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炼油催化剂载体技术

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炼油催化剂载体技术

发布日期:2015-09-16 10:05 来源:http://www.bsco.cc 点击:

  通过对这学期张老师讲授的工业化学选修课的学习,作为一名应化的学生,我在这些课里学到了一些本专业不能学得到的知识,首先要感谢老师对我们的知识传授,也感谢老师这学期和我们一起度过的每个礼拜三晚上的学习时光。下面我就简要的介绍一下石油工业中的催化技术。


  随着社会的不断发展,石油资源也在逐渐的枯竭,开发和发展新的绿色能源是我们当前的不可推卸的任务,实现能源来源多样化、降低能耗、提高利用率,对中国石油工业也有着重大的现实意义和战略意义。为了延长石油的可持续时间,提高石油的有效利用率也是一种必不可少的工作,因此催化剂的催化速率技术在这些过程中起到了很大的作用,同时催化剂也可以让一些正常情况下不能发生的化学反应发生。由此看来,石油工业的发展离不开催化剂,催化剂在石油和化学工业中的重要性主要表现在很多方面。例如,据资料估计,现代燃料工业和化学工业的生产,有80%以上采用催化过程,从1985~1995年,世界化工领域中,催化剂每年的用量从8.4增加到30.6万t,呈快速上升趋势,而且在新开发的产品中,采用催化剂的比例高于传统产品,所以石油工业上的催化剂应用十分的广泛。催化剂的作用还可以体现在经济利益上,催化剂可以提高化学反应的速率,缩短化学反应到达平衡的时间。石油工业中的催化方法很多,下面例举几个较普遍的催化技术。


  首先介绍纳米材料在催化石油技术领域中的应用,近年来,我国大多数油田都进入注水开发阶段,但对于低渗透油田的注水开采存在着开采速度慢,最终采收率低等问题。为了解决这一难题,国内某些油田在现场注水开采过程中采用了新型降压增注剂-纳米聚硅材料。纳米聚硅材料是一种以二氧化硅为主要成分,粒径在10~500nm,具有极强憎水亲油能力的白色粉末状物质。纳米聚硅材料具有极强憎水性,注入油层后,其降压增注作用的主要机理是能将吸附在孔隙内表面的水膜赶走,改变岩石的润湿性,有效地扩大孔径,并大幅度降低注入水在孔隙中的流动阻力,避免发生水化现象,起着降低注入压力,平衡注水井间差异的作用。该技术用于低渗透油藏注水井的解堵、降压、增注,可使注水井吸水能力增加20%~60%,具有效果显著,施工简单,无污染等优点。这就是纳米技术在石油工业中的应用。


  然后说说分子筛在石油工业中的应用,为了满足炼油催化剂载体裂化装置的这 些不同需要就要从分子筛类型的选择和改性、载体的选择以及催化剂的配方等方面来调配,其中分子筛的类型和改性占有主导地位因为它是主要的裂化组分。为了在原料油中多掺渣油就需要改善目前改进型USY,分子筛的焦炭选择性;为了在原料油中能多掺焦化蜡油就需要改善现有分子筛活性中心的抗氮能力(包括增加分子筛裂化活性中心);为了提高催化裂化汽油的就需要减少分子筛的氢转移活性;为了提高催化裂化汽油,就需要改善分子筛的异构化和芳构化能力;为了多产气体烯烃就要增加分子筛的裂化能力特别是择形裂解能力,同时还要减少氢转移反应。


  最后再列举沸石催化剂在石油工业催化中的应用,通过资料查得,20世纪60年代,沸石分子筛用于催化裂化工艺后,催化裂化沸石催化剂从稀土X型改进成稀土Y型,80年代又开发了超稳Y型沸石(USY),大幅度提高了裂化催化剂的选择性。由于降低了催化剂的氢转移活性,使裂化汽油中含更多的烯烃,从而提高汽油辛烷值,为开发渣油裂化催化剂和生产高辛烷值汽油的裂化催化剂奠定了基础。为提高沸石催化剂在催化裂化过程中的耐热性和耐金属性,近年来又对沸石进行改性,如在高温空气中进行热处理以提高耐热性;用P/Al2O3进行改性以提高耐热性和渣油裂解能力;USY外表面改性以提高重质油裂解能力及对汽油和中间馏分油的选择性等。目前正在开发的是既能保持高RON(研究法辛烷值)又可降低烯烃和芳烃含量的新沸石催化剂工艺。汽油中芳烃和烯烃含量减少后,为弥补部分辛烷值的损失,链烷烃等的异构化反应显得非常重要。由于异构化反应在低温下才能生成高辛烷值的多支链异构体,因此目前采用低温活性高的AlCl3等催化剂,但存在环境污染问题,为此人们一直试图开发沸石催化剂,由此可以看出沸石催化剂在石油工业中有着很大的前景。为保证人类生存空间的洁净,包括沸石分子筛在内的各种催化剂及工艺仍将是炼油和石化工艺的开发重点。陆续开发的如ITQ21等层状沸石、MCM241等中孔多孔材料及纳米尺寸的沸石晶体以及现有沸石催化剂进行骨架元素置换等改性后的催化剂都具有独特的催化性能,正进行工业生产过程的应用试验。沸石分子筛无毒无害的特性以及独有的择形吸附/催化性能适应了环境保护发展的趋势,必将获得越来越广泛的应用


  由于炼油催化剂载体是实现石油高效转化和清洁利用的关键。为了实现绿色化学,中国石油必须加大炼油催化剂核心技术研发力度,通过持续攻关,在炼油催化剂关键技术研发和生产方面取得发展。进入21世纪,全球炼油业进入增加利润、降低投资、提高能效和满足日益严格的燃料标准的变革时期,催化剂在炼厂满足燃料标准、提高操作效率、提高转化率与选择性、顺应环保趋势等方面起到关键作用。在中国石油、中国石化、中国石油大学等相关研发生产单位的共同努力下,炼油催化剂行业正在为满足市场和技术需求而不断创新,经济、环境、法规和社会等因素成为石化工业进步主要驱动力。中国石油一直努力推动催化技术发展,通过推动技术创新和技术交流,促进我国低碳炼油发展,实现绿色工业发展。催化技术在石油工业中有着很大发展的同时,也有着不断地催化剂厂实施重大技术改造和新产品研制近百项,获得国家科技进步奖两项,拥有的全白土催化剂工艺生产线,是国内唯一、世界仅有两套的高活性抗重金属全白土型分子筛催化剂生产装置,在行业中占有独特的地位。


  在石油生产过程中,炼油催化剂载体技术往往能大显身手。在炼油厂,催化剂更是少不了,选用不同的催化剂,就可以得到不同品质的汽油、煤油。如以C6~C11的石脑油作原料,在一定操作条件和催化剂作用下,烃分子发生重新排列,使环烷烃和烷烃转化成芳烃和异构烷烃,同时产生氢气的过程,这就是所谓的石油催化重整过程。石油工业中可以通过控制反应催化剂或者反应条件来把石油裂解成不同碳数的油类,并且通过不同的条件把这些混油分离开,是每种油类都可以物有所用。但是我觉得石油工业中很大的问题在于石油工业的绿化问题,它是国家经济支柱产业,经济发展离不开石油。石油不仅为我们提供液化气、航空燃料、车用汽油和柴油、船用燃料油,而且为日常生活所需的塑料、纤维、橡胶和化工产品提供原料。然而,从石油中直接得到的汽柴油和化工原料轻质馏分较少,重质油含量高,而市场对轻质馏分油需求量大,同时环境保护对石油产品质量要求高。炼油工业发展必须提高重油加工深度,提高轻质油品收率,尽可能生产清洁燃料和化工原料。可以说,炼油过程离不开催化剂。炼油催化剂门类繁多,一般归纳为催化裂化催化剂、加氢催化剂和重整催化剂。炼油化工绿色发展对催化剂研发提出了更高的要求,如生产清洁燃料、重油深度加工与提高轻油收率。不同的催化剂有着各自的优点。催化汽油加氢催化剂加氢脱硫性能好,辛烷值损失少;柴油加氢催化剂可深度和超深度脱硫,提高十六烷值加氢裂化催化剂能多产优质中间馏分油和化工原料;渣油加氢催化剂可深度脱金属、残炭、沥青质和硫及氮化物杂质,提供催化裂化原料;催化裂化催化剂可提高重油转化能力和轻油收率,提高汽油辛烷值,降低汽油硫和烯烃含量,降低干气产率,多产丙烯原料,从而可以对石油成分进行充分的利用。


  石油工业是当代的一个有着很大发展前景的行业,因为石油已经是我们生活中必不可少的工具,我们必须坚持可持续发展,开发和发展可再生的清洁能源以保护环境,但在此之前,我们必须要对当前的主要能源石油进行充分利用,充分的提高其利用效率。展望未来不难看出,将来的石油技术将是用高新技术提升传统工艺,开发更高效的新型催化剂,发展清洁生产工艺,生产环境友好产品,使石化技术提高到一个新水平,为石化工业的可持续发展提供有力支撑。加氢催化剂、异构化催化剂、聚烯烃催化剂等新品种不断推出。那时候工业中将会出现很多催化剂,特别是绿色清洁催化剂。对环境友好的清洁生产工艺是21世纪石化技术发展的必然趋势,它包括不用有毒有害原材料,废气、废水、废渣生成少,最终实现“零排放”的环保技术,以及排放废弃物料的有效回收利用,更可以涵括生产产品废弃后(如废弃塑料)的回收利用。可实现工业应用的环保技术主要是不用光气、硫酸、磷酸、氢氰酸、盐酸、三氯化铝等有毒有害原材料生产石化产品的新技术。用离子交换树脂催化剂替代盐酸生产双酚,或用离子交换树脂催化剂替代硫酸生产仲丁醇;用氟化氧化硅/氧化铝催化剂替代氢氰酸生产直链烷基苯;改变原料路线,用异丁烯替代丙酮和氢氟酸为原料,生产甲基丙烯酸甲酯;生产可降解(包括生物降解、光降解)塑料等(查资料所得)。


  随着炼油催化剂载体技术的不断发展更新,其炼油催化剂载体技术技术的发展可归纳为4类,即渐进式、台阶式、跨越式和新生式。由于新催化材料是新催化剂和新工艺的源泉,因此新催化材料是当今催化科学的前沿,已开展的研究有:骨架纳米晶金属合金、离子液体等。催化反应与化工分离过程的耦合是化学反应工程发展的前沿领域;催化蒸馏仍可能在烯烃齐聚制超清洁汽油柴油、绿色新工艺、烷烃利用新工艺中找到应用之处。催化膜分离是另一催化反应与分离过程耦合的科技前沿。另外,原料费用占总成本的60%~70%左右,因此采用廉价原料的新化学反应工艺将是石化催化技术发展的方向。如:开发廉价的烷烃代替烯烃为原料生产石化产品的新催化反应工艺。国际石油化工行业的发展趋势处于平缓增长和周期波动阶段,市场竞争激烈;国内石油化工行业的发展趋势处于结构调整和大规模发展阶段,必须注重经济效益和抵御风险能力。由于石油化工技术千变万化,工艺流程不断推陈出新,石化设备、管道的材料品种、型号不断升级、改进、自控水平突飞猛进、日新月异,使石油化工生产技术日趋成熟和完善。石油化学工业采用最新催化科学技术可进一步提升产业水平;随着石油化学工业发展,必须努力增强科技原创力,吸收当代真正最先进的高新科学技术;应用绿色化工技术和可持续发展战略,进一步推动石油化学工业迈上新的台阶。


  作为化工大学化学专业的一名本科生,我们必须学会对社会化工专业进行评估,而现在石油天然气等资源的不可再生资源正不断枯竭,这也为我们以后的工作道路指明了一个方向,我们可以投入石油化工催化技术中去研究使石油更好利用的催化剂,提高当代石油化工的催化水平,是中国的石油催化水平到达一个新的台阶。


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