酸碱催化是在酸或碱为催化剂作用下涉及电子(对)或质子转移的反应过程。如水合、酯的水解、聚合、醇醛缩合、烷基化等反应,都需要用酸性或碱性的催化剂。这些催化剂都是离子型的。如甲醇和乙酸作用生成酯的反应,即在酸(H+)的催化作用下发生,其反应为
CH,OH,是活泼的反应中间体,很易与乙酸作用生成酯并又释出催化剂H+,即
上述反应还可用给出质子(H+)的物质(也称为质子给体或电子对受体)为催化剂,这类物质统称为广义酸;而把能接受质子(H+)的物质(也称质子受体或电子对给体)称为广义碱。酸和碱的关系可表示为:
酸碱+H+
也即酸和碱具有共轭关系,酸给出质子变成其共轭碱,而碱得到质子变成其相应的共轭酸。酸碱催化所用的催化剂常为酸、碱,而反应物分子则可视为共轭酸-碱,故这类反应称为酸碱型机理的反应。酸可从有机分子中夺取带有电子对的氢负离子(H:)或向它提供质子,使它变成活泼正碳离子(含一个三配位或五配位的带有一个正电荷的碳离子);碱可使有机分子脱掉一个质子生成活泼负碳离子,正碳离子或负碳离子是涉及质子或电子对转移的有机反应中间物。
图1-2 氧化-还原型机理
早期的酸碱催化剂主要是一些无机酸,如硫酸、盐酸、磷酸、三氯化铝及氢氧化钠等。如水溶液中硫酸催化的乙烯水合成乙醇,由氢氧化钠催化的羟醛缩合等,它们是均相操作且腐蚀严重。以后逐渐出现了固体酸及固体碱催化剂,并在炼油及石油化工中获得广泛应用。固体酸催化剂如负载型硫酸、氧化铝、硅酸铝、沸石等;固体碱催化剂如负载型氢氧化钠、硅酸镁、氧化镁等。
(2)氧化-还原型催化剂
氧化还原反应是涉及电子转移的化学反应,失去电子是氧化,得到电子是还原。过渡金属氧化物中的过渡金属离子容易改变原子价态,即容易氧化还原,对于氧具有化学吸附的亲和力,适于用作各种氧化反应的催化剂。如苯、甲苯等芳烃在氧化钒催化剂上的氧化反应是按图1-2的反应机理进行的。按这种氧化-还原型机理,反应产物中的氧 并非直接来自气相;而是来自金属氧化物催化剂,气相中的氧只是用来补充催化剂在反应过程中所消耗的氧。
氧化-还原型氧化物催化剂是目前工业上应用最广的一类催化剂,其主要活性组分常为过渡金属及其化合物。由两种以上的氧化物可以组合成无数种具有催化性能和工业应用价值的催化剂,如用于催化氧化的Mo-O、V-O、Cu-O等催化剂,用于催化脱氢的Cr-O催化剂等。此外,一些过渡金属硫化物催化剂如Mo-S、Ni-S、W-S等也是常用的催化加氢催化剂。
(3)配合物催化剂
配位催化又称络合催化,其特征是在反应过程中催化剂活性中心与反应体系始终保持着化学结合(配位),并通过在配位空间内的空间效应和电子效应以及其他因素对反应过程、速率及产物等起选择性调变作用,配合物催化剂含有一个或一个以上过渡金属原子以及若干个有机或无机配位体,根据配位体性质,金属原子可能是零价、正价或负价。通常催化剂和反应物共溶于溶剂故属均相催化。在20世纪70年代以前,石化工业采用的均相配位催化过程为数并不多,在此以后,一些可溶性过渡金属配合物为催化剂的工艺技术,如用于由乙烯氧化合成乙醛的钯配合物,甲醇羰基化合成乙酸的铑配合物,烯烃二聚、低聚及高聚的可溶性齐格勒催化剂等相继问世,从而引起对均相配位催化的广泛重视。配位催化过程可在低压低温下操作,配合物催化剂具有活性高、选择性好等特点,已在烯烃聚合、羰基合成、加氢、异构化、歧化及烯烃氧化等反应中广泛应用。在均相催化中,最经常而又困难的问题是有机产品及配合物催化剂的分离,解决这一难题的一种方法是将催化剂负载于载体表面即所谓均相催化剂的多相化。
(4)双功能催化剂
所谓双功能催化剂是指含有两种具有不同催化性能的活性组分的催化剂。一种活性组分催化反应的某些步骤,而另一种活性组分则催化反应的另一些步骤。如催化重整催化剂,即含金属组分又含酸性组分,前者提供脱氢功能,后者提供异构化功能。重整催化剂两种功食的调配是保证催化活性的重要环节。金属功能过强,易产生深度脱氢,加速结焦生成积炭的速率,使催化剂稳定性下降,易造成催化剂失活;但如酸性功能过强,则会加剧加氢裂化反应,使烷烃及环烷烃的裂化反应增多,使烷烃及环烷烃转化为芳烃的选择性下降,同时也会促使催化剂结焦,造成催化剂的活性及稳定性下降。
除催化重整以外,加氢裂化过程也是在一定温度及氢压下,借助双功能催化剂使重质油通过裂化、加氢、异构化等反应转化为轻质油品。也即加氢裂化催化剂既有能使烃分子发生裂化、异构化的酸性功能,又有加氢及脱氢功能。
产品介绍
高温高压热催化评价系统为一套用于完成催化剂活性评价及筛选的反应仪器,适用于气体、液体或气液同时进料;气固、液固、气液固反应,能够实现温度、气相流量、液相流量的自动控制,反应温度能够实现程序控制升温(线性升温),通过程序升温设定实验温度的升温时间和保温时间,配合GC等分析仪器对不同压力、温度下的实验产物进行阶段性在线检测分析。
系统可以应用于催化剂评价、多通道固定床反应、高通量催化剂评价、实验室反应、催化裂化试验、煤化工、加氢脱氢试验、蒸馏吸筹抽提、聚合、环保、釜式反应、费托合成、甲烷化、二氧化碳综合利用、生物质热解等。
高温高压热催化评价系统,框架采用工业铝型材结构。装置包括:进料系统、恒压、稳流系统、预热系统、反应系统、产物收集系统、PLC控制系统。系统共有三路气相进料和一路液相进料;气相物料和液相物料经过预热炉预热气化混合均匀后,进入反应器进行反应;反应产物经冷凝器冷凝后进入气液分离器进行分离,气相产物经背压阀排空或进入色谱进行分析,液相产物在气液分离器底部沉积储存,根据需要针阀或调节阀进行取样或排空。