鉑重整的發(fā)明

■ 中國(guó)工程院士 閔恩澤

鉑重整的發(fā)明過程

鉑重整是煉油廠提高汽油辛烷值和生產(chǎn)芳烴的重要工藝，同時(shí)還副產(chǎn)氫氣。

發(fā)明這一新工藝的V.Haensel被譽(yù)為“鉑重整之父”，他回顧了鉑重整原始創(chuàng)新構(gòu)思形成的過程。

V.Haensel 1935年夏天從西北大學(xué)畢業(yè)后，在美國(guó)環(huán)球油品公司催化實(shí)驗(yàn)室做暑假臨時(shí)工。當(dāng)時(shí)汽油重整提高辛烷值使用的是Cr2O3/Al2O3催化劑，在常壓、不臨氫的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，催化劑很快結(jié)焦，需要經(jīng)常再生。一天，美國(guó)環(huán)球油品公司研究室主任來到實(shí)驗(yàn)室，讓他想辦法做反應(yīng)而不產(chǎn)生結(jié)焦。實(shí)驗(yàn)3周毫無結(jié)果。暑假結(jié)束后，他即去麻省理工學(xué)院攻讀化學(xué)工程碩士學(xué)位。這一經(jīng)歷雖以無結(jié)果告終，但使他了解到開發(fā)一個(gè)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)而不積炭的催化重整工藝的重要性，這就為他后來的發(fā)明播下了種子。

1937年，V.Haensel碩士研究生畢業(yè)后，被美國(guó)環(huán)球油品公司聘任為化學(xué)工程師，從事中氫裂化汽油中環(huán)烷烴含量分析工作。在分析時(shí)，需要在很低的空速下，通過一個(gè)鉑/活性炭催化劑，使六元環(huán)烷烴脫氫轉(zhuǎn)化為芳烴。

由于催化重整提高汽油辛烷值中最重要的反應(yīng)是環(huán)烷烴脫氫反應(yīng)，產(chǎn)生了利用鉑催化劑的想法，于是用鉑催化劑來處理脫硫的汽油。他采用各種載體試制成鉑催化劑，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正如所預(yù)期的那樣，這些催化劑可將部分環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化成芳烴，但是汽油辛烷值的提高卻不明顯，于是他提高溫度，結(jié)果催化劑完全失活。為了防止催化劑失活，后來在中等壓力下同時(shí)通入氫氣，結(jié)果雖不特別驚人，但是催化劑在這一苛刻條件下卻不失活；于是，繼續(xù)提高溫度，果然得到較高的轉(zhuǎn)化率。此時(shí)實(shí)驗(yàn)一直采用脫硫的直餾汽油作原料，催化劑可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且保持了較高的轉(zhuǎn)化率。此時(shí)采用的實(shí)驗(yàn)條件是：反應(yīng)溫度450℃，反應(yīng)壓力3.45MPa，氫/油摩爾比為5，這一反應(yīng)溫度比鉑催化劑常用的溫度高出了200℃。這時(shí)他已取得了先前用MoO3/Al2O3作催化劑一樣的效果，而且催化劑上只有少量的焦炭生成。當(dāng)時(shí)使用的是3%的鉑載于二氧化硅上的催化劑，相當(dāng)昂貴。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，鉑載于硅鋁載體上的催化劑雖然對(duì)提高辛烷值更好，但不能很好地控制加氫裂化。所以又改用具有中等酸性的氧化鋁作載體，結(jié)果相當(dāng)好，特別是能夠連續(xù)操作數(shù)日而沒有損失很多的活性。這時(shí)，他想出了各種方案，把鉑載到氧化鋁上，并且努力去降低鉑含量。同時(shí)他得到了一個(gè)十分肯定的結(jié)論：用硝酸鋁制備的氧化鋁不如用三氯化鋁為原料制備的好。這曾是一個(gè)十分費(fèi)解的問題，直到他觀察到將三氯化鋁與氨水沉淀的氫氧化鋁濾餅少洗幾次還能制備出性能更好的催化劑時(shí)才解開了這個(gè)謎，這是由于氧化鋁中殘存的Cl-引起的。后來他發(fā)現(xiàn)，在裝置出口的氣體中有微量的酸性物質(zhì)，這是來源于膠體中的氯。他設(shè)想，如果膠體中氯是活潑的，會(huì)損失的話，那么氟會(huì)更活潑，而且是穩(wěn)定的，果然試制含氟氧化鋁的鉑催化劑提高汽油辛烷值最好，為工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。于是美國(guó)環(huán)球油品公司投入100多人進(jìn)行研發(fā)，加速推向工業(yè)化，1949年宣布開發(fā)成功鉑重整工藝（Platforming）。

鉑重整發(fā)明的啟示

（1）一個(gè)科研工作者要了解自己研究領(lǐng)域的難題，雖然一時(shí)不能成功，但隨著時(shí)間的推移、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累，這些難題就成為將來成功的起點(diǎn)。

（2）要?jiǎng)?chuàng)新，就要善于從其他領(lǐng)域吸取營(yíng)養(yǎng)，把其他領(lǐng)域中有用的催化劑體系移植過來。V.Haensel就是從分析方法中所用的鉑/活性炭環(huán)烷烴脫氫催化劑受到啟發(fā)，把鉑催化劑移植到催化重整領(lǐng)域里來開始探索的。

（3）要?jiǎng)?chuàng)新，必須要跳出舊框框。在催化重整探索中，V.Haensel所采用的溫度、壓力、臨氫工藝等都超越了分析方法中原用的條件，正是這樣他才取得了較大的進(jìn)展。

（4）要細(xì)心觀察實(shí)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和抓住苗頭。V.Haensel就是從硝酸鋁和三氯化鋁制得的γ-Al2O3作為催化劑載體時(shí)活性不同而認(rèn)識(shí)到鹵素的作用，從而制備出含氟的γ-Al2O3的鉑重整催化劑。