石油化工催化劑的進(jìn)展研究

梁萬(wàn)杰

摘要：催化劑對(duì)石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以起到提速的作用，因此開發(fā)高活性高選擇性高產(chǎn)品收率的催化劑成為石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心工作。隨著單顆粒水平上催化劑工作原理的不斷揭示，活性位的不斷發(fā)現(xiàn)，新制備方法和表征手段的不斷進(jìn)步，研發(fā)高性能催化劑用于需求產(chǎn)品的生產(chǎn)都將成為可能。在石油化工的發(fā)展過程中，催化劑的應(yīng)用有著重要的作用。本研究首先就石油化學(xué)工業(yè)中主要的幾類催化劑進(jìn)行了分析，并對(duì)當(dāng)前石油化工催化劑的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：石油化工催化劑;進(jìn)展

引言

石油化學(xué)工業(yè)中的催化劑主要是用在甲醇、氨等催化劑的合成方面，有應(yīng)用在基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)、石油煉制以及合成、三大合成材料、基本有機(jī)合成、精細(xì)化工等方面的各種催化劑。隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，石油化工催化劑各方面的理論或者工藝技術(shù)都在不斷的進(jìn)步。石油化工產(chǎn)業(yè)在人們對(duì)石油需求量不斷增加中也在不斷的改革，所以要求石油化工催化劑必須推動(dòng)石油的供應(yīng)量。

1 石油化工催化劑的分類及作用

1.1 石油化工催化劑的分類

對(duì)催化劑的分類，是按照其在石油化學(xué)工業(yè)中的作用區(qū)別進(jìn)行劃分的?？梢苑譃槌Ｓ玫奈宕箢悾壕酆闲?、加氫型、脫氫型、氧化型以及氫甲?；?。當(dāng)然，還有像水合催化劑、歧化催化劑等一些當(dāng)下不常用的一些石油化工催化劑。氧化型催化劑是石油化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常選用的一類催化劑，其又能分為固態(tài)型催化劑以及液態(tài)型催化劑。

1.2 石油化工催化劑的作用

在石油煉制過程中，催化裂化是一項(xiàng)較為重要的加工程序，起著深度轉(zhuǎn)化的作用，能夠有效地提高石油煉制企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。有經(jīng)過常減壓蒸餾處理以后，能夠得到10%-40%的輕質(zhì)油品，其中主要包括煤油、汽油和柴油，剩余的部分為殘?jiān)鸵约胺N植餾分油，對(duì)于這部分油而言，如不經(jīng)過二次深加工處理，其僅僅只能被當(dāng)做重質(zhì)燃料油及潤(rùn)滑油原料。此外，隨著近年來(lái)內(nèi)燃機(jī)壓縮比的不斷提高，對(duì)汽油的辛烷值也提出了更高的要求，這也在一定程度上促進(jìn)了催化裂化過程的發(fā)展。催化裂化是一種能夠?qū)⒅赜汀⒅刭|(zhì)餾分油以及油渣等轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、氣體、焦炭以及重質(zhì)油的生產(chǎn)過程，前提條件是需要有催化劑的存在，并且溫度要在460～530℃這一范圍內(nèi)，壓力則為0.1～0.3MPa之間，然后經(jīng)過裂解等化學(xué)反應(yīng)，最后生成上述物質(zhì)。通常情況下，催化化反應(yīng)主要是在催化劑的表面完成的，通過分解反應(yīng)生成柴油、汽油和氣體等分子結(jié)構(gòu)較小的產(chǎn)物，它們離開催化劑后則會(huì)進(jìn)入到產(chǎn)品回收系統(tǒng)當(dāng)中，而由縮合反應(yīng)生成的焦炭，將會(huì)沉積在催化劑上，在這一過程中其活性會(huì)慢慢降低，為確保反應(yīng)能夠不間斷地行，必須將催化劑表面上的積碳及時(shí)燒掉，以此來(lái)使其恢復(fù)活性，我們一般將這個(gè)過程稱之為再生。

2 石油化學(xué)工業(yè)中催化劑的應(yīng)用研究

2.1 甲苯類催化劑

當(dāng)前市場(chǎng)需求量不斷增加的二甲苯是由歧化催化劑以及烷基轉(zhuǎn)移催化劑，對(duì)甲苯進(jìn)行轉(zhuǎn)變而來(lái)的，但是傳統(tǒng)工藝技術(shù)中的非選擇性技術(shù)對(duì)二甲苯的高效率生產(chǎn)有所妨礙。所以近年來(lái)大量研發(fā)高選擇性催化技術(shù)，在石油化工中也得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 烯烴類催化劑

乙烯、丙烯是石油化工中常用的烯烴類催化劑。經(jīng)過對(duì)烯烴類裂解技術(shù)的研發(fā)，當(dāng)前的裂解工藝正往節(jié)能高效的方向發(fā)展，烯烴類催化劑裂解工藝，主要是將高分子量的烴類，裂解為小分子量的丙烯和乙烯。我們現(xiàn)在采用的是經(jīng)過改進(jìn)的ZSM—5分子篩技術(shù)，能通過將蒸汽中的高級(jí)烴類進(jìn)行裂解的方式，裂解出丙烯和乙烯。這一技術(shù)不僅節(jié)能，還大幅度提高了生產(chǎn)效率。而且我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出了不用稀釋劑，直接采用高真空的技術(shù)，將烯烴類裂解為丙烯。

2.3 環(huán)氧乙烷催化劑

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的技術(shù)，一般都是用Ag作為催化劑，對(duì)乙烯進(jìn)行催化直接得到環(huán)氧乙烷，但是這樣的工藝需要采用大量的乙烯。經(jīng)過不斷的研究和發(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)出具備較高選擇性和活性的Ag催化劑，即是YS—8810催化劑。這一研究成果是我國(guó)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高活性Ag催化劑產(chǎn)生的里程碑。

2.4 苯乙烯催化劑

當(dāng)前對(duì)苯乙烯催化劑的生產(chǎn)，不再是對(duì)笨直接脫氫，傳統(tǒng)的苯乙烯催化劑生產(chǎn)其運(yùn)用的主要催化劑是三氧化二鐵，助催化劑有鉻、K20等。但是當(dāng)前已將有毒的鉻成分除去，為了避免K材料的流失，當(dāng)前的工藝中K成分減少了很多。當(dāng)前對(duì)該催化劑的生產(chǎn)研究又有了新的研發(fā)方向，將催化劑的物理性狀進(jìn)行了改變，并對(duì)鐵和K的結(jié)合也有所增加。

3 石油化工催化劑在化工生產(chǎn)中的作用

3.1 在精細(xì)化工中的作用

精細(xì)化工是精細(xì)化學(xué)工業(yè)的簡(jiǎn)稱，指的是化學(xué)工業(yè)中生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，而精細(xì)化學(xué)品指的是產(chǎn)量小、價(jià)格高、純度高的化工產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，精細(xì)化學(xué)品工業(yè)的發(fā)展也十分迅速，迄今為止，已經(jīng)有數(shù)百種產(chǎn)品，已經(jīng)應(yīng)用到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及國(guó)防建設(shè)等的各個(gè)領(lǐng)域，用途也是十分廣泛的。精細(xì)生產(chǎn)的一個(gè)重要特點(diǎn)便是反應(yīng)快，而且每一種產(chǎn)品所包含的反應(yīng)步驟也十分多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，但是純度要求卻非常高，而在精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)過程中利用催化劑，能夠很好的解決以上問題。

3.2 在有機(jī)化工中的作用

有機(jī)化工也成為有機(jī)合成工業(yè)，它是以天然氣、石油以及煤等材料為基礎(chǔ)原料，從而生產(chǎn)出各種有機(jī)原料的工業(yè)。基本有機(jī)化工的直接原料包括一氧化碳、甲烷、氫氣、乙炔、乙烯、苯、甲苯、以及乙苯等等。最早對(duì)石油的煉制是通過蒸餾等一些物理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其能夠?qū)⑤^輕的氣態(tài)烴以及液態(tài)烴從原油中分離出來(lái)。而隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了催化裂化、烷基化等新型工業(yè)，從而使得輕油餾分的收率有所擴(kuò)大，而且使得油產(chǎn)品的質(zhì)量也大大提高，尤其是流化床催化裂化的開發(fā)，成為一項(xiàng)偉大的工業(yè)革命，而裂化催化劑也已經(jīng)成為了世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣的催化劑?；镜挠袡C(jī)合成，是以三苯、三烯等基礎(chǔ)的原材料合成一些低分子的有機(jī)化合物。而這些反應(yīng)具有反應(yīng)速率較慢而且副產(chǎn)品較多的共同特點(diǎn)，而為了更好的實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，就應(yīng)該成功的開發(fā)出高選擇性、高活性的催化劑，從而克服以上的缺點(diǎn)，而基本的化學(xué)品的生產(chǎn)過程中均會(huì)使用催化劑。

4石油化工催化劑未來(lái)的發(fā)展方向探討

4.1 新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料的研發(fā)方向

在石油化學(xué)工業(yè)中，需要盡快的研發(fā)新的材料對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行替代。因?yàn)槭蛯儆诓豢稍偕Y源，未來(lái)能降低石油逐漸減少的情況，當(dāng)前正在從天然氣等物質(zhì)中研發(fā)能對(duì)石油化工產(chǎn)品進(jìn)行替代的物質(zhì)。其中，催化劑是這項(xiàng)替代工程中的關(guān)鍵技術(shù)，比如煤基轉(zhuǎn)化技術(shù)、烷基轉(zhuǎn)化技術(shù)等都是此研發(fā)方向的典型技術(shù)，這兩種技術(shù)能將石油化工中的物質(zhì)，在其他物質(zhì)中進(jìn)行提取，催化劑在這項(xiàng)技術(shù)中的關(guān)鍵作用就是節(jié)能以及提高研發(fā)效率。

4.2 節(jié)能環(huán)保催化劑的研發(fā)方向

為了能減少化學(xué)反應(yīng)過程中的能量消耗，以及加快化學(xué)反應(yīng)，石油化工催化劑發(fā)展方向必然是朝著環(huán)保節(jié)能以及低碳發(fā)展的。在當(dāng)前環(huán)氧丙烷和甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)則是節(jié)能環(huán)保、低碳的代表。其中，環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)，在新研發(fā)的鈦硅分子篩催化劑的作用下，操作簡(jiǎn)便，也不會(huì)對(duì)設(shè)備造成較大影響，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染;甲基丙烯酸甲酯在傳統(tǒng)催化劑的催化作用下，會(huì)產(chǎn)生較多的腐蝕性產(chǎn)物，對(duì)這些產(chǎn)物的處理又需要消耗較多的人力、物理以及能量，這是一筆更大的經(jīng)濟(jì)損失。但是在新型的環(huán)保節(jié)能催化劑的作用下，甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)過程中，只會(huì)產(chǎn)生水蒸氣以及較少的的腐蝕性產(chǎn)物，這是節(jié)能環(huán)保和低碳的體現(xiàn)。

5結(jié)語(yǔ)

在石油化學(xué)工業(yè)中，催化劑的地位可謂至關(guān)重要，石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也需要催化劑產(chǎn)業(yè)的不斷改革研發(fā)，雖然是由化工催化劑的發(fā)展前景較好，但是從整體上來(lái)看，需要在環(huán)保節(jié)能方面加大研發(fā)力度，保證催化劑能滿足石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。

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