鉑重整的發明

■ 中國工程院士 閔恩澤

鉑重整的發明過程

鉑重整是煉油廠提高汽油辛烷值和生產芳烴的重要工藝，同時還副產氫氣。

發明這一新工藝的V.Haensel被譽為“鉑重整之父”，他回顧了鉑重整原始創新構思形成的過程。

V.Haensel 1935年夏天從西北大學畢業后，在美國環球油品公司催化實驗室做暑假臨時工。當時汽油重整提高辛烷值使用的是Cr2O3/Al2O3催化劑，在常壓、不臨氫的條件下運轉，催化劑很快結焦，需要經常再生。一天，美國環球油品公司研究室主任來到實驗室，讓他想辦法做反應而不產生結焦。實驗3周毫無結果。暑假結束后，他即去麻省理工學院攻讀化學工程碩士學位。這一經歷雖以無結果告終，但使他了解到開發一個長周期運轉而不積炭的催化重整工藝的重要性，這就為他后來的發明播下了種子。

1937年，V.Haensel碩士研究生畢業后，被美國環球油品公司聘任為化學工程師，從事中氫裂化汽油中環烷烴含量分析工作。在分析時，需要在很低的空速下，通過一個鉑/活性炭催化劑，使六元環烷烴脫氫轉化為芳烴。

由于催化重整提高汽油辛烷值中最重要的反應是環烷烴脫氫反應，產生了利用鉑催化劑的想法，于是用鉑催化劑來處理脫硫的汽油。他采用各種載體試制成鉑催化劑，然后進行實驗。正如所預期的那樣，這些催化劑可將部分環烷烴轉化成芳烴，但是汽油辛烷值的提高卻不明顯，于是他提高溫度，結果催化劑完全失活。為了防止催化劑失活，后來在中等壓力下同時通入氫氣，結果雖不特別驚人，但是催化劑在這一苛刻條件下卻不失活；于是，繼續提高溫度，果然得到較高的轉化率。此時實驗一直采用脫硫的直餾汽油作原料，催化劑可以連續運轉，并且保持了較高的轉化率。此時采用的實驗條件是：反應溫度450℃，反應壓力3.45MPa，氫/油摩爾比為5，這一反應溫度比鉑催化劑常用的溫度高出了200℃。這時他已取得了先前用MoO3/Al2O3作催化劑一樣的效果，而且催化劑上只有少量的焦炭生成。當時使用的是3%的鉑載于二氧化硅上的催化劑，相當昂貴。同時還發現，鉑載于硅鋁載體上的催化劑雖然對提高辛烷值更好，但不能很好地控制加氫裂化。所以又改用具有中等酸性的氧化鋁作載體，結果相當好，特別是能夠連續操作數日而沒有損失很多的活性。這時，他想出了各種方案，把鉑載到氧化鋁上，并且努力去降低鉑含量。同時他得到了一個十分肯定的結論：用硝酸鋁制備的氧化鋁不如用三氯化鋁為原料制備的好。這曾是一個十分費解的問題，直到他觀察到將三氯化鋁與氨水沉淀的氫氧化鋁濾餅少洗幾次還能制備出性能更好的催化劑時才解開了這個謎，這是由于氧化鋁中殘存的Cl-引起的。后來他發現，在裝置出口的氣體中有微量的酸性物質，這是來源于膠體中的氯。他設想，如果膠體中氯是活潑的，會損失的話，那么氟會更活潑，而且是穩定的，果然試制含氟氧化鋁的鉑催化劑提高汽油辛烷值最好，為工業化奠定了基礎。于是美國環球油品公司投入100多人進行研發，加速推向工業化，1949年宣布開發成功鉑重整工藝（Platforming）。

鉑重整發明的啟示

（1）一個科研工作者要了解自己研究領域的難題，雖然一時不能成功，但隨著時間的推移、知識經驗的積累，這些難題就成為將來成功的起點。

（2）要創新，就要善于從其他領域吸取營養，把其他領域中有用的催化劑體系移植過來。V.Haensel就是從分析方法中所用的鉑/活性炭環烷烴脫氫催化劑受到啟發，把鉑催化劑移植到催化重整領域里來開始探索的。

（3）要創新，必須要跳出舊框框。在催化重整探索中，V.Haensel所采用的溫度、壓力、臨氫工藝等都超越了分析方法中原用的條件，正是這樣他才取得了較大的進展。

（4）要細心觀察實驗，及時發現和抓住苗頭。V.Haensel就是從硝酸鋁和三氯化鋁制得的γ-Al2O3作為催化劑載體時活性不同而認識到鹵素的作用，從而制備出含氟的γ-Al2O3的鉑重整催化劑。