催化剂成型方法

王静(新疆化工设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐市 830000)

成型手艺早在窑业制作陶器时代就已经广泛采用，时至今日，这项古老的传统工艺已经在很多其他行业都涉及到，例如医药、催化剂、建筑材料等。运用成型加工技术，将催化剂进行成型，使其具备一定的形状增加颗粒粒径，可以减少分离成本，从而促使了工业化大规模开发应用。

为使催化剂具有适宜的形状、大小和机械强度从而适用于催化反应和催化装置，通过加工成型可以得到符合反应和装置的催化剂，并且成型的催化剂具有一定的催化活性和选择性，可以延长使用寿命。常见的催化剂成型方法有压缩成型、挤条成型、转动成型、喷雾成型等。

1 压缩成型

工业上应用最早也最普遍的成型方法就是压缩成型。压缩成型是将催化剂和载体等物质放入一定体积和形状的模子中，通过压缩而制得成型催化剂。压缩成型可以获得质量均匀，堆密度较高、强度好的催化剂。

李凯等以适量甲基纤维素、硅溶胶和偏钛酸为原料，采用压缩成型的方法制备TiO2成型载体，考察了影响成型载体性能的因素，发现成型压力影响成型裁体TiO2的抗压强度，压力的增加使抗压强度提高，但是会造成载体孔容和比表面积的下降；添加造孔剂对提高载体的比表面积和孔容有利；硅溶胶的加入不仅提高了载体的热稳定性，还提高了载体的抗压强度；焙烧温度的升高也能够提高载体抗压强度，当焙烧温度超过700℃时，锐钛型晶型结构的载体逐渐转变为金红石型。压缩成型的缺点是过程中压片机的磨损较大。

2 挤条成型

挤条成型是将催化剂粉体与适量的水混合后，将湿物料加入带有多孔金属网或模头的挤条机中，粉料被挤压入模头的孔中，并以不同形状的挤出物挤出，在离模面一定距离的模头外部装有刀片，将挤出物切出所需的长度。挤条成型法能够得到直径固定、长度分布较广的成型催化剂产品，是常用的一种成型方法。

专利CN1095645A以硅酸钠、硅溶胶等含硅物质作为粘合剂，硝酸盐作为胶凝剂，通过挤条成型方法将改性分子筛制备成合成二甲胺的成型催化剂；成型过程中添加的粘合剂、胶溶剂等物质在改性前、改性过程和改性后都可以添加与之成型，此成型催化剂不仅具有一定的强度和选择性，还降低了二甲胺的生产成本。

挤条成型的优点是只要换孔板就能够制备出各种形状尺寸要求的催化剂，生产能力大，成本花费低，可进行连续化生产；其缺点是对成型的技术要求高，还需根据具体的物理特性和反应类型不断的实验以此来确定成型的最佳条件。

3 喷雾成型

在近百年的历史中，喷雾干燥技术广泛被应用与食品、医药、染料、合成洗涤剂、催化剂等工业来制取颗粒状产品。喷雾成型被用于制备微球状的催化裂解催化剂(FCC)[-]、TS-1分子筛[]等。所谓喷雾干燥，即将喷雾和干燥相结合。喷雾是利用雾化器将原料浆液喷洒成极细小的雾状小液滴；干燥则是利用热空气和雾滴进行热交换和质交换使水分得以蒸发的过程。利用喷雾成型可以制得微球形的载体或催化剂。

苏建明等采用喷雾成型法制备了催化裂化催化剂(FCC),该催化剂具有成本低廉、催化裂解活性高、抗重金属能力强等优点。专利CN1438297A[]中，将分子筛、含锆或镁的改性纳米氧化铝、硅酸铝粘土与无机氧化物粘土混合打浆，喷雾成型制备出半合成烃类转化催化剂，不仅提高了耐磨性，还改善了裂化反应的选择性。

喷雾成型的优点是操作工艺可调、干燥速率快、产品纯度高，解决了原粉难以回收的问题。缺点是成型颗粒太小，不适合用于固定床反应器；用于流化床反应器催化剂损失率高，成本较大；物料消耗大。

4 原位负载成型法

Peter Birke等在模板剂四丙基氢氧化铵的存在下，将TiOCl2或Ti(OC2H5)4的钛源与Si(OC2H5)2的硅源充分混合均匀后，沉积在TiO2、SiO2等金属氧化物上，将其在150-200℃下反应78-240h，从而制得负载型催化剂。虽然这种方法可以降低成本，增加催化剂粒度大小，但是采用的金属氧化物颗粒细小，制备出的催化剂需要进一步成型才能投入使用。Lubomira Tosheva等人在水热的条件下将硅负载在离子交换树脂，在负载的过程中可以使用单级程序即只在100℃或165℃下加热，也可采用两步程序即先在100℃下加热，然后在165℃下加热。通过对制备的微球状催化剂进行表征后发现，采用两步程序加热效果更好。

原位负载成型方法中载体良好的传热功能可以防止活性位点由于温度过高导致的失活；提高反应物的转化率，增加产物的选择性；降低成本，解决原粉分离困难等问题。缺点是需要选择具有高比表面积和适当孔结构的载体，以免发生副反应；负载在载体上的涂层不稳定，易脱落使催化剂失活，堵塞床层。

5 其他成型方法

催化剂的成型方法除了上述四种外，还有油中成型法、喷动成型、蜂窝型催化剂成型、纤维催化剂成型。CN103041851A采用烃-氨柱成型方法，加入粘合剂硅溶胶、扩孔剂活性碳纤维、强度助剂硼酸；扩孔剂的加入使孔结构发生改变，有利于传热和传质，防止了二次副反应的发生和散热差导致的烧结；强度助剂硼酸的加入使成型TS-1在运输、装填、流动过程中的破损减少，延长了催化剂的使用寿命。

6 结语

工业中小颗粒催化剂虽然活性和强度较好，但是由于颗粒太小增加了分离成本，通过合适的催化剂成型方法可以得到活性和强度较好的催化剂，从而促进小颗粒催化剂的广泛工业应用。

[1]朱洪法,刘丽芝.催化剂制备及应用技术[M],北京:中国石化出版社，2011.