PDF《流化催化剂磨损机制的研究进展》

2 ] ,所以有必要对不同载荷形式所 造成的微观磨损进行深入研究.

2 流化催化剂的磨损机制 流化颗粒的断裂和剥层磨损机制 [ 3, 6,

10 ] 均为脆 性断裂引起的材料去除过程 [

11 ] ,体断裂 ( fragmenta2 tion)由颗粒中径向和中间裂纹扩展引起 ,使颗粒本 身分解成与原尺寸同量级的几个较小部分 ;

剥层磨 损(abrasion /erosion)机制由颗粒中的亚表层裂纹扩 展引起 ,使其表层部分 (包括边角、 坑洼和凸起 )在 摩擦碰撞过程被切削磨去. Cleaver等[12,

13 ] 指出 ,在 原有裂纹和缺陷上发展的断裂机制为脆性 ,新裂纹 基金项目 :中国石油天然气有限公司超前共性项目资助 (W0505082

032 01). 收稿日期 :

20062 022 24;

修回日期 :

20062 062

15 /联系人铭扬 , e2 mail: gmy_milan@163. com 作者简介 :李晓刚 ,男,1963年生 ,教授 ,博士生导师 ,目前主要从事材料腐蚀与防护研究. ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 萌生的断裂机制为半脆性. 材料的磨损形式取决于 颗粒本身特性与流化状态的交互影响. 颗粒经体断 裂磨损后尺寸分布峰向中值区偏移 ,外表球形度下 降而变得粗糙 ;

颗粒经剥层磨损后尺寸出现双峰分 布 ,表面变得规则光滑 ,比表面积减小. 根据相关摩擦学公理 [

14 ] ,摩擦副材料的动态磨 损特性不同于静态特性 ,与其特定介质紧密关联. 研 究表明 ,催化剂颗粒在不同流化体系、 流化床各个区 域以及各磨损阶段的磨损行为不同 [ 10, 15~17 ] ,颗粒与 器壁的撞击速率和角度均影响其磨损机制 [

18 ] . 因此 针对不同体系 ,流化磨损研究应考虑流化参数及颗 粒制备和物化特性的作用. 单一粒度分布的流化催 化剂 (粒度 <

1 mm)磨损率 W 与时间的关系一般可 以采用 Gwyn方程 [ 4,

15 ] 表达为 : W = Kt n (1) 式中 : K和 n分别为应力参数和材料性能的相关常 数 ,该方程反映了流化磨损的时变规律. 流化参数对磨损规律的影响能够通过实验直观 确立 ,而颗粒本身性质带来的磨损效应则需深入考 察微观磨损的产生和发展过程. Bem rose等[6]指出 , 尺寸、 表面粗糙度、 孔隙率、 硬度和裂纹等颗粒本身 因素与外在应力决定其磨损形式 ,断裂将优先在应 力择尤传播通道上的微裂纹尖端发生. 吕毅军等 [

19 ] 提出脆性相 FT催化剂的体断裂磨损取决于裂纹传 播 ,剥层磨损则与表面硬度相关. Boerefijn等[4]研究 表明 , FCC催化剂的耐磨性与其表面粗糙度成反比. 我们对 4种FCC催化剂的耐磨性与颗粒强度的 关系进行了研究 ,所用样品取自中国石油化工科学 研究院和北京三聚环保材料公司 ,基本性能见表 1. 采用喷杯流化磨损试验 ( jet2cup test)考察了催化剂 的耐磨性 ,并测量磨损前后颗粒的粒度分布 ( PSD). 我们将催化剂颗粒与酚醛树脂混合热压制成柱状试 表14种催化剂的基本组成和物理性质 Table

1 Ba sic composition and physical characteristics of four catalysts Catalyst Major composition Pile density/g・mL -

1 Specific surface area /m2 ・g-

1 Size range/μm FP2 DS Al2O3 ,MgO, CeO2 0. 80~0.

90 >

70 28~180 FP2 DN Al2O3 , CuO,La2O3 1. 00~1.

10 >

80 28~180 MLC2

500 Al2O3 , Fe2O3 , ReOx 0.

66 291 28~180 DVR2

2 Al2O3 , Fe2O3 , Re2O3 0.

63 273 28~180 样 ,表面经砂纸打磨和抛光处理后进行纳米压痕测 试 ,采用 MTS Nano Indenter XP型纳米力学探针和 Berkovich三棱压头 ,设定最大压痕深度为