在生產基本無機化工原料的領域中,主要以三酸兩堿為核心,它們的產量巨大,是重要的化工原料。其中的硫酸和硝酸分別被稱為“化學工業之母和炸藥工業之母”,它們在工業和國防部門,都具有重要的價值。
生產硫酸過程中,SO2轉化為SO3所用的催化劑,最初是NO2,但設備龐大,硫酸濃度低;1918年開發成功活性高、抗毒性好、價格低廉的釩催化劑,硫酸生產的產量、質量大幅度地提高,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化催化劑開發成功后,世界上現代大型氨廠,多采用技術先進、經濟合理的烴類水蒸氣轉化法。若以天然氣或石腦油為原料合成氨,整個過程由加氫、脫硫、轉化、變換、甲烷化及氨合成等8個工序構成。每個工序都要使用催化劑
總之,合成氨工業能有今日,與催化劑領域的科學與技術進步密切相關。今后合成氨工業的革新也將有待于新的催化劑的發明和老催化劑的更新。如氨合成工業存在節能降耗的技術難題,希望能開發出低水碳比新型蒸汽轉化催化劑;要實現“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、催化劑在有機化工中的作用
有機化工的生產基本上是從三大起始原料(煤、石油和天然氣)開始的,先由它們生產基礎原料(三烯—乙烯、丙烯和丁二烯,三苯—苯、甲苯和二甲苯,萘等),然后進一步合成有用化學品、精細化學品和三大合成材料(合成樹脂與塑料、合成橡膠及合成纖維)等。
首先、基礎原料的生產----石油
最早的石油煉制,采用的是蒸餾等物理方法,將較輕的液態烴(如汽油、煤油和柴油)和氣態烴從原油中分離。近代普遍發展了催化裂化、烷基化、加氫精制、加氫脫硫等新工藝,從而擴大輕油餾分的收率,并且提高了油產品的質量。特別是流化床催化裂化的開發,被稱為是20世紀的一大工業革命,裂化催化劑在世界上應用最多、產量最高。從石油烴經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,經催化重整,得到三苯等芳烴。它們都是重要的基礎原料。
其次、基本有機合成
以三烯、三苯等基礎原料合成低分子有機化合物,它們是生產高分子化學品和精細化學品的重要原料。這類有機反應的共同特點是:反應速度慢和副產品多。所以要實現工業化,就必須成功開發出高活性、高選擇性的催化劑。事實上,在基本有機化學品的生產過程中,無一不用到催化劑
最后來說說三大合成材料生產。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濟價值。在這些聚合物材料的生產發展過程中,經歷了兩次質的飛躍:第一次是1953年,由于Ziegler-Natta型催化劑的問世,使乙烯的聚合反應壓力從100~300MPa降至接近常壓,繼而又發展到丙烯的聚合,于是,一個以聚乙烯為主的合成材料新時代開始了;第二次是在20世紀90年代前后,由于出現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,使聚合物產品的質量更高、品種更多。如高透明度、高純度的間規聚丙烯、分子量分布極均的聚烯烴等,由此,人類被帶到一個聚烯烴及其它塑料的新時代。
3、催化劑載體、催化劑在精細化學中的作用
精細化學品是技術密集、品種多、產量小而附加值高的化工產品。近20年來,精細化學品工業的發展很快,目前已經有數百種產品,如各種助劑、表面活性劑、膠粘劑、藥品、染料及催化劑等。幾乎遍及國民經濟和國防建設的各個部門,用途極為廣泛。精細品生產的特點是:反應種類多,如加氫、氧化、酯化、環化、重排等;一種產品的生產包括的反應步驟多;產品結構復雜,純度要求高,使得生產流程長,等等。因此,精細化學品的生產,需要采用新的催化技術來克服上述缺點。據統計,日本在1975~1984年,向國外發表的催化劑專利中,用于精細品生產的催化劑所占的比例從7.8%上升到24.8%,增加了2.4倍。
