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第1期 吴俊升等：催化裂化催化剂机械强度与磨损行为 ,75. 粒粒径很不均匀 100m 100m 图2催化剂微观形貌照片.(a)KD-DsN:(b)MLC-500 Fig 2 Morphologies of catalysts (a)KDSN:(b)MLC-500 2.2催化剂的机械强度与磨损率 小于MLC-500说明前者一次颗粒黏结强度较差， 由于粒度为几十微米的FCC催化剂是由诸多 所选取的黏结剂和制备条件都不适合制备强度较高 次微米或纳米级单体颗粒（一次颗粒）通过黏结剂 的微球催化剂，由于黏结强度较差，催化剂在高速 结合而成的球形颗粒，因此催化剂的机械强度与一 流化条件下将更容易发生断裂或剥落，造成严重 次颗粒本身的强度和颗粒聚集体的黏结强度有关 磨损， 传统显微硬度测试的压痕在微米尺度，主要反映的 2.3催化剂磨损前后粒度分布变化 是颗粒间的黏结强度.纳米压痕可以在更小的尺度 流态化催化剂颗粒磨损行为主要由两种磨损机 范围内测试材料的力学性能，给出次微米或纳米级 制支配，即断裂机制和剥层机制.Ghardiri等认 一次颗粒本身的强度值[-.通过两种不同尺度量 为，断裂机制指固体颗粒在磨损过程中整体粉碎形 级硬度测试方法相结合，可以较全面地了解催化剂 成与原来尺寸处于同一数量级的几个较小部分的过 颗粒的机械强度和微观结构信息， 程，伴有一定细粉产生；而剥层机制主要指颗粒表层 表2为催化剂样品机械强度和磨损率测试结 (包括边角、坑洼和凸起)在切应力作用下逐渐从基 果.从表中可以看出，DK-DSN催化助剂的纳米硬 体磨去的过程，同时生成大量的细粉和碎屑，两种 度和弹性模量都小于MLC-500.由于纳米压痕测试 磨损机制中哪一个起主要作用取决于颗粒本身特性 的分辨尺度为纳米量级，因此在选定区域内，通过局 与其所处的流化环境条件.研究认为山，颗粒粒 部二维平面内多，点取值后，可以较准确地反映单个 度分布的变化反映了其产生不同磨损机制的倾向， 次微米或纳米级原始一次颗粒的机械强度，测试结 断裂磨损后原有粒度峰下降较大，在粒度高低值区 果说明，DK-DSN催化助剂制备选取的原始物料的 产生明显的双峰分布，而剥层磨损后原有粒度峰主 一次颗粒本身的机械强度较低.由于一次颗粒粒度 要发生水平移动，图3为两种催化剂颗粒磨损前后 较小，其对催化剂磨损的贡献主要体现在一次颗粒 的粒度分布图. 的微观摩擦损耗，磨损产生的粉体也更细小.由 由图3可见，KD-DSN磨损后粒度分布范围明 表2可以看出，KD-DSN助剂的显微硬度值也远 显扩大，粒度较大颗粒所占比例显著下降，且高值粒 表2FCC催化剂机械强度和磨损率测试结果 度峰向低值区移动，表现出混合磨损机制的特征， Table 2 Mechanical strength and attrition rale of the FCC catalysts 其粒度分布与三峰对数正态分布曲线相符合，较 tested 低粒度的两个峰主要由剥层磨损和初级断裂产物的 纳米压痕测试结果 二次断裂形成，相比之下，MLC-500的粒度分布在 显微硬度， 磨损 催化剂 弹性模量， 纳米硬度， 率% 磨损后仍然保持了较窄的单峰粒度分布，只是整体 H,MPa E,GPa H/GPa 向低值区平移了约10m,这表明MLC-500在磨损 KD-DSN 12.20 0.54 366 21.65 实验中主要以剥层磨损为主，表现出良好的耐磨 MLC-500 15.38 0.96 688 0.91 性能第 1期 吴俊升等： 催化裂化催化剂机械强度与磨损行为 粒粒径很不均匀． 图 2 催化剂微观形貌照片．（ａ） ＫＤ--ＤＳＮ；（ｂ） ＭＬＣ--500 Ｆｉｇ．2 Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｃａｔａｌｙｓｔｓ：（ａ） ＫＤ-ＤＳＮ；（ｂ） ＭＬＣ-500 2∙2 催化剂的机械强度与磨损率 由于粒度为几十微米的 ＦＣＣ催化剂是由诸多 次微米或纳米级单体颗粒 （一次颗粒 ）通过黏结剂 结合而成的球形颗粒因此催化剂的机械强度与一 次颗粒本身的强度和颗粒聚集体的黏结强度有关． 传统显微硬度测试的压痕在微米尺度主要反映的 是颗粒间的黏结强度．纳米压痕可以在更小的尺度 范围内测试材料的力学性能给出次微米或纳米级 一次颗粒本身的强度值 ［9--10］．通过两种不同尺度量 级硬度测试方法相结合可以较全面地了解催化剂 颗粒的机械强度和微观结构信息． 表 2为催化剂样品机械强度和磨损率测试结 果．从表中可以看出ＤＫ--ＤＳＮ催化助剂的纳米硬 度和弹性模量都小于 ＭＬＣ--500．由于纳米压痕测试 的分辨尺度为纳米量级因此在选定区域内通过局 部二维平面内多点取值后可以较准确地反映单个 次微米或纳米级原始一次颗粒的机械强度．测试结 果说明ＤＫ--ＤＳＮ催化助剂制备选取的原始物料的 一次颗粒本身的机械强度较低．由于一次颗粒粒度 较小其对催化剂磨损的贡献主要体现在一次颗粒 的微观摩擦损耗磨损产生的粉体也更细小．由 表2可以看出ＫＤ--ＤＳＮ助剂的显微硬度值也远 表 2 ＦＣＣ催化剂机械强度和磨损率测试结果 Ｔａｂｌｅ2 ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄａｔｔｒｉｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅＦＣＣｃａｔａｌｙｓｔｓ ｔｅｓｔｅｄ 催化剂 纳米压痕测试结果 弹性模量 Ｅｒ／ＧＰａ 纳米硬度 Ｈ／ＧＰａ 显微硬度 Ｈｖ／ＭＰａ 磨损 率／％ ＫＤ--ＤＳＮ 12∙20 0∙54 366 21∙65 ＭＬＣ--500 15∙38 0∙96 688 0∙91 小于 ＭＬＣ--500说明前者一次颗粒黏结强度较差 所选取的黏结剂和制备条件都不适合制备强度较高 的微球催化剂．由于黏结强度较差催化剂在高速 流化条件下将更容易发生断裂或剥落造成严重 磨损． 2∙3 催化剂磨损前后粒度分布变化 流态化催化剂颗粒磨损行为主要由两种磨损机 制支配即断裂机制和剥层机制．Ｇｈａｒｄｉｒｉ等 ［6］认 为断裂机制指固体颗粒在磨损过程中整体粉碎形 成与原来尺寸处于同一数量级的几个较小部分的过 程伴有一定细粉产生；而剥层机制主要指颗粒表层 （包括边角、坑洼和凸起 ）在切应力作用下逐渐从基 体磨去的过程同时生成大量的细粉和碎屑．两种 磨损机制中哪一个起主要作用取决于颗粒本身特性 与其所处的流化环境条件．研究认为 ［611］颗粒粒 度分布的变化反映了其产生不同磨损机制的倾向 断裂磨损后原有粒度峰下降较大在粒度高低值区 产生明显的双峰分布而剥层磨损后原有粒度峰主 要发生水平移动．图 3为两种催化剂颗粒磨损前后 的粒度分布图． 由图 3可见ＫＤ--ＤＳＮ磨损后粒度分布范围明 显扩大粒度较大颗粒所占比例显著下降且高值粒 度峰向低值区移动表现出混合磨损机制的特征． 其粒度分布与三峰对数--正态分布曲线相符合较 低粒度的两个峰主要由剥层磨损和初级断裂产物的 二次断裂形成．相比之下ＭＬＣ--500的粒度分布在 磨损后仍然保持了较窄的单峰粒度分布只是整体 向低值区平移了约 10μｍ这表明 ＭＬＣ--500在磨损 实验中主要以剥层磨损为主表现出良好的耐磨 性能． ·75·