催化劑製造

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　　催化劑製造的主要特點是工藝和設備的多變性。催化劑的性能(催化活性、催化劑選擇性、催化劑壽命等)對用戶的經濟效益有重大的影響，因而各催化過程所用催化劑更換頻繁，這迫使催化劑製造工廠經常調整設備和工藝條件。

　　主要指固體催化劑的製造。在催化劑工業中所用的原料包括周期表中列舉的大部分元素及其化合物，主要是涉及過渡元素及其化合物及硅、鋁化合物等。此外，還有某些礦物，如從釩鈦磁鐵礦製造五氧化二釩。原料經物理的、化學的加工，製成具有特定的化學組成、物理結構以及一定尺寸、形狀（圓柱形、球形、片形、環形、異形、無定形等）的顆粒，才具有特定的催化性能（見彩圖）。根據工業反應器不同結構和操作條件的要求，顆粒的當量直徑由數十毫米至數微米不等。均相催化劑（如含有金屬離子的溶液）一般都在使用現場配製。

　　催化劑製造的主要特點是工藝和設備的多變性。催化劑的性能(催化活性、催化劑選擇性、催化劑壽命等)對用戶的經濟效益有重大的影響，因而各催化過程所用催化劑更換頻繁，這迫使催化劑製造工廠經常調整設備和工藝條件。目前，工業用催化劑有數百種，一些著名的催化劑廠通常有十多條生產線，能製造數十種催化劑，大部分設備佈置在鋼結構的多層平臺上，以便於在製造工藝改變時調整各單元操作設備，或不同生產線的設備交叉組合。催化劑製造工藝的多變性，是其他化工產品生產中少見的。製造催化劑所用設備的材質是重要的，由於設備腐蝕污染物料,往往會嚴重影響產品的質量,對製造過程要加以嚴格控制，以保證對製造結果的重覆性。

　　製造催化劑的每一種方法，實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便，人們把其中關鍵而具特色的操作單元的名稱定為製造方法的名稱。傳統的方法有機械混合法、沉澱法、浸漬法、溶液蒸乾法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法）、離子交換法等，近十年來發展的新方法有化學鍵合法、纖維化法等。

　　機械混合法：將兩種以上的物質加入混合設備內混合。此法簡單易行，例如轉化-吸收型脫硫劑的製造,是將活性組分（如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅）與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續加入一個可調節轉速和傾斜度的轉盤中，同時噴入計量的水。粉料滾動混合粘結,形成均勻直徑的球體,此球體再經乾燥、焙燒即為成品。乙苯脫氫制苯乙烯的Fe-Cr-K-O催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒製成的。利用此法時應重視粉料的粒度和物理性質。

　　沉澱法：此法用於製造要求分散度高並含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在製造多組分催化劑時，適宜的沉澱條件對於保證產物組成的均勻性和製造優質催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉澱劑（如碳酸鈉、氫氧化鈣），經沉澱、洗滌、過濾、乾燥、成型、焙燒(或活化)，即得最終產品。如果在沉澱桶內放入不溶物質（如硅藻土），使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質上沉澱，則稱為附著沉澱法。沉澱法需要高效的過濾洗滌設備，以節約水，避免漏料損失。

　　浸漬法：將具有高孔隙率的載體（如硅藻土、氧化鋁、活性炭等）浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中，保持一定的溫度，溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝乾，經乾燥、煅燒，載體內錶面上即附著一層所需的固態金屬氧化物或其鹽類(圖1)。浸漬法可使催化活性組分高度分散,並均勻分佈在載體錶面上,在催化過程中得到充分利用。製備含貴金屬（如鉑、金、鋨、銥等）的催化劑常用此法，其金屬含量通常在 1％以下。製備價格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法，其所用載體多數已成型，故載體的形狀即催化劑的形狀。另有一種方法是將球狀載體裝入可調速的轉鼓(圖2)內，然後噴入含活性組分的溶液或漿料，使之浸入載體中，或塗覆於載體錶面。

　　噴霧蒸乾法：用於制顆粒直徑為數十微米至數百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的製造，先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧乾燥器內，經噴頭霧化後，水分在熱氣流作用下蒸乾，物料形成微球催化劑，從噴霧乾燥器底部連續引出。

　　熱熔融法：主要用於製造氨合成所用的鐵催化劑。將精選磁鐵礦與有關的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分，然後在反應器中還原。

　　浸溶法：從多組分體系中，用適當的液態藥劑（或水）抽去部分物質，製成具有多孔結構的催化劑。例如骨架鎳催化劑的製造,將定量的鎳和鋁在電爐內熔融,熔料冷卻後成為合金。將合金破碎成小顆粒，用氫氧化鈉水溶液浸泡，大部分鋁被溶出（生成偏鋁酸鈉），即形成多孔的高活性骨架鎳。

　　離子交換法：某些晶體物質（如合成沸石分子篩）的金屬陽離子（如Na+）可與其他陽離子交換。將其投入含有其他金屬（如稀土族元素和某些貴金屬）離子的溶液中，在控制的濃度、溫度、pH條件下，使其他金屬離子與 Na+進行交換。由於離子交換反應發生在交換劑錶面，可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態分散在有限的交換基團上，從而得到充分利用。此法常用於製備裂化催化劑，如稀土-分子篩催化劑。

　　發展中的新方法：①化學鍵合法。近十年來此法大量用於製造聚合催化劑。其目的是使均相催化劑固態化。能與過渡金屬絡合物化學鍵合的載體，錶面有某些官能團(或經化學處理後接上官能團)，如-X、-CH2X、-OH基團。將這類載體與膦、胂或胺反應，使之膦化、胂化或胺化,然後利用錶面上磷、砷或氮原子的孤電子對與過渡金屬絡合物中心金屬離子進行配位絡合，即可制得化學鍵合的固相催化劑，如丙烯本體液相聚合用的載體──齊格勒－納塔催化劑的製造。②纖維化法。用於含貴金屬的載體催化劑的製造。如將硼硅酸鹽拉製成玻璃纖維絲，用濃鹽酸溶液腐蝕，變成多孔玻璃纖維載體，再用氯鉑酸溶液浸漬，使其載以鉑組分。根據實用情況，將纖維催化劑壓製成各種形狀和所需的緊密程度，如用於汽車排氣氧化的催化劑，可壓緊在一個短的圓管內。如果不是氧化過程，也可用碳纖維。纖維催化劑的製造工藝較複雜，成本高。