《工业催化基础》课件(第1章绪论)2015-1概述.ppt

第一章：绪论 主要内容： 催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业催化的常用术语。 掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领域；掌握工业催化的常用术语。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第一节 催化剂的基本知识 催化剂和催化作用： 何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子混合在一个惰性的容器中，即使在500℃下，也几乎检测不到NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允许的可逆放热反应： N2+3H2 ? NH3 ΔH500＝－109 kJ/mol 但如果在N2分子和H2分子混合气体的体系中有少量Fe存在，就会有NH3生成，其中Fe就称为催化剂，对NH3的生成起着关键的作用。 化工资源有效利用国家重点实验室 * Fe的催化作用本质： （1）没有催化剂，N2分子和H2分子化合生成NH3是一个均相的化学反应过程，要经过N2分子的N－N键和H2分子的H－H键断裂和N－H键的形成，N2分子和H2分子都非常稳定，经均相化学反应合成NH3需要很大的能量，即反应的活化能很高（在500℃，常压条件下活化能为334.6kJ/mol），在这种情况下，反应极慢，以至于生成NH3的量甚微，常规方法都难以测出。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第一节 催化剂的基本知识 （2）采用Fe作为催化剂时，N2分子和H2分子化合生成NH3的活化能大大降低了（反应 途径发生了变化）。N2分子和H2分子首先在Fe催化剂表面发生化学吸附，使得N2分子和H2分子的化学键削弱，然后化学吸附的氮（Nad）和化学吸附的氢（Had）在催化剂表面相互作用，并经过一系列的表面化学反应，最后生成的NH3分子从催化剂表面脱附生成产物NH3，反应途径、反应机理和反应过程的能量关系如下： 合成NH3反应途径： 第一节 催化剂的基本知识 反应机理和反应过程的能量如下： Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535 第一节 催化剂的基本知识 催化剂定义 1981年，国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）对催化剂有一个明确的定义。即：催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第一节 催化剂的基本知识 催化剂: 现代化学工业的基石 90％以上的化工产品是借助催化剂生产出的，没有催化剂，就不可能建立现代化学工业。 如： 无机化学工业中的合成氨、硝酸、硫酸等的生产 石油加工中的催化裂化、催化重整等过程 石油化工中醇、醛、酸、酯的生产 三大合成高分子材料的生产 煤化工与天然气化工过程 生物化工中的酶催化过程 环保催化过程等 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第二节 催化剂的重要应用领域 二十世纪工业催化的一些重大发明 第二节 催化剂的重要应用领域 第二节 催化剂的重要应用领域 二十世纪工业催化的一些重大发明 石油炼制：指对不同沸程的石油馏分经催化转化成各种燃料油，润滑基础油，化工原料的过程。这是催化剂最重要的应用领域，使用的催化剂包括各种固体酸，分子筛，负载型金属催化剂等；催化反应过程有催化裂化，催化重整，催化加氢等；反应工艺有固定床、流化床、提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常压渣油催化裂化等。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第二节 催化剂的重要应用领域 石油化工：指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的催化过程，包括一些基本有机化工原料合成的催化过程，所用的催化剂种类很多。一些重要的催化过程有：催化加氢与脱氢；催化水合与脱水；烃类的异构和芳构；芳烃烷基化，歧化及烷基转移；烯烃二聚及齐