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    催化劑樹脂都有哪些優點?

    發布時間:2021-01-28瀏覽:149次
      催化劑樹脂是一種典型的有機固體催化劑。與無機固體催化劑相比,雖然其化學組成、物理性質和使用方法均有很大不同,但在催化反應方面也有許多共同的地方。例如,他們都可用于石油裂解、酯化、烷基化、異構化、加成、聚合等反應。
      隨著樹脂的進一步開發,催化劑樹脂作為固體酸堿催化劑在醚化和醚鍵裂解反應、水合反應、酯化反應、縮合和環化反應等領域中的應用也得到不斷地發展。
      催化劑樹脂作為固體酸、堿催化劑與均相溶液中的硫酸、鹽酸、氫氧化鈉(鉀)這些常規的酸、堿催化劑的作用是一樣的。
      樹脂固載的酸堿催化劑與用硅膠、氧化鋁、硅鋁酸鹽或沸石這些無機載物與催化活性部位接近,有利的微環境甚至可以用假均相的反應體系來處理;而后者在液相或氣相反應中,則是真正的非均相體系。因此,在某種意義上說,樹脂的催化性能介于低分子量的酸、堿均相體系和無機固體酸、堿催化體系之間。
      催化劑樹脂的優點
      1、催化活性可調
      樹脂能根據不同的應用場合制成不同形狀、結構和負載容量的催化劑樹脂。大孔樹脂的活性基團一般處于大孔的表面上,容易為反應物所接觸。在需要降低負載容量時可用酸堿滴定法使一些酸基團部分中和,或者通過部分離子交換法引入一些具有助催化作用的金屬離子或基團,從而提高催化劑的活性或者選擇性。
      2、適用面廣
      樹脂的顆粒狀和多孔結構使其適用于氣相和液相反應,也可用于非水體系。由于催化劑樹脂具有這種物理性質,因此反應完成后,催化劑可以通過簡單的過濾方法從反應混合物中分離出來,免除了常規酸、堿催化劑使用后需要進行中和、洗滌、干燥、蒸餾等后處理程序,同時避免了廢酸、堿液體對環境的污染。此外,也避免了使用硫酸時,由于其強的氧化性,脫水性和磺化性引起的不必要的副反應。
      3、可實現生產連續化
      大孔的樹脂由于具有固定的結構,其體積受溶劑作用的影響很小。因此,適用于填充柱操作,實現生產連續化。在較低的壓力下可以達到較高的流速,并可使用極性差別很大的反應溶劑。
      4、節省建設投資
      酸性催化劑樹脂與低分子酸催化劑相比,酸部位處于樹脂的內部,消除了酸與反應器壁的接觸,避免了酸對反應器壁腐蝕的麻煩。因此,所用的設備和裝置不必選用高度防腐的昂貴材料,從而可以節省建設投資。
      催化劑樹脂的應用
      1、醚化和醚鍵裂解反應領域
      目前,我國催化劑樹脂應用較多的領域主要是醚化和醚鍵裂解反應領域、水合反應領域、酯化反應領域、縮合和環化反應領域等。目前大量使用的強酸催化劑樹脂,主要應用于工業上由低分子量的醇 (一般為甲醇)與C4~C5的叔碳烯烴 (一般為異丁烯)反應生成高辛烷值的汽油添加劑甲基叔丁基醚 (MTBE)。
      2010年我國 MTBE的產能大約為558萬t/a,預計到2013 年,MTBE的產能將達到 992 萬t/a。2006年我國汽油 MTBE添加劑合成領域醚化催化劑樹脂的消費量為1448t,2010年增長到了3454t。隨著下游 MTBE產量的迅速增長,醚化催化劑樹脂的市場需求量也將迅速增長,預計到2015年市場需求量將增長到1.55萬t。
      除了高辛烷值汽油的添加劑MTBE需要大量使用強酸催化劑樹脂外,未來輕汽油醚化領域對醚化催化劑樹脂的需求將上升到更加重要的地位。未來我國生產的汽油中大約有40%需要通過醚化催化劑樹脂進行醚化加工。
      另外磺酸樹脂對醚的裂解反應也有良好的催化作用。如磺酸樹脂在一定的MTBE濃度下會出現Z大的反應活性,這主要來自MTBE對甲醇和烯的競爭性共吸附作用。2010年我國MTBE裂解領域需要的催化劑樹脂達到了1180 t,預計到2015年需求量將增長到1790 t。
      2、水合反應領域
      在強酸樹脂催化下烯烴可直接與水發生加成反應生成醇。丙烯水合制異丙醇用酸樹脂催化比用無機酸催化能在更為溫和的條件下進行反應。
      近年來,C4和C5的烯烴異構體樹脂催化水合制酮類、仲醇、叔醇的研究有許多報道。如正丁烯水合制備甲乙酮,丙烯水合制備異丙醇,異丁烯水合制叔丁醇1-丁烯和2-丁烯水合得到2-丁醇等。
      3、酯化反應領域
      強酸樹脂不但能直接催化羧酸與醇在有或沒有脫水劑存在下進行酯化反應,而且能催化烯類化合物與羧酸直接加成生成酯。強酸樹脂催化的酸與醇的酯化反應是可以在液相也可在氣相中進行,但絕大多數的酯化反應是在液相中進行的,因為在液相中反應條件比較溫和,尤其對熱不太穩定的酸是有利的。
      在液相酯化反應中一般加入脫水劑,如無水硫酸鎂、硫酸鈉、硫酸鈣,也可用溶劑,如環乙烷、苯、甲苯,與水共沸回流法脫水,這樣有利于提高酯化的產率。如乙酸與正丁醇、異丙醇、異戊醇、環己醇、乙二醇單醚、甘油進行酯化反應時,生成相應的乙酸酯。
      目前我國酯化催化劑樹脂在脂肪酸酯化制取生物柴油,醋酸乙酯的制取,丙烯酸酯及其衍生物的制取等領域應用比較廣泛,未來幾年內潛在市場空間應在2萬~3萬t左右。
      4、縮合和環化反應領域
      用強酸樹脂催化法由苯酚與丙酮縮合合成雙酚A,可以避免常法使用硫酸和氯化氫催化法對設備的強腐蝕和污水對環境的污染。盡管樹脂催化法是新近開發出來的生產技術,在國外,有許多對這種技術進行了改進。
      在縮合和環化反應這兩個領域,由于目前我國此類生產工藝繁多,采用的催化劑較為零亂,品種較多,產量較小,催化劑樹脂的市場應用發展較為緩慢,導致目前市場需求有限,預計未來幾年潛在市場空間至少可擴充到年需求量達萬噸以上。

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