工业催化剂概述.ppt

第一章 工业催化剂概述 Chapter 1: Outline of Industrial Catalysts 工业催化剂概述 催化剂及其应用 催化剂的分类 催化反应分类 催化剂组成 工业催化剂的基本要求 催化科学与工程的发展 催化剂及其基本特性 催化剂是一种能够改变化学反应的速度，而它本身又不参与最终产物的物质。催化剂的这种作用叫做催化作用 改变化学反应速度 对反应具有选择性 只能加速热力学上可能进行的化学反应 只改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置 对可逆反应，既能加速正反应，也能同样程度加速逆反应 催化剂加速反应的基本原理：降低反应活化能 催化剂及其基本特性 催化剂的作用 催化剂—化学工业的基石 合成氨及合成甲醇催化剂 催化剂与石油炼制及合成燃料工业 基础无机化学工业用催化剂 基础有机化学工业用催化剂 三大合成材料工业用催化剂 精细化工及专用化学品中的催化 催化剂在环境化学工业中的应用 催化剂在生物化学工业中的应用 催化剂的分类 按工艺与工程特点 多相催化剂 (Heterogeneous catalyst) 均相催化剂 (Homogeneous catalyst)：酸碱催化剂；可溶性过渡金属化合物催化剂 酶催化剂 (Enzyme catalyst) 催化剂的分类 按催化剂组成及使用功能 ? 金属催化剂：加氢、加氢裂解、脱氢、氧化、异构化等 ? 金属氧化物催化剂：氧化、脱氢 等 ? 金属硫化物催化剂：加氢脱硫、加氢脱氮等 ? 固体酸碱催化剂：催化裂化、烷基化、重整、异构化、 酯化、水合、脱水等 ? 金属碳化物、氮化物：加氢等 以上为多相催化剂 ? 金属络合物催化剂：烯烃聚合(Ziegler催化剂，茂金属催化剂)、甲醇羰基化(铑配合物)等 催化反应的分类 均相催化反应 非均相催化反应 酶催化反应:同时具有均相和非均相反应的性质 催化剂的基本组成 绝大多数催化剂可由以下三部分组成: 活性组分 助催化剂 载体 工业催化剂的基本要求 使用角度的要求 活性（Activity） 选择性 (Selectivity) 稳定性和寿命(Stability, Service life) 形状与大小 (Shape and Size) 机械强度(Mechanical Strength) 化学组成 (Chemical Composition) 比表面积和孔体积等(Specific Surface Area, Pore Volume etc.) 导热性、比热等（Thermal Properties） 活性(Activity） 活性是反映工业催化剂在实验室模拟工业生产条件下促进原料转化的能力。 转化率 时空收率 收率 反应速率 转化频率 转化数 活性(Activity） 转化率（Conversion） 采用此参数，必须注明反应物料与催化剂的接触时间，否则无速率的概念 完成给定的转化率所需要的温度，?T = T - T平衡 T 固定，达到给定转化率所需空速 活性(Activity） 时空收率 (Space time yield ) 单位时间，单位催化剂用量(体积)所得到的目的产物的摩尔数。 Yv,t = nB / (V ? t) [mol/cm3?h] nB：目的产物的摩尔数 V：催化剂体积 t ：反应时间 该量较直观，与操作条件有关 活性(Activity） 收率（Yield) 活性(Activity） 对固体催化剂和反应A → B而言， 反应速率 (reaction rate) 定义： rv 单位催化剂体积、单位时间转化的摩尔数 rv = V-1?dNA/dt [mol/(cm3?h)] rs 单位催化剂表面积、单位时间转化的摩尔数 rs = S-1 ? dNA/dt [mol/(cm2?h)] rw 单位催化剂重量、单位时间转化的摩尔数 rw = W-1 ? dNA/dt [mol/(g?h)] 活性(Activity） 转化频率(Turnover Frequency：TOF)： 单位时间每个催化活性中心（活性位，active site）上转换A→B反应的次数。 rt = N-1? dn/dt [s-1] N : the number of active sites 在工业应用过程中，催化反应的转化频率一般为10-2~102 s-1，而酶催化反应一般为103~107 s-1 TOF 随反应条件而变 活性(Activity） 转化数(Turnover number: TON)： 是指催化剂使用至失活时单位催