《工业催化基础》课件(第1章 绪论)2013-1

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。

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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 2

第一节 催化剂的基本知识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。 (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：化工资源有效利用国家重点实验室 3

第一节 催化剂的基本知识合成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。

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第二节 催化剂的重要应用领域催化剂: 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 7

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工业化年份 1900 1913 1915 1936 1937 1938 1949 1953 1954 过程或催化剂 SO2 空气氧化 N2+H2→合成氨 NH3 氧化 石油催化裂化 乙烯聚合 Ficher-Tropsch 合成 石脑油催化重整 乙烯聚合 丙烯聚合 产品或用途 H2SO4 NH3 HNO3 汽油等 低密度聚乙烯 催化剂主要成分 V2O5 Fe 等 Pt SiO2-Al2O3 Cr 等

(CO+H2→烃)燃料 Fe,Co,Ni 高辛烷值汽油 高密度聚乙烯 等规聚丙烯 Pt/Al2O3 TiCl4-Al(C2H5)3 TiCl4-Al(C2H5)3

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工业化年份 1962 1964 1970 1976 1978 1986 1986 1990 1990 过程或催化剂 分子筛催化裂化 烃类加氢脱硫 甲醇低压合成 NOx 加氢还原 甲醇羰基化 特种立构合成 NOx 加氨还原 催化燃烧 茂金属催化聚合 产品或用途 汽油 脱硫净化 CH3OH 环境保护 醋酸 药物 环境保护 环境保护 新型聚烯烃 催化剂主要成分 沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等

第二节 催化剂的重要应用领域石油炼制：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。

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；烯烃二聚及齐聚等。化工资源有效利用国家重点实验室 10

第二节 催化剂的重要应用领域细精化工：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品 进行深加工，特别具有特定功能，特定用途且附加值高 的化工产品的化工过程。涉汲到氧化反应，还原反应， 碳链增减反应，重排反应，杂环合成反应，不对称合成 工艺等。广泛使用酸碱催化剂，超强酸碱催化剂，分子 筛择形催化剂，金属化合物和配合物催化剂，手性催化 剂，相转移催化剂等。 合成材料：通常指合成树脂，合成纤维，合成橡胶这三 大合成材料 合成树脂--聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等； 合成纤维--涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维 …… 此处隐藏：2352字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……