第2章　结构基体、结构催化剂和结构反应器

2.1　引言

随着催化过程在其他工业领域中的应用，特别是环境保护工业中污染物的消除，催化剂的形状在向结构催化剂的方向发展。硝酸生产中的氨氧化过程（短接触时间快速反应）催化剂是最早使用的结构催化剂——贵金属丝网。在20世纪70年代末80年代初，中科院山西煤化所开发出用于气体净化（氮气或氢气中微量氧的脱除，也是短接触时间快速反应）的贵金属/碳纤维结构催化剂，获1981年国家发明三等奖。同时把纤维结构催化剂试验用于其他短接触时间快速反应，如裂解汽油加氢反应，效果也很好。但遗憾的是，没有解决好纤维催化剂在反应器中的装填问题，产业化的路没有走完。随着汽车尾气净化蜂窝状三效催化剂的成功应用，结构催化剂逐渐显示出其特有的优良特征，在其他催化领域中的应用不断涌现。

结构催化剂（反应器）首先是为满足消除环境污染物而发展的，因为它们能够满足污染物消除反应特有的本质特征。对污染物流的参数，消除它的环境催化剂（反应器）是不能够自由控制的，而是由上游产生污染物的企业操作确定的。环境催化剂（反应器）只能被动适应，因此给环境催化剂和反应器带来一些特殊要求。其次，下游的环境催化过程不能够给上游过程的性能产生负面影响，例如环境催化剂（反应器）的过高压力降会影响上游装置的性能。第三，污染物浓度一般很低，而污染物流量一般都是非常大的，而且其温度一般都要低于环境催化剂的活性温度范围，因此对环境催化剂提出的要求是，在气流温度下就需要具有高催化活性和选择性，这显然也是受上游装置控制的一个因素。第四，污染物流因上游装置操作的波动而常常发生变化，这要求环境催化过程对温度、流量、浓度甚至压力的变化有极强的忍耐能力，显然，现有的在化学工业中应用的常规催化剂（反应器）是难以满足这些要求的。为此，结构催化剂（反应器）应运而生，以满足环境催化过程的这些要求。但结构催化剂（反应器）是随着常规反应器结构内构件的发展而出现的。这一章从讨论结构内构件开始，详细介绍各种结构催化剂（反应器）。