造孔劑對(duì)烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑性能的影響

劉 陽(yáng)，嚴(yán)會(huì)成，許云波，李華波，李文靜

（四川蜀泰化工科技有限公司，四川大英 629300）

造孔劑對(duì)烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑性能的影響

劉 陽(yáng)，嚴(yán)會(huì)成，許云波，李華波，李文靜

（四川蜀泰化工科技有限公司，四川大英 629300）

選用不同種類開(kāi)孔劑，對(duì)傳統(tǒng)烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑載體進(jìn)行了改性。改性后載體性能測(cè)試表明，改性后的催化劑載體的孔結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等性能明顯提高，特別是甲基纖維素改性后所得催化劑的催化活性更加優(yōu)異。

造孔劑；烴類轉(zhuǎn)化催化劑；載體；催化活性

1 前言

烴類蒸汽轉(zhuǎn)化是合成氨流程中能耗最大的工段，隨著合成氨工藝的發(fā)展，各種節(jié)能的新工藝相繼出現(xiàn)，對(duì)烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑的使用要求越來(lái)越嚴(yán)苛，如需適應(yīng)高的碳空速，低的水碳比、更復(fù)雜的原料組成等[1]。這就對(duì)一段轉(zhuǎn)化催化劑本身（側(cè)壓破碎強(qiáng)度、耐熱性能、催化活性、使用壽命等）要求更高。

眾所周知，固體催化劑主要是由載體、活性組分、助劑三個(gè)部分組成；催化劑的性能由三者協(xié)同作用決定。載體的主要作用是賦予催化劑一定的形狀、強(qiáng)度、耐熱性和分散活性組分，以防止反應(yīng)過(guò)程中催化劑的活性組分聚集、燒結(jié)，以及提供反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所（表面積和孔結(jié)構(gòu)）等[2]；在活性組分及助劑一定的情況下，催化劑的性能主要取決于載體的結(jié)構(gòu)，而純氧化鋁載體的比表面小，通常需加入適宜的造孔劑，提高載體的比表面，獲得更理想的孔結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn)，造孔劑對(duì)催化劑的使用性能影響深遠(yuǎn)。因此，本文選用不同類型的造孔劑對(duì)氧化鋁載體進(jìn)行改性研究，并考察了不同類型造孔劑對(duì)所制備催化劑強(qiáng)度、吸水性、催化活性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

工業(yè)級(jí)α-Al2O3，市售；石墨，市售；甲基纖維素，羧甲基纖維素，醋酸纖維素，木屑，市售；硝酸鎳，自制。

2.1.2 主要儀器

QM-50小型球磨機(jī)，萊州市通聚化工機(jī)械廠；YH-20型粉末成型機(jī)，寶雞忠誠(chéng)制藥機(jī)械設(shè)備有限公司；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；箱式電阻爐，沈陽(yáng)市節(jié)能電爐廠；5L燒杯，天津玻璃儀器廠；SC-200型氣相色譜儀，重慶川儀分析儀器公司；YHKC-4A型自動(dòng)顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀，姜堰市銀河分析儀器廠。

2.2 催化劑的制備

2.2.1 催化劑載體制備

將工業(yè)級(jí)的α-Al2O3與一定量的造孔劑一起加入間歇式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨至物料粒度為45μm左右；經(jīng)壓制成型、1 400℃高溫煅燒制得六孔異形載體。其中造孔劑分別選擇甲基纖維素，羧甲基纖維素，醋酸纖維素，木屑，制備所得的載體對(duì)應(yīng)代號(hào)分別為1，2，3，4；不加造孔劑樣品代號(hào)為5。

2.2.2 催化劑活性組分負(fù)載

催化劑活性組分負(fù)載采用浸漬法，取3L自制一定濃度的硝酸鎳溶液加入5L燒杯中，并將帶液燒杯置于恒溫水浴鍋中保持溶液溫度為70～90℃，將所制備的催化劑載體1，2，3，4，5分別置于硝酸鎳溶液中浸漬1h，然后在鼓風(fēng)干燥箱中烘干2～4h，最后在馬弗爐中于400～500℃煅燒4～6h，即得半成品催化劑；再次浸漬、烘干、煅燒半成品催化劑，即得催化劑樣品C1，C2，C3，C4，C5。

2.3 催化劑性能測(cè)試

2.3.1 催化劑強(qiáng)度測(cè)定

隨機(jī)取20顆催化劑載體，在YHKC-4A型自動(dòng)強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)定其徑向壓碎強(qiáng)度，取平均值為催化劑載體強(qiáng)度。

2.3.2 載體水孔容測(cè)定

稱一定量的載體置于裝有去離子水的燒杯中，并讓去離子水沒(méi)過(guò)載體煮沸3min，浸泡1h后取出，瀝去水分后稱重，計(jì)算載體的質(zhì)量增加占載體原始質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即得載體的吸水率。

2.3.3 催化劑活性檢測(cè)

催化劑的本征活性評(píng)價(jià)采用固定床微型反應(yīng)器催化劑活性檢測(cè)，反應(yīng)器采用模擬工業(yè)列管的304不銹鋼反應(yīng)管（尺寸為Φ25mm×3mm×750mm）。進(jìn)行催化劑活性評(píng)價(jià)時(shí)，首先將粒度為1～2mm催化劑樣品3mL和一定量的瓷?；旌暇鶆蛞徊⒀b入反應(yīng)管的等溫層，活化催化劑12h；催化劑活性測(cè)試按照HG/T2273.4—2014要求進(jìn)行測(cè)試[3]。測(cè)試氣體分析采用重慶川儀分析儀器公司的SC-200型氣相色譜儀，H2為載氣，熱導(dǎo)檢測(cè)儀，TDX-1填充柱，柱溫100℃，熱導(dǎo)電流120mA。

圖1 烴類蒸汽一段轉(zhuǎn)化催化劑活性檢測(cè)裝置流程圖

3 結(jié)果與討論

3.1 不同造孔劑對(duì)催化劑物化性能的影響

工業(yè)級(jí)α-Al2O3粉料作為烴類轉(zhuǎn)化催化劑的原料，其細(xì)孔分布的結(jié)構(gòu)載體孔容僅為0.15～0.20mL/g，其中大于300nm的孔僅占總孔容10%～20%[4]。由此可見(jiàn)，需要得到孔容大于0.25mL/g的載體，在成型時(shí)需加入適當(dāng)?shù)脑炜讋?duì)其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。表1列出了不同造孔劑對(duì)載體性能的影響。

Effect of Pore-forming Materials on Performance of Reforming Catalyst for Primary Reformer

Liu Yang，Yan Hui-cheng，Xu Yun-bo，Li Hua-bo，Li Wen-jing

Using different kinds of pore-forming materials，the carrier of traditional reforming catalyst for primary reformer was modified.After that，the performance of the carrier showed that the pore structure and strength of the modified carrier were obviously improved；especially the catalytic activity of the catalyst was improved after the modification by using the methyl cellulose.

pore former. hydrocarbon reforming catalyst; carrier; catalytic activity

426.62

A

1003–6490（2016）09–0004–02

2016–08–20

劉陽(yáng)（1989—），男，四川三臺(tái)人，工程師，主要從事環(huán)保催化劑、加氫催化劑、天然氣制氫催化劑開(kāi)發(fā)和改性工作。