無機化工催化劑

無機化工催化劑

無機化工催化劑,催化劑工業中的一類重要產品,用於生產無機化工產品的化學加工過程,主要包括合成氣和氫氣的生產、氣體的淨化、氨合成和硫酸的生產等。這些過程所用的催化劑都有專門的企業進行生產和經營。

無機化工催化劑

合成氣和氫氣生產用催化劑 世界上每年以億噸計的天然氣、石油和煤炭用於製造合成氣,以便進一步用於生產合成氨、甲醇以及用於還原鐵礦製成海綿鐵等。天然氣和石腦油通過蒸汽轉化催化劑可製得合成氣,煤和重質油經部分氧化法造氣爐可製成水煤氣。合成氣或水煤氣都以氫和一氧化碳為主要成分,根據需要可通過變換催化劑使其中的一氧化碳變換為氫。
蒸汽轉化催化劑 以鎳為活性組分,以耐高溫的惰性氧化鋁為載體而製成的催化劑。常製成環形顆粒,以減低通氣阻力並增加顆粒的外表面積。在高溫( 780~1000°C)條件下於催化劑上所進行的化學反應有:

無機化工催化劑 (1)

無機化工催化劑 (2)

無機化工催化劑 (3)

為適應不同原料的差異性以及不同操作溫度的差異性,催化劑生產經營的廠家能供應各種不同型號的蒸汽轉化催化劑商品。
變換催化劑 用於使合成氣或水煤氣中含有的一氧化碳變換為氫。化學反應同(2)式,但反應溫度遠較蒸汽轉化反應時為低(溫度愈低,平衡常數愈大,有利於反應向右進行)。一般經高溫(315~485°C)和低溫(175~350°C)兩次變換。高溫變換催化劑為傳統的鐵鉻系,即含有氧化鐵-氧化鉻。低溫變換催化劑通用的為銅鋅鋁系,即含有氧化銅-氧化鋅-氧化鋁。合成氣或水煤氣中的一氧化碳含量在高溫變換催化劑上由12%~46%降至1%~5%,經低溫變換催化劑進一步降至0.1%~0.5%。近年來,又發展了鉬系耐硫變換催化劑,操作溫度可在200~450°C。
氣體淨化催化劑 用量最大的是合成氨工業,主要用來脫除合成氨原料氣中的少量硫和一氧化碳。常用的氣體淨化催化劑有下列兩種。
加氫脫硫催化劑 主要成分為鈷-鉬/氧化鋁,用於脫除天然氣或石腦油中含有的有機硫。它能使有機硫加氫而轉化為無機硫。反應在300~450°C進行,生成的硫化氫可進一步用氧化鋅脫硫劑脫除,經淨化後的氣體含硫低於0.1ppm以下。
甲烷化催化劑 一種專用的鎳/氧化鋁催化劑,為條狀或球狀顆粒。合成氣或氫氣中含有少量(0.5%以下)的一氧化碳和二氧化碳,通過甲烷化催化劑在260~450°C下,按上式(3)進行反應,成為惰性的甲烷,淨化後一氧化碳和二氧化碳殘留濃度可降到5ppm以下。
氨合成催化劑 含有多種助催化劑的堅牢的顆粒狀鐵催化劑,用於加速氮和氫合成為氨的反應。將精選磁鐵礦和作為助催化劑的氧化鋁、氧化鉀和氧化鈣等在電爐內熔融,熔塊破碎成不規則的顆粒,即得催化劑產品。使用時裝在合成塔內用含氫氣體還原成為活性鐵後轉入正常動轉。日產千噸氨的大型氨廠氨合成催化劑裝用量為35或68m3(98或190t),裝用量與合成塔操作壓力等級有關,前者為28MPa級,後者為13MPa級,使用壽命3~5年。在中小型廠的壽命為1~3年,多數情況是因修理設備而損害了催化劑。
硫酸生產用釩催化劑 釩催化劑於1913年在德國巴登苯胺純鹼公司首次使用,30年代起全部代替了鉑催化劑用於硫酸生產。釩催化劑的作用是加速二氧化硫氧化成三氧化硫的反應速度。釩催化劑商品一般為直徑 5mm圓柱形顆粒,其氧化釩、氧化鉀載在多孔性硅藻土載體上。在反應條件下,釩催化劑有效成分熔融分布在載體微孔內表面上,形成一定厚度的液態薄膜。熔鹽混合物是由多種釩氧化物溶解在鹼金屬的多種焦硫酸鹽中所構成。釩催化劑正常使用壽命 5~10年或更長。催化劑在生產裝置上的裝用量,按日產噸酸規模計一般為 180~300l,這與氣體組成、設計條件以及尾氣要求有關。

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