工业催化剂是如何研制的？（1）——催化剂的性能要求

写在前面

现代化工工业过程离不开催化剂的生产和使用，据统计，90%以上的化工工业均需要催化剂的使用，否则将无法高效进行。催化剂，指的是一种能够加快反应速率，但自身结构组成不发生任何变化的化学物质。但这只是一种表面的，肤浅的认识，要深入了解催化剂的反应机理，工作情况，还需要对其电子结构调控，物相调控，不同组分相互作用协同有深入的认知。

今天，我们将开设一个专题，为大家解读工业催化剂是如何研制的。今天带来第一部分内容，首先是工业上对催化剂使用的具体要求。

工业催化剂的使用要求

1. 第一个指标是活性，也是催化剂最重要的指标。其反映的是工业催化剂在实验室模拟条件下促进原料转化的能力。通常是用摩尔每克每小时来衡量，即单位质量催化剂单位时间内所转化的反应物的量。但在具体的应用情况下，其指标可能稍微发生改变，如在催化重整催化剂活性衡量的评价上， 会以直馏石脑油催化重整后所得的芳烃产率来表示该指标。
2. 第二个指标是选择性，评价的是催化剂在促进反应过程中，能使得多少原料转化为目的产品。例如在轻油或重油裂化的过程中，产品产物可能会有很多种如汽油，干气，焦炭等。汽油作为主产物，其产量自然是越多越好。而汽油占总产物的比例则是汽油产物的选择性。
3. 寿命或稳定性。需要注意的是，在工业生产中，产品的制备往往是24小时不停机，例如在传统能源煤炭加工车间，工人们通常采用两班倒或三班倒的方式，停机造成的电能损耗，生产线的中断损耗是巨大的。在催化过程中，催化剂的稳定性就显得尤为重要。一般工业用催化剂稳定性往往要上千小时以上。寿命一般以小时表示。也有些环节采用加工质量产品所消耗催化剂的多少来表示。
4. 形状与大小。根据催化过程中反应器的不同，催化剂的形状也大小各异，同时形状的差异也会带来性能巨大的改变。因其可能对反应物或产物的扩散造成影响，进而影响其产率或选择性。根据不同的使用条件，可以把催化剂做成不同的形状加以使用。如在移动床催化裂化装置中所使用的催化剂一般为小球，这有利于催化剂在反应器中的移动，也便于催化剂的输送，减小其磨损造成的损耗。

5. 机械强度。除了上述要求外，催化剂的机械强度也是重要的指标。因其化学反应往往在高温高压条件下进行，天然要求催化剂要承受足够的自重和外界所带来的压力。同时还要承受不同催化剂之间碰撞所可能带来的磨损，即抗磨损强度要较高。

6. 化学组成。化学组成即催化剂的结构信息。是以上反应性能的基础。不同组分之间的比例结构，直接影响反应的效率。

7. 比表面积与孔体积。比表面积越大， 孔体积越大，则反应物与催化剂的接触会越多，进而使得其性能越好，毋庸置疑。

总结

综上所述，一个良好的工业催化剂，要具有良好的活性，选择性和寿命的同时，还需要有形状，颗粒大小和分布，机械强度，以及一定的化学组成和孔结构的要求。因此，催化剂的设计是至关重要，也极其复杂，同时也是附加值极高的一个工艺。