BYD加氫鋁鎳催化劑活性分析

在現(xiàn)代化學工業(yè)中，化學反應(yīng)是在催化劑作用下進行的，這涉及石油煉制、有機合成、聚合物生產(chǎn)、無機化工、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)濟效益和社會效益是巨大的?；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，否則會生成Al（OH）₃沉淀堵塞形成的孔洞，降低催化劑的表面積，嚴重影響Raney鎳在BYD加氫反應(yīng)中的活性。但是，過度的脫除鋁會降低催化劑的強度，熱強度降低，導致催化劑在使用過程中可能粉化使反應(yīng)器壓差增大，H₂流動性降低使BYD加氫反應(yīng)的副產(chǎn)物增加。而且，殘余鋁對鎳有供電子作用，并有向催化劑表面擴散的傾向，鋁的優(yōu)先氧化對鎳有保護作用。一個典型的催化劑中鎳大約占85 %（質(zhì)量分數(shù)），相應(yīng)的是每兩個原子鎳就有一個原子鋁與之構(gòu)成催化劑。鋁有利于維護孔的結(jié)構(gòu)，對催化劑整體有幫助。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度和運行中的穩(wěn)定性，例如鋅或鉻。合金的成分對催化劑的結(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對催化劑活性的影響

       在實際的BYD加氫生產(chǎn)中，進入反應(yīng)器的BYD的PH應(yīng)保持在7.5-8.5，如果PH低于這個范圍，可能會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，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)器溫度對催化劑活性的影響

       在催化劑的使用過程中，隨著反應(yīng)時間的增加，催化劑的活性會逐漸降低，在實際的生產(chǎn)過程中，會逐漸增加反應(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，否則會使催化劑的骨架崩塌，導致催化劑失活！在英偉達BDO生產(chǎn)工藝中，進入反應(yīng)器的BYD濃度達到57%時，反應(yīng)器會產(chǎn)生490℃的絕熱溫升，但是反應(yīng)器的熱點溫度不能夠超過145℃，否則會使催化劑的骨架崩塌，因此設(shè)置了13：1的冷卻循環(huán)流量和進料量的比值。

 5 毒物對催化劑的影響

       在催化劑的使用過程中，對催化劑影響最大的是銅離子，如果進入反應(yīng)器的BYD物料中，銅離子含量如果較高，會使催化劑中毒喪失活性，這是因為在金屬活動順序中，銅離子會被鋁還原成單質(zhì)狀態(tài)使催化劑骨架坍塌，而且銅會使催化劑孔洞堵塞，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也會使催化劑中毒，但中毒機理目前尚不清楚。

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BDO裝置的經(jīng)濟性有很大的意義，在實際過程中，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，如果催化劑活化時脫除過多或過少的鋁都會對催化劑的活性有著不可逆轉(zhuǎn)的影響，活化時應(yīng)嚴格按照工藝包提供商和催化劑提供商提供的數(shù)據(jù)進行活化，活化脫除25%的鋁就應(yīng)停止活化，而且應(yīng)嚴格進行漂洗過程以消除NaOH的影響。在生產(chǎn)過程中，分析BYD進料的PH也很重要，PH限定在7.5-8.5時，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)果適當調(diào)整反應(yīng)器的溫度，但不應(yīng)超過145℃，否則會使催化劑粉化。

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