在生產(chǎn)基本無機(jī)化工原料的領(lǐng)域中,主要以三酸兩堿為核心,它們的產(chǎn)量巨大,是重要的化工原料。其中的硫酸和硝酸分別被稱為“化學(xué)工業(yè)之母和炸藥工業(yè)之母”,它們在工業(yè)和國防部門,都具有重要的價(jià)值。
生產(chǎn)硫酸過程中,SO2轉(zhuǎn)化為SO3所用的催化劑,最初是NO2,但設(shè)備龐大,硫酸濃度低;1918年開發(fā)成功活性高、抗毒性好、價(jià)格低廉的釩催化劑,硫酸生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量大幅度地提高,成本下降。
氨由氮和氫來合成。氮從空氣中獲取,而氫則來自含氫化合物,如水或烴類。不用催化劑來制備氫的方法有水電解法或重油部分氧化法等。由于這些方法的成本大,所以,自從天然氣或石腦油水蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑開發(fā)成功后,世界上現(xiàn)代大型氨廠,多采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法。若以天然氣或石腦油為原料合成氨,整個(gè)過程由加氫、脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、甲烷化及氨合成等8個(gè)工序構(gòu)成。每個(gè)工序都要使用催化劑
總之,合成氨工業(yè)能有今日,與催化劑領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。今后合成氨工業(yè)的革新也將有待于新的催化劑的發(fā)明和老催化劑的更新。如氨合成工業(yè)存在節(jié)能降耗的技術(shù)難題,希望能開發(fā)出低水碳比新型蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑;要實(shí)現(xiàn)“等壓合成”新流程,多半要依賴于低溫、低壓、高活性的新型合成氨催化劑的研制成功,等等。
2、催化劑載體、催化劑在有機(jī)化工中的作用
有機(jī)化工的生產(chǎn)基本上是從三大起始原料(煤、石油和天然氣)開始的,先由它們生產(chǎn)基礎(chǔ)原料(三烯—乙烯、丙烯和丁二烯,三苯—苯、甲苯和二甲苯,萘等),然后進(jìn)一步合成有用化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品和三大合成材料(合成樹脂與塑料、合成橡膠及合成纖維)等。
首先、基礎(chǔ)原料的生產(chǎn)----石油
最早的石油煉制,采用的是蒸餾等物理方法,將較輕的液態(tài)烴(如汽油、煤油和柴油)和氣態(tài)烴從原油中分離。近代普遍發(fā)展了催化裂化、烷基化、加氫精制、加氫脫硫等新工藝,從而擴(kuò)大輕油餾分的收率,并且提高了油產(chǎn)品的質(zhì)量。特別是流化床催化裂化的開發(fā),被稱為是20世紀(jì)的一大工業(yè)革命,裂化催化劑在世界上應(yīng)用最多、產(chǎn)量最高。從石油烴經(jīng)過催化裂解可以制得上述的三烯。從支鏈或直鏈烴石油餾分,經(jīng)催化重整,得到三苯等芳烴。它們都是重要的基礎(chǔ)原料。
其次、基本有機(jī)合成
以三烯、三苯等基礎(chǔ)原料合成低分子有機(jī)化合物,它們是生產(chǎn)高分子化學(xué)品和精細(xì)化學(xué)品的重要原料。這類有機(jī)反應(yīng)的共同特點(diǎn)是:反應(yīng)速度慢和副產(chǎn)品多。所以要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,就必須成功開發(fā)出高活性、高選擇性的催化劑。事實(shí)上,在基本有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)過程中,無一不用到催化劑
最后來說說三大合成材料生產(chǎn)。三大合成材料指合成樹脂與塑料、合成橡膠及合成纖維,它們有著廣泛的用途和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在這些聚合物材料的生產(chǎn)發(fā)展過程中,經(jīng)歷了兩次質(zhì)的飛躍:第一次是1953年,由于Ziegler-Natta型催化劑的問世,使乙烯的聚合反應(yīng)壓力從100~300MPa降至接近常壓,繼而又發(fā)展到丙烯的聚合,于是,一個(gè)以聚乙烯為主的合成材料新時(shí)代開始了;第二次是在20世紀(jì)90年代前后,由于出現(xiàn)了活性和選擇性更高的全新一代的茂金屬等新型聚烯烴催化劑,使聚合物產(chǎn)品的質(zhì)量更高、品種更多。如高透明度、高純度的間規(guī)聚丙烯、分子量分布極均的聚烯烴等,由此,人類被帶到一個(gè)聚烯烴及其它塑料的新時(shí)代。
3、催化劑載體、催化劑在精細(xì)化學(xué)中的作用
精細(xì)化學(xué)品是技術(shù)密集、品種多、產(chǎn)量小而附加值高的化工產(chǎn)品。近20年來,精細(xì)化學(xué)品工業(yè)的發(fā)展很快,目前已經(jīng)有數(shù)百種產(chǎn)品,如各種助劑、表面活性劑、膠粘劑、藥品、染料及催化劑等。幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的各個(gè)部門,用途極為廣泛。精細(xì)品生產(chǎn)的特點(diǎn)是:反應(yīng)種類多,如加氫、氧化、酯化、環(huán)化、重排等;一種產(chǎn)品的生產(chǎn)包括的反應(yīng)步驟多;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,純度要求高,使得生產(chǎn)流程長,等等。因此,精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn),需要采用新的催化技術(shù)來克服上述缺點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),日本在1975~1984年,向國外發(fā)表的催化劑專利中,用于精細(xì)品生產(chǎn)的催化劑所占的比例從7.8%上升到24.8%,增加了2.4倍。
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