催化剂与工业生产

催化剂与工业生产

没有催化剂就没有现代化的工业，这是许多有识之士的共同观点。如果没有催化剂，大量的化学反应就不可能达到理想的速度，因而也无法实现大规模的化工生产。所以说，催化剂是随着现代化学工业的发展而产生的，而同时，催化技术的发展也推动了现代化学的发展。

工业生产中，催化剂是提高化学反应速度、控制化学反应方向的最为有效的手段之一。对于一个有用的化学反应，是否能实现工业生产，必须要考虑产率问题和速度问题。产率关心的是反应能进行到什么样的程度。而速度衡量的是化学反应进行的快慢，即反应达到合适的产率需要多长的时间。

工业生产中催化剂的选择

在许多工业生产中，催化剂作为一种必不可少的原料，是生产最重要的条件之一。这就意味着，要获得较高的生产效率，必须选择与生产相适应的催化剂。实际工业生产中，对于催化剂的选择是一门重要的学问。催化效率是选择催化剂要考虑的重要因素，但不是惟一因素，光有高的催化效率是不够的，有时候太高的催化效率反而会影响生产效率。一下就继续介绍。

根据经验，一个好的工业催化剂应该同时具备适宜的催化效率、较高的选择性和较长的使用寿命。

1.催化率

通常，为了提高工业生产的效率，应该选择使用催化效率更高的催化剂，但这并不是绝对的。比如，对于某些热效应较大的化学反应，如前面述及的二氧化硫的氧化反应，催化剂的催化效率如果过高的话，反应会在单位时间内放出大量的热量。如果这些热量不能及时、有效地从反应容器中被排走，则会导致反应容器中的温度急剧升高。温度的升高不仅会影响反应的产率，而且过高的温度会破坏催化剂的最适宜的温度条件，引起催化剂的烧结，从而丧失催化功能

2.催化剂选择性。

催化剂如果具有较高的选择性，则可以选择性地催化工业生产所需的主反应，而大大减少副反应的发生和副产物的生成。这不仅可以增大原料的利用率，而且可以简化反应后产物的净化、提纯处理等流程，节约成本。设想一下，如果一种催化剂对主反应具有很高的催化效率，但这个催化剂“不分敌我”，对于各个副反应也同样具有很高的催化效率，甚至催化效率比主反应还要高，那么这个催化剂的高效率只能是“帮倒忙”，不具有现实意义。

3.催化剂的寿命

催化剂的寿命，也就是催化剂的稳定性。催化剂虽然不是反应物，不会随着反应的进行而被消耗掉。但由于实际工业生产环境的影响，如高温、反应物中存在杂质等，都可能导致

催化剂中毒、烧结、积炭等现象出现，而令催化剂的催化能力减弱或失去，这种现象叫做催化剂的失活。

催化剂失活后，为了恢复催化剂的催化效率，就必须对催化剂进行处理以恢复催化活性），或者更换新的催化剂。但无论哪种办法，都会造成生产的停顿，导致生产效率的下降。而对于一些要连续性工作的大型生产装置，停工更换催化剂，造成的损失是难以弥补的。这就要求工业生产中的催化剂，尤其是连续生产装置中使用的催化剂，应该有优良的稳定性，具备较长的使用寿命。

在现代石油炼制及石油化工中，催化剂的耗费占了生产成本中很大一部分。有很多催化剂价格很高，尤其部分以铂、钯等贵金属为原料的催化剂则更加昂贵。所以，催化剂的稳定性和使用寿命对于降低成本、提高生产效率具有重要的意义。当然，即使再耐用、稳定的催化剂，在反应中也有可能发生极其微小的催化能力的改变，经过长时间的运转而累积起来，最终也会造成催化能力下降乃至失活。所以，如果我们一定要开发出“永不磨损”、“一颗永流传”的催化剂，实现“一劳永逸”，显然也是不现实的。

其他诸如价格等，也是选择工业催化剂时必须考虑的因素，这里不再赘述。当然，很多时候由于受实际条件的限制，要寻找到一种“十全十美、面面俱到”的催化剂是很难的。“又要马儿跑，又要马儿不吃草”，虽然这是追求的目标，但在工业生产上往往可遇而不可求。而这时，就应该综合考虑整个工业生产过程，把握住关键的方面，在某些方面作出牺牲。

结论

工业催化剂的选择和开发是一项技术性很强的工作，一种催化剂要能够真正投入生产应用，必须经过大量的试验，综合各方面的情况加以评价。随着技术的不断进步，每年都会有许多新的催化剂被研制开发出来，应用到实际生产中，替代老的催化剂。在工业催化剂的选择上，没有最好，只有更好，从这个意义上说，工业催化剂的更新换代是永无止境的。

参考资料:

1.物理化学第五版，P582-P584。

2.科学松鼠会，催化剂系列。