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催化剂树脂都有哪些优点?

发布时间:2021-01-28浏览:319次
  催化剂树脂是一种典型的有机固体催化剂。与无机固体催化剂相比,虽然其化学组成、物理性质和使用方法均有很大不同,但在催化反应方面也有许多共同的地方。例如,他们都可用于石油裂解、酯化、烷基化、异构化、加成、聚合等反应。
  随着树脂的进一步开发,催化剂树脂作为固体酸碱催化剂在醚化和醚键裂解反应、水合反应、酯化反应、缩合和环化反应等领域中的应用也得到不断地发展。
  催化剂树脂作为固体酸、碱催化剂与均相溶液中的硫酸、盐酸、氢氧化钠(钾)这些常规的酸、碱催化剂的作用是一样的。
  树脂固载的酸碱催化剂与用硅胶、氧化铝、硅铝酸盐或沸石这些无机载物与催化活性部位接近,有利的微环境甚至可以用假均相的反应体系来处理;而后者在液相或气相反应中,则是真正的非均相体系。因此,在某种意义上说,树脂的催化性能介于低分子量的酸、碱均相体系和无机固体酸、碱催化体系之间。
  催化剂树脂的优点
  1、催化活性可调
  树脂能根据不同的应用场合制成不同形状、结构和负载容量的催化剂树脂。大孔树脂的活性基团一般处于大孔的表面上,容易为反应物所接触。在需要降低负载容量时可用酸碱滴定法使一些酸基团部分中和,或者通过部分离子交换法引入一些具有助催化作用的金属离子或基团,从而提高催化剂的活性或者选择性。
  2、适用面广
  树脂的颗粒状和多孔结构使其适用于气相和液相反应,也可用于非水体系。由于催化剂树脂具有这种物理性质,因此反应完成后,催化剂可以通过简单的过滤方法从反应混合物中分离出来,免除了常规酸、碱催化剂使用后需要进行中和、洗涤、干燥、蒸馏等后处理程序,同时避免了废酸、碱液体对环境的污染。此外,也避免了使用硫酸时,由于其强的氧化性,脱水性和磺化性引起的不必要的副反应。
  3、可实现生产连续化
  大孔的树脂由于具有固定的结构,其体积受溶剂作用的影响很小。因此,适用于填充柱操作,实现生产连续化。在较低的压力下可以达到较高的流速,并可使用极性差别很大的反应溶剂。
  4、节省建设投资
  酸性催化剂树脂与低分子酸催化剂相比,酸部位处于树脂的内部,消除了酸与反应器壁的接触,避免了酸对反应器壁腐蚀的麻烦。因此,所用的设备和装置不必选用高度防腐的昂贵材料,从而可以节省建设投资。
  催化剂树脂的应用
  1、醚化和醚键裂解反应领域
  目前,我国催化剂树脂应用较多的领域主要是醚化和醚键裂解反应领域、水合反应领域、酯化反应领域、缩合和环化反应领域等。目前大量使用的强酸催化剂树脂,主要应用于工业上由低分子量的醇 (一般为甲醇)与C4~C5的叔碳烯烃 (一般为异丁烯)反应生成高辛烷值的汽油添加剂甲基叔丁基醚 (MTBE)。
  2010年我国 MTBE的产能大约为558万t/a,预计到2013 年,MTBE的产能将达到 992 万t/a。2006年我国汽油 MTBE添加剂合成领域醚化催化剂树脂的消费量为1448t,2010年增长到了3454t。随着下游 MTBE产量的迅速增长,醚化催化剂树脂的市场需求量也将迅速增长,预计到2015年市场需求量将增长到1.55万t。
  除了高辛烷值汽油的添加剂MTBE需要大量使用强酸催化剂树脂外,未来轻汽油醚化领域对醚化催化剂树脂的需求将上升到更加重要的地位。未来我国生产的汽油中大约有40%需要通过醚化催化剂树脂进行醚化加工。
  另外磺酸树脂对醚的裂解反应也有良好的催化作用。如磺酸树脂在一定的MTBE浓度下会出现Z大的反应活性,这主要来自MTBE对甲醇和烯的竞争性共吸附作用。2010年我国MTBE裂解领域需要的催化剂树脂达到了1180 t,预计到2015年需求量将增长到1790 t。
  2、水合反应领域
  在强酸树脂催化下烯烃可直接与水发生加成反应生成醇。丙烯水合制异丙醇用酸树脂催化比用无机酸催化能在更为温和的条件下进行反应。
  近年来,C4和C5的烯烃异构体树脂催化水合制酮类、仲醇、叔醇的研究有许多报道。如正丁烯水合制备甲乙酮,丙烯水合制备异丙醇,异丁烯水合制叔丁醇1-丁烯和2-丁烯水合得到2-丁醇等。
  3、酯化反应领域
  强酸树脂不但能直接催化羧酸与醇在有或没有脱水剂存在下进行酯化反应,而且能催化烯类化合物与羧酸直接加成生成酯。强酸树脂催化的酸与醇的酯化反应是可以在液相也可在气相中进行,但绝大多数的酯化反应是在液相中进行的,因为在液相中反应条件比较温和,尤其对热不太稳定的酸是有利的。
  在液相酯化反应中一般加入脱水剂,如无水硫酸镁、硫酸钠、硫酸钙,也可用溶剂,如环乙烷、苯、甲苯,与水共沸回流法脱水,这样有利于提高酯化的产率。如乙酸与正丁醇、异丙醇、异戊醇、环己醇、乙二醇单醚、甘油进行酯化反应时,生成相应的乙酸酯。
  目前我国酯化催化剂树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领域应用比较广泛,未来几年内潜在市场空间应在2万~3万t左右。
  4、缩合和环化反应领域
  用强酸树脂催化法由苯酚与丙酮缩合合成双酚A,可以避免常法使用硫酸和氯化氢催化法对设备的强腐蚀和污水对环境的污染。尽管树脂催化法是新近开发出来的生产技术,在国外,有许多对这种技术进行了改进。
  在缩合和环化反应这两个领域,由于目前我国此类生产工艺繁多,采用的催化剂较为零乱,品种较多,产量较小,催化剂树脂的市场应用发展较为缓慢,导致目前市场需求有限,预计未来几年潜在市场空间至少可扩充到年需求量达万吨以上。

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