催化剂

1. 1. 什么是催化剂？

化工辞典对催化剂：“一类能够改变化学反应速度而本身不进入最终产物分子组成中的物质。催化剂不能改变热力学平衡，只能影响反应过程达到平衡的速度。加速反应速度的催化剂称正催化剂，减慢者称负催化剂”。

2. 催化剂发展过程及其特征？

开发过程

①实验室工作：资料准备

催化剂参考样品的剖析

配方筛选

②扩大试验¡ª¡ª介于小试和工业大生产之间

③侧流实验¡ª¡ª完全模仿工业条件

3.催化剂工业现状及其发展方向？

工业发展概况：A 国内——很多，无法统计 B 国外——美国——一百多家西欧——六十多家（25家）日本——引进与国内开发并重

发展方向：

①企业间的大合作——企业合并、收购、强强联合

②催化剂生命周期短，更新速度快

③提供各种服务——开停车、贵金属回收、再生

④催化剂制造在整个公司中所占比例与来越少——催化性能更佳、需求下降

4. 催化剂活性的表示方法（6种）?

•转化率，意义上不够明确，但计算简单方便，又比较直观，工业上常使用

•给定条件下主要产物出口浓度或反应物出口残余量

•时空收率：单位时间内单位体积催化剂上所能得到目的产物的量

•反应速率，理论上讲更为确切些

•平衡温距：△T=T -T平（达到任意转化率的温度）

•给定温度下欲达某一指定转化率所需的空速

5.催化剂性能指标（三大指标等）及其意义？

（1）转化率x A (conversion)

•求算时物质量可以是质量或摩尔数

•催化剂的比活性：催化剂单位表面积上所呈现的活性。

（2）催化剂的选择性S (selectivity)

•催化剂的选择性：当化学反应在理论上（热力学上）可能有几个反应方向时，通常一种催化剂在一定条件下，只对其中的一个反应方向起加速作用，这种专门对某一个化学反应起加速作用的性能，称为催化剂的选择性。

•（3）收率Y（yield)

通常对工业催化剂的要求是：使其只生成所希望的目的产物，并尽量接近于达到该温度和压力下的平衡转化率，最好不生成或尽量少生成其他副产物。

•对于工业催化剂而言，当存在许多并列反应时，往往对选择性的要求更甚于对活性的要求。•如果生产原料昂贵或产物与副产物分离很困难，则应选用高选择性的催化剂，反之，则选

用高活性的催化剂。

•6. 催化剂失活的原因及其解决方法？

•积碳是失活主要原因，措施：及时烧炭。工艺要求：提升管反应器和再生器两器流化操作工艺要求催化剂耐高温烧炭和水热稳定性好、抗烧结、抗破坏；工艺流程中加强原料预处理。

7.固体催化剂的化学组成及其作用

(1) 多相固体催化剂

•1) 主催化剂（合成NH3中的Fe）

——起催化作用的根本性物质，没有它，则不

存在催化作用

•2) 共催化剂（石油裂解SiO2-Al2O3）

——能和主催化剂同时起作用，单独使用，它

们的活性都很小

3) 助催化剂

助催化剂；减少活性组分量，降低成本

•4) 载体载体的作用:增大表面积；提高耐热性；提高机械强度；担当共催化剂；•5) 其他稳定剂:间隔体。阻止容易烧结的金属互相接触。

抑制剂：适当降低催化剂活性。

8.催化剂宏观物理性质及其测定方法

(1)颗粒直径及粒经分布当量直径：体积当量直径（dv)，面积当量（ds)，直径(da)

(2)粒径分布：筛分法、重力沉降、离心沉降

颗粒平均直径

(2) 催化剂的机械强度

•机械强度（耐压，耐磨，耐冲击）对机械强度的要求？

•压碎强度：均匀施加压力到成型催化剂

颗粒压裂为止所承受的最大负荷；单粒压碎强度，堆积强度

•磨损性能（流动床催化剂）转筒式磨耗仪、空气喷射粉体催化剂

沸腾床：同时考虑压碎强度和磨损强度

(3)催化剂的抗毒稳定性

•评价催化剂抗毒稳定性的方法：

a 在反应气中加入一定浓度的有关毒物，再换用纯净原料，判断是否为可逆性中毒

b在反应气中逐量加入有关毒物至活性和选择性维持在给定的水准，视能加入毒物的浓度

c再生处理，看其活性和选择性恢复程度

(4) 密度

•堆密度ρb：催化剂堆积时体积V堆为基准

V堆＝V隙＋V孔＋V真

量筒测量V堆

•颗粒密度（假密度）ρp：单个颗粒体积

V孔＋V真，汞置法测定V隙

•骨架密度（真密度）ρt：骨架体积

V真，氦置换法V隙、V孔

(5) 催化剂的比表面

•比表面：单位重量催化剂的表面，m2/g

物理吸附的方法测定

活性比表面：具有活性的表面

化学吸附的方法测定

(6) 孔容和孔隙率

✓孔容：1g催化剂颗粒内部所有孔体积的

总和(cm3/g)

✓孔隙率ε：大孔，r＝200－10000nm

过渡孔，r＝10－200nm微孔，r＝1－10nm

•孔隙率：是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率。

空隙率：空隙率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。

(7) 催化剂的其他宏观性质

•比热；导热系数；扩散系数

9.举例说明催化剂的基本特征

一般载体在催化剂中的含量远大于助催化剂。常用的载体种类：磨细的玻璃、刚铝石、SiC、沸石、耐火砖、硅藻土、颜料型物质、天然产物（膨润土、铁铝石、多水高岭土）、合成无机骨架物质、活性炭等惰性载体：硅胶、石英、SiC 、α-Al2O3活性载体：铝胶、γorη-Al2O3负载型催化剂

10.多相催化剂反应步骤

①反应物分子从气流中向催化剂外表面（外扩散）

②反应物分子自外表面向孔内扩散（内扩散）；

③反应物分子在催化剂内表面上吸附（化学吸附）；

④吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；

⑤吸附态的反应产物从催化剂内表面脱附（产物的脱附或解吸）；

⑥反应产物自孔内扩散至外表面（内扩散）；

⑦反应产物自外表面扩散到反应气流中（外扩散）