异构化工艺条件对主要设备的影响（影响异构化的因素）

什么是异构化？有什么作用？其反应的条件如何？

异构化是改变化合物的结构而分子量不变的过程。一般指有机化合物分子中原子或基团的位置的改变。常在催化剂的存在下进行。

主要有气相法和液相法两种。按工业中最有代表性的原料，又分为：

①烷烃的异构化，如C4、C5、C6烷烃的异构化：

异构化

②烯烃的异构化，如1-丁烯的异构化：

异构化

③芳烃的异构化，如二甲苯、乙苯的异构化：

异构化

④环烷烃的异构化，如

什么是异构化？

异构化装置类似普通的加氢精制装置。以丁烷异构化为例（见图），丁烷进料经脱异丁烷塔分离出异丁烷，塔底主要是正丁烷，与氢混合后经加热进入反应器。反应压力约2.1～2.8MPa,温度 145～205℃,氢、烃摩尔比为0.1～0.5，空速3～5h-1。反应产物经分离器分出氢（循环使用），再经稳定塔分出少量裂解气（用作燃料气）后去脱异丁烷塔。塔底正丁烷循环进行反应，异丁烷产率可达90％以上。异丁烷作为烷基化补充进料时，该装置可与烷基化装置合并为一套装置，这样可节省设备和投资。

C5、C6烃类异构化时由于正构烃不可能全部异构化，所得产品辛烷值只能较原料增加10～12个单位。为进一步提高异构化效果，近年来开发了全异构化工艺，即将反应物经分子筛吸附分离，使正构与异构体分开，正构部分再返回异构化反应器，这样最终产品辛烷值可较原料增加20～22个单位。

关于异构化、芳构化、烷基化，谁能给我说下醚后碳四用在这三个装置里都能产出什么，三个装置不同的特点。

醚后碳四用在这几个工艺中，都是为了让烃链加长或者增加分子量。成为常态下为液体的油类化学品物质（或者汽油调和剂）。如果说炼油工艺是将原油大分子打断成不同小分子链的油品的话，上面这三种工艺可以说是将小分子C4逆向变成大分子油类的工艺。

1、芳构化，顾名思义，C4在催化剂和一定条件下生产芳烃（苯，甲苯，二甲苯等等芳烃类油品），可作为高辛烷值汽油的调和剂。芳构化装置现在国内主流工艺是大连理工与山东齐王达的工艺包和洛阳设计院的工艺包。

2、烷基化，烷基是比较理想的油烃类，即饱和烃，就是说C4生产更大分子链的烷烃油类，比如C6，C7，C8烷烃。可直接作为汽油。烷基化装置出来的汽油很好，但是装置生产过程的催化剂等废酸的处理比较麻烦。现在估计已经解决。

3、异构化，打乱分子重新排列。在石油炼制工业中C4正丁烷异构化得到的异丁烷，可作为生产高辛烷值航空汽油掺合剂异辛烷的主要原料。因此，正丁烷异构化装置常与异丁烷烷基化装置联合使用。C5、C6烷烃的异构化生成的支链化合物，如异戊烷、异己烷等，可直接作为高辛烷值汽油的掺合剂，异构化过程也可应用于增产所需的目的产物。如C8芳烃的异构混合物在分离出对二甲苯以后，可以通过异构化反应得到具有平衡组成的C8芳烃异构混合物，然后再将对二甲苯分离出。这样就可更大限度地得到所需的目的产物对二甲苯。

——————纯手打，希望可以帮到你。

一般物理化学性质及工艺性能

一、沸石的一般物理性质

1.孔径

沸石内部具有大量的均匀的微孔，微孔的体积占沸石晶体体积的50%以上。其孔径与一般物质的分子大小的数量相当，一般孔穴(笼)为0.6nm～1.5nm，孔道直径为0.3～1.0nm。而其他几种多孔性物质，如活性炭、多孔硅胶、活性氧化铝的孔径不均匀，从零点几纳米到几千纳米。图18－20是几种多孔性物质的孔径分布情况，从图中可以看出，只有沸石的孔径是非常均匀的，其他多孔性物质的孔径分布有一个较宽的范围。

图18－20 几种多孔性物质孔径分布图

2.晶穴(笼)体积

沸石具有蓬松的骨架结构，晶穴体积约占总体积的50%，根据沸石的晶体结构可以计算晶胞体积和晶穴体积。沸石的晶体结构中，有不同的晶穴。例如A型沸石有两种晶穴(笼):α笼和β笼，α笼的大小为1.14nm(对内接的球)，r=0.57nm，Vα=4πr3/3=4×3.14×5.73/3=0.7757nm3，β笼的大小为0.66nm(对内接的球)，r=0.33nm，Vβ=4πr3/3=4×3.14×3.33/3=0.150nm3，Vα+Vβ=0.926nm3，一个A型沸石晶胞的体积为VA=α30=1.816nm3，孔穴率VA/(Vα+Vβ)=926/1816=49.5%。

也可以利用某种吸附质在饱和蒸气压P=P0时的饱和吸附量以下式计算:

非金属矿产加工与开发利用

式中:da———液体吸附量的比重，g/mL;

Xs———饱和吸附量，g/1g沸石;

Vp———晶穴体积，mL/g。

例如:吸附质为H2O时，25℃时的饱和蒸气压为25mmHg(24g/m3)的吸附量为0.289g/1g沸石，dw=1g/ml，Vw=Xw/dw=0.289/1g沸石/1g/mL=0.289mL/g(即1克沸石在此条件下的吸附的水所占的体积)。

孔隙率ρt:1克沸石吸附的水的体积Vw/1克沸石的体积VZ。

非金属矿产加工与开发利用

dz=1.54g/mL，为4A型沸石的脱水密度。一个A型沸石晶胞的晶穴体积:Vρ=ρt·V=44.5%×Vp=P*·V×1.861=0.828nm3。

按α笼和β笼的大小计算的体积为0.926nm3，较吸附质测量结果稍大，利用水作吸附质得X、Y型沸石的晶穴体积为0.355mL/g。一般地，加入黏结剂成型后的合成沸石，孔穴体积稍有减少。4A型沸石成型颗粒的孔穴体积为0.231mL/g。5A型沸石成型颗粒的孔穴体积为0.244mL/g，NaX型沸石成型颗粒孔穴体积为0.80mL/g。

3.表面积

与其他多孔性物质相比，沸石具有很大的总表面积，这些表面积主要存在于晶穴的内部。外表面积仅占总表面积的1%左右。将沸石的颗粒视为立方体，立方体的边长等于平均颗粒的大小。例如，将脱水的4A型沸石当成边长为1μm的立方体颗粒，1个颗粒的体积为1μm3=10－12cm3，4A型沸石的脱水后的密度为1.54g/mL，比容则为:1/1.54=0.65cm3/g，1g沸石含有的1μm的颗粒为:

0.65/10－12=6.5×1011(颗/g)

一个1μm颗粒的表面积为6×10－8cm2=6×10－12m2，则1克沸石的外表面积为:

6.5×1011×6×10－12m2=3.98m2。

4A型沸石的内表面积的计算:

4A型沸石的晶胞参数为:α0=1.23nm，每个晶胞中含有一个α笼，α笼可近似地被看成球形，直径为1.14nm，若略去β笼不计，一个α的内表面积为:

4πr2=4π(1.14/2)2=4.0nm2，一个晶胞中含有一个Na12［Al12Si12O48］·27H2O分子，分子量为2190，1摩尔的任何物质含有6.02×1023个分子，重量以克为单位，与分子量相同，1克这种物质含有的分子为6.02×1023/2190个，1克这种物质的内表面为:4.0nm2×6.02×1023/2190=1100m2。

实际上，在A型沸石中，八元环为相邻的两个α笼的共用。加上晶体不完整，估算的理论内表面积则比实际的内表面积要大些。所以，沸石的表面积主要是指内表面积，常见的多孔性物质及天然矿物的表面积见表18－4。

表18－4 常见的多孔性物质及天然矿物的表面积

4.密度

含水沸石的密度范围一般为2.0～2.3g/cm3，沸石的密度与沸石的结构和阳离子有关。沸石的密度随阳离子的分子量增加而增加。交换了Ba的沸石密度可达2.8g/cm3，常见的几种脱水后的沸石的密度为:4A分子筛为1.54克/cm3，5A沸石为1.57g/cm3，13X分子筛为1.43g/cm3，常见沸石的密度见表18－5。

5.比热

合成沸石的平均比热为0.2×4.186J/(g·℃)。

6.稳定性

沸石在水中呈碱性。达到平衡吸水时的pH值的9～10.5，沸石具有良好的耐酸性和热稳定性。我国浙江丝光沸石的耐酸性试验表明:在2N、4N、6N的HCl和王水中，在90℃温度下处理2小时，晶体结构无破坏，0.1N的NCl中，230℃处理10天，结构均无破坏，当盐酸浓度达10N时，结构才开始破坏，在强酸中，Si/Al3的沸石(如丝光沸石Si/Al=5)分解沉淀出SiO2。

沸石的耐热性能很好，在600～700℃的温度下晶体结构不发生变化，如丝光沸石加热至750℃持续10小时，晶体仍部分保持原来的结构，加热至850℃，持续12小时，晶体结构才开始破坏，斜发沸石一般加热至650℃持续12小时，结构不变，800℃下持续12小时，结构破坏，热稳定性仅次于丝光沸石，一般地Si/Al越大，即在组成范围内，硅含量越高，热稳定性越好，因此沸石能在较高的温度条件下使用。

常见沸石的物理性质见表18－5。

表18－5 常见沸石的物理性质

(据中国科学院大连化学物理研究所分子筛组，1978)

二、沸石的吸附性质

一切固体物质表面的原子或分子，与其内部的原子或分子所处的状态是不同的。在固体物质内部，原子或分子所受到的引力是对称的，处在力场饱和的平衡状态，而位于表面的原子或分子，处于不饱和的力场中，所受的力是不对称的，使其固体表面存在过剩的表面自由能，即表面有吸附力场的存在，这是固体表面对气体或液体具有吸附作用的原因。这种吸附力作用的范围较小，一般为0.5nm左右，当被吸附的分子距离力场稍远时，吸附力就迅速减少。当气体或液体进入吸附力场作用范围时就会被吸附，使表面的物质剩余键力抵消，从而降低了固体表面的自由能，固体物质更为稳定。

从理论上讲，一切固体物质的表面都具有吸附作用，实际上，只有多孔性能或很细的粉末物质，由于具有很大的比表面积，即有大量的吸附力场的存在，才具有明显的吸附作用，才能被称为吸附剂，如活性炭、硅胶、沸石、凹凸棒石、海泡石等。

由于沸石内部具有疏松的孔穴、通道、巨大的比表面，强大的饱和力场使其具有优良的吸附性能，而晶穴又较小，那么流体分子则不能避开这种力场的作用，所以，脱水后的沸石对气体分子有液化的趋势，因此对气体分子的吸附量较大。由于孔穴、通道大小均可固定，和普通分子大小相当，所以只有那些直径比孔小的分子才能通过孔道被吸附，而直径大于孔道的分子则不能被吸附，因而具有选择性吸附的性质。另外，沸石和其他类型的吸附剂相比，在较高的温度和较低的吸附质分压下，仍有较高的吸附容量等特点。

1.吸附容量大

脱水沸石，其内部具有很多内表面很大的孔穴，可吸附大量的分子，尤其是对极性分子如H2O，H2S，NH3等或含有极性基团—OH， 的分子以及易极化的分子有很大的吸附容量。这是因为阳离子和带负电荷的硅铝氧骨架所构成的沸石，本身是一种极性物质，其中阳离子给出一个强的局部正电场，吸引极性分子的负极中心，或者是通过静电诱导使易极化分子极化，极性越强的或越易被极化的分子，也就越易被沸石吸附，常见的几种干燥剂的吸水能力(相对湿度为6%)见表18－6及表18－7。

表18－6 常见的几种干燥剂的吸水能力

表18－7 几种干燥剂的吸水能力比值(在不同的相对湿度条件下)

表18－85 A沸石与硅胶吸附能力的比值(25℃，50mmHg)

图18－21 5A分子筛上的选择吸附

从表18－6可见，沸石的吸水能力，较硅胶和氧化铝都高，高氯酸镁的吸水性能虽强，但它的化学活泼性也太强，可使用的范围是有限的。沸石在吸水的同时，还可吸附以下的分子:NH3，SO2，CO2等。吸附能力H2ONH3H2SSO2CO2。

从表18－8中可见，沸石吸附这些分子的能也较硅胶强，这种性质在用沸石处理天然气时，可同时吸附其中的H2O，CO2，N2S等，使天然气中CO2含量小于50×10－6，H2S含量小于5.73mg/m3，5A分子筛在25℃，50×133.322Pa压力下，对H2S的吸附值可达25%。

2.选择性吸附

沸石的孔穴，孔道大小均匀，固定，和普通分子大小相当，孔穴直径在0.6～1.5nm，孔道直径约在0.3～1.0nm，沸石孔径的大小，决定了可以进入晶穴内部的分子大小，例如，用5A分子筛对正己烷(直径为0.49nm)和分子直径大于0.5nm的苯、四氧萘、甲基环己烷的混合物吸附实验的结果表明:5A分子筛可选择吸附正己烷分子，而对直径大于0.5nm的分子几乎没有吸附作用，见图18－21。其他吸附剂，如硅胶、活性炭的孔径不均匀，对不同大小的分子的吸附几乎不具选择性，表18－9是5A沸石、硅胶、活性炭对烃类的吸附情况，从表中可以看出，沸石对不同大小的分子表现出明显的选择性吸附。从表18－10可以看出，5A分子筛对醇类分子的吸附也显出明显的选择性。

表18－9 几种吸附剂对烃类的吸附

表18－10 醇类的吸附

图18－22 5A分子筛上的吸附等温线(－75℃)

3.对极性分子的吸附量大

在吸附过程中，沸石的孔径大小不是唯一的因素，含有极性基团— ，或含可极化的基团 —等的分子，能与沸石表面发生强烈的作用，在极性分子CO和非极性分子Ar的混合气体中，二者的直径接近:CO为0.28nm，Ar为0.383nm，都小于0.4nm。沸点也接近:CO为－192℃，Ar为－186℃，但CO为极性分子，而Ar为非极性分子，它们在5A型沸石上的吸附曲线如图18－22所示，可以看出它对CO的吸附量远大于Ar。

沸石除具有其特殊性外，也具有一般吸附剂的共性，即吸附量随着吸附质的沸点增高而增大。如乙烷(0.44nm)沸点－88℃，CO(0.28nm)沸点－192℃，乙烷直径虽较CO大，但由于乙烷沸点高出很多，沸石对乙烷的吸附能力大于CO，在同一种沸石上，乙烷在25℃、700×133.322Pa条件下，吸附量为10.2%，而CO在0℃、750×133. *** a时吸附量仅为5.1%，且乙烷是非极性分子，CO为极性分子，这说明在此条件下，吸附质沸点不同所引起的吸附强弱差异超过了极性因素的作用，不能再由极性与非极性分子间的差异决定选择性了。

沸石对不饱和化合物的分子也有较强的吸附能力，且不饱和度越大，吸附能力也越强，从表18－11可见，沸石较硅胶、活性炭吸附剂有较强的吸附不饱和烃的能力。

表18－11 沸石对不饱和分子的吸附

4.高温、低分压下的吸水性好

沸石是高温吸附剂，图18－23表示温度对各种吸附剂平衡吸附量的影响，从图可以看出，温度高于室温时，硅胶和氧化铝的吸水量迅速下降，超过120℃时，吸附量接近于零，而5A型沸石超过100℃时吸水量还有13%，温度高达200℃时，仍保留有4%的吸水量，而活性氧化铝，特别是硅胶，几乎丧失了吸水能力。

在低水蒸气分压下，与硅胶、活性炭相比，沸石仍具有较高的吸水能力。图18－24是几种干燥剂在不同相对湿度时的吸水量。

图18－23 吸水等压线(10mmHg)

图18－24 几种干燥剂在25℃时的吸水量

5.吸水后的沸石再生性能好

所谓再生，就是通过加热使沸石所吸附的水脱去，从而恢复吸附能力，再生温度越高，脱附就越彻底，一般采用的温度为200～300℃，过高的再生温度对沸石的使用寿命有不利的影响，在200℃下，沸石的残留水量为4.5%，400℃时为1.6%。

三、沸石的离子交换性质

沸石的一个重要性能就是可以进行可逆的阳离子交换，通过离子交换，可以调节晶体内的电场及表面酸性，从而可改变沸石的性质，调节沸石的吸附性和催化特性，例如:将NaA型沸石交换为KA型沸石时，吸氧能力基本消失(O2的直径为0.28nm)，交换为CaA型沸石时，能吸附丙烷(丙烷直径为0.49nm)。

离子交换技术

沸石阳离子交换一般是在水溶液中进行，其反应可用下式表示:

A+Z－+B+→B+Z－+A+

式中，Z－为沸石的阳离子骨架，A+为交换前沸石中含有的阳离子，B+为水溶液中的主体阳离子。

常见的天然沸石，如斜发沸石和丝光沸石等都具有很高的阳离子交换容量，斜发沸石的理论交换容量为213mmol/100克，丝光沸石的理论交换容量为223mmol/100克±。

沸石阳离子交换过程中，通常用离子交换度，即交换下来的钠离子量占沸石中原有阳离子量的百分数，离子交换容量，即每百克沸石中交换的阳离子毫摩尔数(mmol)，以mmol/100克表示。

离子交换技术，一般在水溶液中进行，这种交换 *** 要求交换上去的金属阳离子在水溶液中以阳离子(简单的或结合)状态存在，水溶液的pH值范围不应破坏沸石的晶体结构。常用的交换条件:温度为室温至100℃，时间数十分钟到数小时，溶液浓度为0.1～0.2mol。

NaA(4A)型沸石径Ca2+或K+交换为相应的CaA(5A)或KA(3A)型沸石，NaX(13X)型沸石经Ca2+交换为CaX(10X)型沸石，是水溶液中交换的典型例子。

盐熔交换法:碱金属卤化物、 *** 盐、硝酸盐型都可用来提供阳离子交换的酸盐溶液，但要求其熔化的温度必须低于沸石结构破坏温度。在熔盐溶液中，除有阳离子交换反应进行外，还有一部分盐类包藏在沸石的笼内，因此，可形成特殊性能的沸石。

例如:将Li、K、Cs、Ag、Tl等金属的硝酸盐和硝酸钠混合，加热到330℃与NaA型沸石进行交换，其中Li、Ag及Na的硝酸盐可包藏到β笼中，因此可以将沸石中的Na+全部交换。非水溶液交换:当所需要交换的金属处于阴离子中，或者金属离子是阳离子，但它的盐不溶于水，或者虽溶于水(AlCl3、FeCl3)，但溶液中呈强酸性，容易破坏沸石骨架等，此时可采用非水溶液中离子交换法，一般使用有机溶剂，如二甲基亚砜［(CH3)2SO］，乙腈(CH3CN)等，配成交换溶液，例:1克PtCl2、溶于100ml二甲基亚砜溶剂中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亚砜的浆液，在65℃下搅拌交换两天半，用二甲基亚砜洗涤4次，水洗10次，于45℃干燥5天，343℃焙烧3小时，产品分析结果，含Pt3.8%。

非水溶液交换:当所需要交换的金属处于阴离子中，或者金属离子是阳离子，但它的盐不溶于水，或者虽溶于水(AlCl3、FeCl3)，但溶液中呈强酸性，容易破坏沸石骨架等，此时可采用非水溶液中离子交换法，一般使用有机溶剂，如二甲基亚砜［(CH3)2SO］，乙腈(CH3CN)等，配成交换溶液，例:1克PtCl2、溶于100ml二甲基亚砜溶剂中，再加入混有12克NaX型沸石的100ml二甲基亚砜的浆液，在65℃下搅拌交换两天半，用二甲基亚砜洗涤4次，水洗10次。于45℃干燥5天，343℃焙烧3小时，产品分析结果，含Pt3.8%。

蒸气交换法:某些盐类在较低的温度下就能升华为气态，沸石可在这种气态环境中进行离子交换，如NH4Cl在300℃为气态，沸石中的Na+可以和NH4Cl蒸气进行交换。

沸石阳离子交换性能，主要与沸石中的硅铝比的高低。沸石的孔穴大小，阳离子位置以及阳离子的性质有关。

沸石中的阳离子完全是由于沸石中部分硅被铝置换后，产生不平衡，电荷较少，格架电荷亦较低，为平衡这些电荷而进入沸石中的。因此它也影响离子的交换。如X型和Y型沸石分子筛，具有相同的晶体结构和阳离子位置，但它的硅铝比(SiO2/Al2O3)不同，X型为2.1～3.0，Y型为3.1～6.0，所以阳离子数目也不同，单位晶胞中X型含有86个Na+，因此，离子交换性质也有差异，X型分子筛进行离子交换比较容易，而Y型分子筛则比较困难。沸石孔穴的大小直接影响离子交换的进行，如A型分子筛主要孔道直径约0.42nm，因此凡是直径小于0.42nm的阳离子都可以取代Na+，碱金属K+，Rb+，Cs+，碱土金属Ca2+，Sr2+，Ba2+以及贵金属Ag+，直径都小于0.42nm，故都可以交换Na+。

沸石的离子交换具选择性。常见的几种天然沸石离子交换容量见表18－12。

表18－12 常见的几种天然沸石离子交换容量 单位:mmol/100g

其中，菱沸石中的阳离子交换选择性顺序如下:

Ti4+K+Ag+Rb+NH+4Pb2+Na+Ba2+Sr2+Ca2+Li+

多数的一价阳离子优先于二价阳离子交换。

在斜发沸石中，几种阳离子的交换选择性能顺序为:

K+NH+4Na+Ba2+Ca2+Al3+

我国河北省独石口斜发沸石岩对Cs237的选择交换容量为0.15～0.25mg/g;方沸石中的Na+易于被Ag+，Ti，Pb等交换。吉林省石堋的方沸石岩，其孔径0.26nm，方沸石含量30%～50%，小于NH+4离子的直径(dNH+4=0.28nm)，从而对NH+4交换容量很低，只有0.18～0.54mg/g沸石，但对直径小于0.26nm的Ca，Cr，Cd具有较高的离子交换容量，日本曾用方沸石除Cu，Cd等离子，效果较好。

经过离子交换后的沸石，其吸附性质，诸如吸附速度、吸附选择性、吸附容量等都可以发生变化，在大多数情况下，比表面积要变小，这常是由于交换后引起沸石结构破坏所致，经多价阳离子交换后，多数沸石的热稳定性有所提高，如经稀土金属离子交换后的Y型沸石有很好的热和水热稳定性，这种特性广泛地利用在沸石的催化剂中。

四、沸石的催化性能

沸石具有排列整齐的晶穴和均匀的孔径，其晶体骨架是阴离子，因此，就有阳离子平衡电荷，二者构成了沸石的互相依存、不可分割的组成部分，沸石作为整体而言，不同类型的沸石的催化活性有很大的差异。

1960年，美国雷特发现合成沸石的催化性能后，沸石的应用很快扩大到石油化工领域，研究表明，沸石具有良好的催化性能，是有效的催化剂和催化剂载体。

沸石的阳离子骨架类型、孔穴大小、孔道、内外表面积、阳离子种类及交换性与其催化性能有很大的关系。

多相催化反应是在固体的催化剂表面上进行的，催化活性与催化剂的活性表面大小有关。对于沸石，99%以上的表面是在晶穴内，因此，沸石作为催化剂和催化剂载体时，催化反应的进行受着沸石晶穴大小的控制。只有比晶孔小的分子可以出入，所以，沸石催化剂对反应物和产物分子的形状和大小都表现出很大的选择性。例:对正乙烷(0.49nm)异相化的异乙烷(0.56nm)用Pd(0.5)－CaY(孔径约0.9nm)型沸石做催化剂时，其异乙烷的产率为70.3%，当用Pd(0.5)－CaA型沸石(孔径0.4～0.5nm)做催化剂时，产率为2.4%。

这是因为正乙烷(0.49nm)可以进入CaA型沸石(0.5nm)的晶穴中，同时发生催化和异构化反应，但异构产物(异乙烷0.56nm)不能从沸石晶孔中逸出，在这种情况下，或者是异构物残留在沸石晶穴内，或者是继续反应为直链烃而逸出，故CaA型沸石上正乙烷催化产物中几乎不含异构烃，异丁烷/正丁烷0.05。

当外界条件变化时，如温度升高，占沸石总表面积百分之一的外表面亦可成为不可忽视的因素，如钙丝光沸石上的苯加氢生成环乙烷的反应，由于苯(0.68nm)和环乙烷(0.61nm)的分子都大于丝光沸石的孔径，因此反应只能在沸石的外表面上进行，130℃时，环乙烷产率只有4.2%，温度升高到200℃后，产率升为37.5%。

阳离子与催化性能有很大的关系

据反应类型的不同，沸石催化剂的活性中心或者位于充满阳离子的位置上，或者位于脱去阳离子后的空位上，因此，阳离子的性质对催化反应也起重要作用。合成沸石中的阳离子一般也是一价的Na+，它和其他一价阳离子具有相似的催化性能，但通常认为:一价阳离子在沸石中完全中和了负电荷中心，它们在沸石的晶穴中能量是均一的;另一方面，通过实验表明，钠型沸石确无酸性中心，因此，一价金属阳离子沸石在羰离子型反应中，几乎没有催化活性，当一价离子被二价或多价金属离子置换后，才能显示出静电场作用或酸性作用。

在沸石催化剂中，大量应用了稀土阳离子沸石催化剂，稀土金属离子与二价阳离子沸石相比，在催化裂化、芳烃烷基化等羰离子型反应中的催化活性都高于二价的阳离子沸石，且具有较高的热稳定性和抗水蒸气性能。

天然沸石一般不能直接用做催化剂，需要用离子交换法将其改为H型沸石才能加以应用。在羰离子型反应中，一般均采用氢型或脱阳离子及多价金属型沸石做催化剂，而沸石中的阳离子多数为钠离子，钠离子的存在对这反应不利，通常用离子交换法把Na2O降至0.3%以下，制成氢型或脱阳离子型沸石，从而显示出强的羰离子活性。

通常用铵盐［NH4Cl，(NH4)2SO4、NH4NO3］溶液交换沸石中的钠离子，铵基型沸石加热至260℃时，NH+4就开始分解，形成含H+的中间体，这叫氢型沸石，由于H+很小，具有很强的极化能力，可与沸石的晶格生成羟基，在高温时这些羟基以水的形式脱除，就形成脱阳离子型沸石。过程见图18－25。结构(Ⅱ)代表铵型，结构(Ⅲ，Ⅳ)代表氢型，结构(Ⅴ)代表脱阳离子型，由于氢型转变为脱阳离子型没有截然的分界线，在一般活化温度范围内可能是二者的混合物。

对于高硅(Si/Al5)沸石，如丝光沸石和毛沸石等可直接用酸处理获得氢型沸石，由X、Y型沸石直接用酸处理，会破坏它的晶体结构。

图18－25 几种沸石的转变过程示意图

用RE3+或RE3+—NH+4交换的X型或Y型沸石以及—NH+4交换的丝光沸石与硅铝催化剂相比，具有活性高、选择性好、稳定性高以及抗毒能力强等特点，为了保证固体催化剂的强度和传热要求，都采用沸石载体体系，沸石颗粒做活性组分分散在硅铝凝胶或白土中，一般含有沸石5%～25%，载体可将沸石晶粒隔开，使沸石分散均匀，以更佳地发挥沸石的性能，并对沸石晶粒有黏结作用，以达到催化剂的强度要求。

天然沸石是理想的催化剂载体，许多具有催化活性的载体金属，可以通过离子交换进入沸石孔穴中，随后还原成元素状态，这样可以提高金属的利用效率。

化学工程与化学工艺的区别

应用化学专业一般属于理学专业，而化学工程与工艺专业是工学专业，这两个专业都必须有扎实的化学基础，但应用化学专业在学完基础课之后，高年级所涉及的课程，偏重于化学方面的一般原理和一般规律，而化学工程与工艺专业偏重于化学工艺方面。

化学过程是指物质发生化学变化的反应过程，如柴油的催化裂化制备高辛烷值汽油是一个化学反应过程。

物理过程系指物质不经化学反应而发生的组成、性质、状态、能量变化过程，如原油经过蒸馏的分离而得到汽油、柴油、煤油等产品。

至于其他一些领域 , 诸如矿石冶炼 , 燃料燃烧，生物发酵，皮革制造，海水淡化等等，虽然过程的表现形式多种多样，但均可以分解为上述化学过程和物理过程。实际上，化学过程往往和物理过程同时发生。例如催化裂化是一个典型的化学过程，但辅有加热、冷却和分离，并且在反应进行过程中，也必伴随有流动、传热和传质。所有这些过程，都可通过化学工程的研究，认识和阐释其规律性，并使之应用于生产过程和装置的开发、设计、操作，以达到优化和提高效率的目的。

化学工程的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是在放大中的效应，以解决关于过程开发、装置设计和操作的理论和 *** 等问题。它以物理学、化学和数学的原理为基础，广泛应用各种实验手段，与化学工艺相配合，去解决工业生产问题。

化学工程的研究对象通常是非常复杂的，主要表现在：

①过程本身的复杂性：既有化学的，又有物理的，并且两者时常同时发生 , 相互影响。

②物系的复杂性 : 既有流体（气体和液体），又有固体，时常多相共存。流体性质可有大幅度变化，如低粘度和高粘度、牛顿型和非牛顿型等。

有时，在过程进行中有物性显著改变，如聚合过程中反应物系从低粘度向高粘度的转变。

③物系流动时边界的复杂性：由于设备（如塔板、搅拌桨、档板等）的几何形状是多变的，填充物（如催化剂、填料等）的外形也是多变的，使流动边界复杂且难以确定和描述。

化学工艺涉及的范畴很广，一般包括原料的选择和预处理;生产 *** 的选择及 *** 原理;设备的作用、结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料的影响；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用和对不同工艺路线和流程的技术经济评价等等。

化学生产过程一般地可概括为三个主要步骤：

①原料处理。

为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格，根据具体情况，不同的原料需要经过净化、提浓、混合、乳化或粉碎（对固体原料）等多种不同的预处理。

②化学反应。

这是生产的关键步骤。经过预处理的原料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。通过化学反应，获得目的产物或其混合物。

③产品精制。

将由化学反应得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。以上每一步都需在特定的设备中，在一定的操作条件下完成所要求的化学的和物理的转变。

化学生产技术通常是对一定的产品或原料提出的，例如氯乙烯的生产、甲醇的合成、 *** 的生产、煤气化等。因此，它具有个别生产的特殊性；但其内容所涉及的方面一般有：原料和生产 *** 的选择，流程组织，所用设备（反应器、分离器、热交换器等）的作用，结构和操作，催化剂及其他物料的影响,操作条件的确定,生产控制，产品规格及副产品的分离和利用，以及安全技术和技术经济等问题。现代化学生产的实现，应用了基础科学理论（化学和物理学等）、化学工程和原理和 *** 、以及其他有关的工程学科的知识和技术。现代化学生产技术的主要发展趋势是：基础化学工业生产的大型化，原料和副产物的充分利用，新原料路线和新催化剂（包括新反应）的采用，能源消耗的降低，环境污染的防止，生产控制自动化，生产的更优化等。

异构化的过程条件

异构化是可逆反应，反应常常可进行到接近平衡转化率。由于反应热效应很小，温度对平衡组成影响不甚显著，但低温操作有利于减少副反应。液相异构化反应温度一般为 90～150°C。气相异构化反应温度则为300~500°C。气相非临氢异构化可在低压（约0.3MPa）下进行，气相临氢异构化则需较高压力(2.0～2.5Mpa)下进行。氢烃摩尔比为5～20:1,过量氢气可循环使用。气相异构化可采用固定床反应器，液相均相异构化可用塔式反应器，非均相异构化则可用涓流床反应器。