑的活性，在降低原材料和能源消耗、提高設(shè)備生產(chǎn)力、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、減少三廢、防止環(huán)境污染等方面都起著重要的作用，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的?；赗EPPE反應(yīng)的BDO裝置中，如何保持BYD加氫裝置的雷尼合金（鋁鎳）催化劑對(duì)BDO的產(chǎn)品品質(zhì)有巨大的意義，本文著重從活化、毒物等幾方面來探討如何保持雷尼合金（鋁鎳）催化劑的活性。

標(biāo)簽：化工生產(chǎn)；雷尼合金（鋁鎳）催化劑；活性

1 總述

        現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，催化劑的利用顯著提升了化工產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)規(guī)模，因此，研究催化劑成為化工技術(shù)的一門重要學(xué)科。四川天華股份有限公司BDO（1，4-丁二醇）裝置BYD（1，4-丁炔二醇）加氫裝置采用雷尼合金（鋁鎳）催化劑。在BYD加氫反應(yīng)中，反應(yīng)物H₂與BYD送入反應(yīng)器R8201、R8202，在雷尼合金（鋁鎳）催化劑的作用下，BYD加氫得到BDO。在雷尼合金（鋁鎳）催化劑的使用過程中，催化劑的活性對(duì)BYD加氫后的產(chǎn)品BDO的產(chǎn)品品質(zhì)有較大的影響，因此，本文主要著重探討如何穩(wěn)定雷尼合金（鋁鎳）催化劑在使用過程中的活性。

       雷尼合金（鋁鎳）催化劑簡稱Raney鎳，Raney鎳是一種用于許多工業(yè)生產(chǎn)，由鎳鋁合金組成的細(xì)晶粒固體催化劑。

 2 雷尼合金（鋁鎳）催化劑的活化

       Raney鎳在使用前需要25%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行侵泡。這種方法，就是所謂的“活化”，把大部分的鋁溶解在合金以外，其反應(yīng)方程式如下：

       2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al（OH）₄] + 3H₂

       經(jīng)過NaOH侵泡后，催化劑中的鋁被反應(yīng)掉形成多孔結(jié)構(gòu)，這種多孔的結(jié)構(gòu)擁有很大的反應(yīng)接觸面積，能給予BYD加氫較高的催化活性。需要注意的是，活化所用的NaOH溶液必須保持較高的濃度，否則會(huì)生成Al（OH）₃沉淀堵塞形成的孔洞，降低催化劑的表面積，嚴(yán)重影響Raney鎳在BYD加氫反應(yīng)中的活性。但是，過度的脫除鋁會(huì)降低催化劑的強(qiáng)度，熱強(qiáng)度降低，導(dǎo)致催化劑在使用過程中可能粉化使反應(yīng)器壓差增大，H₂流動(dòng)性降低使BYD加氫反應(yīng)的副產(chǎn)物增加。而且，殘余鋁對(duì)鎳有供電子作用，并有向催化劑表面擴(kuò)散的傾向，鋁的優(yōu)先氧化對(duì)鎳有保護(hù)作用。一個(gè)典型的催化劑中鎳大約占85 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），相應(yīng)的是每兩個(gè)原子鎳就有一個(gè)原子鋁與之構(gòu)成催化劑。鋁有利于維護(hù)孔的結(jié)構(gòu)，對(duì)催化劑整體有幫助。為提高催化劑的穩(wěn)定性和活性，在催化劑的生產(chǎn)中往往添加了其它的金屬元素提高催化劑的骨架強(qiáng)度和運(yùn)行中的穩(wěn)定性，例如鋅或鉻。合金的成分對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和性能有很大的影響，在Raney鎳催化劑中，鎳、鋁合金實(shí)際上是幾種金屬化合物，通常所說的固溶體，主要組分為NiAl₃， Ni₂Al₃， NiAl， NiAl₂等，不同的固熔體在堿中的溶解速度有明顯差別，一般說，溶解速度快慢是NiAl₃>Ni₂Al₃>NiAl>NiAl₂，其中后二種幾乎不溶，因此，前二種組分的多少直接影響骨架Ni催化劑的活性。

  3 PH對(duì)催化劑活性的影響

       在實(shí)際的BYD加氫生產(chǎn)中，進(jìn)入反應(yīng)器的BYD的PH應(yīng)保持在7.5-8.5，如果PH低于這個(gè)范圍，可能會(huì)使催化劑骨架中的鋁被溶解，使催化劑粉化，造成氫化作用較差，使生成的BDO純度不高，TBA等雜質(zhì)含量較高。但同時(shí)，氫化作用較差也可能是穿過催化劑床層的氫氣氣量不足造成的。

4 反應(yīng)器溫度對(duì)催化劑活性的影響

       在催化劑的使用過程中，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，催化劑的活性會(huì)逐漸降低，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，會(huì)逐漸增加反應(yīng)的溫度，提升催化劑的活性。從鋁-鎳二元相圖中可以看出，反應(yīng)溫度低于400℃、Ni的原子含量高于75%時(shí)催化劑主要以NiAl₃及Ni的形式存在，因此，在催化劑的使用過程中溫度不宜過高，否則會(huì)使催化劑的骨架崩塌，導(dǎo)致催化劑失活！在英偉達(dá)BDO生產(chǎn)工藝中，進(jìn)入反應(yīng)器的BYD濃度達(dá)到57%時(shí)，反應(yīng)器會(huì)產(chǎn)生490℃的絕熱溫升，但是反應(yīng)器的熱點(diǎn)溫度不能夠超過145℃，否則會(huì)使催化劑的骨架崩塌，因此設(shè)置了13：1的冷卻循環(huán)流量和進(jìn)料量的比值。

 5 毒物對(duì)催化劑的影響

       在催化劑的使用過程中，對(duì)催化劑影響最大的是銅離子，如果進(jìn)入反應(yīng)器的BYD物料中，銅離子含量如果較高，會(huì)使催化劑中毒喪失活性，這是因?yàn)樵诮饘倩顒?dòng)順序中，銅離子會(huì)被鋁還原成單質(zhì)狀態(tài)使催化劑骨架坍塌，而且銅會(huì)使催化劑孔洞堵塞，減少催化劑的比表面積，阻礙氫氣和BYD在催化劑表面的反應(yīng)，使雜質(zhì)增加。甲醛CH₂O也會(huì)使催化劑中毒，但中毒機(jī)理目前尚不清楚。

6 結(jié)論

       雷尼鎳催化劑在BYD加氫生產(chǎn)BDO的過程中起著很大的作用，保持雷尼鎳催化劑的活性對(duì)BDO裝置的經(jīng)濟(jì)性有很大的意義，在實(shí)際過程中，應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)條件選擇具體的反應(yīng)條件并且隨時(shí)做出調(diào)整。根據(jù)天華公司的BDO裝置來看，催化劑的活化有著很大的重要性，如果催化劑活化時(shí)脫除過多或過少的鋁都會(huì)對(duì)催化劑的活性有著不可逆轉(zhuǎn)的影響，活化時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝包提供商和催化劑提供商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行活化，活化脫除25%的鋁就應(yīng)停止活化，而且應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行漂洗過程以消除NaOH的影響。在生產(chǎn)過程中，分析BYD進(jìn)料的PH也很重要，PH限定在7.5-8.5時(shí)，銅離子將與OH—結(jié)合生產(chǎn)CuOH沉淀脫除銅離子，消除催化劑的中毒。在催化劑的使用過程中，應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)器的溫度，但不應(yīng)超過145℃，否則會(huì)使催化劑粉化。

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