第2章　結(jié)構(gòu)基體、結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器

2.1　引言

隨著催化過程在其他工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是環(huán)境保護(hù)工業(yè)中污染物的消除，催化劑的形狀在向結(jié)構(gòu)催化劑的方向發(fā)展。硝酸生產(chǎn)中的氨氧化過程（短接觸時(shí)間快速反應(yīng)）催化劑是最早使用的結(jié)構(gòu)催化劑——貴金屬絲網(wǎng)。在20世紀(jì)70年代末80年代初，中科院山西煤化所開發(fā)出用于氣體凈化（氮?dú)饣驓錃庵形⒘垦醯拿摮彩嵌探佑|時(shí)間快速反應(yīng)）的貴金屬/碳纖維結(jié)構(gòu)催化劑，獲1981年國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)。同時(shí)把纖維結(jié)構(gòu)催化劑試驗(yàn)用于其他短接觸時(shí)間快速反應(yīng)，如裂解汽油加氫反應(yīng)，效果也很好。但遺憾的是，沒有解決好纖維催化劑在反應(yīng)器中的裝填問題，產(chǎn)業(yè)化的路沒有走完。隨著汽車尾氣凈化蜂窩狀三效催化劑的成功應(yīng)用，結(jié)構(gòu)催化劑逐漸顯示出其特有的優(yōu)良特征，在其他催化領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)催化劑（反應(yīng)器）首先是為滿足消除環(huán)境污染物而發(fā)展的，因?yàn)樗鼈兡軌驖M足污染物消除反應(yīng)特有的本質(zhì)特征。對(duì)污染物流的參數(shù)，消除它的環(huán)境催化劑（反應(yīng)器）是不能夠自由控制的，而是由上游產(chǎn)生污染物的企業(yè)操作確定的。環(huán)境催化劑（反應(yīng)器）只能被動(dòng)適應(yīng)，因此給環(huán)境催化劑和反應(yīng)器帶來一些特殊要求。其次，下游的環(huán)境催化過程不能夠給上游過程的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，例如環(huán)境催化劑（反應(yīng)器）的過高壓力降會(huì)影響上游裝置的性能。第三，污染物濃度一般很低，而污染物流量一般都是非常大的，而且其溫度一般都要低于環(huán)境催化劑的活性溫度范圍，因此對(duì)環(huán)境催化劑提出的要求是，在氣流溫度下就需要具有高催化活性和選擇性，這顯然也是受上游裝置控制的一個(gè)因素。第四，污染物流因上游裝置操作的波動(dòng)而常常發(fā)生變化，這要求環(huán)境催化過程對(duì)溫度、流量、濃度甚至壓力的變化有極強(qiáng)的忍耐能力，顯然，現(xiàn)有的在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用的常規(guī)催化劑（反應(yīng)器）是難以滿足這些要求的。為此，結(jié)構(gòu)催化劑（反應(yīng)器）應(yīng)運(yùn)而生，以滿足環(huán)境催化過程的這些要求。但結(jié)構(gòu)催化劑（反應(yīng)器）是隨著常規(guī)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件的發(fā)展而出現(xiàn)的。這一章從討論結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件開始，詳細(xì)介紹各種結(jié)構(gòu)催化劑（反應(yīng)器）。