石油化工催化劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

王強(qiáng)(中石化中原石油工程技術(shù)有限責(zé)任公司塔里木分公司 新疆 庫爾勒 841000)

催化劑作為一種可以加快或者減慢某種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而自身反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)并不發(fā)生改變的物質(zhì)。自從二十世紀(jì)三十年代工業(yè)催化劑開始萌芽，到現(xiàn)在經(jīng)歷了近80年的蓬勃發(fā)展，工業(yè)催化劑得到了質(zhì)的飛躍。催化劑在石油化工領(lǐng)域得到了非常大的應(yīng)用，同時(shí)也經(jīng)歷著新世紀(jì)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文將從石油化工催化劑的種類、應(yīng)用，目前石油化工催化劑的研究進(jìn)展以及未來石油化工催化劑的發(fā)展趨勢(shì)幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)的論述。

一、石油化工催化劑的種類、應(yīng)用

1.石油化工催化劑的種類

根據(jù)催化劑在化學(xué)反應(yīng)過程中的作用的不同，將其分為：氧化型、加氫型、氫甲?；⒚摎湫鸵约熬酆闲瓦@五大類主要常用催化劑[1]。除此之外，仍有歧化催化劑、烷基化催化劑、脫水、水合催化劑等。其中的氧化型催化劑在化工中主要采用具有高度選擇性的氧化催化劑，選擇性氧化催化劑又分為液態(tài)型氧化催化劑以及氣固型氧化催化劑兩大類。

2.石油化工催化劑的應(yīng)用

催化劑在石油化工產(chǎn)業(yè)中具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)90%以上的化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中都需要使用催化劑，而催化劑的每一次變革必然導(dǎo)致石油產(chǎn)業(yè)的震動(dòng)。在1930-1980年期間時(shí)催化劑化工時(shí)代的黃金期，同時(shí)也帶動(dòng)了石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前石油化工催化劑主要應(yīng)用于合成氨及合成甲醇催化劑，石油煉制及合成燃料工業(yè)催化劑，基礎(chǔ)無機(jī)化學(xué)用工業(yè)催化劑，基本有機(jī)合成用工業(yè)催化劑，三大合成材料用工業(yè)催化劑，精細(xì)化工及專業(yè)化學(xué)品中的催化劑等。

二、目前石油化工催化劑的研究進(jìn)展

隨著科技、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油化工催化劑的技藝和理論也得到了空前的發(fā)展。同時(shí)，人們對(duì)于石油的需求與日俱增也刺激石油的不斷改革，人們對(duì)催化劑的質(zhì)量也提出了更高的要求。下面，通過舉例，簡(jiǎn)要介紹幾種主要石油化工催化劑的研究進(jìn)展。

1.烯烴類催化劑

烯烴類催化劑在石油化工應(yīng)用的主要是乙烯和丙烯催化劑。乙烯與丙烯是多種有機(jī)化合物合成的基礎(chǔ)，在化工產(chǎn)業(yè)中占有重要的地位。傳統(tǒng)的烯烴類裂解技術(shù)經(jīng)過研發(fā)，現(xiàn)如今已經(jīng)有成熟的、高效率的裂解工藝，并且向著更加高效、節(jié)能的催化劑方向發(fā)展。烴類裂解催化劑是將高分子量的烴類裂解為小分子量的乙烯、丙烯，目前采用的改進(jìn)的ZSM-5和分子篩技術(shù)，可以將來自蒸汽的高級(jí)烴類裂解為乙烯、丙烯等，此項(xiàng)技術(shù)節(jié)省了能力消耗、增加了效率。中國石化研究所已經(jīng)開發(fā)出不用稀釋劑，采用高真空的技術(shù)將高級(jí)的烯烴類裂解為丙烯等。

2.甲苯類催化劑、苯乙烯催化劑

目前采用的歧化以及烷基轉(zhuǎn)移催化劑可以將甲苯轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求量逐年增加的二甲苯，這項(xiàng)技術(shù)滿足了二甲苯的供應(yīng)。然而傳統(tǒng)的非選擇性催化技術(shù)限制了二甲苯的大量、高效生產(chǎn)，因此高選擇性催化技術(shù)近些年得到了廣大的研發(fā)，并且已經(jīng)應(yīng)用到了生產(chǎn)中。

苯乙烯催化劑在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中只是苯的直接脫氫，而如今生產(chǎn)工藝已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。原先應(yīng)用的催化劑主要成分是三氧化二鐵，K2O為助催化劑，還有其他的成分如鉻等。隨著發(fā)展，鉻等有毒成分已經(jīng)去除，K的成分也減少了，為了防止K的流失，而催化劑的使用壽命大大增加。國外又開發(fā)了新的研究方向，如改變催化劑的物理性狀、增加Fe與K的相互結(jié)合、改變K的分布等。

3.環(huán)氧乙烷催化劑

環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，傳統(tǒng)多采用乙烯在Ag作為催化劑的作用下直接生成，因此需要大量的乙烯，因此，研發(fā)出高活性的催化劑顯得非常必要。通過近幾年的研究，已經(jīng)掌握了研發(fā)高活性、高選擇性的Ag催化劑。高活性和選擇性的YS-8810催化劑的生產(chǎn)，標(biāo)志著中國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高活性Ag催化劑的誕生[2]。

三、石油化工催化劑的發(fā)展趨勢(shì)

1.綠色節(jié)能、低碳催化劑

石油產(chǎn)業(yè)是耗能大，排碳多的產(chǎn)業(yè)，每年有大量的能源被消耗，同時(shí)也對(duì)破壞了環(huán)境。發(fā)展綠的節(jié)能、低碳催化劑，在加快反應(yīng)的同時(shí)，有減少了化學(xué)反應(yīng)所消耗的能量，同時(shí)降低了反應(yīng)過程中碳的排放，代表物質(zhì)為甲基丙烯酸甲酯和環(huán)氧丙烷兩種物質(zhì)的生產(chǎn)。 前者在傳統(tǒng)催化劑的作用下，產(chǎn)生了大量的腐蝕性副產(chǎn)物，副產(chǎn)物的處理需要消耗大量的能量以及人力物力，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過新的綠色催化劑的使用，甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)只產(chǎn)生少量腐蝕性副產(chǎn)物以及水蒸氣，節(jié)約了能量和經(jīng)濟(jì)損失。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，傳統(tǒng)方法腐蝕設(shè)備以及操作繁瑣，通過鈦硅分子篩 (TS-1)催化劑的開發(fā)，不僅操作簡(jiǎn)便，對(duì)設(shè)備影響小，而且屬于環(huán)境友好型催化劑，保護(hù)了環(huán)境[3]。

2.新材料替代路線的研發(fā)

石油是不可再生能源，因此研發(fā)新材料替代路線迫在眉睫?，F(xiàn)在正在研發(fā)從天然氣或者其他物質(zhì)中提取所需的物質(zhì)來替代石油化工產(chǎn)品，這樣能緩解石油的不斷減少趨勢(shì)。而催化劑是這項(xiàng)替代技術(shù)的關(guān)鍵。烷基轉(zhuǎn)化技術(shù)以及煤基轉(zhuǎn)化技術(shù)都是此路線的兩種代表技術(shù)，可以將石油化工提取的物質(zhì)，通過其他物質(zhì)提取出來，而催化劑的使用是這項(xiàng)技術(shù)變得高效、節(jié)能。為了應(yīng)對(duì)環(huán)保、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)等因素，新型催化材料正在不斷發(fā)展，如納米材料、多孔復(fù)合材料以及非晶態(tài)合金等催化劑在將來都是研發(fā)的方向。

結(jié)語

石油化工催化劑在化工產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，催化劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與石油化工產(chǎn)業(yè)相互作用、相互促進(jìn)。石油化工催化劑目前發(fā)展趨勢(shì)良好，雖然仍存在一些問題，但整體趨勢(shì)向著環(huán)境友好型的綠色催化劑方向發(fā)展，新材料替代路線的研發(fā)也是未來催化劑發(fā)展的重要方向。納米材料、固態(tài)超強(qiáng)酸、多孔復(fù)合材料以及非晶態(tài)合金等催化劑都是催化劑新的研發(fā)方向。

[1]王麗娟.主要石油化工催化劑的研發(fā)進(jìn)展[J].石油化工,2012,06:719-727.

[2]金玉杰,尚秀麗,王群,郭薇薇.納米催化劑的制備及在石油化工中的應(yīng)用[J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,03:11-13.