第 三章_工业催化剂的使用技术..
谈化学工业催化剂使用技术
民营科技２ １ ０ ２年第４期
谈化工工艺聚 合过程 的研 究方 向
张 锐
（ 齐化集 团有 限公 司， 黑龙 江 齐齐哈 尔 １ １０ ） ６ ００
摘 要： 目前 ， 聚 合 过 程 主要 是 研 究从 小试 放 大到 工 业 规模 的 聚 合过 程 ， 聚 合 动 力 学和 聚 合 物 系传 递 为基 础 ， 行 聚 合 反 应 器 对 以 进 操作特性的分析和放大设计、 聚合过程反应规划和技 术开发等应 用性基础研 究。 关 键 词 ： 工 ； 艺 ； 合 过 程 ； 究方 向 化 工 聚 研
由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。可分为加聚反 ２ 改进 聚 合反应 器的 性能 应和缩聚反应 ， 前者指以含有重键的低分子化合物为单体 ， 在光照 、 加 现今合成高聚物工厂单线生产能力可达每年 ５ 万吨 ， ０ 聚合反应 热或引发剂 、 催化剂等作用下 ， 打开重键而相互加成聚合成高分子化 釜的容积已达 ２ ０ 聚合过程的另—个研究方向是使昕没汁的反应 ０ｍ 。 合物的反应， 后者指以具有两个或两个以上官能团的低分子化合物为 器能够满足预定聚合物质量和产量的要求 。这将涉及操作特 性、 选择 单体 ， 通过这些官能团的反应 ， 逐步结合形成高分子化合物的反应。 按 性 、 性和安 全 胜问题 。 稳定 聚合机理或动力学可将聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。 目前 ， 全 ３ 搅 拌聚 合釜 的放大 设计 世界聚合物的年生产能力按体积计可与金属材料相当，并且它们以二 ８ ％以上的聚合反应器是搅拌釜 ，约 ８ 搅拌釜用作聚合反应 ０ ∞ 倍于钢铁生产的速度（ 每年增加 １ｃ 逐步代替金属 、 ７ ５ ２￣１％） 木材及水泥 器 ， 其他在一般化工 、 石油化工 、 精细化工 、 生物化工等部 门也得到广 等结构材料。对聚合过程主要是研究从小试放大到工业规模的聚合过 泛的应用。因此搅拌聚合釜的放大技术是研究聚合过程的方向之一。
工业化催化剂的研究和应用
工业化催化剂的研究和应用一、引言工业化催化剂是化学工业生产的重要组成部分，其应用广泛，可以用于加速化学反应的速度，提高产品质量和增加产量。
催化剂是一种可再生的化学物质，在许多化学反应中都发挥着至关重要的作用。
本文将详细介绍工业化催化剂的研究和应用。
二、工业化催化剂的概述工业化催化剂是指那些用于促进化学反应进行的物质，包括金属、非金属、复合物等物质。
催化剂可以加速化学反应的速度，不改变反应的热力学属性，提高产物的选择性和产量，在化学工业、制冷领域、水处理、环境保护等方面都有广泛的应用。
三、工业化催化剂的研究1. 催化剂的种类根据催化剂的作用反应可分为氧化、加氢、脱氢、环合、裂解、重排、氧化还原、脱氧等反应。
而按照催化剂的组成、形状、结构、物化性质等分类，可分为常规催化剂、特种催化剂、生物催化剂等多个类别。
常规催化剂包括包括贵金属催化剂、氧化物催化剂、酸碱催化剂、塔板填料、酶催化剂等。
特种催化剂包括储氢材料、光催化剂、电催化剂、磁催化剂等。
生物催化剂则是指生物体中存在的催化剂，如酶、细胞等，这些催化剂在生物体内调节代谢过程。
2. 催化剂的制备和性能催化剂的制备非常关键，制备方法直接影响催化剂的性能和活性。
常见的催化剂制备方法包括物理吸附、化学沉积、离子交换、共沉淀等。
催化剂的性能通常采用物理性质和化学性质进行评价。
如表面积、孔径、空隙和形貌等物理性质；还有酸碱性、电性、光性等化学性质。
催化剂的性能与化学反应过程有很大的关系。
通过调整催化剂的活性位点以及提高催化剂的表面积、增加空隙和中孔，可以提高催化剂的反应活性、效率和选择性。
而在催化反应过程中，催化剂会发生失活、中毒等现象，因此需要对催化剂进行再生或更换。
四、工业化催化剂的应用1. 催化合成相关工业化催化合成是指利用催化剂促进合成反应的生产方式。
催化合成可以加速合成速度、提高产率、增加反应效率、改进产品质量。
在新材料、生物制药、催化剂和精细化学品等行业中，催化合成技术已成为保证质量和提高经济效益的关键技术。
工业催化剂的应用
工业催化剂的应用工业催化剂是指能够加速化学反应速率，提高反应效率的物质。
催化剂在工业生产中具有广泛的应用，能够提高反应的选择性和产率，节约能源和原材料，并减少环境污染。
本文将介绍工业催化剂的应用领域以及其重要性。
一、车辆尾气净化中的催化剂应用近年来，催化剂在车辆尾气净化领域发挥了重要作用。
汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机物等有害物质被催化转化为无害物质，减少了对大气环境的污染。
钯、铑和铂等贵金属是常用的催化剂，它们能高效催化氮氧化物的还原和氧化反应，实现尾气中有害物质的去除。
二、石化工业中的催化剂应用催化剂在石化工业中广泛应用于炼油、裂化和氢化等过程中。
例如，在催化裂化过程中，催化剂能够将重质石油分子分解成轻质烃类，提高汽油和液化气的产量。
铜系、铬系和镍系催化剂被广泛应用于氢化反应，用于生产高级氢化石油产品，如润滑油和蜡等。
三、化学合成中的催化剂应用催化剂在化学合成中起到了至关重要的作用。
许多有机合成反应需要催化剂的存在才能进行，提高反应速率和选择性。
铂、钯、钌和铑等催化剂在合成有机物、医药品和农药等过程中得到广泛应用。
通过合理选择和改进催化剂，可以降低反应条件和副反应产物的生成，提高化学合成过程的效率和经济性。
四、环境污染治理中的催化剂应用催化剂在环境污染治理中也具有重要作用。
例如，通过选择合适的催化剂，可以将有害气体如氮氧化物、硫化物和挥发性有机物等转化为无害物质，减少大气和水体的污染。
此外，催化剂还可以用于废水处理中的氧化、还原和分解等反应，将有机污染物转化为无害物质。
综上所述，工业催化剂在车辆尾气净化、石化工业、化学合成和环境污染治理等领域发挥着重要作用。
合理应用催化剂能够提高反应效率，节约能源和原材料，并减少环境污染，具有重要的经济和环境意义。
随着科学技术的不断进步，对合成高效、选择性、环境友好的催化剂的需求将会越来越大，催化剂研究的前景也会更加广阔。
第三章 各类催化剂及其催化作用_酸碱催化剂
中毒法：
脉冲注入能使酸碱中心中毒的物质，并选择以酸碱中心为活性位的 反应为对象，可根据反应活性下降的情况来求出使催化剂活性降为 零时所耗毒物的总量，并折算到酸碱中心总数。
H0 = pKa + lg [:B]a [A:B]
[A:B] : 吸附碱B与电子对受体A形成的络合物AB的浓度
H0越小酸强度越强； H0越大酸强度越弱。
固体酸强度的测定：
指示剂法：
指示剂的颜色取决于 [BH+] 或 [B] 的比例，当其正好等于1 [AB] 时，处于变色临界点。
1. 在某催化剂中加入某指示剂(pKa)，若保持碱型色，说明 [B] > [BH+]，催化剂对该指示剂的转化能力较小，H0 > pKa；若指示剂显酸型色，说明催化剂的转化能力较强， H0 < pKa。 2. 把指示剂按pKa大小排成一个序列，总可以找到一个指示 剂(pKa = α)，它的碱型色不能被催化剂改变，而下一个指 示剂(pKa = β)被催化剂变成了酸型色，那么催化剂H0的取 值范围应该是α< H0 < β 。 100%的H2SO4的H0认为是‒11.9，故认为H0为‒12或更小的酸相当于 100%以上的H2SO4 ，这样的酸称为超强酸。
例如：以HM分子筛为催化剂时的甲苯歧化反应，可选择吡啶作为毒物，利用甲 苯和吡啶的交替注入，观察活性下降情况外延至活性为零时所需吡啶量，即可 求出HM的表面酸量。
典型反应估计法：
选择一些既能被酸催化发生某一反应，又能被碱催化发生另一反应。 从同一物料反应后的选择性来估测催化剂的表面酸碱性。
工业催化剂的原理及应用
工业催化剂的原理及应用催化剂在化学工业中扮演着至关重要的角色。
它们能够加速反应速度、提高反应选择性和产品质量，从而使得反应更加高效。
其中，工业催化剂就是指应用于化学工业中的催化剂。
本文主要讲述工业催化剂的原理及应用。
一、工业催化剂的原理工业催化剂的原理主要基于催化反应的两个关键概念：催化活性和催化剂选择性。
催化活性是指催化剂参与反应的能力。
在一个催化剂表面，它的活性中心使得化学反应发生时需要的化学键发生断裂和形成。
这个反应的速率将会受到活性中心的数量和类型的限制，以及表面结构和反应条件的影响。
由于催化活性中心的数量和类型在每个不同的催化剂中都不同，因此，催化剂的催化活性通常会因催化剂的化学性质和物理性质而变化。
催化剂选择性是指催化剂选择生成的产物的能力。
催化剂精确地选择反应产物的生成是很复杂的，它取决于催化剂对反应机理的了解、催化作用的决定性步骤，以及催化剂和反应物的触发点。
因为具有不同的表面性质和晶体结构的不同催化剂，会与反应物的不同物理和化学性质和它们的作用有所不同，因此，催化剂选择性和活性之间存在一定的关系和相互影响。
二、工业催化剂的应用工业催化剂的应用非常广泛，包括合成氨、裂解石油、制造聚合物、制备精细化学品等。
其中，以下是工业中常用的催化剂。
1. 合成氨催化剂合成氨催化剂通常是氧化铁、铁、铝或铜的混合物。
该催化剂广泛应用于合成氨反应中。
氢气和氮气在催化剂上的反应可产生氨。
在这个过程中，而且，铁、氧化铁或锌和其他几种金属通常通过混合和煅烧处理来制备这种催化剂。
2. 裂解催化剂石油裂解是重要的工业反应之一，可以利用催化剂分解长链烃成小分子烃。
此过程通常在高温和高压下进行，并且需要长时间处理。
裂解反应的触发因素是催化剂表面的酸性位点，这些位点的作用使得反应中出现的物种与催化剂反应形成类似碳烯烃的层状结构。
3. 聚合催化剂聚合催化剂是制备聚合物的重要催化剂。
这种催化剂分为阴离子聚合催化剂和阳离子聚合催化剂两种。
工业催化剂的开发与应用
工业催化剂的开发与应用工业催化剂是一种被广泛应用于化学工业的催化剂，它可以提高化学反应速度、改善反应选择性、降低反应温度等，从而提高化学工业的效率，降低对环境的影响。
在许多工业领域，催化剂几乎被视为生产过程中不可或缺的一部分。
本文将介绍工业催化剂的开发与应用。
一、工业催化剂的分类根据催化剂的不同性质、结构、成分等，工业催化剂可以按不同标准进行分类。
以下是常见的几种分类方式：1. 按应用领域划分：例如有汽车尾气净化催化剂、石油加工催化剂、化学催化剂等等。
2. 按组成成分划分：例如金属催化剂、非金属催化剂等等。
3. 按载体材料划分：例如硅胶催化剂、铝氧胶催化剂等等。
4. 按催化反应类型划分：例如催化加氢、催化氧化，催化脱氢、催化脱氧等等。
二、工业催化剂的研发与制备催化剂的研发和制备是长期的系统工程，需要多方面的知识和技能。
一般来说，这个过程包括如下几个步骤：1. 原料筛选：首先从大量的候选物质中筛选出最合适的原料。
原材料通常是经仔细筛选后的高纯度、纯度稳定、活性较高的化学物质。
2. 预处理：对原材料进行热处理、酸、碱处理、氧化还原等预处理，去除有害杂质并活化分子。
3. 活化剂配制：在催化剂中按照一定比例加入辅助活化剂，以增强催化剂的性能。
4. 催化剂载体制备：使用特定的方法将催化剂固定在载体上，以保证催化剂的稳定性和活性。
5. 催化剂制备：根据所需反应的不同条件、类型等，制备具有特定活性和稳定性的催化剂。
三、工业催化剂应用领域工业催化剂是广泛应用于化学工业领域的一种催化剂。
以下是催化剂在各个领域中的应用：1. 石油加工催化剂：石油加工是催化剂应用的重点领域之一，催化剂被广泛应用于裂化、氢化、脱硫、脱氮等反应中。
2. 化学催化剂：催化剂在化学反应中起到了至关重要的作用，其中主要应用于有机合成、酸碱催化、氧化、硫化等反应中。
3. 新能源催化剂：包括燃料电池、太阳能电池等等，是未来能源发展的重要方向之一。
工业催化剂的制备及其应用
工业催化剂的制备及其应用催化剂是一种可以促进化学反应发生的物质，广泛应用于化工、能源、生物制药等领域。
其中，工业催化剂是指被用于生产中的催化剂，通过调节化学反应过程中物质之间的作用力，使得反应能够在更加温和和高效的条件下进行，降低生产过程的能耗和成本。
本文将介绍工业催化剂的制备和应用。
一、工业催化剂的制备工业催化剂的制备方法主要分为物理法和化学法。
物理法主要通过物理改变催化剂的结构来提高其催化性能，如改变催化剂的晶体结构、孔隙度等等。
而化学法则是通过在催化剂表面上引入活性部位，使得其表面变得更加活性，从而提高其催化性能。
下面我们将分别详细介绍这两种工业催化剂的制备方法。
1、物理法物理法主要通过结构调控来提高催化剂的催化性能。
其中，晶体结构调控可以通过控制晶体生长的条件，如温度、溶剂、pH等等来实现。
而孔隙度调控则是通过控制催化剂表面形成的孔隙大小和结构来实现。
例如，在催化剂表面引入碳纳米管等碳材料可以形成高度有序的孔道结构，在催化反应中具有良好的催化性能。
2、化学法化学法则是通过在催化剂表面引入活性部位来提高其催化性能。
催化剂表面的活性部位指的是具有活性氧、氮、硫、金属等原子的部位，这些部位在催化反应中起着关键的作用。
例如，在催化剂表面引入金属纳米颗粒可以在催化反应中提高催化效率和选择性。
而对于复杂催化剂的制备，常常需要使用多种原料和多步反应进行。
二、工业催化剂的应用工业催化剂应用广泛，可见于石化、煤化工、化学肥料、冶金、化学纤维、橡胶等多个领域。
下面我们将分别介绍这些领域中工业催化剂的应用。
1、石化石化领域中，工业催化剂主要是用于催化氢解、选择性加氢、脱硫、裂解等反应过程。
其中，裂解催化剂是石化工业中应用最广泛的一种催化剂。
它可以将长链烃分子裂解为低引石油等高附加值产品。
2、煤化工煤化工领域中，工业催化剂主要用于催化合成氨、甲醇和合成油等反应过程。
在甲醇合成反应中，以Cu/ZnO/Al2O3为催化剂是最常见的制备方法。
《工业催化》课程教学大纲
《工业催化》课程教学大纲工业催化第一章催化作用与催化剂基础第一节催化作用的定义与特征一、定义二、特征1、只能加速热力学上可行的反应2、只加速反应趋于平衡，而不改变平衡的位置3、通过改变反应历程改变反应速度4、降低反应活化能5、催化剂对反应具有选择性6、催化剂的寿命三、其他基本概念第二节对工业催化剂的要求一、估量一个催化剂价值的四个重要因素二、催化剂的工业性能第三节催化剂的组成与功能一、催化剂成分（固体Cat）二、活性组分1、主剂成分2、按活性组分作用分类3、按导电性分三、载体1、定义2、分类3、载体催化剂命名4、催化剂载体功能四、助催化剂1、帮助载体2、帮助活性组分3、一些主要过程常用助Cat和其功能4、存在的最适宜含量第四节催化体系分类一、相的均一性分类二、作用机理分类三、按反应类别分类第二章催化剂中的吸附作用第一节多相催化的反应过程一、多相催化反应步骤二、外扩散与外扩散系数 DE1、外扩散2、外扩散速率影响因数三、内扩散与内扩散系数 DI1、内扩散2、内扩散的三种类型第二节固体表面结构一、几个概念二、晶体表面的晶面1、晶体2、金属晶体的三种典型结构3、晶格、晶面4、暴露晶面的影响因数三、晶体的不完整性1、固体中缺陷分类2、点缺陷3、线缺陷4、结晶剪切5、堆垛层错与颗粒边界四、晶体表面与体相比较1、合金表面组成2、晶体表面结构3、氧化物表面组成五、晶体表面能量的不均匀性1、原子水平的团体不均匀2、表面力的差别六、晶体的不完整性与催化作用1、不完整性关联到表面催化活性中心2、表面结构与所处气氛有关3、表面组成与反应混合物组成有关第三节分子在固体表面的吸附一、物理吸附与化学吸附1、定义2、物理吸附与化学吸附的区别3、化学吸附与催化二、吸附质的可动性1、吸附质点的两种平均寿命2、定位吸附与非定位吸附3、固体Xe上吸附惰性气体的表面势能三、吸附的位能曲线1、气体分子撞击晶面情况2、吸附位能曲线3、过渡态4、物理吸附价值5、双原子分子另一种吸附情况四、化学吸附的类型1、离解吸附和不离解化学吸附2、均裂离解吸附和非均裂离解吸附3、离解化学吸附的氧化与还原4、非离解化学吸附下氧化与还原5、三种化学吸附键第四节晶体的电子结构一、分子轨道理论和固体能带模型1、原子轨道近似，相对能量和形状2、分子轨道理论3、能带的形成（固体）4、能带结构5、能级的密度6、能带结构理论说明7、物质按能带结构分类8、固体按导电性分类二、配位场模型1、配位场效应2、 d 轨道取向性3、3、实例三、价键理论—金属键的d%1、电子配对理论2、金属价键理论3、d 特性%第三章各类催化剂及催化作用第一节金属催化剂及催化作用一、金属催化剂1、种类2、用途3、特征二、金属催化剂的化学吸附1、气体在不同金属上化学吸附热变化2、气体在金属上化学吸附强度顺序3、金属按其对气体分子化学吸附的能力分类三、金属催化剂化学吸附的状态1、金属催化剂的电子逸出功φ2、反应物粒子的电势 I3、吸附状态四、化学吸附中的几何因素1、几何因素对活性影响2、理论五、吸附与催化——火山型原理1、火山型原理2、火山曲线3、实例六、一些气体的化学吸附态1、氢的吸附2、氧的吸附态2、氮的吸附态3、CO的吸附态5、烃类的吸附态6、乙炔7、苯8、饱和烃第二节固体酸碱催化剂一、定义、分类1、定义Brφnsted 和Lewis 定义2、分类二、机理1、金属氧化物2、混合金属氧化物3、影响酸位和碱位的因数三、固体表面酸、碱性测定1、酸位的类型及鉴定2、固体酸强度和酸量3、固体碱强度与碱量4、酸—碱对协同位5、固体超强酸、超强碱四、固体酸、碱催化作用1、酸位的性质与催化作用关系2、酸强度与催化活性和选择性关系3、酸量与催化剂活性关系4、正碳离子的形成及反应规律5、固体碱催化剂第三节分子筛催化剂一、概述1、沸石：2、沸石特点：3、沸石存在形式4、分类5、分子筛二、发展史1、五十年代——沸石2、六十年代——人工合成工业催化剂3、七十年代——工艺路线、产品质量改进4、八十年代——AlPO4磷酸铝分子筛5、九十年代以来三、分子筛沸石的结构特点1、基本结构单元2、环结构3、笼结构4、分子筛结构四、沸石分子筛的酸、碱催化性能及其调变1、酸中心的形成与本征催化性能2、沸石分子筛酸性调变五、分子筛择型催化性质1、反应物择型催化2、产物择型催化3、过渡状态限制择形催化剂4、分子交通控制的择型催化六、沸石分子筛催化剂碱催化和酸、碱协同催化作用七、新型磷酸铝分子筛 AlPO4第四章催化剂设计与制备第一节催化剂的分子设计基础一、催化剂分子设计的理论与实验1、理论2、实验二、催化剂分子设计的特点第二节催化剂分子设计方法一、催化剂设计方法分类1、传统经验法2、定性催化剂设计方法3、数学模型模拟辅助催化剂设计4、电子计算机辅助催化剂设计二、催化剂分子设计方法1.程序框图2.组分筛选3.热力学可行性分析4.催化剂原料的确定三、催化剂类别第三节工业催化剂的制备原理一、沉淀法1、沉淀过程和沉淀剂的选择2、影响沉淀的因素3、沉淀法类型4、典型沉淀法生产工艺二、浸渍法1、载体的选择和浸渍液的配制2、活性组分在载体上的分布与控制3、浸渍法分类4、工艺三、离子交换法1、无机离子交换剂制备（分子筛）2、有机离子交换剂制备（离子交换树脂）四、共混法五、固体催化剂的成型1、形状及使用性能六、干燥与焙烧1、干燥2、焙烧第三节常用催化剂的制备工艺一、活性氧化铝的制备（沉淀法）1、酸法沉淀工艺2、影响因素二、新型甲醇酮系催化剂制备（分步沉淀）1、目前使用工业催化剂（生产甲醇）2、新型合成甲醇铜素催化剂三、负载型镍催化剂的制备（浸渍沉淀法）1、浸渍沉淀的制备流程2、影响因素四、分子筛的合成（导晶沉淀法）1、高硅钠型分子筛原粉2、最佳原料配比第五节催化剂制备技术的新进展一、微乳化技术与催化剂二、稀土元素与催化剂三、纳米技术与催化剂四、超临界技术五、膜技术与催化剂六、绿色化学化工及环境友好催化剂。
工业催化剂的制备过程与使用
超均匀共沉淀法制备的硅酸镍催化剂与由氢氧化镍和硅胶 混合得到的催化剂，其结构和催化性能不同：
→ 电子显微镜和X射线分析表明，超均匀共沉淀物为无定 型极微细的匀相物，是多核金属氧化物的水凝胶。
→ 超均匀共沉淀法制备的催化剂在氢气中加热到500℃时 对苯核加氢呈现高的选择性，没有断裂C－C键的能力； 混合法制备的催化剂正好相反。
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长大：
形成晶核后，溶质在晶核上不断地沉积，晶粒不断长大。 晶粒长大过程相似于化学反应的传质过程，分两步： → 溶质分子向晶粒的扩散过程； → 溶质分子在晶粒表面的沉淀反应过程。
老化： 当溶液的过饱和度很大使聚集速率较快时，分子可能来
不及有序地排列，从而生成非晶态粒子，在沉淀物老化中再 逐渐地转变为有序排列的晶体。沉淀与老化的概念不相同， 老化是沉淀中的关键步骤。
工业催化剂的制备过程与 使用
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催化剂性能 • 催化剂是催化工艺的灵魂，它决定着催化工艺的水平及创
新程度。 • 催化剂的化学成分不足以推知其催化性能。工业催化剂的
活性、选择性和稳定性不仅取决于它的化学组成，也和物 理性质有关。 • 催化剂的物理特性，如形状、颗粒大小、物相、比重、比 表面积、孔结构和机械强度等，都会影响它对某一特定反 应的催化性能，影响到反应动力学和流体力学的行为。
通过活化处理使基体转变为符合最终组成和结构要求的 催化剂。
催化剂的制备方法很多。由于制备方法的不同，尽管原料用 量完全一样，但所制得的催化剂性能可能有很大的差异。 因此，必须慎重选择制造方法，并严格控制。
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第一节 工业催化剂的制备
催化剂的制备方法可粗分为干法与湿法。 干法：
热熔法 混碾法 喷除法 湿法： 沉淀法(共沉淀法，均匀共沉淀法和超均匀沉淀法) 浸渍法 胶凝法 离子交换法 沥滤法
工业催化原理及应用
工业催化原理及应用一、引言工业催化是一种广泛应用于化工领域的技术，通过催化剂在化学反应过程中的作用，加速反应速率，提高化学转化率，从而实现高效、可持续的产业生产。
本文将介绍工业催化的原理及其在不同领域中的应用。
二、工业催化的原理工业催化的原理是基于催化剂的作用，催化剂可以提供反应中的活性位点，降低反应的活化能，从而加速化学反应的进行。
催化剂能够参与反应过程，但在反应结束后保持不变，因此可以反复使用。
催化剂通常由金属、金属氧化物、硫化物等组成。
在催化过程中，催化剂通过提供活性位点吸附反应物，使其分子间距离缩短，从而促进反应的发生。
催化剂可以改变反应的速率、选择性和产物分布，提高反应的效率和产物的纯度。
三、工业催化的应用1. 催化裂化催化裂化是石油工业中常用的一种工业催化过程。
在催化裂化过程中，通过催化剂的作用将长碳链烃裂解为短碳链烃，从而得到更多的低碳烃产品。
催化裂化广泛应用于汽油生产，能够提高汽油辛烷值和抗爆性能。
2. 氨合成氨合成是工业上重要的化学反应之一。
利用铁、铑等催化剂，在适宜的反应条件下，将氮气和氢气转化为氨气。
氨合成催化剂可以提高反应速率和选择性，降低反应温度和压力，使氨气的产率大幅增加。
3. 甲醇合成甲醇是一种重要的基础化工产品，广泛用于制药、涂料、油漆等领域。
甲醇合成是通过催化剂将一氧化碳和氢气转化为甲醇的过程。
催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率和产物选择性，从而增加甲醇的产量。
4. 工业催化脱氢工业催化脱氢是一种将烃类化合物中的氢原子去除，得到烯烃或芳香烃的工艺。
这种反应广泛应用于石油化工和有机合成领域。
催化剂在这一过程中起到催化剂的作用，可以选择性地将烃类化合物中的氢原子去除，生成所需的产物。
四、工业催化的优势与挑战1. 优势工业催化具有以下优势：•提高反应速率和选择性：通过合适的催化剂，可以加速化学反应的进行，并且选择性地得到所需产物。
•降低反应温度和压力：催化剂能够降低反应的活化能，使反应在较低的温度和压力下进行，减少能源消耗。
第三章 化工生产过程基本知识
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第一节 工业催化剂
一、催化剂的基本特征
定义：在化学反应体系中，因加入了某种物质而 使化学反应速率明显加快，但该物质的数 量和化学性质在反应前后不变，该物质称 为催化剂。 这种作用称为催化作用。
能明显降低反应速率的物质称为负催化剂。 催化剂能加快反应速度的原因：改变反应途径，反应活
举例：乙烯环氧化生产环氧乙烷。见教材p21
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④用于正反应的催化剂不一定能直接应用于逆反应。 举例：加氢反应和脱氢反应。见教材p22 ⑤催化剂具有一定的使用周期。
催化剂的中毒和流失等使得催化剂的使用周期 有限。
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二、催化剂的组成与性能
催化剂的分类：
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
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
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第二节 工业催化剂
• 一、催化剂的基本特征 • 二、催化剂的组成与性能 • 三、催化剂的使用 • 四、工业生产对催化剂的一般要求 • 五、催化剂制备方法简介
Vg cm3 / g 。
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固体催化剂
2）孔隙率 pVg
孔隙率是催化剂颗粒的孔容积和颗粒的体积之比。式 中 p g / cm3 为表观密度（假密度），是以颗粒体积计 算的密度。
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固体催化剂
3.孔径及其分布 催化剂中孔道的大小、形状和长度都是不均一的，催化剂孔 道半径可分成三类： 1）微孔，孔半径为1nm左右； 2）中孔，孔半径为1～25nm左右； 3）大孔，孔半径大于25nm的孔。
工业上催化剂的使用流程
工业上催化剂的使用流程引言工业上的催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
催化剂在工业生产中起着至关重要的作用，能够提高反应条件下的产率和选择性，减少能耗和环境影响。
本文将介绍工业上催化剂的使用流程，包括催化剂的选择、催化剂的激活、反应过程的控制与优化等方面。
催化剂的选择选择合适的催化剂是工业生产中至关重要的一步。
催化剂的选择需要考虑以下几个因素： - 反应类型：不同的反应需要不同种类的催化剂，例如氧化反应需要选择氧化催化剂，加氢反应需要选择加氢剂等等。
- 反应条件：催化剂需要在一定的温度和压力下进行反应，因此需要选择能够在相应反应条件下稳定工作的催化剂。
- 反应速率：催化剂的活性决定了反应速率，因此需要选择具有较高催化活性的催化剂。
催化剂的激活在工业生产中，催化剂通常需要经过激活步骤才能发挥作用。
催化剂的激活可以通过以下几种方式实现： 1. 预处理：将催化剂与一些特定物质进行接触，以去除不良成分或增加催化剂的活性。
常用的预处理方式包括洗涤、焙烧、还原等。
2. 吸附：将催化剂暴露在特定的气体或溶液环境中，使催化剂表面发生化学吸附作用。
这些吸附物质可以起到激活催化剂的作用。
3. 活化：通过在特定条件下对催化剂进行处理，使其表面形成活性位点，从而提高催化剂的活性。
活化方式包括高温处理、离子交换等。
反应过程的控制与优化在工业生产中，催化剂的使用需要进行反应过程的控制与优化，以实现最佳的反应效果和经济效益。
以下是常见的反应过程控制与优化方法： - 温度控制：控制反应温度可以影响催化剂的活性和选择性。
通过调节反应温度，可以实现不同反应物的活化或选择性转化。
- 压力控制：反应压力是影响反应速率和平衡转化的重要参数。
调节反应压力可以改变反应平衡位置，实现产品选择性的调控。
- 反应物浓度控制：控制反应物的浓度可以影响反应速率和选择性。
通过调节反应物的进料浓度，可以实现产品的高产率和高选择性。
- 催化剂的再生：在长时间使用后，催化剂可能会失活，需要进行再生。
工业催化的实施步骤
工业催化的实施步骤1. 确定催化剂需求在进行工业催化之前，首先需要明确催化剂的需求。
确定催化剂的种类、活性以及使用条件等方面的要求是实施工业催化的第一步。
这可以通过对反应的性质和需要的转化程度进行评估来得到。
•确定反应的类型：确定是气相反应、液相反应还是固相反应，从而确定合适的催化剂类型。
•确定转化程度的要求：根据产品的需要，确定对原料的转化程度要求，从而决定催化剂的活性。
•确定反应条件：确定反应的温度、压力以及流量等条件，这些条件将决定催化剂的稳定性和寿命。
2. 催化剂的选择根据催化剂的需求，选择合适的催化剂是实施工业催化的关键步骤。
催化剂的选择应基于以下几个方面的考虑：•催化剂的活性：根据反应的类型和转化程度要求，选择具有适当活性的催化剂。
•催化剂的稳定性：考虑反应条件下催化剂的稳定性以及对其他反应物的毒性。
•催化剂的成本：考虑催化剂的制备成本和使用成本，选择具有良好性价比的催化剂。
3. 催化剂的制备催化剂的制备是实施工业催化的重要环节。
催化剂的制备通常包括以下几个步骤：•原料选择：选择合适的原料来制备催化剂，通常是选择具有高纯度的金属、氧化物或复合材料作为原料。
•催化剂的合成：根据催化剂的需求，选择合适的合成方法来制备催化剂，通常可以通过溶液法、沉淀法、共沉淀法等方法制备催化剂。
•催化剂的活化：对制备好的催化剂进行活化处理，以提高其活性和稳定性。
4. 反应系统的设计反应系统的设计是实施工业催化的核心步骤之一。
合理的反应系统设计可以提高反应效率和催化剂的利用率。
反应系统的设计应包括以下要点：•反应器选择：根据反应类型和条件要求，选择合适的反应器，如固定床反应器、流动床反应器、搅拌槽反应器等。
•反应器的尺寸和形状设计：根据反应物和产品的流动性、传质性质、传热性质以及反应速率等考虑因素，设计合适的反应器尺寸和形状。
•反应器的操作参数：确定反应的温度、压力、流量等操作参数，并进行合理的控制。
5. 催化反应的优化实施工业催化后，通过反应的实际运行情况，对反应进行优化是非常重要的。
工业催化剂的研究和应用
工业催化剂的研究和应用一、引言随着全球经济的不断发展，各国经济发展的重心越来越侧重于工业化领域，而制约这个领域的核心技术之一便是工业催化剂。
工业催化剂的研究和应用不仅关系到工业化进程的加速，也对于保护环境和节约能源有着重要的作用。
本文将从催化剂的定义、分类以及实际应用三个方面来探讨工业催化剂的研究和应用领域。
二、催化剂的定义和分类催化剂是指能加快化学反应速度和提高化学反应选择性的物质。
其大体分类可以分为两种，分别为化学催化和生物催化。
化学催化剂又可分为均相催化和非均相催化两大类。
1. 均相催化均相催化指催化剂与反应物在同一相中，如气-气相、液-液相、气-液相等。
常见的均相催化剂有氨合成催化剂、石油裂化催化剂、有机合成催化剂、配位催化剂等。
2. 非均相催化非均相催化指催化剂与反应物在不同的相中，如气-固相、液体-固体、气体-液态等。
非均相催化剂常见的有贵金属催化剂、过渡金属催化剂、离子交换催化剂等。
三、催化剂的实际应用工业催化剂在各行各业中应用广泛，下面将介绍几个重要的应用领域。
1. 石油催化裂化石油催化裂化是一种利用催化剂对液态石油进行重整的过程。
其核心技术是在催化剂的作用下，使较长的碳氢链分子断裂为较短的碳氢链分子，以提高汽油、柴油以及液化气等产品的产量。
2. 氨合成氨合成是一种通过催化剂将氢气和氮气在高温、高压的条件下合成氨的过程。
由于氨合成对于肥料工业具有极为重要的作用，因此氨合成催化剂的研究一直是化学工业中的热点之一。
3. 化学品合成除了石油和肥料工业以外，工业催化剂在化学品合成过程中也扮演着重要的角色。
例如，在甲醇的合成过程中，由于反应需要在中低温下进行，因此选择合适的催化剂具有至关重要的作用。
4. 大气污染治理在废气处理和大气污染治理领域，催化剂被广泛应用。
其中三元催化器是一种常用的废气处理装置，其作用是将废气中的有害物质（如CO、NOx等）通过催化氧化转化为无害的二氧化碳、氮气等。
工业助催化剂使用规范提高产量
工业助催化剂使用规范提高产量催化剂在工业领域中扮演着重要的角色，可以加速化学反应并提高产量。
然而，不正确的催化剂使用可能导致反应条件不佳，产量偏低。
因此，提供催化剂使用规范对于工业生产至关重要。
本文将探讨如何规范使用催化剂以提高产量。
I. 催化剂的选择催化剂的选择对于工业生产的成功至关重要。
在选择催化剂时，需要考虑以下几个因素：1. 反应类型和条件：不同的反应类型和条件需要特定的催化剂。
因此，在选择催化剂之前，需要对反应类型和条件进行详细的分析和了解。
2. 催化剂的活性和选择性：催化剂的活性指其促使反应进行的速度和效率，而选择性则指催化剂能够选择所需的产物。
在选择催化剂时，需要考虑所需的活性和选择性是否符合预期。
3. 催化剂的稳定性：催化剂的稳定性指其在反应过程中是否会被破坏或失活。
选择具有高稳定性的催化剂可以延长其使用寿命，从而减少成本。
II. 催化剂的投料和预处理正确的催化剂投料和预处理是确保催化剂有效使用的关键步骤。
以下是一些投料和预处理的规范：1. 清洗和干燥：在使用新催化剂之前，应该对其进行适当的清洗和干燥，以去除可能存在的杂质和水分。
清洗和干燥的方法应根据催化剂的性质和制造商的建议进行。
2. 催化剂的载体：催化剂通常被载在特定的载体上。
在投料之前，需要仔细检查载体是否清洁、干燥，并确保载体的质量符合要求。
3. 投料量的控制：对于每个反应，需要根据催化剂的特性和工艺要求，精确控制催化剂的投料量。
III. 反应条件的控制在使用催化剂进行反应时，合理地控制反应条件对于提高产量至关重要。
以下是一些注意事项：1. 温度控制：不同的催化剂在不同的温度下表现出最佳活性。
因此，通过确保反应温度的精确控制，可以提高催化剂的活性并增加产量。
2. 压力控制：某些反应对压力有一定的要求。
确保反应压力在适当的范围内可以提供理想的反应环境，从而提高催化剂的效率。
3. 物料浓度和流速控制：物料的浓度和流速对于催化剂的有效使用也起着重要作用。
第 三章_工业催化剂的使用技术..
2）升温循环气的选择：
例：国产铁-铬系CO中温变换催化剂的活化反 应，是将Fe2O3还原为Fe3O4，其活化反应的 最佳温度300~400度。若还原升温之前没有 通入足够量的水蒸气，就通入还原工艺气进 行还原，就会发生深度还原，即已经还原得 到的Fe3O4 ，会进一步与还原工艺气反应， 生成金属铁。 Fe3O4 +4H2→3Fe+4H2O
（3）采取容易再生催化剂的反应条件。 由于一般催化剂的再生条件和反应条 件有较大差异，两者对能量及设备材质 消耗都不同，为此选择在便于催化剂再 生的条件下进行反应，使两者同时得到 满足。
例如：石油催化裂化的沸石催化剂，反应过程导 致催化剂表面积碳，这样可以用燃烧再生，但燃 烧过程中释放出大量CO而产生公害，为此有人设 计出这样一种催化剂，即把Pt载在4A型沸石分子 筛上，使其与催化裂化催化剂共同用于催化反应， 此时4A分子筛可促进CO转化成CO2，而油分子又 不能进入4A分子筛的孔内，因而不致产生裂化反 应，这样就达到了反应和再生同时兼顾的目的。
2）对于某些催化剂还必须通入一定量 的蒸汽进行升温还原。当催化剂不 是用工艺气还原时，则在还原后期 逐步加入工艺气体。
3）如果是停车后再开车，催化剂只是 表面钝化，就可用工艺气直接进行升温 开车，不需要再进行长时间的还原处理。
2. 停车注意事项
1）临时性的短期停车，只需关闭催 化反应器的进出口阀门，保持催化 剂床层的温度，维持系统正压即可。
★催化剂的贮藏要求防潮、防污染。
2.装填催化剂的注意事项
1）装填前要检查——是否破碎、受潮、污 染。 2）装填中应保证催化剂机械强度不受损伤， 即防止冲击破损。避免在一定高度以上自由 坠落时，与反应器底部或已装填的催化剂发 生碰撞而破碎。 3）对于大直径反应器内催化剂装填后耙平 时，要防止装填人员直接践踏催化剂，应垫 加木板。
工业催化剂的制备与使用
工业催化剂的制备与使用摘要：随着化学工业的高速发展，资源日益减少，环境污染蔓延，生态环境恶化，催化剂在工业领域的使用变得越来越常见。
催化剂的使用也大大促进化学工业的生产，很大程度上改變了人们的生活，为社会生产带来了很大的方便，越来越多的企业和厂家把重心放在催化剂制备和使用上。
本文通过对催化剂的概念、用途、重要性、基本要求和特征出发，分析了工业催化剂的制备方法和使用情况。
工业催化剂；制备；化学工业没有人喜欢绕远路，在化学工业生产中催化剂的使用刚好为工业化学反应提供了可行的捷径，既快又准的达到了目的地，减少了工业制备的时间，也节省了工人的时间，企业工作效率显著提升，人民生活水平也大大提升，何乐而不为呢？所以，近几年，工业生产中对催化剂的投资也越来越多，化学工业催化剂逐渐变成化学工业生产中最重要的一种化学药品。
一、工业催化剂的概念催化剂是指在一个化学反应中，改变化学反应的速率，但是催化剂自身的化学性质和质量是一直保持不变的。
这里面的改变既包括加快也包括减慢，加快反应速率的催化剂叫做正催化剂，减慢反应速率的催化剂叫做负催化剂，不管是正催化剂还是负催化剂，都有它自身不可被其他东西取代的优势，在反应中，催化剂所起的作用叫做催化作用，涉及到催化剂的化学反应都被称为催化反应。
工业催化剂也一样，就是催化剂大的分类里的一种，而且同样在一次反应结束时，本身不发生改变也不出现在产物中。
组成成分主要有主催化、助催化、载体，也就是主要活性成分、辅助成份和整个组分的骨架，三者相互联系，缺一不可。
二、工业催化剂的用途及重要性催化剂用于各类化学反应的催化，还有石油冶炼，汽车尾气净化，生物催化等等多方面。
工业催化剂不仅扩大了资源利用范围，如石油、煤、天然气等经过催化反应后会生成各种各样的产物，资源也就变丰富了；通过催化剂精细化工，制造出了各种不常见却很重要的物质；合成氨的生产显著提升了社会生产水平；同时催化剂的存在，满足了社会衣食住行环保国防等各种各样的需要；现如今。
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③为避免游离碳燃烧,生产催化剂的厂家 应提供不同O2分压条件下的起燃温度。 例如：国产催化剂建议在常压或低于 0.7MPa条件下,用空气升温时,其最高温 度不得超过200度.
三、开车和停车
1. 开车注意事项： 1）催化反应器点火开车时，首先用纯 N2或惰性气体置换整个系统，然后用气 体循环加热到一定温度，再通入工艺气 体（或还原性气体）。
①若用N2、或CH4 ，除有少量金属铁生成影 响催化活性外，可能还会有甲烷转化反 应发生 CO+3H2→CH4+H2O CO2+4H2→CH4+2H2O 该反应放出大量热，且在铁催化下反应速 率极快，容易导致床层超温。
②若选用空气升温，由于催化剂中含有 1%~3%的石墨（压片成型的润滑剂）， 应绝对避免石墨中游离碳的燃烧反应。 C+O2→2CO CO+1/2 O2→CO2
工业催化剂制造与应用
授课班级：精化3091、2班 授课教师：张小丽
第三章 工业催化剂的使用技术
一、运输、贮藏与装填 二、升温与还原 三、开停车及钝化 四、催化剂活性衰退的防治
一、运输、贮藏与装填
1.运输与贮藏的注意事项
★装有催化剂的桶在运输时，应尽量轻轻 搬运，严禁摔、碰、滚、撞击，以免催 化剂破碎。
★催化剂的贮藏要求防潮、防污染。
2.装填催化剂的注意事项
1）装填前要检查——是否破碎、受潮、污 染。 2）装填中应保证催化剂机械强度不受损伤， 即防止冲击破损。避免在一定高度以上自由 坠落时，与反应器底部或已装填的催化剂发 生碰撞而破碎。 3）对于大直径反应器内催化剂装填后耙平 时，要防止装填人员直接践踏催化剂，应垫 加木板。
3.催化剂的卸出注意事项
1）当催化剂的活性衰退，不能再用，需卸 出时，应用水蒸气或惰性气体将催化剂 冷却到常温，再卸出。 2）不同种类或不同温区的催化剂，卸出后 应分别收集，以便日后回用某些贵重金 属。
二、升温与还原
催化剂的升温与还原实际上是其制备过 程的继续，是投入使用前的最后一道工序， 也是催化剂形成活性结构的过程。
2）升温循环气的选择：
例：国产铁-铬系CO中温变换催化剂的活化反 应，是将Fe2O3还原为Fe3O4，其活化反应的 最佳温度300~400度。若还原升温之前没有 通入足够量的水蒸气，就通入还原工艺气进 行还原，就会发生深度还原，即已经还原得 到的Fe3O4 ，会进一步与还原工艺气反应， 生成金属铁。 Fe3O4 +4H2→3Fe+4H2O
例2. 工业CO温变换催化剂，催化剂在出 厂时是以Fe2O3的形态存在的，而具有活 性的成分是Fe3O4,因此在使用前必须在有 水蒸气的条件下,用H2或CO进行还原: 3Fe2O3+H2→ 2Fe3O4+H2O 3Fe2O3+CO→ 2Fe3O4+CO2
• 1.催化剂的还原有时也在制造厂进行， 即所谓的预还原。 1）催化剂还原时间较长，需占用反应器的 生产时间长； 2）由于催化剂要在特殊条件下还原，可以 获得最好的还原质量； 3）由于还原与使用条件相差太大，无法在 反应器内进行还原，要求在专用设备内 预先还原并稍加钝化.
2）对于某些催化剂还必须通入一定量 的蒸汽进行升温还原。当催化剂不 是用工艺气还原时，则在还原后期 逐步加入工艺气体。
3）如果是停车后再开车，催化剂只是 表面钝化，就可用工艺气直接进行升温 开车，不需要再进行长时间的还原处理。
2. 停车注意事项
1）临时性的短期停车，只需关闭催 化反应器的进出口阀门，保持催化 剂床层的温度，维持系统正压即可。
2.影响催化剂还原的其他因素：
1）温度
催化剂的还原必须到达一定的温度后才 能进行。即每一种催化剂其活化反应都有 一定的最佳反应温度，从室温到还原开始 以及从开始还原到还原终点，催化剂床层 都需逐渐升温，稳定而缓慢进行，并不断 脱除催化剂表面所吸附的水分。
例如，国产铁-铬系CO中温变换催化剂的活 化反应，是将Fe2O3还原为Fe3O4，其活化反 应的最佳温度300~400度。若还原升温之前 没有通入足够量的水蒸气，就通入还原工艺 气进行还原，就会发生深度还原，即已经还 原得到的Fe3O4，会进一步与还原工艺气反 应，生成金属铁。 Fe3O4+4H2→3Fe+4H2O
2）当短时停车检修时，为了防止空 气漏入引起已还原的催化剂的剧烈 氧化，可用纯N2充满床层，保护催 化剂不与空气接触。
3）停车期间如果床层温度不低于该催化剂 的起燃温度，可直接开车，否则需开加 热炉，用工艺气体升温。
4）若系统停车时间较长，催化剂又是具有活性 的金属或低价金属氧化物，为防止催化剂与空 气中的O2反应，放热烧坏催化剂和反应器，则 要对催化剂进行钝化处理。 5）若是需要更换催化剂的停车，则应包括催化 剂的降温、氧化和卸出几个步骤。
2.增加催化剂自身的耐久性 方法：把催化剂制备成负载型催化剂， 或同时使用助催化剂，以提高催化剂的 稳定性。
3.衰退催化剂的再生 （1）连续再生 使催化剂在反应过程中连续再生，即 在反应过程中逐渐添加催化剂活性组分， 以补充反应过程中损失的组分。
在此过程中，既有化学变化也有宏观物 性的变化。
还原过程通常在催化剂使用装置上进行， 这是由于还原后的催化剂再暴露于空气中容 பைடு நூலகம்失活，某些甚至会引起燃烧，须一经活化 立即投入使用，故催化剂制造厂家常以未活 化的催化剂包装作为成品。使用前须先活化 才能使用。
活化操作的工艺及条件，会直接影响催 化剂的性能和寿命。 例1. 烃类水蒸气转化反应及其逆反应甲 烷化反应，其催化剂的活性态为金属镍， 而非其氧化物，因此使用前可用H2、CO、 CH4等还原气进行还原： NiO+H2→Ni+H2O NiO+CO→Ni+CO2 3NiO+CH4→3Ni+CO+2H2O
四、催化剂活性衰退的防治
1.在不引起衰退的条件下使用
方法：通过一些手段，选择适当的工艺条件， 防止催化剂活性衰退。若原料中混有微量杂质， 可在经济允许范围内，将原料精制去除杂质。 如：在存在析碳的反应中（烃的裂解、异构化 等），可通入高压氢气，以抑制析碳，使之达 到最小程度，催化剂不必再生可长期使用。