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催化剂的作用

2019-08-13 09:10:12

催化剂是能显著改变反应速率,且其自身的化学性质和数量在反应前后均保持不变的物质。催化剂在化学反应中有重要的地位。催化剂具有以下特点:①它能改变反应所需的活化能,改变反应速率;②在可逆反应中,对正逆反应都有催化作用;③在某一反应中,只有某种特定的催化剂能够发生催化反应等等。


催化剂的作用

  1、催化裂化


  裂化的目的是将廉价的重质油在高温下裂解成分子较小的碳氢化合物(如汽油)。并同时获得烯烃硬芳烃等化工原料。裂化反应在不使用催化剂的高温高压(高于650℃,1.5~2.0MPa)下进行,一般称为热裂化;也可在较低温度及压力(415~525℃,0.07~0.13MPa)下进行,此即为催化裂化。


  催化裂化由于使用催化剂,比热裂化具有多优点,如催化裂化所产汽油辛烷值高,安定性也好,适于作高压缩比汽油发动机的燃料,不易发生爆震现象。热裂化的汽油、柴油产率一般只有65%~70%,而催化裂化可达80%左右。热裂化装置在生产中由于会发生生焦现象,炉管会不断结焦。结焦达到程度就停工烧焦。而催化裂化则不受这种限制,只要采取适当措施减少设备腐蚀及磨损,就可延长开工周期。所以,自1930年催化裂化工艺开发成功以来,已成为裂化的主要工艺。


  催化裂化催化剂早期使刚白土,其主要成分是硅酸铝,由于质量差,以后为合成硅铝催化剂所替代。自1960年开始,又开发出性能好的分子筛催化剂。分子筛的种类很多,工业上常用的有A型、X型、Y型沸石及丝光沸石等,而用作裂化催化剂的主要是Y型使用分子筛的优点是:裂化时汽油产率、辛烷值提高。


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  2、催化重整


  催化重整是现代炼油和石油化工的主要加工方法之一,目的是利用催化剂的作用将直馏汽油中的烃分子重新排列,以提高汽油的辛烷值,同时生产出具有宝贵用途的芳烃。


  所谓“催化重整”就是烃类的分子结构重新排列成新的结构的意思:在有催化剂存在的条件下,对汽油馏分进行重整就叫做催化重整。催化重整的主要目的是制取苯、甲苯和二甲苯等芳烃,或生产高辛烷值汽油。汽油在热作用下,进行的重整过程称为热重整,它需在530~580℃的高温,3~7MPa的压力下进行。在这种条件下,汽油辛烷值也可以提高,但过程的收率低、产品质量不好。


  催化重整反应十分复杂,仅就链烷烃芳构化过程而言,中间要经过好几个步骤,它们都需在催化剂存在下才能发生,这就要求催化剂具备多种功能。一种是酸性功能促进异构化作用发生;另一种是脱氢功能。


  初的催化重整是使用铬、钼、钴等金属氧化物为活性组分的催化剂,在固定床反应器上进行。由于催化剂活性不高、寿命又短,没有发展。


  1947~1949年问,铂重整问世,这是催化重整重大的革新。铂是具有强烈吸引氢原子能力的金属,它对脱氢芳构化反应有很好的催化功能,所以成为催化重整常用的催化剂金属。铂重整的问世,使重整转化率、芳烃收率有很大提高,而且操作温度及压力下降。以后,随着双金属(如铂-铼)催化剂和多金属催化剂的出现,催化剂活性和稳定性有大提高,重整工艺趋合理。


  3、氧化还原反应


  氧化还原反应是人们熟知的合成无机和有机产品的重要反应。它包括氧化反应、加氢反应及脱氢反应。在石油化工中,为了生产各种原料及中间体,经常通过氧化、加氢、脱氢等反应过程来达到目的。


  由过渡金属氧化物所催化的部分氧化反应,是将碳氢化合物转化成高附加值化学中间体常使用的工艺过程,这类中间体通常含有CHO、COOH、C=C及CN等基团物质。设计这类反应用的催化剂,能提供适量的氧原子进人反应物中,生成所希望的产物,但又不能发生进一步的氧化生成CO及CO2。


  因此,部分氧化反应催化剂的开发一直受到重视。如苯氧化制顺酐在1928年就已工业化,所用催化剂主要为氧化钒与氧化钼,并添加少量氧化钠;载体为氧化铝,它占总量的80%。到1961年,又研制出添加少量磷酸盐及镍的催化剂,但主要成分仍为氧化钒与氧化钼,反应转化率达到98%,正常操作条件下催化剂使用寿命可达到2~3年。


  4、加氢脱硫反应


  合成氨工业已有几十年的历史。二十世纪六十年代后,由于石油烃蒸汽加压转化制合成气技术的发展,新建大型氨厂都采用石油轻质烃和气为原料进行氨的生产。我国近期建造的大型氨厂也大都采用石脑油或气等为原料,而以烃类为原料生产合成氨以及燃料油精制过程都含有加氢脱硫工艺。


  利用加氢脱硫反应处理原料油的目的有下面几种:


  ①防止后处理工艺所用催化剂中毒,如石脑油加氢脱硫是为了防止催化重整工艺所用催化剂中毒而失去活性。


  ②避免因原料油中存在的硫化物腐蚀设备。


  ③燃料油经加氢脱硫,可以减少排气中的硫氧化物含量,减轻环境污染。


  5、烯烃聚合反应


  目前世界上所用.的绝大多数塑料都属于聚丙烯或聚乙烯。初的烯烃聚合反应均是在高温高压下进行,随着Z-N催化剂的发现和发展,现阶段大多数石化企业的塑料厂均采用低温低压工艺生产各种牌号的聚丙烯和聚乙烯塑料,这可以大大减少产品的生产成本。