石油化工催化劑的應用研究進展

王強(中石化中原石油工程技術有限責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的化學反應速率，而自身反應前后的質量和化學性質并不發生改變的物質。自從二十世紀三十年代工業催化劑開始萌芽，到現在經歷了近80年的蓬勃發展，工業催化劑得到了質的飛躍。催化劑在石油化工領域得到了非常大的應用，同時也經歷著新世紀的機遇和挑戰。本文將從石油化工催化劑的種類、應用，目前石油化工催化劑的研究進展以及未來石油化工催化劑的發展趨勢幾個方面進行重點的論述。

一、石油化工催化劑的種類、應用

1.石油化工催化劑的種類

根據催化劑在化學反應過程中的作用的不同，將其分為：氧化型、加氫型、氫甲酰化、脫氫型以及聚合型這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用

催化劑在石油化工產業中具有相當廣泛的應用，據統計90%以上的化工產品生產過程中都需要使用催化劑，而催化劑的每一次變革必然導致石油產業的震動。在1930-1980年期間時催化劑化工時代的黃金期，同時也帶動了石油產業的發展。目前石油化工催化劑主要應用于合成氨及合成甲醇催化劑，石油煉制及合成燃料工業催化劑，基礎無機化學用工業催化劑，基本有機合成用工業催化劑，三大合成材料用工業催化劑，精細化工及專業化學品中的催化劑等。

二、目前石油化工催化劑的研究進展

隨著科技、經濟的發展，石油化工催化劑的技藝和理論也得到了空前的發展。同時，人們對于石油的需求與日俱增也刺激石油的不斷改革，人們對催化劑的質量也提出了更高的要求。下面，通過舉例，簡要介紹幾種主要石油化工催化劑的研究進展。

1.烯烴類催化劑

烯烴類催化劑在石油化工應用的主要是乙烯和丙烯催化劑。乙烯與丙烯是多種有機化合物合成的基礎，在化工產業中占有重要的地位。傳統的烯烴類裂解技術經過研發，現如今已經有成熟的、高效率的裂解工藝，并且向著更加高效、節能的催化劑方向發展。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，目前采用的改進的ZSM-5和分子篩技術，可以將來自蒸汽的高級烴類裂解為乙烯、丙烯等，此項技術節省了能力消耗、增加了效率。中國石化研究所已經開發出不用稀釋劑，采用高真空的技術將高級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移催化劑可以將甲苯轉變為市場需求量逐年增加的二甲苯，這項技術滿足了二甲苯的供應。然而傳統的非選擇性催化技術限制了二甲苯的大量、高效生產，因此高選擇性催化技術近些年得到了廣大的研發，并且已經應用到了生產中。

苯乙烯催化劑在傳統的生產中只是苯的直接脫氫，而如今生產工藝已經發生了巨大的變化。原先應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。隨著發展，鉻等有毒成分已經去除，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的相互結合、改變K的分布等。

3.環氧乙烷催化劑

環氧乙烷的生產，傳統多采用乙烯在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，研發出高活性的催化劑顯得非常必要。通過近幾年的研究，已經掌握了研發高活性、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，標志著中國擁有自主知識產權的高活性Ag催化劑的誕生[2]。

三、石油化工催化劑的發展趨勢

1.綠色節能、低碳催化劑

石油產業是耗能大，排碳多的產業，每年有大量的能源被消耗，同時也對破壞了環境。發展綠的節能、低碳催化劑，在加快反應的同時，有減少了化學反應所消耗的能量，同時降低了反應過程中碳的排放，代表物質為甲基丙烯酸甲酯和環氧丙烷兩種物質的生產。 前者在傳統催化劑的作用下，產生了大量的腐蝕性副產物，副產物的處理需要消耗大量的能量以及人力物力，帶來了巨大的經濟損失。通過新的綠色催化劑的使用，甲基丙烯酸甲酯的生產只產生少量腐蝕性副產物以及水蒸氣，節約了能量和經濟損失。環氧乙烷的生產，傳統方法腐蝕設備以及操作繁瑣，通過鈦硅分子篩 (TS-1)催化劑的開發，不僅操作簡便，對設備影響小，而且屬于環境友好型催化劑，保護了環境[3]。

2.新材料替代路線的研發

石油是不可再生能源，因此研發新材料替代路線迫在眉睫。現在正在研發從天然氣或者其他物質中提取所需的物質來替代石油化工產品，這樣能緩解石油的不斷減少趨勢。而催化劑是這項替代技術的關鍵。烷基轉化技術以及煤基轉化技術都是此路線的兩種代表技術，可以將石油化工提取的物質，通過其他物質提取出來，而催化劑的使用是這項技術變得高效、節能。為了應對環保、穩定、經濟等因素，新型催化材料正在不斷發展，如納米材料、多孔復合材料以及非晶態合金等催化劑在將來都是研發的方向。

結語

石油化工催化劑在化工產業中占有舉足輕重的地位，催化劑產業的發展與石油化工產業相互作用、相互促進。石油化工催化劑目前發展趨勢良好，雖然仍存在一些問題，但整體趨勢向著環境友好型的綠色催化劑方向發展，新材料替代路線的研發也是未來催化劑發展的重要方向。納米材料、固態超強酸、多孔復合材料以及非晶態合金等催化劑都是催化劑新的研發方向。

[1]王麗娟.主要石油化工催化劑的研發進展[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用[J].蘭州石化職業技術學院學報,2008,03:11-13.