1-工业催化原理001摘要.ppt

工业催化原理课程主要参考书 工业催化 －黄仲涛 主编 化学工业出版社 1994年 工业催化基础 －赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年 Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition---- Charles N. Satterfield, McGraw-Hill, Inc.(实用多相催化） Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science publications 工业催化原理课程主要内容 第一章、催化作用与催化剂 第二章、多相催化反应基础 第三章、酸碱型催化剂及其催化作用 第四章、金属催化剂及其催化作用 第五章、半导体催化剂及其催化作用 第六章、催化剂的制备与反应评价 催化作用与催化剂 催化作用的特征 催化剂的组成与功能 催化剂的反应性能(催化指标) 活性 选择性 稳定性 催化剂和催化反应分类 催化剂的定义 研究一个化学反应体系 反应的平衡位置 属于化学热力学 多久能达到平衡位置 属于化学动力学 催化剂是一种能加速反应的速率而不改变反应的标准自由焓变化的物质。 催化剂作为一种化学物质，它能够与反应物相互作用，但是在反应的终结它仍保持不变。 催化剂加速化学反应的实例 SO2＋O2 ? SO3 ( V2O5)，无催化剂时，即使加热也几乎不生成 SO3。 N2＋H2 ?NH3 (Fe催化剂)，若没有铁催化剂，在反应温度为400℃时，其反应速度极慢，竞不能觉察出来，而当有铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。 催化过程的发展 1838年，实现了工业规模合成SO3 1913年．实现了工业规模合成氨， Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药。 1923年．实现了以煤为原料，通过CO＋H2的合成烃类，即所谓费托(F—T)合成。Cu系催化剂作用下制得了甲醇。 20年代以后，利用钒作催化剂由萘成功地氧化为邻二甲苯酐。 催化理论的基本思想的形成 在这一时期，逐步产生了某些催化理论的基本思想。例如，不稳定表面中间物(1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践中应用，起到了改进旧催化剂、开发新催化剂的作用，推动了化学工业的发展。 新的催化过程帮助提高经济效益和竞争能力 1936年 改性天然白土作为催化裂化催化剂生产高辛烷值汽油 40年代初改用合成硅铝胶催化剂 60年代又改用稀土分子筛催化剂，既进一步提高了汽抽辛烷值，又极大地提高了产率。 催化加工过程 1953年用Ziegler—Natt催化剂合成厂聚乙烯， 1957年 磷钼酸铋催化剂 丙烯氨氧化合成丙烯脂，为人造橡胶、纤维、塑料三大合成材料的生产奠定了基础。。 催化过程帮助解决危机 为控制大气污染，1970年又研制成功了汽车废气净化的贵金属和非贵金属催化剂。 随着石油危机的出现，对煤资源和重油的开发利用又受到了重视，由此对耐硫的硫化物催化剂和使用ZSM—5分子筛催化剂由甲醇生产汽油的催化过程等都引起了人们的兴趣 一些重要的工业催化过程 催化作用的特征 通过改变反应历程改变反应速度 能减小活化吉布斯自由能，提高反应速度 只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡的位置 只能加速热力学上可以进行的反应 对加速反应具有选择性 催化剂的寿命 反应路径（历程） 总反应速率 催化反应的活化能 催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡位置 化学平衡是由热力学决定的 ?G0＝—RT1nKP ， 其中KP为反应的平衡常数，?G0是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响?G0值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。 催化剂加速反应趋于平衡，不能改变平衡位置 乙苯脱氢制苯乙烯，在600℃常压、乙苯与水蒸汽摩尔比为1：9时，按平衡常数计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为72．3％，这是平衡产率，是热力学所预示的反应限度。为了尽可能实现此产率，可选择良好催化剂以使反应加速。但在反应条件下，要想用催化剂使苯乙烯产率超过72．8％是不可能的。 催化剂对反应具有选择性 根据热力学计算，某一反应可能生成不只一种产物时，应用催化剂可加速某一目的产物的反应，即称为催化剂对该反应的选择性。 工业上就是利用催化剂具有选择性，使原料转化为所需要的产品。 例如，以合成气(CO＋H2)为原料，使用不同的催化剂则沿不同的途径进行反应。 催化剂对反应具有选择性 催化剂的组成与功能 活性组分 化学活性 载体 高表面积、孔结构、机械强度 助催化剂 对活性组分/载体改性 催化剂的性能指标 活性 衡量催化剂效能大小