催化剂工业概论

工业催化概论一·催化剂工业发展史催化剂工业在19世纪末到20世纪初逐渐形成，化学工业中利用催化技术的生产过程日益增多，为适应对工业催化剂的要求，逐步形成了产品品种多、制造技术进步、生产规模和产值与日俱增的催化剂工业。

如生产制造硫酸、油脂加氢、合成氨、合成甲醇、费托合成、煤焦油高压加氢等过程用的催化剂，但这段时期多是自产自用。

后来由于石油炼制工业、化学工业、环境保护等发展的需要，出现了专门生产、销售催化剂的工业组织。

由于催化剂种类繁多，制造方法各异，服务行业不同，在催化剂工业中形成多种经营方式的企业。

催化剂生产组织包括：对原料的选择和质量控制，催化剂及其载体的制造，出厂前对催化剂特性评定，出厂后向客户提供技术服务。

催化剂种类繁多，主要有金属催化剂、金属氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸碱催化剂、络合催化剂、生物催化剂等，其制造方法也各异。

催化剂工业中的主要产品种类有：石油炼制催化剂、石油化工催化剂（包括高分子合成中用的聚合催化剂）、无机化工催化剂(主要是制造氮肥和硫酸的催化剂)、环境保护催化剂等。

1萌芽时期（20世纪以前）催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。

1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制硫酸的工厂，接着，1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术从事工业规模生产的开端。

1831年P.菲利普斯获得二氧化硫在铂上氧化成三氧化硫的英国专利。

19世纪60年代，开发了用氯化铜为催化剂使氯化氢进行氧化以制取氯气的迪肯过程。

1875年德国人医`学教育网搜集整理E.雅各布在克罗伊茨纳赫建立了第一座生产发烟硫酸的接触法装置，并制造所需的铂催化剂，这是固体工业催化剂的先驱。

铂是第一个工业催化剂，现在铂仍然是许多重要工业催化剂中的催化活性组分。

19世纪，催化剂工业的产品品种少，都采用手工作坊的生产方式。

由于催化剂在化工生产中的重要作用，自工业催化剂问世以来，其制造方法就被视为秘密。

2奠基时期（20世纪初）在这一时期内，制成了一系列重要的金属催化剂，催化活性成分由金属扩大到氧化物，液体酸催化剂的使用规模扩大。

制造者开始利用较为复杂的配方来开发和改善催化剂，并运用高度分散可提高催化活性的原理，设计出有关的制造技术，例如沉淀法、浸渍法、热熔融法、浸取法等，成为现代催化剂工业中的基础技术。

催化剂载体的作用及其选择也受医`学教育网搜集整理到重视，选用的载体包括硅藻土、浮石、硅胶、氧化铝等。

为了适应于大型固定床反应器的要求，在生产工艺中出现了成型技术，已有条状和锭状催化剂投入使用。

这一时期已有较大的生产规模，但品种较为单一，除自产自用外，某些广泛使用的催化剂已作为商品进入市场。

同时，工业实践的发展推动了催化理论的进展。

1925年H.S.泰勒提出活性中心理论，这对以后制造技术的发展起了重要作用。

3发展方向催化剂工业将随着石油炼制、化学工业、环境保护等有关行业的技术进步而发展。

石油炼制工业迫切要求提高汽油辛烷值和进行渣油加工，催化剂工业针对这些要求将推出一些新型催化剂。

化学工业要求发展适应原料变化、提高收率和节约能源的催化剂，其中从煤制造一氧化碳和氢气，再生产各种有机化工原料的新型催化剂正在发展。

二·工业催化专业的国际发展趋势及在我国的发展现状1 工业催化研究发展的动态、趋势、方向工业催化是理工结合的学科，以分子的化学反应动态学为基础，以控制化学反应方向、途径和速度的功能材料—催化剂和催化反应过程的研究和开发为主要内容，以实现高效的化学过程和资源的高效利用。

现代化学工业建立在催化作用的基础上，催化技术已广泛应用于石油化工生产、污染控制及能源转换的工艺过程。

【得来网收录】据报道，美国国家科学院和国家科学技术委员会，将化学催化为化学学科优先发展的“三大领域”之一。

国家发改委指出，节约型的产业结构，主要向低能源消耗、低物资消耗、低环境污染的方向发展。

研究开发高效多功能催化剂是目前世界石油化学工业界研究的主要方向，如，美国Union Carbide公司开发的氟化铬载体催化剂，用于低密度聚乙烯合成，节能达75％以上。

采用高效多功能催化剂，往往在较少改变原有设备的情况下，就可使效益显著提高，如，日本三井石化公司与意大利共同开发的聚丙烯高效催化剂，其催化效率由原来的50～100倍，提高到30万倍，使蒸汽消耗量下降85％，电能消耗下降12％。

目前工业催化总体的发展趋势是：(1)新型催化剂的研发与应用发展迅速新型、高效催化剂的创制，是石油化学工业实现跨越式发展的基础。

近几年来，国际上有关催化的研究中，近50％的工作围绕开发新型催化剂。

此外，新型催化剂的开发与环境友好又密切相关，要求催化剂及催化技术要从源头消除污染。

根据权威检索系统收录的研究论文数量，有关新型催化剂的报道自1990年至1999年至少增加了15倍，择形催化剂、均相络合催化剂、固体超强酸催化剂、膜催化剂、光学活性催化剂、纳米催化剂等各种新型催化材料已成为当前催化剂研究的热点。

(2)催化反应过程强化技术异军突起充分发挥催化剂性能，必须依赖反应工程技术。

随着学科间相互交叉、渗透，大量新技术应用于化学反应过程，催化反应过程强化技术应运而生，为工业催化及相关行业的发展带来了发展机遇。

如反应—分离耦合产生了催化精馏技术，已在MTBE的工业生产中充分发挥了优势，短时间内，在全球范围内得到了广泛应用。

(3)催化剂制备共性技术及新型催化材料的开发得到高度重视催化剂制备精细化是改进和提高催化剂性能的重要途径，而催化新材料则是催化剂更新换代和品种多样化的物质基础。

新型催化剂和相应的催化工艺的出现，往往以催化新材料和精细化制备工艺为重要前提。

自20世纪80年代以来，国际上在此方面的研究十分活跃，投入大量人力和物力从事研究开发。

如，联合碳化公司的磷铝、磷硅铝、金属磷铝分子筛和铑催化体系的磷配体、飞马公司的ZSM分子筛、法国石油研究院的金属有机络合物、杜邦公司的白钨矿结构氧化物、海湾石油公司的层状硅酸盐和硅铝酸盐、英国石油公司的石墨插层化合物、埃克森公司的双、多金属簇团等。

2 国内工业催化的技术状况自第一个五年计划至今，我国工业催化技术取得了可喜成绩，在催化技术及催化剂科研、生产与经营领域已初具规模，部分项目的研究开发已达到国际先进水平，石油化工的催化技术及催化剂产品的科研及生产已趋成熟，部分石油化工引进装置中，国产催化剂取代了进口催化剂，部分催化剂性能达到或超过了进口催化剂水平。

在化肥催化剂方面，国内围绕合成氨、硫酸、硝酸及合成气净化等关键技术，从单纯依靠引进，到消化吸收，现已发展到生产20多个品种、100多个牌号的化肥催化剂，基本满足了化肥生产的需要，并有部分出口，如高温变换催化剂、氨合成催化剂、低温变换催化剂等，均处于国际先进水平。

目前国内在贵金属氨合成催化剂、稀土变换催化剂、纳米氧化铁催化剂、燃料电池催化剂方面的研究亦和世界同步。

在催化剂加氢技术方面，我国起步较晚，但发展迅速。

近几年来，催化加氢技术在精细化学品生产中得到广泛使用，在芳胺产品生产中正逐步取代落后工艺。

在催化剂研究上，主要是引进技术，还要加强催化剂的改性研究，提高催化剂的选择性和使用寿命，加强催化剂在强化传质、增加反应速度等方面的研究及催化加氢工程化研究。

目前，我国部分催化剂仍不能全部自给，每年还需部分进口，催化剂更新换代较慢，总体与发达国家相比仍有一定差距，基础研究水平不高，创新不足，仿制过多，知识产权不明晰，同时还存在投入不足，配套工艺设备技术落后等问题。

突出表现在以下几个方面：(1)知识产权面临严峻挑战从催化剂的市场来看，我国已成为国际上较大的催化剂买方市场。

国外大公司在争夺我国催化剂销售市场的同时，在国内申请了大量专利，抢占国内催化剂的技术市场。

据统计，自1985年4月我国实施专利法以来，国外公司共在我国申请专利逾12万件，超过专利申请总量的15％，特别是与催化剂相关的专利比例很高，约占64％。

大批受到专利保护的外国技术对今后发展中国自主知识产权技术形成了严峻的合围态势。

(2)各领域的催化剂发展不平衡从催化剂的研制开发情况分析，虽然我国已摆脱模仿阶段，具备了大范围开展自主创新的条件，但不同领域和行业的发展极不平衡。

在涉及面广的新领域用催化剂，如高附加值精细化学品合成用催化剂、清洁生产和环保用催化剂等的创新工作还很薄弱，发展相对缓慢，诸多化学合成仍在沿用古老的传统工艺，生产水平低下，能源和资源消耗严重。

(3)科技成果产业化工作薄弱我国在催化领域的基础研究工作发展较快，并在催化剂表征和基础研究方面已达到国际同期先进水平。

但是，由于资金缺乏以及企业风险承担能力等原因，科技成果的产业化率十分低下，研究开发的许多催化剂目前尚停留在试验阶段，亟待工业化。

(4)催化新材料的制备技术存在较大差距随着各种工业过程对催化剂性能的要求日益提高，有关催化剂制备的共性技术受到普遍关注，特别是新型催化材料的开发、催化剂的分子结构设计、催化剂精细加工、催化剂表征技术等发展迅速，如：纳米材料、固体酸碱、功能性微孔和介孔材料、无机—有机复合材料、离子液体等，其制备技术正在向结构设计和控制的层次发展，与发达国家相比，我国在此方面的研究工作起步较晚，差距较大。

我国政府和行业主管部门已充分认识到催化在石油化学工业中的战略地位，十分重视催化研究，并进行了中长期研究开发战略部署，将一批基础研究项目列入了国家“八五”和“九五”的重点科技攻关计划项目。

3世界催化剂工业据1983年《化学周报》对美国、西欧各国56家催化剂厂商的调查，所生产的催化剂共有：烷基化、克劳斯硫磺回收、一氧化碳和氢气的有机合成、一氧化碳变换、裂化、脱烷基、脱水、脱氢、脱金属、脱氮、脱氧、脱硫、酶、气体脱硫脱氯、加氢、加氢处理、甲烷化、氧化和氨化氧化、聚合、重整、烃类蒸汽转化等催化剂共23类。

其中只生产一类催化剂的有12家，这些工厂专业性强，如有的厂家专门生产聚烯烃和聚合催化剂，或专营石油炼制的催化裂化催化剂，或专营酶催化剂等。

而有些工厂主要生产石油炼制所用的催化裂化、催化重整、加氢精制等催化剂，或化肥工业所需的烃类蒸汽转化、一氧化碳变换、甲烷化等催化剂。

有的公司以生产催化裂化催化剂著称，产量达十几万吨，还生产汽车排气净化催化剂等。

有的公司以生产各种加氢精制催化剂为特色，还生产烯烃聚合、贵金属催化剂等。

多数催化剂工厂也销售载体,并接受委托生产催化剂,但也有专门生产载体或催化剂制备中特殊化工原料的工厂。

有的工厂还专门从事再生催化剂（见催化剂再生）或回收贵金属。

为了保护技术秘密，有的公司专设工厂生产自己发展的催化工艺中所用的催化剂，在用户购买工艺技术转让权后，才供应催化剂。