上海交通大学：《能源材料——原理与应用》课程教学资源（课件讲稿）06 石化能源中的催化材料 Catalytic materials for fossil energy conversion

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+H2OUSY+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