石油化工催化材料的發(fā)展與策略

羅 勇（新疆華澳能源化工股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

石油化工催化材料的發(fā)展與策略

羅 勇
（新疆華澳能源化工股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的不斷進(jìn)步，催化技術(shù)在21世紀(jì)得到了迅猛的發(fā)展并對(duì)石油化工領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。本文主要簡(jiǎn)要概述了分子篩、茂金屬及生物催化劑的發(fā)展應(yīng)用，同時(shí)對(duì)社會(huì)上廣泛應(yīng)用的雜多酸、非晶態(tài)合金及固體超強(qiáng)酸等催化材料進(jìn)行了相關(guān)概述。為了更好的滿足石油化工所需，文章最后還對(duì)新型催化材料的研究與應(yīng)用提出了一些建議，希望能對(duì)我國(guó)化工企業(yè)的發(fā)展提供幫助。

石油化工；催化材料；發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.056

催化技術(shù)作為我國(guó)石化工業(yè)的核心，在石油煉制、有機(jī)化工原料生產(chǎn)、合成材料的開發(fā)使用及精細(xì)化學(xué)品的合成工藝中都有著極為廣泛的應(yīng)用，催化劑作為催化技術(shù)的材料基礎(chǔ)，起到了十分關(guān)鍵的作用。當(dāng)前，工業(yè)催化劑的研究生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為一門科學(xué)，在有關(guān)環(huán)境友好化化工技術(shù)中也在發(fā)揮著不可替代的作用，生物催化及新興催化劑將是我國(guó)石油化工企業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向，下面展開詳盡的論述。

1　三類重大的催化材料

（1）分子篩。早在20世紀(jì)60年代，ReX型分子篩的出現(xiàn)代替了無(wú)定形硅鋁成為了新型的催化裂化的催化劑，給汽油工業(yè)帶來(lái)了大幅度的增產(chǎn)和高處理能力，被人們稱之為一場(chǎng)煉油工業(yè)的技術(shù)革命；70年代ZSM-5分子篩被研究人員研制出來(lái)，給石化產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了大跨度的生產(chǎn)進(jìn)展，并開發(fā)出苯烷基化、二甲苯異構(gòu)化及潤(rùn)滑油催化脫蠟等一系列新工藝技術(shù)，開啟了現(xiàn)代石油化工企業(yè)的新進(jìn)程；80年代，TS-1型鈦硅分子篩的成功研發(fā)給苯二酚等化工廢料的排放帶來(lái)了零污染的處理措施，在此基礎(chǔ)上還發(fā)現(xiàn)了許多綠色化工研制技術(shù)，給我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了可能。

關(guān)于分子篩的發(fā)展現(xiàn)狀，就國(guó)外而言，分子篩已經(jīng)在無(wú)機(jī)膜、有機(jī)模板劑、污水處理及各種新型分子篩的研制中取得了研究進(jìn)展與成就。我國(guó)在同領(lǐng)域內(nèi)也均展開了研究，在新型分子篩的研制中也取得了突出進(jìn)展，為我國(guó)今后對(duì)分子篩更好的深入研究奠定了基礎(chǔ)。分子篩在我國(guó)石油煉制的過程中消耗巨大，石化行業(yè)一年化學(xué)反應(yīng)所需的各類分子篩的數(shù)量從數(shù)百噸到上萬(wàn)噸不止。在如今新時(shí)代的科技帶領(lǐng)下，分子篩將在石油化工和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，但是其催化性能和研制成本都需要完善和提高，關(guān)于新型分子篩催化劑的研發(fā)不容忽視。

（2）茂金屬。茂金屬一般是指由環(huán)戊二烯基的過渡金屬絡(luò)合物和鋁氧化物等所組成的一種過渡金屬催化劑體系，與傳統(tǒng)的聚烯烴催化劑體系相比較具有更強(qiáng)的催化性能和高活化性，而且在聚合物分子量的分布和催化共聚能力展示中具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)催化劑在工業(yè)應(yīng)用中的一次革命，被稱為新一代的聚合催化劑。

我國(guó)茂金屬的開發(fā)研制起步較晚，因而發(fā)展還處于初級(jí)階段。但是過渡金屬的高成本是限制茂金屬在石油化工企業(yè)中廣泛應(yīng)用的重要因素，努力尋求降低過渡金屬的方法與技術(shù)是當(dāng)前亟待解決的問題。

（3）生物催化劑。生物催化劑的明顯優(yōu)勢(shì)在于其反應(yīng)條件溫和、選擇性高副反應(yīng)少且研制成本較低，在開發(fā)與研究綠色化工技術(shù)的生產(chǎn)領(lǐng)域中會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在人們的日常生活中，生物催化劑主要表現(xiàn)在藥物合成和精細(xì)化學(xué)品的研制中，并取得了較大的進(jìn)展，在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)份額中均占據(jù)有一定比例。在石油化工領(lǐng)域中的應(yīng)用雖然也有了很大突破但是仍然需要更為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)與之相結(jié)合，為我國(guó)以后研制新型的石油化工產(chǎn)品做好技術(shù)準(zhǔn)備。

2　已實(shí)現(xiàn)工業(yè)大范圍應(yīng)用的催化材料

（1）雜多酸。雜多酸是一種分子里含有較多雜原子和多原子的含氧多酸，以其在催化過程中所表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)酸化性、氧化性及光電催化能力而得到了社會(huì)上的關(guān)注。雜多酸的應(yīng)用范圍極為廣泛，在大部分的酶催化反應(yīng)和常見的氧化反應(yīng)中都取得了良好的效果，如烯烴水合反應(yīng)、羧基化反應(yīng)、制取丙烯酸等催化反應(yīng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固體酸催化的工業(yè)化發(fā)展，下一步需要在石油化工、精細(xì)化工等領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)研究。

（2）非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金是近幾年出現(xiàn)的具有微觀組織結(jié)構(gòu)的新型金屬功能材料，主要優(yōu)勢(shì)在于高活性的催化能力和較為快速的制取工藝，表現(xiàn)在大部分金屬都可以通過快速冷卻的方式形成非晶態(tài)合金，且其催化活性的程度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的差異來(lái)調(diào)節(jié)，有利于非晶態(tài)合金開發(fā)更多的優(yōu)良性能。

（3）固體超強(qiáng)酸。該催化劑的主要優(yōu)勢(shì)在于其酸度高、研制簡(jiǎn)單、易保存且可在高溫下使用，在?；?、聚合、脫水等化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出了超強(qiáng)的催化活性，即使在常溫狀態(tài)下，其催化活性也比一般的催化劑更為穩(wěn)定，是一種發(fā)展前景良好的新型催化材料。

3　關(guān)于新興催化材料的研究

（1）納米。納米是一種直徑在1-100nm之間處于宏觀與微觀物質(zhì)的過渡態(tài)的超細(xì)微粒子，主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在小量子效應(yīng)、團(tuán)簇效益、尺寸效應(yīng)等，這些特性使得納米材料催化劑在力學(xué)、光學(xué)及磁學(xué)等諸多方面能夠開發(fā)出更多的新型技術(shù)。在化工企業(yè)中，超細(xì)納米粒子催化劑的催化活性比一般粒子催化劑要高出好幾十倍，在我國(guó)的未來(lái)發(fā)展中將發(fā)揮出十分廣泛的作用。

（2）離子液。離子液體是一種由陽(yáng)離子與復(fù)合陰離子所組成的一種綠色高效的復(fù)合鹽，對(duì)于以可持續(xù)發(fā)展為主的綠色化工企業(yè)而言具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。離子液體的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在安全無(wú)毒、性質(zhì)可調(diào)節(jié)、經(jīng)濟(jì)效益高等顯著特征上，由于其制備的成本較低且制作簡(jiǎn)單，所以很容易在石油化工企業(yè)進(jìn)行大范圍的研制和生產(chǎn)，目前離子液體已經(jīng)在烯烴二聚、烷基化等諸多催化反應(yīng)中得到了初步的發(fā)展應(yīng)用。

（3）金屬碳化物及氮化物。金屬碳、氮化物作為催化劑的載體已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)中得到了初步的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的硫化物催化體系相比，金屬碳、氮化物的催化反應(yīng)可以直接發(fā)生C-S鍵的斷裂，可以使得耗氫量大大降低，從而降低反映成本。

4　總結(jié)

關(guān)于石油化工催化材料的選擇與發(fā)展，在考慮到材料的穩(wěn)定性、活化性等基礎(chǔ)特性的同時(shí)，也要考慮到催化材料在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用效果。21世紀(jì)作為高新科技技術(shù)突飛猛進(jìn)的新時(shí)代，許多新興催化材料已經(jīng)得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，具有很好的發(fā)展前景，希望有關(guān)研究人員能夠在完善已有催化材料的基礎(chǔ)上加大對(duì)新興催化材料的研究。

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