炼油化工催化剂主要产品性能特点

  [中国石化报 2024-09-24]
  炼油化工领域的催化剂种类有很多，每种催化剂都有着独特的应用领域和性能特点。
  催化裂化催化剂?催化裂化催化剂是炼油领域用量最大的催化剂，主要作用是将高分子烃分解成低分子烃，从而生产汽油、烯烃、液化气等高价值产品。目前主要采用分子筛类催化剂，其规则的晶格结构和均匀的孔径保证了高选择性和稳定性，提高汽油产率和辛烷值，尤其Y型分子筛具有优异的裂化性能，广泛用于催化裂化过程。全球主要催化裂化催化剂生产商格雷斯、巴斯夫、中国石化等持续优化分子筛及助剂结构与配方，开发高轻油收率、多产低碳烯烃、提高汽油辛烷值、降低稀土含量、汽油深度脱烯烃等系列催化剂，提高催化性能，降低生产成本。中国石化配套开发了DCC（深度催化裂化），CPP（催化热裂解），MIP（多产异构烷烃的催化裂化）等催化裂化新工艺，得到广泛应用。
  加氢催化剂?炼油过程中加氢催化剂主要用于脱除燃料油中硫、氮、重金属等污染物，通过加氢催化剂，对汽油和柴油进行深度脱硫，在不降低烯烃饱和度的情况下实现高辛烷值/十六烷值清洁燃料油的生产，保障车辆尾气达标排放。加氢催化剂还可用于加氢裂化过程，重质油发生催化裂化反应的同时伴有烃类加氢、异构化等反应，从而转化成质量较好的汽油、煤油和柴油等轻质油。加氢催化剂主要由过渡金属（铂、钯、镍等）或其氧化物，以及载体（氧化铝、活性炭等）组成，近年来开发了多种金属-分子筛双功能催化剂，兼具汽、柴油的加氢与改质性能，具有高效、低成本的优势。
  重整催化剂?重整催化剂主要用于将低辛烷值（RON40-60）石脑油转化为高辛烷值（RON90-100）汽油调和组分，或者将直链烷烃转化为芳烃，并副产氢气。重整催化剂通常由铂族金属、氧化物和载体组成，近年来采取调整载体结构、酸性和引入第三金属等方式以提高催化剂选择性，增加碳五+收率和氢气产率，降低催化剂积炭速率和提高装置处理量。全球连续重整催化剂主要供应商有霍尼韦尔UOP、阿克森斯和中国石化。
  异构化催化剂?异构化催化剂主要是将直馏汽油或重整抽余油中的直链烷烃转化为支链烷烃，从而提高汽油辛烷值。异构化催化剂通常由含有铂族金属的物质组成，以氧化铝或分子筛为载体，具有较高的异构化活性和选择性。全球异构化催化剂主要供应商有霍尼韦尔UOP、阿克森斯和中国石化。
  合成氨催化剂?传统H-B法合成氨过程以美国凯洛格公司工艺为代表，包括氢气与氮气制备、气体净化、氨合成等单元。氨合成过程主要采用铁基催化剂。由于氮气分子较难活化，合成氨通常需要高温、高压反应条件，造成能耗和碳排放较高。近年来人们积极开发低温低压合成氨工艺，其中高活性催化剂是关键，不仅需要高效活化氮气分子，而且要有利于中间物种及产物的进一步转化或脱附。目前研究进展较快的是铁钌接力催化剂及过渡金属-氢化锂双活性中心催化剂体系等，已经接近商业化应用水平。
  甲醇合成催化剂?工业上应用较广的中低压甲醇合成工艺，主要采用铜基或锌基催化剂。甲醇装置的大型化发展，对甲醇合成催化剂提出新的要求，不仅要具有较高的转化率和选择性，而且要具有良好的导热性。西南化工研究设计院研发的XNC-98-5催化剂已在大型甲醇装置上成功应用，实现了国内技术突破。随着绿色甲醇迎来发展新阶段，绿氢与二氧化碳进行加氢合成甲醇工艺成为催化剂研究的重点领域，可采用铜系氧化物、其他金属氧化物或硫化物等作为催化剂。丹麦托普索、德国鲁奇、英国庄信万丰等已掌握较为成熟的二氧化碳加氢催化剂技术，全球市场占有率约70%；国内相关催化剂研究总体处于小试或中试阶段。
  聚烯烃催化剂?聚烯烃催化剂结构决定了聚烯烃的结构，包括分子量及分布、共聚单体含量及分布、聚合物的规整度等。目前工业上主要采用齐格勒-纳塔型催化剂，全球供应商主要有美国巴塞尔、格雷斯，中国石化等，此类催化剂以氯化镁、二氧化硅等无机物为载体，在乙烯或丙烯聚合中通常加入电子化合物，以提高催化剂活性和立体选择性。近年来，茂金属和非茂金属等单活性中心催化剂得到快速发展，尤其茂金属催化剂是聚烯烃弹性体（POE）、环烯烃共聚物（COC/COP）等高端聚烯烃制造工艺的核心，其制备技术难度大，原料甲基铝氧烷（MAO）壁垒高，主要供应商是陶氏化学、埃克森美孚、道达尔等国外公司，国内高端茂金属催化剂依赖进口。
  聚酯催化剂?聚酯合成一般有酯化/缩聚和开环聚合（ROP）两种反应途径。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等芳香族或脂肪族聚酯合成通常采用酯化/缩聚工艺，以锑与钛系催化剂为主，尤其钛系催化剂具有常温不水解、不含重金属元素、活性高、添加量少等优点，是环境友好型聚酯催化剂；聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等开环聚合过程最常用的是锡类催化剂，具有副反应少，合成的聚合物分子量高、分布窄，聚酯链结构易调控等优点。未来，聚酯催化体系将进一步减少锑、镍等重金属元素的使用，研究有机催化剂、离子液体等绿色催化剂的工业应用可能性，并结合聚酯合成工艺优化，开发高效、绿色的催化体系。