探讨如何稳定雷尼合金（铝镍）催化剂活性以提升化工产品品质

探讨如何稳定雷尼合金（铝镍）催化剂活性以提升化工产品品质

1 概述

现代化工生产中，催化剂的使用大大提高了化工产品的质量和生产规模，因此催化剂的研究已成为化工技术中一门重要的学科。BDO（1,4-丁二醇）装置和BYD（1,4-丁炔二醇）加氢装置均采用雷尼合金（铝镍）催化剂。在BYD加氢反应中，反应物H2和BYD分别送入反应器R8201和R8202，在雷尼合金（铝镍）催化剂作用下，BYD加氢得到BDO。在雷尼合金（铝镍）催化剂的使用过程中，催化剂的活性对BYD加氢产品BDO的产品质量有很大的影响，因此本文主要针对雷尼合金（铝镍）催化剂在使用过程中如何稳定其活性进行探讨。

雷尼合金（铝镍）催化剂简称雷尼镍，雷尼镍是一种由镍铝合金组成的细颗粒固体催化剂，广泛应用于许多工业生产中。

2 雷尼合金（铝镍）催化剂的活化

雷尼镍使用前需浸泡在25%氢氧化钠溶液中，此方法称为“活化”，可溶解合金外的大部分铝，反应方程式如下：

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

催化剂中的铝在NaOH中浸泡后发生反应，形成多孔结构，这种多孔结构具有较大的反应接触面积，可以赋予BYD加氢较高的催化活性。需要注意的是，活化所用的NaOH溶液必须保持较高的浓度，否则会产生Al(OH)3沉淀堵塞孔隙，降低催化剂的表面积，严重影响雷尼镍在BYD加氢中的活性。但过量脱铝会降低催化剂的强度，降低热强度，并且会导致催化剂在使用过程中粉化，增大反应器内的压差，降低H2的流动性，使BYD加氢反应的副产物增多。另外，残留的铝对镍有给电子作用，趋向于扩散到催化剂表面，铝的优先氧化对镍有保护作用。典型的催化剂中镍约占85%（质量分数），相当于每两个镍原子对应一个铝原子。 铝有利于保持孔结构，有助于催化剂整体的稳定。为了提高催化剂的稳定性和活性，在催化剂生产中还常常加入其它金属元素，以提高催化剂的骨架强度和操作过程中的稳定性，如锌或铬等。合金的成分对催化剂的结构和性能有很大的影响。在雷尼镍催化剂中，镍和铝合金实际上是几种金属的化合物，俗称固溶体，其主要成分为NiAl3、NiAl、NiAl2等。不同的固溶体在碱中的溶解速度有明显的不同，一般来说溶解速度为NiAl3>>NiAl>NiAl2，后两者几乎不溶。所以前两种成分的量直接影响骨架Ni催化剂的活性。

3 pH对催化剂活性的影响

在实际BYD加氢生产中，进入反应器的BYD的pH值应保持在7.5-8.5之间，如果pH值低于此范围，可能会造成催化剂骨架中的铝溶解，引起催化剂粉化，导致加氢不良，生成的BDO纯度低，TBA等杂质含量高。同时，加氢不良还可能由于通过催化剂床层的氢气量不足而引起。

4 反应器温度对催化剂活性的影响

催化剂在使用过程中，随着反应时间的增加，催化剂的活性会逐渐降低。实际生产过程中，会逐步提高反应温度来提高催化剂的活性。由铝镍二元相图可知，当反应温度低于400℃，Ni原子含量高于75%时，催化剂主要以NiAl3和Ni的形式存在。因此，催化剂在使用过程中温度不宜过高，否则催化剂骨架会坍塌，导致催化剂失活！在英伟达公司的BDO生产过程中，当进入反应器的BYD浓度达到57%时，反应器会产生490℃的绝热温升，但反应器热点温度不能超过145℃，否则催化剂骨架会坍塌。因此设定冷却循环流量与进料量之比为13:1。

5 毒物对催化剂的影响

催化剂在使用过程中，铜离子对催化剂的影响最大，如果进入反应器的BYD材料中铜离子含量较高，催化剂就会中毒，失去活性。这是因为在金属活性序列中，铜离子会被铝还原为单体状态，导致催化剂骨架坍塌。另外，铜会堵塞催化剂孔隙，降低催化剂的比表面积，阻碍氢气与BYD在催化剂表面的反应，增加杂质。甲醛CH2O也会使催化剂中毒，但中毒机理尚不明确。

六，结论

雷尼镍催化剂在BYD加氢生产BDO工艺中起着很大的作用，保持雷尼镍催化剂的活性对BDO装置经济性意义重大。实际工艺中应根据具体生产情况选择具体的反应条件，并随时调整。据天华BDO装置介绍，催化剂活化十分重要，催化剂活化过程中如果脱铝过多或过少，都会对催化剂的活性产生不可逆的影响。活化应严格按照工艺包供应商和催化剂供应商提供的数据进行，当脱铝量达到25%时应停止活化，并严格进行漂洗工艺，消除NaOH的影响。生产过程中，对BYD进料的pH值进行分析也很重要，当pH值限制在7.5-8.5时，铜离子会与OH-结合生成CuOH沉淀，可除去铜离子，消除催化剂中毒。 催化剂使用过程中，应根据分析结果适当调节反应器的温度，但不能超过145℃，否则催化剂会粉化。