PDF《流化催化剂磨损机制的研究进展》

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All rights reserved. http://www.cnki.net 第27 卷第1期 摩擦学学报Vol 27, No

1 2007 年 1月 TR I BOLOGY Jan,

2007 流化催化剂磨损机制的研究进展 公铭扬

1 , 李晓刚 1,

2 , 杜伟1,吴俊升

1 , 董超芳 1,

2 (1. 北京科技大学 腐蚀与防护中心 ;

2. 北京市腐蚀与磨蚀重点实验室 , 北京 100083) 摘要 : 介绍了近年来流化催化剂的磨损机制及其耐磨性检测技术方面的研究进展 ,结合纳米压痕和颗粒粒度分布测 试等技术分析了流化催化剂的体断裂和剥层机制 ,介绍了评价催化剂耐磨性的各种磨损试验方法及其磨损模型 ,其中 流化磨损试验可直观有效地反映流化催化剂的耐磨性. 指出今后需在流化模型、 计算模拟和细观力学性能测试等方面 进行深入研究 ,以满足探索催化剂磨损机理和改善其磨损测试适用性的需求. 关键词 : 流化催化剂 ;

催化剂磨损 ;

磨损机制 ;

磨损测试 中图分类号 : TH117.

3 文献标识码 : A 文章编号 :

10042 0595 (2007)

012 00912

06 流化催化裂化 ( fluid catalytic cracking, FCC)和 费托合成 ( fischer2tropscher synthesis, FTS)等工业反 应一般采用固体流态化技术 ,将原料和催化剂悬置 于流化介质中 ,克服内摩擦力使得物料具备液相特 性而完成反应 [

1 ] . 流化催化剂粉末 (粒度约为 20~ 200μm)主要由大比表面积的载体和高选择催化性 的活性成分组成 [

2 ] ,较典型的为硅酸铝分子筛 FCC 催化剂 [ 3,

4 ] 与Fe2 Cu /SiO2 催化剂 [

5 ] 等. 催化剂颗粒 在流化环境中的有害物理破损统称为磨损 [

6 ] . 磨损 使催化剂粒度减小而带来跑剂、 反应器损伤和产品 污染等问题 [ 6,

7 ] ,而催化剂本身的性能和流化状态 对磨损行为的影响很大. 有关流化颗粒磨损的研究 始于上世纪中期 ,随着石油工业的发展 ,对流化催化 剂的磨损性能研究得到广泛关注并取得进展 ,目前 对其磨损机理和微观磨损过程等问题尚待深入研 究 ,以适应新型催化剂开发、 应用和评价的需求. 本 文对流化催化剂磨损规律与耐磨性测试方法的研究 进展加以介绍.

1 流化催化剂磨损原因 在一定条件下 ,流化催化剂颗粒与反应装置、 流 化介质及其本身构成摩擦副发生磨损 ,所受应力载 荷可归纳为机械应力、 动态应力、 热应力和化学应力 4种[3, 4,

6 ] :机械应力源于一般固相摩擦接触 ;

动态应 力则与颗粒流化状态有关 ,包括流化颗粒间的摩擦 作用、 气流对颗粒的冲蚀作用以及传输和气固分离 时颗粒与器壁的摩擦碰撞作用 ;

热应力包括不同温 度颗粒混合产生的热震应力和受热不均膨胀产生的 张应力 ;

化学应力则指在反应中催化剂内部结构或 表面变化 (如相变 )对颗粒尺寸分布的作用. 前两类 应力所致的物理磨损一直是催化剂磨损研究的重 点 ,而后两类应力所致磨损的研究正日益受到重视. W hitecombe等[8]研究发现 , FCC新鲜剂与平衡剂混 合产生热震应力 ,使富金属表层快速膨胀而从基体 脱落及内含水汽析出. Kalakkad等[9]研究表明 ,沉 积铁基 FT催化剂在活化时发生微米级磨损而生成 α2Fe2 O3 晶粒 ,当α2Fe2 O3 晶粒转化为 Fe3 C时发生 纳米级磨损. Zhao等[5]也发现喷雾干燥所得铁基 FT催化剂在渗碳过程中发生破裂细化为单体颗粒. 流化催化剂在催化反应的过程中 ,表面经历复杂的 温度和结构变化 [