催化剂的性能参数之催化稳定性

虽然按照催化剂的定义是催化剂并不会在化学反应过程中被消耗掉，反应前后催化剂仍能维持原来的化学状态，且能继续起到催化作用。但在实际过程中不能无限次的使用，催化剂经过多次使用后会失活，因为催化剂在一定温度、压力和化学反应作用下会发生一系列的物理和化学变化，如催化剂破碎、晶格形变、孔结构和比表面积变化、活性组分流失、活性位被覆盖以及反应产物在表面上结焦或积炭等。催化稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况，可用于衡量催化剂保持活性和选择性的能力，常使用使用寿命、循环次数、热分解温度、耐酸碱性和机械强度等参数。其中催化剂寿命是指在使用条件下，维持一定活性水平的时间（单程寿命）或每次活性下降后经再生而又恢复到要求的活性水平的累计时间（总寿命）；寿命是对催化剂稳定性的总括描述。测试一种催化剂的活性和选择性费时不多，而要了解其稳定性则需要花费大量时间。

对于工业催化而言，稳定性是至关重要的。催化剂的稳定性主要包括：

①化学稳定性：催化剂的化学组成与化学状态在催化过程中稳定，活性组分与助剂不发生反应或流失，当然针对特定的催化环境，要求催化剂能够耐碱、耐酸或耐强氧化性等。

②耐热稳定性：催化剂在催化过程中不发生烧结、微晶长大和晶相转变等变化；一种良好的催化剂，应能在高温苛刻的反应条件下长期具有一定水平的活性。大多数催化剂都有使用极限温度，超过一定范围活性就会降低，甚至完全失活。衡量催化剂的热稳定性，是将使用温度开始逐渐升温，记录催化剂能忍受多高的温度和维持多长时间而活性不变，耐热温度越高、时间越长，则催化剂的寿命越长。

③抗毒稳定性：催化剂抗吸附活性毒物失活的能力称为抗毒稳定性，这些毒物泛指含硫、磷、卤素和砷等化合物，可能是原料中的杂质，也可能是反应中产生的副产物或中间化合物；各种催化剂对各种有害杂质有着不同的抗毒性，同一种催化剂对同一种杂质在不同的反应条件下也有不同的抗毒能力。衡量催化剂抗毒稳定性的标准有以下几条：在反应气中加入一定量的有关毒物，使催化剂中毒后，再用纯净的原料气进行测试，观察其活性和选择性保留的程度；在反应气中逐量加入有关毒物，至活性和选择性维持在给定的水平，观察毒物的高允许浓度；将中毒后的催化剂通过再生处理，观察其活性和选择性能否恢复及其恢复的程度。

④机械稳定性：催化剂抗摩擦、冲击和重力作用的能力称为机械稳定性，其决定了催化剂使用过程中的破碎和磨损。机械稳定性高的催化剂能够经受得住颗粒与颗粒之间、颗粒与流体之间以及颗粒与器壁之间的摩擦。

催化剂在使用过程中，效率会逐渐下降，影响催化过程的进行。例如因催化活性或选择性下降，以及因催化剂粉碎而引起床层压力降增加等，均导致生产过程的经济效益降低，甚至无法正常运行。引起催化剂效率衰减而缩短其寿命的原因很多，主要有：原料中杂质的毒化作用；高温时的热作用使催化剂中活性组分的晶粒增大，从而导致比表面积减小，或者引起催化剂变质；反应原料中的尘埃或反应过程中生成的炭沉积物覆盖了催化剂表面；催化剂中的有效成分在反应过程中流失；强烈的热冲击或压力起伏使催化剂颗粒破碎；反应物流体的冲刷使催化剂粉化吹失等。

    催化反应过程中，因以上叙述的多种原因可使催化剂的活性和选择性下降，若采取适当措施可以保持催化剂的稳定性，使其有足够长的寿命。如催化剂中加入某些助剂可以提高活性结构的稳定性和催化剂的导热性；纯化反应物料以避免催化剂中毒；提高催化剂的机械强度以减少催化剂的磨损、破碎以及合理的再生等措施。