催化剂工程的导论

第一章

1.1953年Ziegler-Natta型催化剂的问世，是化工里程碑。

2•合成氨工业是最伟大的工艺开发：把催化剂理论和工艺实际相结合，解决了热力学、催化剂筛选、高压的问题。

3. Wachker :乙烯制备乙醛，采用纯乙烯和纯

氧，催化剂原位再生，乙烯大量过剩，维持在爆炸极限上限操作，压力为0.3mpa,温度为373K，乙烯经纯化后再生，依稀的收率打95%.

4. 催化剂的基本特性：a催化剂能够加快化学

反应速率，但本身并不进入化学反应的计量b 催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性c催化

剂只能加速热力学上可能进行的反应，而不能

加速热力学上无法进行的反应d催化剂只能

改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置e催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。

5. 催化剂按工艺与工程分类：多相固体催化剂，均相配合物催化剂，酶催化剂。

6. 多相固体催化剂包括：主催化剂，共催化剂，助催化剂（结构助催化剂，电子助催化剂，晶格缺陷助催化剂），载体，其他。

第二章

1. 工业催化剂的传统制造方法：沉淀法，浸渍法，混合法，离子交换法，热熔融法。

2. 沉淀法分为：单组分沉淀法，共沉淀法，均匀沉淀法，浸渍沉淀法，导晶沉淀法。

3. 沉淀法的流程：两种以上的金属盐溶液-混合-沉淀剂-沉淀-晶型或非晶型的沉淀-洗涤干燥焙烧-研磨成型活化-催化剂。

4. 共沉淀：将两个或多个组份同时沉淀。关键：T、PH 搅拌程度，加料顺序

5. 均匀沉淀：首先使沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合，形成均匀的体系，调节温度和时间，逐渐提高PH 是沉淀缓慢进行。关键：沉淀剂的选择温度和PH的控制。

6. 洗涤：沉淀法制备催化剂特有的操作

EG硝酸铝和氨水-中和-洗涤-老化-过滤-酸化-成型-干燥-煅烧-成品

7. 沉淀剂的选择原则：a尽可能使用易分解挥发的沉淀剂b形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤c沉淀剂的溶解度要大d沉淀物的溶解度应很e沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。8. 沉淀形成的影响因素：浓度，温度，PH值，加料方式和搅拌强度。

9. 浸渍法：载体的沉淀-洗涤干燥-载体的成型-用活性组分溶液浸渍-干燥-分解-活化-负载型金属催化剂。

10. 成型方法：压片成型，挤条成型，喷雾成型，转动成型。

11. 焙烧的目的：a通过物料的热分解，除去

化学结合水和挥发性物质（如CO2、NO2、NH 3），使之转化为所需的化学成分，其中可能包括化

学价态的变化b借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等c让微晶适度地烧结，提高产品的机械强度。

12. 陈化的目的：获得颗粒大小较为均匀的粗晶体。洗涤的方法：倾析法和过滤法。

13. 如何选择载体：物理，孔结构、比表面积、吸附热、稳定性、导热性、传导性能。化学：活性导电性。14. 活性组分载体的分布与控制：加竞争吸附剂

EG、镍/氧化铝重整催化剂的制备：载体-一次浸渍-干燥-焙烧-二次浸渍-干燥-焙烧-成品

a、载体的制备：用铝酸钙水泥和@氧化铝，

石墨，木质素、经球磨混合2h，加水造粒压

制成拉西环，用饱和水蒸气加热养护12h, 100 C 烘干2h在1400 C焙烧12h，及为载体。

b、原理：一方面是因为固体的孔隙与溶液接触时，由于表面张力的作用而产生毛细管压力，是液体渗透到毛细管内部，另一方面是活性组分在载体表面上吸附。

15. 催化剂成型的原则：a保证催化剂机械强度和压降的前提下，尽可能提高催化剂的表面的利用率b催化剂颗粒的形状，尺寸和机械强度要与相应的催化反应过程和催化反应器相匹

配

EG国产SO2氧化钒系催化剂

硅藻土+水T水洗T酸处理T带酸过滤T干燥f精制硅藻土苛性钾T化碱T化钒T澄清T中和T V2O5+K2SQ T 混合碾料T挤条T干

燥T过筛T焙烧T过筛T包装T产品

第三章

1. 催化剂指标1.活性：指催化剂效能的高低，是最重要的性能指标2选择性：用来衡量副反应能力的大小3寿命：催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间；

2. 催化剂评价：指对催化剂化学性质的考察和定量描述；测试：一般侧重于工业催化剂的物理性质的测定；表征：着眼于催化剂的活性，选择性和稳定性与其物理与物

理化学性质之间的联系和规律性

3. 动力学研究的意义和作用:a提供数学模型，反映出

温度、空速、压力等对反应速率、转化率、选择性的影响

规律，为催化剂及催化反应器的设计提供科学依据b弄清化学反应的机理，了解关键组分的主副反应的动力学特

许证，找到催化剂局部改进及换代开发的方向

4. 实验室反应器：积分反应器、微分反应器、无梯度反

应器

5. 评价流程：

原料气T反应器T生成物

（组成、分析中心（管式）分离、计量分析预热、净化）

动力学研究1空白试验T排除反应器材质对实验的干扰2预实验T确定混合的气流速

度（消除内扩散）和粒径（消除外扩散）3实验结果处理T本征动力学模型的建立、转化率、选择性、反应速率的确定及模型参数的优化和检验动力学方程的求取

评价试验是改变催化剂不改变条件，动力学研究是改变条件不改催化剂

6. 消除管壁效应：12>dr/dg>6时可消除管壁效应；7催化剂的物理性质的测定：。宏观物理a、颗粒直径与粒径分布：沉降X射线光透、电

镜-小型图像仪、激光全散射b、机械强度：

压碎强度、磨损性能c、抗毒稳定性：毒物-

永久性、短暂性d、比表面与孔结构：3种密度、3种孔结构；BET法；堆密度<颗粒密度< 真密度；气体吸附量的测定方法：容量法、重量法、色谱法；r<10nm 微孔；10200nm大孔；孔径测定法：气体吸附

法、压汞法O2微观性质：XRD: D=0.89L/Bcos O、TEM、SEM XPS DTA TC AES IR

8消除内外扩散：内：选定反应器，改变待测催化剂粒径大小，测反应速率，速率不变，无内扩散。夕卜：两个实验装填量不等其他相同，不同气体流速反应，测随气流速度的转化率。第四章

1. 工业催化剂的开发：催化剂的设计、制备、

测试、评价各方面，包括实验室小试，中试，大厂生产等。催化剂的开发程序：实验室工作（资料准备，催化剂参考样品的剖析，配方筛选）；扩大试验（中型制备试验，中性评价试验），工业生产阶段。

2. 实验室工作中催化剂参考样品的剖析：①通过化学分析与物理测试，推断催化剂样品的原料，配方，工艺及制备条件。②通过对催化剂活性，选择性，机械强度及其他性能的评价测试及表征，了解样品基本性能特点。

3. 催化剂参考样品的剖析的的目的：①通过化

学分析和物理测试，推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺及主要制备条件；②通过对催化活性、选择性、机械强度及其他性能测试和表征，了解参考样品的基本性能特点，为待开发催化剂提供比较基准。

4.ICI46-1与46-4催化剂的剖析：

过程：外观-物理性质-元素组成分析-某些元素的分布-物相组成的测定-差热谱图-还原性的考察-活性组分镍晶粒大小和吸附氢气量的测定-热稳定性的考察-活性和抗积碳性能的测

46-1 :①结构模型：以高岭土，氧化铝以及Mgo为载体，钾，氧化钙为助剂，镍为活性组分，850度高温处理胶黏型催化剂。②工艺特点：由高岭土，氧化钙，氧化镁，铝盐一起沉淀，以铝酸钙水泥为胶黏剂，成型养护热处

理浸钾，700-850热处理而得。46-4 :①结构模型：将催化剂预先烧成载体，载体以a -AI2O3为骨架，纯铝酸钙水泥为胶黏剂，温热处理成孔隙发达的高强度载体。②工艺：预先烧好载体后浸镍。5. 放大实验：原料的影响：（杂质，成分多变）。设备的放大效应：扩容带来的传质传热不均使产品下降。

6. 催化剂设计：为某一特定的化学反应创制最佳催化剂的战略性策划。

7. 研究催化剂设计的目的：①催化剂功能对控制化学反应起重要作用。②为使催化剂开发中被测试催化剂数量尽可能少，避免盲目性。

8. 催化剂设计程序：dowden：靶反应-化学计量分析-热力学分析-分子反应机理-表面反应机理-反应通道-催化剂性质-催化剂材料-推

荐的催化剂。米田幸夫催化剂设计：给出

目的反应-虚拟反应机理-选择有关部分反应的基本催化剂

9. 为什么进行热力学分析与反应通道的设计：

①新开发的过程如不了解反应方向与限度，可能热力学不可能，无工业价值。②对热力学可能反应，要