催化劑的性能參數(shù)之催化穩(wěn)定性

      雖然按照催化劑的定義是催化劑并不會(huì)在化學(xué)反應(yīng)過程中被消耗掉，反應(yīng)前后催化劑仍能維持原來的化學(xué)狀態(tài)，且能繼續(xù)起到催化作用。但在實(shí)際過程中不能無限次的使用，催化劑經(jīng)過多次使用后會(huì)失活，因?yàn)榇呋瘎┰谝欢囟?、壓力和化學(xué)反應(yīng)作用下會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，如催化劑破碎、晶格形變、孔結(jié)構(gòu)和比表面積變化、活性組分流失、活性位被覆蓋以及反應(yīng)產(chǎn)物在表面上結(jié)焦或積炭等。催化穩(wěn)定性是指催化劑的活性和選擇性隨時(shí)間變化的情況，可用于衡量催化劑保持活性和選擇性的能力，常使用使用壽命、循環(huán)次數(shù)、熱分解溫度、耐酸堿性和機(jī)械強(qiáng)度等參數(shù)。其中催化劑壽命是指在使用條件下，維持一定活性水平的時(shí)間（單程壽命）或每次活性下降后經(jīng)再生而又恢復(fù)到要求的活性水平的累計(jì)時(shí)間（總壽命）；壽命是對(duì)催化劑穩(wěn)定性的總括描述。測(cè)試一種催化劑的活性和選擇性費(fèi)時(shí)不多，而要了解其穩(wěn)定性則需要花費(fèi)大量時(shí)間。

對(duì)于工業(yè)催化而言，穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。催化劑的穩(wěn)定性主要包括：

      ①化學(xué)穩(wěn)定性：催化劑的化學(xué)組成與化學(xué)狀態(tài)在催化過程中穩(wěn)定，活性組分與助劑不發(fā)生反應(yīng)或流失，當(dāng)然針對(duì)特定的催化環(huán)境，要求催化劑能夠耐堿、耐酸或耐強(qiáng)氧化性等。 

      ②耐熱穩(wěn)定性：催化劑在催化過程中不發(fā)生燒結(jié)、微晶長大和晶相轉(zhuǎn)變等變化；一種良好的催化劑，應(yīng)能在高溫苛刻的反應(yīng)條件下長期具有一定水平的活性。大多數(shù)催化劑都有使用極限溫度，超過一定范圍活性就會(huì)降低，甚至完全失活。衡量催化劑的熱穩(wěn)定性，是將使用溫度開始逐漸升溫，記錄催化劑能忍受多高的溫度和維持多長時(shí)間而活性不變，耐熱溫度越高、時(shí)間越長，則催化劑的壽命越長。

      ③抗毒穩(wěn)定性：催化劑抗吸附活性毒物失活的能力稱為抗毒穩(wěn)定性，這些毒物泛指含硫、磷、鹵素和砷等化合物，可能是原料中的雜質(zhì)，也可能是反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物或中間化合物；各種催化劑對(duì)各種有害雜質(zhì)有著不同的抗毒性，同一種催化劑對(duì)同一種雜質(zhì)在不同的反應(yīng)條件下也有不同的抗毒能力。衡量催化劑抗毒穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾條：在反應(yīng)氣中加入一定量的有關(guān)毒物，使催化劑中毒后，再用純凈的原料氣進(jìn)行測(cè)試，觀察其活性和選擇性保留的程度；在反應(yīng)氣中逐量加入有關(guān)毒物，至活性和選擇性維持在給定的水平，觀察毒物的最高允許濃度；將中毒后的催化劑通過再生處理，觀察其活性和選擇性能否恢復(fù)及其恢復(fù)的程度。

      ④機(jī)械穩(wěn)定性：催化劑抗摩擦、沖擊和重力作用的能力稱為機(jī)械穩(wěn)定性，其決定了催化劑使用過程中的破碎和磨損。機(jī)械穩(wěn)定性高的催化劑能夠經(jīng)受得住顆粒與顆粒之間、顆粒與流體之間以及顆粒與器壁之間的摩擦。

      反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物或中間化合物；各種催化劑對(duì)各種有害雜質(zhì)有著不同的抗毒性，同一種催化劑對(duì)同一種雜質(zhì)在不同的反應(yīng)條件下也有不同的抗毒能力。衡量催化劑抗毒穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾條：在反應(yīng)氣中加入一定量的有關(guān)毒物，使催化劑中毒后，再用純凈的原料氣進(jìn)行測(cè)試，觀察其活性和選擇性保留的程度；在反應(yīng)氣中逐量加入有關(guān)毒物，至活性和選擇性維持在給定的水平，觀察毒物的最高允許濃度；將中毒后的催化劑通過再生處理，觀察其活性和選擇性能否恢復(fù)及其恢復(fù)的程度。

      催化劑在使用過程中，效率會(huì)逐漸下降，影響催化過程的進(jìn)行。例如因催化活性或選擇性下降，以及因催化劑粉碎而引起床層壓力降增加等，均導(dǎo)致生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益降低，甚至無法正常運(yùn)行。引起催化劑效率衰減而縮短其壽命的原因很多，主要有：原料中雜質(zhì)的毒化作用；高溫時(shí)的熱作用使催化劑中活性組分的晶粒增大，從而導(dǎo)致比表面積減小，或者引起催化劑變質(zhì)；反應(yīng)原料中的塵?；蚍磻?yīng)過程中生成的炭沉積物覆蓋了催化劑表面；催化劑中的有效成分在反應(yīng)過程中流失；強(qiáng)烈的熱沖擊或壓力起伏使催化劑顆粒破碎；反應(yīng)物流體的沖刷使催化劑粉化吹失等。

    催化反應(yīng)過程中，因以上敘述的多種原因可使催化劑的活性和選擇性下降，若采取適當(dāng)措施可以保持催化劑的穩(wěn)定性，使其有足夠長的壽命。如催化劑中加入某些助劑可以提高活性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和催化劑的導(dǎo)熱性；純化反應(yīng)物料以避免催化劑中毒；提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度以減少催化劑的磨損、破碎以及合理的再生等措施。

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