化工生产中催化剂的选择

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【摘要】在化工生产中，选择合适的催化剂不仅能够加快化学反应速率，而且能够在很大程度上提高生产力。本文首先对催化剂进行了简单概述，其次分别介绍了催化剂在精细化工中、有机化工中以及无机化工中的作用，最后主要叙述了在化工生产中对加氢催化剂、脱氢催化剂、氧化催化剂以及聚合催化剂等的选择。
【关键词】化工生产 催化剂 选择
1 催化剂概述
催化剂又称触媒，是指在化学反应中能对其他物质的化学反应速率进行改变，既能提高化学反应速率，也能降低化学反应速率，但其本身的质量与化学性质在该化学反应前后并不发生改变的物质。催化剂可以分为三种类型，分别是均相催化剂、多相催化剂以及生物催化剂。其中，均相催化剂与其所催化的反应物所处的物态是一致的，假如反应物为固态，则催化剂也为固态；而多相催化剂与其所催化的反应物所处的状态是不同的。生物催化剂简称酶，是动物、植物以及微生物产生的具有催化能力的有机物，而生物催化剂的作用也同样具有一定的选择性。
随着科学技术的不断发展，催化剂现在在现代化工生产中有着举足轻重的作用，几乎有半数以上的化工产品在生产过程中均采用催化剂，其不仅能够改变化学反应速率，而且能够大大的提高生产效率。目前，催化剂在能源开发、资源利用、医药制造以及环境保护等领域均得到了广泛的应用，而科学家们也在不断的研究更加适宜的催化剂从而利用在生产生活的各个领域。
2 催化剂在化工生产中的作用
2.1 在精细化工中的作用
精细化工是精细化学工业的简称，指的是化学工业中生产精细化学品的经济领域，而精细化学品指的是产量小、价格高、纯度高的化工产品。随着现代化工业的不断发展，精细化学品工业的发展也十分迅速，迄今为止，已经有数百种产品，已经应用到了国民经济建设以及国防建设等的各个领域，用途也是十分广泛的。精细生产的一个重要特点便是反应快，而且每一种产品所包含的反应步骤也十分多，产品的结构也较为复杂，但是纯度要求却非常高，而在精细化学品的生产过程中利用催化剂，能够很好的解决以上问题。
2.2 在有机化工中的作用
有机化工也成为有机合成工业，它是以天然气、石油以及煤等材料为基础原料，从而生产出各种有机原料的工业。基本有机化工的直接原料包括一氧化碳、甲烷、氢气、乙炔、乙烯、苯、甲苯、以及乙苯等等。
最早对石油的炼制是通过蒸馏等一些物理方法来实现的，其能够将较轻的气态烃以及液态烃从原油中分离出来。而随着现代科技的不断发展，逐渐出现了催化裂化、烷基化等新型工业，从而使得轻油馏分的收率有所扩大，而且使得油产品的质量也大大提高，尤其是流化床催化裂化的开发，成为一项伟大的工业革命，而裂化催化剂也已经成为了世界上产量最高、应用最广的催化剂。
基本的有机合成，是以三苯、三烯等基础的原材料合成一些低分子的有机化合物。而这些反应具有反应速率较慢而且副产品较多的共同特点，而为了更好的实现工业化，就应该成功的开发出高选择性、高活性的催化剂，从而克服以上的缺点，而基本的化学品的生产过程中均会使用催化剂。
2.3 在无机化工中的作用
无机化工是无机化学工业的简称，其是以工业副产物以及天然资料为原料的，从而生产出硝酸、硫酸、盐酸以及磷酸等无机酸以及烧碱、纯碱、合成氨、化肥等无机盐等的化工产品的工业。而无机化工产品的主要原材料为煤、石油、天然气、包含硫、钠、磷、钾、钙等的化学矿物以及空气、水等等。其中，在生产硫酸的过程中，将二氧化硫转化成三氧化硫所使用的催化剂为钒，其有活性高、抗毒性好、价格低廉的优点，它的使用不仅使得硫酸生产的质量、产量大大提高，而且使得生产成本也有很大的下降。同样在生产硝酸时，由于以往采用的硝土法以及高温电弧法的生产成本较高但是耗能大而且生产能力较小的缺点，因此，引入了催化剂铂-铑网，不仅很好的解决了上述问题，而且为现代化的生产也奠定了坚实的基础。而且合成氨工业的飞速发展，催化剂在其中也有着举足轻重的作用。
3 化工生产中催化剂的选择
3.1 加氢催化剂
加氢催化剂现如今广泛应用于生产以及原料净化、产物精制中，经常使用的有第Ⅷ族过渡金属元素的金属催化剂、金属氧化物催化剂以及金属硫化物催化剂等等。加氢催化剂不仅运用于产品的生产过程中，同时也应用于产品以及原料的精制过程。而加氢催化剂可以根据加氢情况的不同分为以下三类。
3.1.1选择性加氢催化剂
选择性加氢催化剂一般运用于石油烃裂解所得乙烯、丙烯用作聚合原料时，其可以去除炔、一氧化碳、氧以及双烯等微量杂质，其优势便是对烯没有耗损。如硝基苯加氢还原为苯胺以及裂解汽油的精制均会用到选择性加氢催化剂。
3.1.2非选择性加氢催化剂
非选择性加氢催化剂就是我们经常所说的深度加氢成饱和化合物所使用的催化剂。一般情况下，苯酚加氢制环乙醇以及已二腈加氢制己二胺所使用的催化剂为骨架镍催化剂，而苯加氢制环己烷所使用的催化剂为镍-氧化铝催化剂。
3.1.3氢解催化剂
通常状况下，为了使得油脂加氢氢解生产高级醇可以使用用亚铬酸铜催化剂。
3.2 脱氢催化剂
脱氢其实是一种化工的单元过程，也是氢化的相反过程，它能够使得有机物分子中的氢原子数目减少。而脱氢催化是脱氢的一种方法，其主要使用有机物中的碳-氢链断裂，达到脱氢的目的，为了能够维持更容易断裂的碳-碳链并且避免使其断裂，因此，选择合适的脱氢催化剂十分重要。一般在进行化工生产中，使用氧化铁-氧化铬-氧化钾可以将正丁烯或者是乙苯在大量水蒸气存在的情况下或者是高温下脱氢，进而形成丁二烯或者是苯乙烯。而脱氢能够顺利进行的外在条件便是高温、减压或者是大量的稀释剂存在的情况下，其能量消耗十分巨大，目前，关于在较低温度下进行的脱氢催化技术发展迅速，例如正丁烯可以使用铋-钼系金属氧化物催化剂，使得正丁烯通过氧化脱氢从而形成丁二烯。
3.3 氧化催化剂
在化工生产过程中，其中含氧产品的过程大多数为选择性氧化过程。一般选择性的氧化产品能够占到有机化工产品总量的80%，因此，对于使用的催化剂均要求具有高催化选择性。而选择性氧化催化剂可以分为液相氧化催化剂以及气固相氧化催化剂。
3.3.1液相氧化催化剂
液相氧化催化剂一般可以分为以下两种：
（1）通过乙烯、丙烯氧化从而制得乙醛、丙醛，就是所谓的瓦克法，它是通过航油少量氯化钯的氯化铜溶液催化剂，并将其通入空气、氧气或者是烯烃，经过反应从而得到所需要的氧化合物，而这一方式的缺点便是对反应设备有较严重的腐蚀作用。
（2）芳烃侧链可以通过氧化进而形成芳基酸所用的催化剂，同样，这种反应对反应设备的也有较严重的腐蚀作用。
3.3.2气固相氧化催化剂
（1）乙烯通过氧化从而制得环氧乙烷所使用的银催化剂，其可以以碳化硅或者是α-氧化铝作为载体，同时可以加少量的氧化钡为助催化剂，近年来，已经逐渐对催化剂及其工艺条件进行了不断的改进，而以乙烯计的重量收率也得到了十分可观的提高。
（2）醇通过氧化从而制成醛或酮，例如甲醇通过氧化形成甲醛过程中所使用的氧化铁-氧化钼、氧化铝以及电解银催化剂。
（3）活性组分为钒-钛系氧化物，并且将其涂于碳化硅或者是刚玉上从而制得的催化剂，一般用于从邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐；而活性组分为钒-钼系氧化物并将其涂于刚玉上制得的催化剂，一般用于苯或丁烷氧化制顺丁烯二酸酐。这一类型的催化剂是朝着多组分的方向发展的，其追求的是高收率、高负荷以及产品纯度的极大提高。
（4）氧氯化催化剂，早年已经开发除了氯化铜-氧化铝催化剂，其可以在沸腾反应器中通入乙烯、空气、氯化氢以及氧从而制得二氯乙烷，而二氯乙烷可以通过热裂解从而制得氯乙烯单体，这一方式对于电力较贵但是石油发达的地区中发展聚氯乙烯有十分大的优势。
（5）氨化氧化催化剂，在二十世纪六十年代已经开发了利用氧化硅作为载体的的铋-钼-磷系复合氧化物催化组分的催化剂，而在此基础上可以在催化剂上通入氨、空气以及丙烯，可以合成丙烯腈。为了使得提高其收率以及选择性并且减少对环境的污染，近年来，此类催化剂已经得到了不断的改进及发展，最新催化剂中所含的元素可以达到15种。
3.4 聚合催化剂
聚乙烯可以分为低密度的以及高密度的两种，以往，低密度的聚乙烯经常会用于高压法的化工生产中，其催化剂为氧或者是有机过氧物，而高密度的聚乙烯经常会用于低压法或者是高压法的化工生产中，低压法中所使用的催化剂大多为四氯化钛和三乙基铝体系等，它能够在低压低温下聚合，而中压法是以硅铝胶为载体的铬-氧化钼等为催化剂的。近年来，随着科学技术的不断发展，已经开发研制除了新型而且高效的催化剂，但大多数仍旧是载体为镁化合物的钛-铝体系催化剂，而聚乙烯的收率也有很大提高，而且聚合物中所残留的催化剂也越来越少，这便可以省去对聚合物的净化处理，从而很大程度上降低了成本。在此基础上，还开发了在低压条件下生产线性低密度聚乙烯的过程。在聚丙烯的生产中也开发出了负载型的钛-铝体系高效催化剂，使得聚丙烯收率也大大提高。
4 结束语
随着科学技术的发展，人们已经逐渐认识到了催化剂在化工生产中的积极作用，而关于催化剂技术的作用已经得到了广泛的关注。在进行化工生产的过程中，应该充分认识各种催化剂的作用，从而选择合适的催化剂，不仅可以加快化学反应的速率，而且还能够在很大程度上提高化工生产能力。
参考文献
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作者简介
顾慧敏，女，讲师；单位：伊犁州高级技工学校。