作為石油消費大國，一直以來，中國的原油進口量都居高不下，甚至目前每年的原油進口量已超過美國穩(wěn)坐世界第一把交椅。那么，有沒有什么辦法能夠降低中國對石油進口的依賴呢？利用催化劑提升能源加工利用效率，便是其中行之有效的方法。

    今年初，中國又一條高性能催化劑生產(chǎn)線在張家港投產(chǎn)，該生產(chǎn)線生產(chǎn)的高性能催化劑能夠?qū)⒚禾炕蛱烊粴庵刑崛〉募状几咝У剞D(zhuǎn)化為基礎(chǔ)化工原料乙烯，有望降低對進口石油的依賴。

（使用納米片晶多級孔SAPO-34分子篩高性能催化劑的高效甲醇制烯烴裝置，技術(shù)曾獲得國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎）

    （一）石油是如何變成各類化工品的？

    人們常把石油稱為“工業(yè)的血液”，而石油實際上是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴組成的混合物，通常情況下呈粘稠的、深褐色液體狀態(tài)，與生活中常用汽油等產(chǎn)品相差甚遠(yuǎn)。

    石油能夠被用來作為燃油、潤滑油等使用，還可以成為生產(chǎn)化肥、殺蟲劑和塑料等化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品的原料，這中間涉及了一整套石油工業(yè)體系。

    石油不是單一化合物，其中組成簡單的烴（小分子）沸點低、容易蒸發(fā)，經(jīng)過加熱以后就會優(yōu)先分離出來，復(fù)雜的成分則會留下，所以石油加工的第一步就是通過常壓蒸餾或減壓蒸餾的方法將原油蒸餾出幾個不同的沸點范圍的產(chǎn)品。

    這一過程通常也被稱為石油的煉制，而用到的裝置就是煉油廠中高高的蒸餾塔和連接的管路。

    正常的煉油過程不會很精細(xì)的將每個不同的成分分離，只需要根據(jù)特定的使用需求，將一定沸點范圍內(nèi)分離產(chǎn)物（餾分）一次收集。

    （一家典型的煉油廠）

    小汽車用的汽油就是在常壓蒸餾時開始餾出的溫度（初餾點）到200℃（或180℃）之間收集的（也稱輕油或石腦油餾分），而煤油、柴油等則在200℃（或180℃）~350℃之間收集得到。對于沸點超過350℃的餾分，則通過減壓蒸餾的方式來進行蒸餾。

    經(jīng)過蒸餾處理后可以得出液化石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油、瀝青等多種工業(yè)原料。

    不過，對于汽油、煤油等而言，它們的經(jīng)濟價值更高，但直接一次蒸餾得到的卻不多，所以為利益最大化，較重餾份油通常都會被煉油廠經(jīng)過第二次、三次甚至四次的再加工轉(zhuǎn)變成汽油、煤油、輕柴油。

    這一過程需要在一定的溫度和壓強下，并且需要催化劑的參與。

    （從石油到工業(yè)產(chǎn)品，石油工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈）

    在這之后，還需要對煉油過程產(chǎn)生的原料油進行進一步化學(xué)加工，才能得到更多的化工原料。

    首先是石油的裂解，裂解的溫度要比煉化更高 （700℃~800℃以上），同時也需要催化劑的參與，此時長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等短鏈烴。裂解的產(chǎn)物為復(fù)雜的混合氣體，除了乙烯、丙烯，還有丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料。

    這些化工原料又會進一步被化工合成為醛、酮、酸、酯、醇、醚和酮等多種有機化工原料（200多種），在有機化工原料的基礎(chǔ)上通過縮合、聚合加工，合成生活中可見的高分子材料（塑料、合成纖維、合成橡膠）。

    從裂解到后續(xù)的化學(xué)加工，也就是常說的石油化工。石油的煉油和化工兩個過程相互滲透、相互依存，它們共同推動著整個石油工業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

    （二）催化劑在石油工業(yè)中如何發(fā)揮作用？

    在整個石油工業(yè)的煉油工業(yè)階段，除常壓蒸餾、減壓蒸餾、焦化等少數(shù)幾個過程外，80%的煉油產(chǎn)品生產(chǎn)要用到催化劑，如催化裂化、催化加氫等。而隨后的與石油化工相關(guān)的過程，則有90%是離不開催化劑參與的。

    相信不少人在中學(xué)化學(xué)課上學(xué)到過，催化劑具有改變化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率（提高或降低）的作用，它在化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)不會發(fā)生改變。

    過去習(xí)慣把降低反應(yīng)速率的催化劑稱為“負(fù)催化劑”，現(xiàn)在通常將其稱為抑制劑，而我們這里討論到的催化劑則專門指提高化學(xué)反應(yīng)速率的物質(zhì)。

    化學(xué)反應(yīng)速率只與溫度和活化能有關(guān)，溫度越高、活化能越低，化學(xué)反應(yīng)速率就越快，而催化劑之所以能提高化學(xué)反應(yīng)速率，是因為它提供一種化學(xué)反應(yīng)活化能較低的反應(yīng)途徑。

    實際上，催化劑在參與化學(xué)反應(yīng)進行的過程中，涉及的原理和具體過程會更為復(fù)雜，存在電子轉(zhuǎn)移、中間過渡狀態(tài)、基元反應(yīng)等等。但討論一個催化劑，基本上還是要從催化劑的三大性質(zhì)出發(fā)：（1）催化活性（2）特定反應(yīng)選擇性（3）本身穩(wěn)定性。

（催化劑與石油化工中的反應(yīng)）

    催化劑是實現(xiàn)原油高效轉(zhuǎn)化和清潔利用中最為經(jīng)濟、靈活的關(guān)鍵核心技術(shù)，隨著石油產(chǎn)品市場的競爭日益激烈，開發(fā)和使用新催化劑來不斷地改良石油工業(yè)中各種催化反應(yīng)過程成了增加產(chǎn)品競爭力的首選。

    （三）中國催化劑工業(yè)發(fā)展得如何？

    催化劑從形狀上看只是一些“小顆粒”，但其內(nèi)在的高科技含量、高附加值在石油煉化市場卻不可忽視。

    （不同形狀的催化劑顆粒）

    一個全新催化劑品種需要從最基礎(chǔ)的催化劑設(shè)計入手，在實驗室中完成制備、測試、評價等各方面的工作，獲得符合要求的催化劑之后，還需要按實驗室推薦的催化劑制造流程進行中型試驗，以取得建設(shè)催化劑制造工廠所需的設(shè)計數(shù)據(jù)和符合要求的產(chǎn)品，之后才能擴大成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

    所以，催化劑的研發(fā)是個工程龐大、花費時巨資的系統(tǒng)工程。而作為核心技術(shù)，國外對于催化劑的制造工藝是嚴(yán)格保密的。

    在中國，新中國成立初期時，由于需求少，幾種常用的石油煉制催化劑全靠進口，后來才逐漸開始走自主研發(fā)的道路。到了70年代，伴隨著國外以分子篩裂化催化劑為首的新一代催化劑出現(xiàn)，中國開始了新催化劑品種的研制、生產(chǎn)和趕超，到80年代，中國石油工業(yè)催化劑的品種、性能和制備方法都已接近國際水平。

    而有了近半個世紀(jì)的技術(shù)積累，進入新世紀(jì)以后，催化劑這一工業(yè)短板，如今已碩果滿枝。比如，文章開頭提到的采用甲醇制備乙烯的高效催化劑，對于降低對進口石油的依賴，建立完整的石油工業(yè)體系，有效避免國外的技術(shù)制約和能源依賴，提高煤與天然氣利用率有重要意義。

（中國石油催化裂化催化劑走向國內(nèi)外市場）

    昔日的短板正在補齊，下游的衍射產(chǎn)品線更涌現(xiàn)出大量的特色催化劑產(chǎn)品，代表性的就是生物柴油相關(guān)催化劑、煤化工中的煤制油催化劑等等。

    國產(chǎn)催化劑一方面不斷豐富產(chǎn)品線，提高產(chǎn)能，增加效益，開發(fā)高性能催化劑；另一方面不斷拓展國內(nèi)市場同時，大膽開發(fā)海外市場，產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷歐洲、美洲、非洲。

    結(jié)語

    石油化工相關(guān)的產(chǎn)品與人們的生活密切相關(guān)，“衣、食、住、行”樣樣都離不開它們。催化劑作為決定石油工業(yè)的重要一環(huán)，相關(guān)的科技創(chuàng)新，正在主導(dǎo)未來行業(yè)發(fā)展走向，所幸的是，作為中國曾經(jīng)的工業(yè)制造短板之一，現(xiàn)今國產(chǎn)催化劑已迎頭趕上。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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