工业催化基础分析.ppt

第五节 合成氨工业催化过程 表3-2 是代表性高温变换催化剂 第五节 合成氨工业催化过程 表3-3是代表性低温变换催化剂 第五节 合成氨工业催化过程 四、甲烷化过程 低变后, 原料中微量的CO和CO2 ( 0.5%) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除. 1、反应： ? 2、催化剂: Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni Co Fe Cu Mn Cr V 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第五节 合成氨工业催化过程 表3-4是一些甲烷化催化剂的型号和性质 第五节 合成氨工业催化过程 五、氨合成过程 氨合成反应是一个可逆的放热反应，反应式如下： 在常温常压下进行的非常缓慢，为满足工业化生产的要求，必须提高温度和压力，并且要在催化剂的作用下。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第五节 合成氨工业催化过程 表3-5 给出了氨合成与温度和压力的关系 有表可见低温高压可以达到较高的转化率，但实际上温度低于673K时，反应进行很慢，而温度过高NH3会发生分解。实际的反应条件是在30-70MPa，773K时使用铁基催化剂加速反应。 第五章：金属催化剂及催化作用（习题） 1、以Ni为例计算d％。 2、什么是表面弛豫、Schottky缺陷、Frenkel缺陷、堆垛层错？ 3、简述溢流效应。 4、简述“几何结构适应原则”。 5、烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中，CoO的作用是什么？ 6、合成氨工艺流程中，甲烷化的目的是什么？主要的催化活性组分？ 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第二节 金属催化剂的催化作用 （B）氢的吸附态 金属催化剂，特别是第ⅧB族金属在有机物的加氢和氢解反应中一般都有很高的催化活性，它们对氢有优异的吸附性能，对氢的化学吸附热都很小，在金属多晶体上的吸附热一般是100-120 kJ/mol，在单晶低指数面上的吸附热在100 kJ/mol以下。 氢在金属表面上的化学吸附是解离吸附，氢键均匀断裂，形成两个氢原子的吸附物种 （C）氮的吸附态 氮在金属上的化学吸附是一个比较复杂的过程。例如在Fe上发现在低温下是一个容易进行的弱可逆化学吸附，而在室温或较高温度下则开始出现强吸附。Ti，Zr，Ta，W也和Fe有相同的行为。但Ni，Pt，Pd， Rh则只显示出弱的化学吸附。研究表明，强化学吸附和分子氮的离解以及形成表面氮化物有关，而弱化学吸附氮分子是以σ双电子在金属原子上垂直吸附，N2分子键发生极化，如图(a)，同时也可能有桥型配位吸附，如图 (b)。 (a) (b) 第二节 金属催化剂的催化作用 （D）氧的吸附态 氧在金属催化剂表面上的吸附是比较复杂的，它不仅有以分子形式吸附的缔合吸附和解离吸附，而且氧原子还可以进入金属晶格内部，生成表面氧化物。其中氧的吸附主要存在两种结构。 （2） 氧原子采用sp2杂化后的电子分布，每个氧原子除一个sp2杂化轨道用于分子内σ成键外，另两个充满电子的孤对电子轨道可用于与金属空ｄ轨道成键。 (a) (b) (c) （1） 金属原子垂直于氧的O－O键，占据的氧的π轨道与金属原子的一个空ｄ轨道键合 第二节 金属催化剂的催化作用 （E） CO的吸附态 CO在金属催化剂表面的化学吸附，本质上是CO向金属的配位，形成表面化学键，即，羰基配位形成表面共价键和金属ｄ电子的π反馈。 目前吸附CO的结构有如下四种类型，红外光谱可以对吸附态的CO的结构进行归属。 第三节 负载型金属催化剂 负载型金属催化剂 金属催化剂，尤其是贵金属催化剂，由于价格昂贵，常以高比表面积和大孔隙的载体将其分散成微小的颗粒负载于其上，制成负载型金属催化剂，这样既可以节省贵金属的用量，降低催化剂的成本，又可以增加金属原子暴露于表面的机会，提高催化剂的效率，因此，负载型金属催化剂具有一些新的特性。 （1）金属粒径与催化活性的关系