催化劑開發(fā)從實(shí)驗(yàn)室至工業(yè)規(guī)模

催化劑開發(fā)的一般順序

       開發(fā)一個(gè)新的催化過程或原有的催化過程需要改進(jìn)時(shí)一般都會(huì)涉及催化劑的選擇及制備問題。由于開發(fā)一種新的工業(yè)催化劑往往既費(fèi)錢會(huì)開發(fā)目的又費(fèi)時(shí)，所以需要先搞清開發(fā)目的。對(duì)于不同目的，開發(fā)的順序及深度也有所差別，而且各個(gè)階段的費(fèi)用及復(fù)雜性也不同，因此要根據(jù)人力、物力及現(xiàn)有的技術(shù)手段量力而行。圖2-1示出了催化劑開發(fā)的一般順序。可以看出，催化劑的開發(fā)順序隨開發(fā)目的而異。而且各順序可能有交叉及重復(fù)進(jìn)行的情況。特別是評(píng)價(jià)考核過程，無論是催化劑活性組分及載體的選擇，實(shí)驗(yàn)室制備催化劑、中試放大制備催化劑及工業(yè)應(yīng)用催化劑都有反復(fù)評(píng)價(jià)考核過程，并根據(jù)評(píng)價(jià)考核結(jié)果修正催化劑配方、制備方法及工藝操作條件。

 開發(fā)的準(zhǔn)備階段

1.文獻(xiàn)調(diào)查

          制備催化劑并進(jìn)行評(píng)價(jià)考核：

         在為所設(shè)想的目標(biāo)反應(yīng)進(jìn)行初步熱力學(xué)考察及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行全面文獻(xiàn)調(diào)查其目的是:①查找有關(guān)反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù);②查找目的反應(yīng)和類似反應(yīng)的前人研究成果;③確認(rèn)目的反應(yīng)的反應(yīng)類型;④查找與開發(fā)順序有關(guān)的由經(jīng)驗(yàn)累積的一些催化物質(zhì)的活性圖譜。

        此外，在文獻(xiàn)調(diào)查的同時(shí)，應(yīng)對(duì)催化作用的機(jī)制做一些了解。多年來，對(duì)有關(guān)催化劑的作用原理有著不同的認(rèn)識(shí)。一些研究者認(rèn)為，催化劑是一種穩(wěn)定的物質(zhì)，它能促使反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為所要求的產(chǎn)物，由此出現(xiàn)了以幾何學(xué)及電子學(xué)為基礎(chǔ)的多位理論、電子理論、電荷轉(zhuǎn)移理論及吸附理論等。而另一些研究者則認(rèn)為催化劑像一種化學(xué)物質(zhì)，它能與反應(yīng)物形成不穩(wěn)定的配合物，當(dāng)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物并脫附后又恢復(fù)到原始狀態(tài)。近年來，隨著先進(jìn)的測試手段不斷發(fā)展，人們對(duì)化學(xué)吸附配合物及化學(xué)鍵的性質(zhì)和行為有更深的了解，將催化活性與催化劑表面行為相關(guān)聯(lián)可能更有利于成功開發(fā)出一種新催化劑。

2.列出設(shè)想反應(yīng)的全部化學(xué)反應(yīng)式

       每個(gè)催化反應(yīng)過程通常是由目的反應(yīng)和伴隨的副反應(yīng)所構(gòu)成。在開發(fā)之初應(yīng)盡量寫出一切可能發(fā)生的反應(yīng)式，將反應(yīng)進(jìn)行分類，判別要求和不要求的反應(yīng)類型，從而可假設(shè)反應(yīng)機(jī)理，以找出有利或抑止這些反應(yīng)的催化劑，減少需要篩選的催化劑數(shù)量。

       例如，對(duì)于反應(yīng) A+B-→C+D對(duì)于分子數(shù)為2或2以下的反應(yīng)可進(jìn)一步細(xì)分為以下反應(yīng):① 基本反應(yīng):反應(yīng)體系中，反應(yīng)物分子本身進(jìn)行的單分子反應(yīng)，如異構(gòu)化反應(yīng)或裂解反應(yīng):

A - -- -->A1              B- -- -->B1

A - -- -->A1 +A2           B- -- -->B1 +B2

②自身相互反應(yīng)：反應(yīng)體系中同種分子間的反應(yīng)，如：

③交叉相互反應(yīng)：反應(yīng)體系中不同反應(yīng)物分子間的反應(yīng)，如：

A+B→C+D   A+B→E

④接續(xù)反應(yīng)：反應(yīng)物分子和經(jīng)基本反應(yīng)或自身相互反應(yīng)生成的分子再繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，如

A+A'→J   B+B3→K

⑤交叉持續(xù)反應(yīng)：反應(yīng)物分子和基本反應(yīng)、自身相互反應(yīng)或交叉相互反應(yīng)生成的產(chǎn)物間的反應(yīng)，如：

A+C→L   B+H→M

⑥衍生的基本反應(yīng)：單一產(chǎn)物分子本身進(jìn)行的單分子反應(yīng)，如：

C一→C'      D→D'      E→E'

C→C1+C2   D→D1+D2   E→E1+E2

⑦衍生的自身相互反應(yīng)：同一產(chǎn)物分子進(jìn)行的雙分子反應(yīng)，如：

2C→F   2D→G

⑧衍生的交叉相互反應(yīng)：兩種產(chǎn)物分子間的反應(yīng)，如：

C+E→H   D+E→I

        以烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為例加以說明。轉(zhuǎn)化反應(yīng)是指水蒸氣與烴類在高溫下進(jìn)行生成CO、(CO2及H2的反應(yīng)。烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化的目的是最大限度地提取水和烴類原料中所含的氫，所用的烴可以是氣態(tài)烴或液態(tài)烴。表2-1示出了碳四烴水蒸氣轉(zhuǎn)化可能的反應(yīng)式。

表2-1 碳四烴水蒸氣轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式

續(xù)表

3．假設(shè)反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)上述大量反應(yīng)，并考察熱力學(xué)上的可行性，將其歸納為以下主要反應(yīng)類型：

裂解反應(yīng)：                  C4H10→C3H6+CH4

脫氫反應(yīng)：                  C4H10→C3H8+H2

水合反應(yīng)：              C4H8+H2O→C4H9OH

水蒸氣裂解：            C4H8+H2O→C2H5CHO+CH4

脫羰反應(yīng)：               C2H5CHO→CO+C2H6

水煤氣變換：              CO+H2O→CO2+H2

聚合反應(yīng)：                  2C2H4→C4H8

產(chǎn)品展示

產(chǎn)品詳情：

      將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的催化反應(yīng)，光熱催化反應(yīng)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換路徑以及熱能和電子激發(fā)起到催化反應(yīng)作用程度的不同，將光熱催化分類為光輔助熱催化，熱輔助光催化以及光熱協(xié)同催化。

     SSC-PTCR光致熱催化反應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雙光源照射，提高了光致熱的能量輸出，加快光催化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測催化劑溫度；配套的質(zhì)量流量PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種反應(yīng)氣體的任意匹配，更有利于實(shí)驗(yàn)的調(diào)整，配方的研發(fā)。

      SSC-PTCR光致熱催化反應(yīng)系統(tǒng)，配合控溫和磁力攪拌器，直接升級(jí)為釜式光熱催化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多種體系下評(píng)價(jià)催化劑的活性。