PHANCHAL IAO TONG UNIVERSIE 石化能源中的催化材料 Catalytic materials for fossil energy conversion 上游充通大粤 SHANGIAI JIAO TONG UNIVERSTTY
石化能源中的催化材料 Catalytic materials for fossil energy conversion
一些重要的石油炼制产品名称及其特性 名称 主要组成和特性 近似沸点/℃ 液化石油气(LPG) C4烃和一些C3烃 低于0 汽油(petrol) Cs~Cg(富芳烃) 30≈160 煤油 C10~C15（富烷烃) 150~270 柴油 C0一C18（富烷烃) 260360 润滑油 约为C20~C10,无芳烃 300-550 和烷烃 蜡 约为C20~C40(正构烷>300 烃)
一些重要的石油炼制产品名称及其特性 名 称 主要组成和特性 近似沸点／℃ 液化石油气(LPG) C4烃和一些C3烃 低于 0 汽油(petrol) C5～C9（富芳烃） 30～160 煤油 C10～C15（富烷烃） 150～270 柴油 Cl0—C18（富烷烃） 260～360 润滑油 约为C20～C10，无芳烃 和烷烃 300 - 550 蜡 约为C20～C40（正构烷 烃） >300
典型的石油炼制操作过程 直馏石脑油 HDS 催化重整 高辛烷值汽油或芳烃 常 直馏煤油 脱臭 喷气燃料 分子筛脱蜡 液体石蜡或洗涤剂原料 减 灯用煤油 催化裂化 高辛烷值FCC汽油 低硫汽油 柴油 原油 FCC柴油 加氢精制 压 含蜡馏分油 低硫柴油 低硫汽油 加氢裂化 喷气燃料 蒸 柴油 沥青 丙烷脱沥青 石蜡或地蜡 馏 渣油 减粘裂化 锅炉燃料油 脱沥青油 润滑油 焦化 汽油、柴油 加氢精制 低硫汽油、柴油 石油焦
典型的石油炼制操作过程
流态化催化裂解 ANGHALJIAO TONG UNIVERSIT ·流化催化裂化(FCC)是目前石油炼制工业中最重要的二 次加工过程，FCC工艺是在高温和适当压力下与流化粉末 催化剂接触，使原料汽化并将高沸点长链的烃分子断开成 短得多的分子。 上游充通大粤 SHANGIAI JIAO TONG UNIVERSTTY
流态化催化裂解 • 流化催化裂化（FCC）是目前石油炼制工业中最重要的二 次加工过程，FCC工艺是在高温和适当压力下与流化粉末 催化剂接触，使原料汽化并将高沸点长链的烃分子断开成 短得多的分子
催化剂 ANGHAI JIAO TONG UNIVERSTT 分子筛类型 分子筛按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛，通式： MOAl2O3xSiO2yHO,其中M代表K,Na,Ca等。 ·SiO2/A1O3≈1.0，A型分子筛 ·SiO2/A1O3=2.2-3.0,X型分子筛 ·SiO2/A1O3>3.0,Y型分子筛 低硅铝比的沸石分子筛（如A型，X型等)的极性亲水性 上洋气通大粤 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSTTY
催化剂 分子筛类型 分子筛按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛，通式： MO⋅Al2O3 ⋅xSiO2 ⋅yH2O，其中M代表K, Na, Ca等。 • SiO2/ Al2O3 ≈ 1.0，A型分子筛 • SiO2/ Al2O3 = 2.2 –3.0，X型分子筛 • SiO2/ Al2O3 > 3.0，Y型分子筛 低硅铝比的沸石分子筛（如 A型，X型等）的极性亲水性
催化剂 1日9 IGHAUJIAO TONG UNI ·用于催化裂解的分子筛的配料最常见的是由$i02一A1,0组成的八面沸石分子 筛中的Y型分子筛。 X型和Y型的差别在于铝含量的不同。八面沸石的单胞中所含硅、铝原子总 数都是192。X型和Y型沸石的单胞组成分别为Na86[Al36Si1060384].264H20和 Na56[Al56Si136.0384].264H20。 常用于催化裂解用催化剂产品是钠型(Na-Y)，本身并不活泼，因为它缺 乏强酸位，活性的催化剂需要通过钠和稀土元素或H,+的交换等手段才能制 成。 ·主要修饰方法： ·稀土交换-分子筛Re) 稀土交换氢Y-分子筛(ReHY) ·超稳Y-分子筛USY),通过如下反应获得： NaY+NH4+→NaHY+H2O→USY+Na溶液 ·稀土交换超稳氢Y-分子筛ReUSY)
催化剂 • 用于催化裂解的分子筛的配料最常见的是由SiO2-Al2O3组成的八面沸石分子 筛中的Y型分子筛。 • X型和Y型的差别在于铝含量的不同。八面沸石的单胞中所含硅、铝原子总 数都是192。X型和Y型沸石的单胞组成分别为Na86[Al86Si106.O384].264H2O和 Na56[Al56Si136.O384].264H2O。 • 常用于催化裂解用催化剂产品是钠型（Na-Y），本身并不活泼，因为它缺 乏强酸位，活性的催化剂需要通过钠和稀土元素或NH4 +的交换等手段才能制 成。 • 主要修饰方法： • 稀土交换-分子筛(ReY) • 稀土交换氢Y-分子筛(ReHY) • 超稳Y-分子筛(USY)，通过如下反应获得： NaY+NH4+NaHY+H2OUSY+Na溶液 • 稀土交换超稳氢Y-分子筛(ReUSY)
催化重整 催化重整：在催化剂的作用下，烃类分子重新排列成新分子结构 的工艺过程，该过程将低辛烷值的直链烃转为带支链的链烷（异 构烷烃)和环烷烃，部分脱氢生成高辛烷值的芳烃。 。 脱氢过程还生产大量的副产物氢气，可供给其他炼油过程，如加 氢裂化。副反应是加氢裂化反应，生成低分子量的烃，如甲烷、 乙烷、丙烷、丁烷。 ● 催化重整反应的主要目的：一是生产高辛烷值汽油组分；二是为 化纤、橡胶、塑料和精细化工提供原料（苯、甲苯、二甲苯，简 称BTX等芳烃)，它们具有各种用途，最重要的是作为塑胶的转 换原料。 由于环保和节能要求，世界范围内对汽油总的要求趋势是高辛烷 值和清洁。催化裂化汽油辛烷值相对较低，硫含量高，烯烃含量 高；催化重整将在降低烯烃和硫含量并保持较高的辛烷值中发挥 作用
催化重整 • 催化重整：在催化剂的作用下，烃类分子重新排列成新分子结构 的工艺过程，该过程将低辛烷值的直链烃转为带支链的链烷（异 构烷烃）和环烷烃，部分脱氢生成高辛烷值的芳烃。 • 脱氢过程还生产大量的副产物氢气，可供给其他炼油过程，如加 氢裂化。副反应是加氢裂化反应，生成低分子量的烃，如甲烷、 乙烷、丙烷、丁烷。 • 催化重整反应的主要目的：一是生产高辛烷值汽油组分；二是为 化纤、橡胶、塑料和精细化工提供原料（苯、甲苯、二甲苯，简 称BTX等芳烃），它们具有各种用途，最重要的是作为塑胶的转 换原料。 • 由于环保和节能要求，世界范围内对汽油总的要求趋势是高辛烷 值和清洁。催化裂化汽油辛烷值相对较低，硫含量高，烯烃含量 高；催化重整将在降低烯烃和硫含量并保持较高的辛烷值中发挥 作用
汽油的辛烷值 VE 0 汽油在气缸中正常燃烧时火焰传播速度为10~20/s,在 爆震燃烧时可达1500~2000m/s。后者会使气缸温度剧升 ，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降 ，机件受损。 与辛烷有同一分子方程式的异辛烷，其震爆现象最少。常 以标准异辛烷值规定为100，正庚烷的辛烷值规定为零。 抗震性与样品相等的混合液中所含异辛烷百分数，即为该 样品的辛烷值。 CH3 CH3 CH3 C-CH2-CH-CH3 上游完通大粤 辛烷 CH3 异辛烷 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSTTY
汽油的辛烷值 • 汽油在气缸中正常燃烧时火焰传播速度为10～20m/s，在 爆震燃烧时可达1500～2000m/s。后者会使气缸温度剧升 ，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降 ，机件受损。 • 与辛烷有同一分子方程式的异辛烷，其震爆现象最少。常 以标准异辛烷值规定为100，正庚烷的辛烷值规定为零。 抗震性与样品相等的混合液中所含异辛烷百分数，即为该 样品的辛烷值。 辛烷 异辛烷
·六元环脱氢反应 -H2 n-C6H14 +3H2 ·异构化反应 CH— ·加氢裂化反应 CH3+H2→CH3—CHz—CH2-CH-CH3 CH3
• 六元环脱氢反应 n-C6H14 -H2 3H2 • 异构化反应 CH3 • 加氢裂化反应 H2 CH3 CH2 CH2 CH CH3 CH3 CH3 +
催化剂 18 ·目前工业上所用的催化重整催化剂主要是贵金属催化剂，土安有 Pt-Re/Al203Pt-Sn/AI203、Pt-Ir/AI03等系列，主要是Pt等 和由A1,0提供酸性位的双功能催化剂。 助催化剂：是指本身不具备催化活性或活性很弱，但其与主催化 剂共同存在时，能改善主催化剂的活性、稳定性及选择性。助催 化剂，一方面，减小铂含量以降低催化剂的成本，另一方面，改 善铂催化剂的稳定性和选择性，把这种含有多种金属元素的重整 催化剂叫双金属或多金属催化剂。 载体：具有较大的比表面积和较好的机械强度，它能使活性组分 很好地分散在其表面，从而更有效的发挥其作用，节省活性组分 的用量，同时也提高催化剂的稳定性和机械强度。目前，作为重 整催化剂的常用载体有n-AI203和Y-AI203
催化剂 • 目前工业上所用的催化重整催化剂主要是贵金属催化剂，主要有 Pt-Re/ Al2O3、Pt-Sn/ Al2O3、Pt-Ir/ Al2O3 等系列，主要是Pt等 和由A12O3提供酸性位的双功能催化剂。 • 助催化剂：是指本身不具备催化活性或活性很弱，但其与主催化 剂共同存在时，能改善主催化剂的活性、稳定性及选择性。助催 化剂，一方面，减小铂含量以降低催化剂的成本，另一方面，改 善铂催化剂的稳定性和选择性，把这种含有多种金属元素的重整 催化剂叫双金属或多金属催化剂。 • 载体：具有较大的比表面积和较好的机械强度，它能使活性组分 很好地分散在其表面，从而更有效的发挥其作用，节省活性组分 的用量，同时也提高催化剂的稳定性和机械强度。目前，作为重 整催化剂的常用载体有η-Al2O3 和γ-Al2O3