甲醛催化劑的性能是影響化學反應的重要因素,其性能的優劣直接關系到生產效益的好壞。對催化劑的要求是: 具有高的催化活性、良好的選擇性、較強的機械強度、較好的熱穩定性、一定的抗毒化能力、本身損耗少且容易再生。
我國甲醛工業始建于 20 世紀 50 年代的上海溶劑廠, 當時采用蘇聯技術, 用浮石銀作為催化劑, 系統壓 力低于常壓 , 氧化溫度 650 ̄750 ℃, 甲醛通過用水稀釋后進入蒸發器進行蒸發, 不加配料蒸氣的生產工藝。隨著我國聚甲醛樹脂和烯醛法合成橡膠新工藝的開發成功,20 世紀 60 年代中期對甲醛水溶液的濃度提出了新的要求, 甲醛生產開始使用鐵鉬氧化物催化劑, 最早在吉林石井溝聯合化工廠、天津第二石油化工廠、河南安陽塑料廠等廠家率先使用。1977 年, 我國復旦大學化學系與上海溶劑廠共同開發, 試制成功新一代甲醛催化劑———電解銀。該催化劑具有活性高、選擇性好、單耗低、制作方便、無污染的特點, 其制備工藝一直沿用至今。進入 21 世紀以后, 各甲醛生產廠家紛紛提高了氧化反應器的生產能力, 突破了傳統的設計產能, 對催化劑的壽命、活性、抗毒化等性能提出了更高的要求。
1 催化劑性能差異和制作工藝
1.1浮石銀和改良浮石銀催化劑
浮石銀法甲醛工藝屬氣- 固多相催化反應。浮石銀以天然浮石為載體, 經初選、酸洗及水洗后, 去除密度大、空隙少的不合格浮石; 經破碎, 篩選出 φ3 ̄7 mm 的不規則球形顆粒, 在馬弗爐中控制溫度約 350 ̄400 ℃, 焙燒去除水份和雜質經 1 ̄2 h后取出待用。配制 12% ̄13%的
agno3水溶液, 將處理合格的浮石完全浸泡,充分混合攪拌, 逐步加熱使 agno3 溶液緩慢蒸干,等 agno3 浸漬到浮石中, 再用馬弗爐將其烘干,控制溫度在 500 ̄550 ℃促使 agno3 分解, 最后升溫至 700 ̄750 ℃進行熱定型, 保溫 2 h 后取出,自然冷卻至室溫備用。這樣制得的浮石銀含活性組分銀的質量分數只有 35% ̄42%。該催化劑因為在制備過程中 agno3 會分解產生氮氧化物等有害氣體;使用硝酸進行酸處理過程中,易灼傷人;催化劑再生后活性遞減,生產中轉化率低;甲醇物料消耗高等被逐步淘汰,目前只有個別使用粗甲醇做原料的廠家仍在使用。
浮石銀催化劑具有抗毒化能力強, 對溫度適應寬, 制備過程中靈活加入其它活性元素, 如助催化劑等, 以改善催化劑的性能。經過這些措施制備出來的催化劑稱之為改良浮石銀。
1.2 鐵鉬氧化物催化劑
我國采用鐵鉬法生產甲醛,雖在20世紀60年代已經開始使用,但技術進展緩慢。由于催化劑性能和工藝控制問題,生產水平較低,直到 20世紀90年代引進國外成套設備技術后,才改變了我國 “鐵鉬法”甲醛生產水平不如 “銀法”的狀況。
鐵鉬法屬甲醇單純氧化制甲醛工藝,在空氣過量的情況下進行,甲醛幾乎全部被氧化(體積分數為 94%左右)。該催化劑是一種鐵和鉬氧化物的混合物, 以片狀、球型或者顆粒形式裝入管式氧化器列管中, 開工時由管間的導熱油循環加熱到 260 ℃, 氧化反應發生后由導熱油撤熱; 裝置運行相當穩定, 性能重現性非常好, 抗毒化性優良。因在較低的溫度下(300 ̄380 ℃) 進行反應,減少了副反應的產生, 具有較高的選擇性, 反應產物可不通過精餾, 直接獲得低醇的 55%左右的甲醛。由于催化劑裝填在列管內, 能夠很好地把握床層的均勻度, 不會出現裂縫、翻身等現象,故催化劑的壽命長達 1 年以上。
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