工业催化分析.ppt

绪 论 本课程的主要任务 掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，并能够将新型催化剂开发原理运用到资源的化工利用、化学制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等工业领域。为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础。 自然界催化现象普遍存在（1） 自然界催化现象普遍存在（2） 人的生命过程—维持人体新陈代谢过程 自然界催化现象普遍存在（3） 植物的光合作用 自然界催化现象普遍存在（4） 牛吃的是草，产的是奶 工业界催化无处不在 90%的化工过程与催化有关 —催化是现代化学工业的基础一点不过分 美国GDP中与催化有关占20%，1998年用催化剂13亿美元，而产品价值达万亿美元，对国民经济贡献巨大。 全球催化剂市场增长 催化应用十大领域 我国化学工程与技术学科的发展中里程碑 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成上海天利氮气厂生产出液氨，吴先生还创办了天厨味精厂（1923）、天原电化厂（1929）和天盛陶器厂（1934），以及范旭东在天津创办的永利碱厂，这些化工原料的生产推动了我国化学工业的发展 合成氨工业的巨大成功推动了化学工业迅速发展，也带动了一系列化学工程基础理论工作，如化工热力学、化学工艺学、工业催化等。氨合成催化剂的研究与改进已经尝试10万多个配方，至今仍是催化界研究的方向 20世纪60年代，美国Mobile公司将原先用于分离过程的沸石分子筛作为新催化材料应用于催化裂化后，催化裂化技术出现了重大突破，炼油工业产生新的飞跃。采用稀土促进的沸石分子筛裂化催化剂后，炼油装置的生产能力和汽、柴油产量大幅度提高。在美国只经过短短的四五年时间就取代了传统的硅铝催化剂，被誉为“炼油工业的技术革命” 1967年，发展了双金属重整催化剂（Pt-Re, Pt-Ir)，提高了汽油品质 Grasselli曾经估算过，在美国，通过催化生产的约占90%的20种大众有机化合物，可以归属于5种反应类型。它们是烷基化（24%）、多相氧化（25%）、脱氢（15%）、合成甲醇（16%）和均相氧化（13%）。 石油炼制过程基本流程 催化技术是变革石油化工过程的核心 催化作用改变反应途径和目标产物实例：合成气选择性催化转化利用 催化反应过程与绿色化学工艺 2007年诺贝尔化学奖简介 2007年诺贝尔化学奖简介 择形催化与新一代石油炼制工业 20世纪50年代炼油工业使用的催化剂为白土或无定形硅铝酸盐，没有涉及结晶物。60年代初，在巴黎举行的第二届国际催化会议上，Mobile公司的P.B.Wietz在会上报告了他们发现八面沸石（主要是X型分子筛、Y型分子筛）具有催化活性，并且成功用于FCC工艺中。由于FCC是最重要的石油炼制过程，世界生产能力约为5亿吨/年。与传统的无定形催化剂相比，沸石催化剂的活性要高得多，促进了过程工程的改良；更重要的是过程目标产物（汽油）的产率显著增加，由此带来的经济效益每年在100亿美元以上。故人们常将FCC中的沸石催化剂作为石油工业真正革命的标志。沸石具有规则的孔道和孔笼结构，宽敞的通道（孔容为0.1-0.35mL/g）和孔道口（0.8-3.3nm）可限制及区分进出的分子，使之具有形状及大小选择性，故称这种催化为择形催化。 利用具有光学活性结构的导向剂制备手性分子筛用于对映选择催化，是沸石化学将来发展目标中的一个方向。 手性催化与制药工业（20世纪90年代至今） 医药、农药和精细化学品领域对手性化合物的需求量急速增大，手性催化发展迅速。手性催化包括均相手性催化和多相手性催化两大体系。均相手性催化氢化、手性催化环氧化、手性催化甲酰化等反应取得了重大突破。 闻名世界的均相手性催化合成L-dopa（左旋多巴），是一种治疗帕金森病的药物，左旋体有效，右旋体有毒。在Mansanto公司从事研究的三位科学家，先后采用不对称膦配体的Ru络合物催化剂，手性加氢合成左旋体大于95%的产物，并由该公司推向工业化。该成果获得2001年诺贝尔化学奖。 从工艺上讲，多相手性催化优于均相手性催化。多相手性催化可利用固体表面的不对称性和纳米孔道的立体选择性以提高对映选择性，从而拓展手性催化的研究思路和领域。目前该领域是一个多学科交叉的新领域，涉及材料科学、有机化学、配位化学、物理化学等，通过各学科的融合和集整，以开展多相手性催化的深入研究。 通过总结20世纪百年来工业催化发展简史可以清楚地看到：催化是化学工业和影响人类未来的关键技术。化学工业对催化的需求可概括为两个主要目标：一是加速催化剂的开发工艺；二是发展选择性接近100%的催化工艺。至于未来的催化发展，工业界和科技界有如下想法： （1）结合科学实验、机理研究以及计算化学