淺析我國(guó)石油化工催化劑的應(yīng)用研究

趙檀　董春明 孫生波

摘 要：對(duì)于石油化工領(lǐng)域而言，各類催化劑具有舉足輕重的意義。在本次論文中詳細(xì)地介紹了該領(lǐng)域中一些主要催化劑的性能和特點(diǎn)，并且探討了它的未來(lái)研究和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：石油化工;催化劑;應(yīng)用研究

目前，超過(guò)92 %的石化產(chǎn)品生產(chǎn)均離不開(kāi)各類催化劑，后者極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展，起到了重要的作用。然而，客觀地說(shuō)，催化劑在現(xiàn)階段也遇到了一些研究和應(yīng)用方面的問(wèn)題亟待解決。為此，本文詳細(xì)地介紹了石化生產(chǎn)領(lǐng)域中催化劑的重要品種及其特點(diǎn)，進(jìn)而深入地闡述它們的研發(fā)方向和重點(diǎn)問(wèn)題。

一、石油化工催化劑的簡(jiǎn)介

1.石油化工催化劑的分類

針對(duì)在化學(xué)反應(yīng)中所起到的具體作用，可將催化劑劃分成下述基本類型，即聚合型、脫氫型、氫甲酰化型、加氫型和氧化型等。其他的還包括水合、脫水、烷基化以及歧化等催化劑品種。當(dāng)前獲得廣泛應(yīng)用的氧化型催化劑通常有著很高的選擇性，具體又涵蓋了氣固型以及液態(tài)型等主要品種。

2.石油化工催化劑的應(yīng)用

實(shí)際上，對(duì)于整個(gè)石化生產(chǎn)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，催化劑起著十分關(guān)鍵的作用，數(shù)據(jù)顯示，需要用到催化劑的生產(chǎn)過(guò)程超過(guò)了90 %，關(guān)于催化劑材料及技術(shù)方面的任何重大創(chuàng)新都將會(huì)造成該領(lǐng)域的巨大生產(chǎn)革命。現(xiàn)階段，該行業(yè)所用的催化劑通常被用來(lái)進(jìn)行甲醇和氨等的合成，此外還包括了精細(xì)化工，基本有機(jī)合成，基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)，合成燃料，石油煉制以及專業(yè)化學(xué)品等方面的生產(chǎn)制備。

二、石油化工催化劑的研究現(xiàn)狀

1.烯烴類催化劑

它通常包括丙烯以及乙烯生產(chǎn)所用的催化劑，而兩者實(shí)際上均為合成一系列有機(jī)化合物的重要化學(xué)原材料，所以對(duì)于整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)意義是非常重要的。經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和應(yīng)用之后，烯烴類裂解相關(guān)工藝已經(jīng)具有了比較高的生產(chǎn)效率，整個(gè)工藝較為完善，此外，還將通過(guò)催化技術(shù)的進(jìn)一步成熟，而推動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)的發(fā)展。該類催化劑主要通過(guò)裂解各種有著較高分子量的烴類，而獲得丙烯和乙烯等分子量較小的物質(zhì)，現(xiàn)階段廣為應(yīng)用的是分子篩技術(shù)及ZSM - 5，由此裂解蒸汽中的高級(jí)烴類，最終得到上述二類小分子量物質(zhì)，所以它具有高效、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。在此領(lǐng)域，我國(guó)的石油化工研究所開(kāi)發(fā)的技術(shù)主要通過(guò)高真空的條件，而無(wú)需采用稀釋劑，即可把各類高級(jí)烯烴類進(jìn)行有效的裂解，從而得到丙烯。

2.苯乙烯和甲苯類催化劑

現(xiàn)階段，可通過(guò)烷基轉(zhuǎn)移催化劑和歧化的方式，來(lái)使甲苯發(fā)生一定的化學(xué)轉(zhuǎn)變，得到二甲苯，它目前在市場(chǎng)中具有逐漸提升的需求，具有很高的市場(chǎng)價(jià)值。如果采用常規(guī)的非選擇性催化工藝，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)效率的提升，所以二甲苯的產(chǎn)量始終不能滿足市場(chǎng)的需求，所以，新型的高選擇性催化生產(chǎn)工藝備受矚目，而且經(jīng)過(guò)研發(fā)和推廣之后，已經(jīng)帶來(lái)了顯著的效益。

對(duì)于以往的生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，苯乙烯類型的催化劑主要被用來(lái)對(duì)苯進(jìn)行直接地脫氫處理。之前的催化劑一般為Fe2O3，而助催化劑則選用K2O，此外還包括Cr等成分。經(jīng)過(guò)持續(xù)的完善，目前，一些有毒的基本成分例如Cr已經(jīng)被有效地除去，而且進(jìn)一步降低了K含量，然而卻顯著地提升了催化劑的工作壽命，取得了良好的應(yīng)用效果。近期，國(guó)際上有一些團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在該領(lǐng)域拓展新的發(fā)展方向，具體包括調(diào)整K分布的狀態(tài)、使K與Fe的結(jié)合增強(qiáng)以及繼續(xù)調(diào)整催化劑所具有的物理性能，等等。

3.環(huán)氧乙烷催化劑

對(duì)于該領(lǐng)域，常規(guī)的工藝為通過(guò)以Ag為催化劑，由乙烯進(jìn)行環(huán)氧乙烷的直接合成，所以乙烯的用量很大，相應(yīng)地，很有必要開(kāi)發(fā)具有高活性的相關(guān)催化劑材料。該領(lǐng)域的研究工作始終非常的活躍，目前所開(kāi)發(fā)的Ag催化劑具有選擇性及活性均很高的優(yōu)勢(shì)。其中，高性能Y S- 8810型催化劑的成功研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用，說(shuō)明我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了具有自主產(chǎn)權(quán)的此類催化材料。

三、石油化工催化劑的發(fā)展趨勢(shì)

1.低碳催化劑的研發(fā)

在整個(gè)石化生產(chǎn)領(lǐng)域，需要排出大量的碳，而且具有高耗能的特點(diǎn)，所以對(duì)于環(huán)境的破壞非常大。目前，亟待開(kāi)發(fā)和推廣各類綠色節(jié)能的催化劑材料，一方面，使化學(xué)反應(yīng)速度進(jìn)一步提升，另一方面，還可使碳排放量明顯降低，同時(shí)耗能也顯著地減少。最為典型的就是環(huán)氧丙烷以及甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)合成工藝。如果是采用常規(guī)的催化劑來(lái)進(jìn)行甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)，則將會(huì)有很多的副產(chǎn)物（它們具有一定的腐蝕性）形成，而為了合理地處置這些副產(chǎn)物，將會(huì)顯著地增加生產(chǎn)成本。如果采用新型催化劑材料，則將會(huì)使上述副產(chǎn)物的形成量顯著降低，主要生產(chǎn)的是水蒸氣，使經(jīng)濟(jì)效益明顯地提高了，而且節(jié)能環(huán)保效果良好。對(duì)于常規(guī)的合成環(huán)氧乙烷的工藝而言，往往需要采用非常繁瑣的生產(chǎn)流程，而且審查的設(shè)備還容易受到腐蝕，如果采用TiSi分子篩催化劑材料（即TS- 1），則將可有效地保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)工藝也非常的簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境的污染也很小。

2.新材料替代路線的推進(jìn)

作為一類不可再生類型的能源，石油的使用量是有限的，所以新型替代物的研究和應(yīng)用非常的重要。目前，主要的思路是通過(guò)對(duì)天然氣和某些物質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶崛。纱诵纬伤璧奶娲铩Ｔ谏鲜鲞^(guò)程中，催化劑將會(huì)起到舉足輕重的作用。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，可通過(guò)煤基轉(zhuǎn)化以及烷基轉(zhuǎn)化等兩類技術(shù)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的顯著提升，同時(shí)達(dá)到環(huán)保和節(jié)能的效果。目前，一系列的催化劑正被研發(fā)和完善，以滿足該領(lǐng)域的需求，典型的材料包括非晶態(tài)合金、多孔復(fù)合材料和納米材料等作為基礎(chǔ)的催化材料，它們也是未來(lái)探索的重點(diǎn)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[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.

[3]宗保寧.非晶態(tài)合金催化劑和磁穩(wěn)定床反應(yīng)工藝在石油化工技術(shù)中的推廣應(yīng)用[J].催化學(xué)報(bào)，2016，29（9）：873-877.

作者簡(jiǎn)介：

趙檀：1982年-，男，黑龍江哈爾濱人，碩士，工程師。