酸堿催化是在酸或堿為催化劑作用下涉及電子(對)或質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)過程。如水合、酯的水解、聚合、醇醛縮合、烷基化等反應(yīng),都需要用酸性或堿性的催化劑。這些催化劑都是離子型的。如甲醇和乙酸作用生成酯的反應(yīng),即在酸(H+)的催化作用下發(fā)生,其反應(yīng)為
CH,OH,是活潑的反應(yīng)中間體,很易與乙酸作用生成酯并又釋出催化劑H+,即
上述反應(yīng)還可用給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)(也稱為質(zhì)子給體或電子對受體)為催化劑,這類物質(zhì)統(tǒng)稱為廣義酸;而把能接受質(zhì)子(H+)的物質(zhì)(也稱質(zhì)子受體或電子對給體)稱為廣義堿。酸和堿的關(guān)系可表示為:
酸堿+H+
也即酸和堿具有共軛關(guān)系,酸給出質(zhì)子變成其共軛堿,而堿得到質(zhì)子變成其相應(yīng)的共軛酸。酸堿催化所用的催化劑常為酸、堿,而反應(yīng)物分子則可視為共軛酸-堿,故這類反應(yīng)稱為酸堿型機理的反應(yīng)。酸可從有機分子中奪取帶有電子對的氫負(fù)離子(H:)或向它提供質(zhì)子,使它變成活潑正碳離子(含一個三配位或五配位的帶有一個正電荷的碳離子);堿可使有機分子脫掉一個質(zhì)子生成活潑負(fù)碳離子,正碳離子或負(fù)碳離子是涉及質(zhì)子或電子對轉(zhuǎn)移的有機反應(yīng)中間物。
圖1-2 氧化-還原型機理
早期的酸堿催化劑主要是一些無機酸,如硫酸、鹽酸、磷酸、三氯化鋁及氫氧化鈉等。如水溶液中硫酸催化的乙烯水合成乙醇,由氫氧化鈉催化的羥醛縮合等,它們是均相操作且腐蝕嚴(yán)重。以后逐漸出現(xiàn)了固體酸及固體堿催化劑,并在煉油及石油化工中獲得廣泛應(yīng)用。固體酸催化劑如負(fù)載型硫酸、氧化鋁、硅酸鋁、沸石等;固體堿催化劑如負(fù)載型氫氧化鈉、硅酸鎂、氧化鎂等。
(2)氧化-還原型催化劑
氧化還原反應(yīng)是涉及電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng),失去電子是氧化,得到電子是還原。過渡金屬氧化物中的過渡金屬離子容易改變原子價態(tài),即容易氧化還原,對于氧具有化學(xué)吸附的親和力,適于用作各種氧化反應(yīng)的催化劑。如苯、甲苯等芳烴在氧化釩催化劑上的氧化反應(yīng)是按圖1-2的反應(yīng)機理進行的。按這種氧化-還原型機理,反應(yīng)產(chǎn)物中的氧 并非直接來自氣相;而是來自金屬氧化物催化劑,氣相中的氧只是用來補充催化劑在反應(yīng)過程中所消耗的氧。
氧化-還原型氧化物催化劑是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的一類催化劑,其主要活性組分常為過渡金屬及其化合物。由兩種以上的氧化物可以組合成無數(shù)種具有催化性能和工業(yè)應(yīng)用價值的催化劑,如用于催化氧化的Mo-O、V-O、Cu-O等催化劑,用于催化脫氫的Cr-O催化劑等。此外,一些過渡金屬硫化物催化劑如Mo-S、Ni-S、W-S等也是常用的催化加氫催化劑。
(3)配合物催化劑
配位催化又稱絡(luò)合催化,其特征是在反應(yīng)過程中催化劑活性中心與反應(yīng)體系始終保持著化學(xué)結(jié)合(配位),并通過在配位空間內(nèi)的空間效應(yīng)和電子效應(yīng)以及其他因素對反應(yīng)過程、速率及產(chǎn)物等起選擇性調(diào)變作用,配合物催化劑含有一個或一個以上過渡金屬原子以及若干個有機或無機配位體,根據(jù)配位體性質(zhì),金屬原子可能是零價、正價或負(fù)價。通常催化劑和反應(yīng)物共溶于溶劑故屬均相催化。在20世紀(jì)70年代以前,石化工業(yè)采用的均相配位催化過程為數(shù)并不多,在此以后,一些可溶性過渡金屬配合物為催化劑的工藝技術(shù),如用于由乙烯氧化合成乙醛的鈀配合物,甲醇羰基化合成乙酸的銠配合物,烯烴二聚、低聚及高聚的可溶性齊格勒催化劑等相繼問世,從而引起對均相配位催化的廣泛重視。配位催化過程可在低壓低溫下操作,配合物催化劑具有活性高、選擇性好等特點,已在烯烴聚合、羰基合成、加氫、異構(gòu)化、歧化及烯烴氧化等反應(yīng)中廣泛應(yīng)用。在均相催化中,最經(jīng)常而又困難的問題是有機產(chǎn)品及配合物催化劑的分離,解決這一難題的一種方法是將催化劑負(fù)載于載體表面即所謂均相催化劑的多相化。
(4)雙功能催化劑
所謂雙功能催化劑是指含有兩種具有不同催化性能的活性組分的催化劑。一種活性組分催化反應(yīng)的某些步驟,而另一種活性組分則催化反應(yīng)的另一些步驟。如催化重整催化劑,即含金屬組分又含酸性組分,前者提供脫氫功能,后者提供異構(gòu)化功能。重整催化劑兩種功食的調(diào)配是保證催化活性的重要環(huán)節(jié)。金屬功能過強,易產(chǎn)生深度脫氫,加速結(jié)焦生成積炭的速率,使催化劑穩(wěn)定性下降,易造成催化劑失活;但如酸性功能過強,則會加劇加氫裂化反應(yīng),使烷烴及環(huán)烷烴的裂化反應(yīng)增多,使烷烴及環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為芳烴的選擇性下降,同時也會促使催化劑結(jié)焦,造成催化劑的活性及穩(wěn)定性下降。
除催化重整以外,加氫裂化過程也是在一定溫度及氫壓下,借助雙功能催化劑使重質(zhì)油通過裂化、加氫、異構(gòu)化等反應(yīng)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品。也即加氫裂化催化劑既有能使烴分子發(fā)生裂化、異構(gòu)化的酸性功能,又有加氫及脫氫功能。
產(chǎn)品介紹
高溫高壓熱催化評價系統(tǒng)為一套用于完成催化劑活性評價及篩選的反應(yīng)儀器,適用于氣體、液體或氣液同時進料;氣固、液固、氣液固反應(yīng),能夠?qū)崿F(xiàn)溫度、氣相流量、液相流量的自動控制,反應(yīng)溫度能夠?qū)崿F(xiàn)程序控制升溫(線性升溫),通過程序升溫設(shè)定實驗溫度的升溫時間和保溫時間,配合GC等分析儀器對不同壓力、溫度下的實驗產(chǎn)物進行階段性在線檢測分析。
系統(tǒng)可以應(yīng)用于催化劑評價、多通道固定床反應(yīng)、高通量催化劑評價、實驗室反應(yīng)、催化裂化試驗、煤化工、加氫脫氫試驗、蒸餾吸籌抽提、聚合、環(huán)保、釜式反應(yīng)、費托合成、甲烷化、二氧化碳綜合利用、生物質(zhì)熱解等。
高溫高壓熱催化評價系統(tǒng),框架采用工業(yè)鋁型材結(jié)構(gòu)。裝置包括:進料系統(tǒng)、恒壓、穩(wěn)流系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、產(chǎn)物收集系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)。系統(tǒng)共有三路氣相進料和一路液相進料;氣相物料和液相物料經(jīng)過預(yù)熱爐預(yù)熱氣化混合均勻后,進入反應(yīng)器進行反應(yīng);反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝器冷凝后進入氣液分離器進行分離,氣相產(chǎn)物經(jīng)背壓閥排空或進入色譜進行分析,液相產(chǎn)物在氣液分離器底部沉積儲存,根據(jù)需要針閥或調(diào)節(jié)閥進行取樣或排空。