化工生產(chǎn)中催化劑的選擇-最新資料

1、化工生產(chǎn)中催化劑的選擇1 催化劑概述催化劑又稱觸媒， 是指在化學(xué)反應(yīng)中能對其他物質(zhì)的化學(xué)反 應(yīng)速率進(jìn)行改變， 既能提高化學(xué)反應(yīng)速率， 也能降低化學(xué)反應(yīng)速 率，但其本身的質(zhì)量與化學(xué)性質(zhì)在該化學(xué)反應(yīng)前后并不發(fā)生改變 的物質(zhì)。催化劑可以分為三種類型，分別是均相催化劑、多相催 化劑以及生物催化劑。 其中， 均相催化劑與其所催化的反應(yīng)物所 處的物態(tài)是一致的，假如反應(yīng)物為固態(tài)，則催化劑也為固態(tài)；而 多相催化劑與其所催化的反應(yīng)物所處的狀態(tài)是不同的。 生物催化 劑簡稱酶， 是動物、 植物以及微生物產(chǎn)生的具有催化能力的有機(jī) 物，而生物催化劑的作用也同樣具有一定的選擇性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 催化劑現(xiàn)在在現(xiàn)代

2、化工生產(chǎn)中有 著舉足輕重的作用， 幾乎有半數(shù)以上的化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中均 采用催化劑， 其不僅能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率， 而且能夠大大的提 高生產(chǎn)效率。目前，催化劑在能源開發(fā)、資源利用、醫(yī)藥制造以 及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用， 而科學(xué)家們也在不斷的 研究更加適宜的催化劑從而利用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。2 催化劑在化工生產(chǎn)中的作用2.1 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 了國民經(jīng)

3、濟(jì)建設(shè)以及國防建設(shè)等的各個領(lǐng)域， 用途也是十分廣泛 的。精細(xì)生產(chǎn)的一個重要特點便是反應(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。2.2 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。最早對石油的煉制是通過蒸餾等一些物理方法來實現(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。 而隨著現(xiàn)代 科技的不

4、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， 而為了更好的實現(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，而基本的 化學(xué)品的生產(chǎn)過程中均會使用催化劑。2.3 在無機(jī)化工中的作用無機(jī)化工是無機(jī)化學(xué)工業(yè)的簡稱， 其是以工業(yè)副產(chǎn)物以及天 然資料為原料的

5、，從而生產(chǎn)出硝酸、硫酸、鹽酸以及磷酸等無機(jī) 酸以及燒堿、 純堿、合成氨、化肥等無機(jī)鹽等的化工產(chǎn)品的工業(yè)。 而無機(jī)化工產(chǎn)品的主要原材料為煤、 石油、天然氣、 包含硫、鈉、 磷、鉀、鈣等的化學(xué)礦物以及空氣、水等等。其中，在生產(chǎn)硫酸 的過程中， 將二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫所使用的催化劑為釩， 其 有活性高、抗毒性好、價格低廉的優(yōu)點，它的使用不僅使得硫酸 生產(chǎn)的質(zhì)量、產(chǎn)量大大提高， 而且使得生產(chǎn)成本也有很大的下降。 同樣在生產(chǎn)硝酸時， 由于以往采用的硝土法以及高溫電弧法的生 產(chǎn)成本較高但是耗能大而且生產(chǎn)能力較小的缺點， 因此， 引入了 催化劑鉑 - 銠網(wǎng)，不僅很好的解決了上述問題，而且為現(xiàn)代化的 生產(chǎn)也

6、奠定了堅實的基礎(chǔ)。 而且合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展， 催化劑 在其中也有著舉足輕重的作用。3 化工生產(chǎn)中催化劑的選擇3.1 加氫催化劑 加氫催化劑現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)以及原料凈化、 產(chǎn)物精制 中，經(jīng)常使用的有第啞族過渡金屬元素的金屬催化劑、金屬氧化物催化劑以及金屬硫化物催化劑等等。 加氫催化劑不僅運用于產(chǎn) 品的生產(chǎn)過程中， 同時也應(yīng)用于產(chǎn)品以及原料的精制過程。 而加 氫催化劑可以根據(jù)加氫情況的不同分為以下三類。3.1.1 選擇性加氫催化劑選擇性加氫催化劑一般運用于石油烴裂解所得乙烯、 丙烯用 作聚合原料時，其可以去除炔、一氧化碳、氧以及雙烯等微量雜 質(zhì)，其優(yōu)勢便是對烯沒有耗損。 如硝基苯加氫還原為苯

7、胺以及裂 解汽油的精制均會用到選擇性加氫催化劑。3.1.2 非選擇性加氫催化劑 非選擇性加氫催化劑就是我們經(jīng)常所說的深度加氫成飽和 化合物所使用的催化劑。 一般情況下， 苯酚加氫制環(huán)乙醇以及已 二腈加氫制己二胺所使用的催化劑為骨架鎳催化劑， 而苯加氫制 環(huán)己烷所使用的催化劑為鎳 - 氧化鋁催化劑。3.1.3 氫解催化劑 通常狀況下， 為了使得油脂加氫氫解生產(chǎn)高級醇可以使用用 亞鉻酸銅催化劑。3.2 脫氫催化劑脫氫其實是一種化工的單元過程， 也是氫化的相反過程， 它 能夠使得有機(jī)物分子中的氫原子數(shù)目減少。 而脫氫催化是脫氫的 一種方法，其主要使用有機(jī)物中的碳 - 氫鏈斷裂，達(dá)到脫氫的目 的，為了

8、能夠維持更容易斷裂的碳 - 碳鏈并且避免使其斷裂，因 此，選擇合適的脫氫催化劑十分重要。一般在進(jìn)行化工生產(chǎn)中， 使用氧化鐵 -氧化鉻 -氧化鉀可以將正丁烯或者是乙苯在大量水 蒸氣存在的情況下或者是高溫下脫氫， 進(jìn)而形成丁二烯或者是苯 乙烯。而脫氫能夠順利進(jìn)行的外在條件便是高溫、 減壓或者是大 量的稀釋劑存在的情況下，其能量消耗十分巨大，目前，關(guān)于在 較低溫度下進(jìn)行的脫氫催化技術(shù)發(fā)展迅速， 例如正丁烯可以使用 鉍-鉬系金屬氧化物催化劑，使得正丁烯通過氧化脫氫從而形成 丁二烯。 3.3 氧化催化劑在化工生產(chǎn)過程中， 其中含氧產(chǎn)品的過程大多數(shù)為選擇性氧 化過程。一般選擇性的氧化產(chǎn)品能夠占到有機(jī)化工產(chǎn)

9、品總量的 80%，因此，對于使用的催化劑均要求具有高催化選擇性。而選 擇性氧化催化劑可以分為液相氧化催化劑以及氣固相氧化催化 劑。3.3.1 液相氧化催化劑 液相氧化催化劑一般可以分為以下兩種：（1）通過乙烯、丙烯氧化從而制得乙醛、丙醛，就是所謂 的瓦克法， 它是通過航油少量氯化鈀的氯化銅溶液催化劑， 并將 其通入空氣、 氧氣或者是烯烴， 經(jīng)過反應(yīng)從而得到所需要的氧化 合物，而這一方式的缺點便是對反應(yīng)設(shè)備有較嚴(yán)重的腐蝕作用。（2）芳烴側(cè)鏈可以通過氧化進(jìn)而形成芳基酸所用的催化劑， 同樣，這種反應(yīng)對反應(yīng)設(shè)備的也有較嚴(yán)重的腐蝕作用。3.3.2 氣固相氧化催化劑（1）乙烯通過氧化從而制得環(huán)氧乙烷所使用

10、的銀催化劑，其可以以碳化硅或者是 a-氧化鋁作為載體，同時可以加少量的 氧化鋇為助催化劑， 近年來， 已經(jīng)逐漸對催化劑及其工藝條件進(jìn)行了不斷的改進(jìn)， 而以乙烯計的重量收率也得到了十分可觀的提（2）醇通過氧化從而制成醛或酮，例如甲醇通過氧化形成 甲醛過程中所使用的氧化鐵 - 氧化鉬、氧化鋁以及電解銀催化劑。（3）活性組分為釩 - 鈦系氧化物，并且將其涂于碳化硅或者 是剛玉上從而制得的催化劑， 一般用于從鄰二甲苯氧化制鄰苯二 甲酸酐；而活性組分為釩 - 鉬系氧化物并將其涂于剛玉上制得的 催化劑， 一般用于苯或丁烷氧化制順丁烯二酸酐。 這一類型的催 化劑是朝著多組分的方向發(fā)展的， 其追求的是高收率、

11、 高負(fù)荷以 及產(chǎn)品純度的極大提高。（4）氧氯化催化劑，早年已經(jīng)開發(fā)除了氯化銅 - 氧化鋁催化 劑，其可以在沸騰反應(yīng)器中通入乙烯、空氣、氯化氫以及氧從而 制得二氯乙烷，而二氯乙烷可以通過熱裂解從而制得氯乙烯單 體，這一方式對于電力較貴但是石油發(fā)達(dá)的地區(qū)中發(fā)展聚氯乙烯 有十分大的優(yōu)勢。（5）氨化氧化催化劑，在二十世紀(jì)六十年代已經(jīng)開發(fā)了利 用氧化硅作為載體的的鉍 - 鉬- 磷系復(fù)合氧化物催化組分的催化 劑，而在此基礎(chǔ)上可以在催化劑上通入氨、空氣以及丙烯，可以 合成丙烯腈。 為了使得提高其收率以及選擇性并且減少對環(huán)境的 污染，近年來，此類催化劑已經(jīng)得到了不斷的改進(jìn)及發(fā)展，最新 催化劑中所含的元素可以達(dá)

12、到 15 種。3.4 聚合催化劑聚乙烯可以分為低密度的以及高密度的兩種， 以往， 低密度 的聚乙烯經(jīng)常會用于高壓法的化工生產(chǎn)中， 其催化劑為氧或者是 有機(jī)過氧物， 而高密度的聚乙烯經(jīng)常會用于低壓法或者是高壓法 的化工生產(chǎn)中， 低壓法中所使用的催化劑大多為四氯化鈦和三乙 基鋁體系等， 它能夠在低壓低溫下聚合， 而中壓法是以硅鋁膠為 載體的鉻 - 氧化鉬等為催化劑的。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)研制除了新型而且高效的催化劑， 但大多數(shù)仍舊 是載體為鎂化合物的鈦 - 鋁體系催化劑，而聚乙烯的收率也有很 大提高， 而且聚合物中所殘留的催化劑也越來越少， 這便可以省 去對聚合物的凈化處理， 從而很大程度上降低了成本。 在此基礎(chǔ) 上，還開發(fā)了在低壓條件下生產(chǎn)線性低密度聚乙烯的