工业催化基础8
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第二节 浸渍法
一、浸渍法的工艺流程
催化剂载体
催化剂活性组分浸渍
干燥
焙烧
负载型催化剂
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第二节 浸渍法
二、各种浸渍法
1、等体积浸渍法： 本法是将多孔载体与它正好可吸附体积的浸
渍液相浸渍，由于浸渍溶液的体积与载体的微 孔体积相当，浸渍后浸渍溶液恰好浸渍载体而 无过剩，无需过滤等单元操作。等体积浸渍法 制备催化剂时，能精确调节负载量。
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第一节 沉淀法
（4）溶液的加料方式和搅拌强度
在沉淀过程中，待沉淀溶液和沉淀剂溶液加料的先后次 序对沉淀物也有一定的影响。如硝酸盐加碱沉淀时，先预 热硝酸盐到沉淀温度后逐渐加入到碱中，或先预热碱后逐 渐加入到硝酸盐中，或硝酸盐和碱分别预热后同时加入沉 淀槽中。沉淀时的局部pH值是有差别的，因此沉淀物的性 质也会有一定的差异。对于一个具体的沉淀反应，最后的 加料方式将会由催化剂的性质来确定。
为50-60℃的蒸馏水，洗涤至不显SO42-为止。洗净的沉淀转入 pH值为9.5-10.5.温度为60℃左右的氨水溶液中静置陈化4h，陈 化后沉淀物又重复过滤。洗涤至溶液的比电阻超过200Ω/cm， 将沉淀物与100-110℃温度下干燥，制得半结晶状的假-水软铝石 （ρ- Al2O3﹒nH2O）.最后在500℃焙烧6h，即可制得γ-Al2O3。
法，其沉淀物只有一个组分，因此，沉淀操作和过程控制相对 比较简单，是制备单组分催化剂或催化剂载体常用的方法。 如
以碱为沉淀剂，从酸化铝盐溶液中沉淀水合氧化铝，反应式如 下：
《工业催化基础》课件(第8章-环境催化基础)2015-8
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第二节 催化脱硫过程
2、H2还原法
反应式： SO2 + 2H2 = S + 2H2O S + H2 = H2S
常用催化剂：多孔载体负载Fe、Co，Ni等活性组分的催化剂；铝矾土 做催化剂；钌负载于多种载体（MgO、TiO2 、ZrO2 、HfO2 、SiO2 、 Al2O3 和VO2 ）钌催化剂还有一个共同的特点，就是反应的选择性几 乎为百分之百，出口气体中检测不到H2S。催化剂Ru/TiO2 在低温时具 有很高的活性。
• 由于燃煤烟气中的NO浓度低，NO氧化反应的反应速率低，因此必须有催化剂的参与。目前有 三种类型的催化剂，即分子筛、活性炭、金属氧化物或贵金属催化剂。过渡金属离子交换分 子筛对NO氧化有较大活性。所得活性顺序为：Cu2+>Cr3+>Co2+>Fe3+>Ni2+。水和SO2都是烟道 气中存在的物质，它们对催化剂活性有很大影响。氢型丝光沸石也有不错的活性。
含NOx的气体在一定温度和催化剂的作用下，与还原剂发生反应。其中的二氧化氮还原为氮气， 还原剂与气体中的氧发生反应生成水和二氧化碳。还原剂有氢、甲烷、一较化碳和低碳氢化合 物。在工业上可选用合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和气化石脑油等作为还原剂 ，一般将这些气体统称为燃料气。
H2为还原剂时
化工工业资催源化有与效反利应用工国程家研重究点室实验室
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第三节 催化脱氮过程
2、催化还原法：
利用不同的还原剂，在一定温度和催化剂的作用下将NOx还原为无害的氮气和水，通称为催化还 原法。净化过程中，可依还原剂是否与气体中的氧气发生反应分为非选择性催化还原和选择性 催化还原两类。
《工业催化基础》课件(2011)-407811
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第二节 合成氨工艺流程和操作条件
石脑油 天然气
中
催 塔
一二 段段 转转 化化
变 换 低
氧 化 碳 吸 收
甲 烷 化
合 成 塔
温
塔
变
换
空气
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NH3
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第二节 合成氨工艺流程和操作条件
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第三节 催化过程
四、甲烷化过程
成塔低时变必后须,脱原除料, 中过微去量用的铜C氨O液和吸CO收2,
(< 0.5%) 进合 现用催化加氢
脱除.
1、反应：
CO + 3H2 → C H4 + H2O CO2 + 4H2 → C H4 + 2H2O
2、催化剂: Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni
的金属簇催化理论。
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第二节 合成氨工艺流程和操作条件
一、工艺流程：
目前，国内外大型合成氨厂基本都采用石脑油或天然气为 原料进行氨的生产，其工艺流程包括烃类加氢脱硫、水蒸气两 段转化制氢、中温和低温变换脱除CO、CO2吸收、微量CO 甲烷 化、氨合成等流程，共采用八种催化剂（CO2吸收除外）。
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第三节 催化过程
三、CO变换过程
1、反应： CO + H2O →CO2 + H2
2、中温变换：Fe、Cr催化剂，反应温度为350-500℃，使CO浓 度降到2-3%；
工业催化--第八章 工业催化剂制备原理
– 待沉淀析出后，加入较大量热水稀释，以减少杂 质在溶液中的浓度，同时使一部分被吸附的杂质 转入溶液。
加入热水后，一般不宜放置，而应立即过滤，以防沉 淀进一 步凝聚，并避免表面吸附的杂质包裹在沉淀内 部不易洗净。
洗涤操作的主要目的是除去沉淀中的杂质。
均匀沉淀法常用的类似沉淀母体见下表：
4、浸渍沉淀法
浸渍沉淀法是在普通浸渍法的基础上辅以沉淀 法发展起来的一种新方法。
– 待盐溶液浸渍操作完成之后，再加沉淀剂，而使待 沉淀组分沉积在载体上。
5、导晶沉淀法
借助晶化导向剂(晶种)引导非晶型沉淀转化为 晶型沉淀的快速而有效的方法。
– 普遍用来制备以水玻璃为原料的高硅钠型分子筛， 包括丝光沸石，Y型与X型合成分子筛。
对沉淀剂选择有以下要求：
(1) 尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂
– 常用的沉淀剂有：
碱类(NH4OH、NaOH、KOH)； 碳酸盐[(NH4)2CO4、Na2CO4、CO2]； 有机酸(乙酸、草酸)等。 最处理常时用容的易是除NH去4O，H一和般(N不H会4)2遗CO留4，在因催为化铵剂盐中在，洗使涤催和化热剂
如此反复溶解、沉积的结果，消除了细晶体，获得了颗 粒大小均匀的粗晶体。
此时孔隙结构和表面积也发生了相应的变化。
–粗晶体表面积较小，吸附杂质少，吸留在细晶粒之 中的杂质也随溶解过程转入溶液。
– 老化的时间、温度及母液pH值等为老化应考虑的 几项影响因素。
在晶形催化剂制备过程中，老化对催化剂性 能的影响显著。
凝胶法特别适用于主要成分是氧化铝或二氧化 硅的催化剂或载体。
凝胶过程大致可分为缩合与凝结二个阶段。
工业催化PPT教学课件
我国化学工程与技术学科的发展中 里程碑
• 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先 生建成上海天利氮气厂生产出液氨， 吴先生还创办了天厨味精厂（1923）、 天原电化厂（1929）和天盛陶器厂 （1934），以及范旭东在天津创办的 永利碱厂，这些化工原料的生产推动 了我国化学工业的发展
• 合成氨工业的巨大成功推动了化学工 业迅速发展，也带动了一系列化学工 程基础理论工作，如化工热力学、化 学工艺学、工业催化等。氨合成催化 剂的研究与改进已经尝试10万多个配 方，至今仍是催化界研究的方向
本课程基本内容催化材料催化材料aaddbbccee催化剂制备与表征技术各类催化剂及其催化作用工业催化剂发展简史催化作用基本原理催化反应催化反应动力学动力学能源环境催化催化新材料催化新技术第一章绪论第二章催化作用与催化剂第三章吸附作用与多相催化第四章各类催化剂及其催化作用第五章环境保护催化与环境友好催化第六章未来能源和燃料工业用催化技术第七章新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料第八章生物催化技术第九章工业催化剂的制备与使用第十章工业催化剂的设计第十一章工业催化剂的评价与宏观物性的测试第十二章催化剂表征的现代物理方法简介本课程基本内容教材
.
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第一章 绪论
课程的主要任务 工业催化的发展简史 催化发展新领域 当前催化科学研究的重要方向
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绪论
• 本课程的主要任务
掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学 本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，并能够 将新型催化剂开发原理运用到资源的化工利用、化学 制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等
②筛选出具有工业价值的熔铁催化剂。Karlsruhe大学当时宣布的催 化剂为锇（Os）和铀（U），既昂贵又不好操作。Haber的同事Mittasch经 过2500多种配方、6500多个实验筛选出高活性、高稳定性和长寿命的合成 氨熔铁催化剂（主要为Fe-Al-K多组元成分）。
【课件】工业催化-8-中科院
光电子能谱，实际上包括XPS和紫外光电子能谱(UPS)，由 于X射线能量在(1-20)keV之间，另一种紫外线(UPS) 能量≤60eV。 X射线能量较高可激发原子的内层电子从而得知原子的化学特性， 紫外线能量低只能激发价电子，可得到价电子结构信息。由于 XPS使用比较普遍，所以常把XPS称为ESCA.
(1.1.2)谱峰的表示和识谱
4.2表面组成和结构- (1) XPS
X射线作用于样品，使样品原子中的各轨道的电子都有可能 被激发成为光电子，为了便于区别这些光电子，通常采用被激 发电子所在能级来表示光电子，能级用E(nlj)表示，n主量子数， l为轨道量子数，j为内量子数，如K层激发出的光电子为1S，l层 2S, 2p1/2,2p3/2 ，依次类推。
根据能量守恒定律，电子在吸收了光子的能量h后，被吸收
.2表面组成和结构- (1) XPS
光子能量的分配如下： h= Eb + Ws - e(Vi-Vs) + Ek + Er (2)
4.2表面组成和结构- (1) XPS
Ek: 光电子通过源缝时具有的动能。 假设源缝材料的功函数为Wi,
Ws如上所述是样品的功函数， 图26表明，如果Ws＞Wi，则当两 种材料电接触后，功函数小的源 缝材料中的电子向功函数大的样 品材料处移动。这些由于热运动 而迁移过来的电子分布在样品表 面，使样品带负电而源缝由于缺 少电子带正电位，从而产生一个接触电势差。这个电场将阻遏 电子继续从源缝向样品移动，当两者达到动态平衡时，两种材 料的化学势相同．其费米能级也完全相同。因此．两材料功函 数之差便等于电子克服该静电场所做的功，即
(完整)工业催化考试复习题
1.绿色化学:利用一系列原理来降低和消除在化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生.2.零排放:指无限的减少污染物和能源排放直至为零的活动。
3。
手性催化：手性就是物质的分子和镜像不重合性4.手性化合物：指分子量、分子结构相同，但左右排列相反的化合物，如实与其镜中的映体。
5.择形催化：沸石具有规则的孔道和孔笼结构，宽敞的通道和孔道靠可限制及区分进出的分子,使其具有形状及大小选择性，故称这种催化为择形催化.6.催化剂：在化学反应中能改变其他物质的反应速率而自身质量和化学性能不发生改变的物质，又称工业味精。
7.催化剂中毒：原料中的杂质，反应中形成的副产物等是催化剂的活性,选性明显降低或丧失的现象8。
溢流：固体表面吸附物（离子或自由基)迁移到次级活性中心的现象.9.载体：是活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架.可划分为低比表面积和高比表面积两类.10.助催化剂：加入到催化剂的少量物质，是催化剂的副主成分，其本身没有活性或者活性很小，但把它加入到催化剂中后,可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、分散状态、机械强度等。
11。
环境友好：主要包括预防污染的少废或无废的工艺技术和产品技术，同时也包括治理污染的末端技术。
12.强相互作用:作用于强子之间的力。
(时空产率单位:mol/(l＊h)）13。
时空产率：单位体积或单位面积的设备在单位时间内得到目的产物的数量。
14.超强酸:固体酸的强度若超过100％硫酸的酸强度，称为超强酸。
15。
超强碱：强度较中性物质高出19个单位的碱性物质，称为超强碱.16.杂多酸：由杂原子和配位原子按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，或为多氧族金属配合物。
17.分子筛:分子筛是结晶型的硅铝盐酸，具有均匀的孔隙结构。
18。
络合催化:指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用,并且使之在配位空间进行催化的过程。
19。
三效催化：把一氧化碳,碳氢化合物，氮氧化合物分别氧化还原为对人体无害的二氧化碳，氮气，水蒸气时进行催化的过程。
《工业催化基础》课程教学大纲(本科)
《工业催化基础》课程教学大纲英文名称：Basis of Catalysis in Industry课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：32/2适用专业：化学工程与工艺一、课程性质与任务该课程的主要目的与要求是使学生掌握催化作用的基本规律、了解催化过程的化学本质、熟悉工业催化技术的基本要求和特性，培养学生对与催化剂相关问题的分析能力和解决能力。
为培养上述专业的工程技术人才提供坚实的理论基础。
二、课程与其他课程的联系本课程是一门多学科综合性很强的专业课，要求学生先修普通化学、分析化学有机化学、物理化学等基础课。
由于催化剂在化学工业上应用广泛，有90%以上的化学反应过程都使用催化剂，在学习期间或之后可以安排化工工艺学、化学反应工程课程时，对更好学习和理解这些课程的内容有很大的好处。
三、课程教学目标1．学习催化剂和催化作用基础知识和基本理论知识；掌握常催化作用特征；选用合适催化剂的能力；2．了催化剂活化、催化剂的失活及其再生过程，具对工业催化剂评价和使用的能力；3．掌握基本的催化剂设计和研制创新方法，培养学生追求创新的态度和意识；4．熟悉各类催化剂的特点和应用领域，了解各类催化剂的催化理论及其应用以及影响催化作用的因素；5．培养学生的对催化剂的制备、检测和评价的工程实践学习能力，使学生掌握典型的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有运用催化原理解决工业催化实际问题的能力；6．了解工业催化的前沿和新发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）本课程没有可其他课外教学过程。
六、教学方法由于本课程中涉及知识面较宽，所阐述内容较多，最新的科技研究成果也比较丰富，为了引起学生学习的兴趣和加强讲授时的教学效果，本课程采用多媒体课件教学为主的教学方式。
由于在讲授过程中加入了大量的工业催化方面的研究成果，提高了学生的学习热情，也为拓宽他们将来的就业渠道打下了一定的基础。
在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生了解催化剂和理解催化原理的基本概念及其在化工生产中的应用。
2 催化作用基础——【工业催化】
• 化学吸附具有选择性。化学吸附要生成吸附态或吸附 络合物，不同吸附中心与不同的吸附质分子作用生成
配位键络合物的能力必然不同。
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2.4.1物理吸附与化学吸附
Enthalpies of chemical adsorption (kJ/mol)
Ti Ta Nb W Cr Mo Mn Fe Co Ni Rh Pt
合适的孔径分布。
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2.2 多相催化 反应过程
1. 反应物分子从气流中向催化剂表 面和孔内扩散（包括外扩散和内 扩散）
2. 反应物分子在催化剂表面上吸附
3. 被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
4. 反应产物自催化剂表面脱附
5. 反应产物离开催化剂表面向催化 剂周围的介质扩散（包括内扩散 和外扩散）
通常用四氯化碳法测定孔容。 孔容积的测定还可采用氦汞置换法。
‹# ›
催化剂孔结构
3、孔隙率 催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比：
4、孔隙分布 催化剂的孔容积随孔径的变化而变化的情况。 多相催化剂的内表面主要分布在晶粒堆积的孔隙及其晶内孔道，而且反应过程
中的传质又直接取决于孔隙结构 在开发一种催化剂时，对于给定的反应条件和催化剂组成，应该使催化剂具有
----活化态下发生键的重组-----估计在时间上
不低于分子固有振动频率的量级，10-12秒，因
而与相对十分稳定的吸附态（
10-8秒）
在时间的量级上相差仍是巨大的。这可能就是
为什麽吸附学说奠定了催化的理论基础而吸附
现象的观察却极少为催化体系设计给出确切信
息的物理本质。
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2.4.1物理吸附与化学吸附
最大物理吸附焓- Hph（kJ/mol，观测值）
《工业催化基础》课件(2011)-5
第五章石油化工催化过程主要内容：催化裂化催化重整催化加氢和脱氢烃类选择氧化烷基化和歧化反应烃类异构化和芳构化催化水合和脱水反应烯烃的二聚和齐聚工业聚烯烃催化反应均相催化反应等工业催化过程的反应特征和规律第一节催化裂化一、裂化反应1、烷烃裂化为烯烃和较小的烷烃；C n H2n+2 C m H2m(烯烃) + C p H2p+2（烷烃）n=m+p2、烯烃裂化为较小的烯烃；C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p（烯烃）n=m+p、烷基芳烃脱烷基为芳烃和烯烃；ArC n H2n+1 ArH(芳烃) + C n H2n（烯烃）第一节催化裂化4、芳烃侧链的断裂；ArC n H2n+1 ArC m H2m－1(带有烯烃侧链的芳烃) + C p H2p+1（烷烃）n＝m+p5、环烷烃裂解为烯烃；C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p（烯烃）n=m+p6、氢转移；环烷烃 + 烯烃芳烃 + 烷烃7、异构化；烯烃异构烯烃烷烃异构烷烃第一节催化裂化8、烷基转移；C6H4(CH3)2 + C6H6 C6H5(CH3) + C6H5(CH3)9、低分子量烯烃的歧化2H2C=CHCH2CH3H2C=CHCH3 + H2C=CHCH2CH2CH3第一节催化裂化二、催化裂化反应机理烃与催化剂表面酸中心反应生成活泼碳正离子，活泼碳正离子引发烃的链式反应碳正离子经过氢转移步骤生成碳正离子可分解为较小的正碳离子和一个烯烃分子生成的烯烃比初始的烷烃原料易于变为正碳离子，裂化速度也较快由于C-C键断裂一般发生在碳正离子的β位置，所以催化裂化可生成大量的C3～C4烃类气体，只有少量的甲烷和乙烷生成。
新正碳离子或裂化，或夺得一个氢负离子而生成烷烃分子，或发生异构化、芳构化等反应。
第一节催化裂化三、催化裂化催化剂1、无定形催化剂如SiO2-Al2O3催化剂（早期的催化剂，Al2O3中嵌入Si，表面呈酸性）2、分子筛催化剂活性高，选择性好，现普遍采用的催化剂，如ZSM-5四、催化裂化反应工程流化床催化裂化（FCC）工艺示意图：第二节催化重整一、催化重整反应1、加氢-脱氢反应；2、异构化、环化反应；3、芳构化反应。
工业催化课知识点总结
工业催化课知识点总结一、催化的原理和概念1. 催化的定义：催化是指在化学反应中，通过添加催化剂，降低反应的活化能，加快反应速率的过程。
催化剂通常不参与反应的终点物质，也不改变反应的平衡位置。
2. 催化的原理：催化是通过改变反应的过渡态的能量，降低反应的活化能，从而加速反应速率。
催化剂通过提供新的反应通道或减少反应物的间障，来促进反应的进行。
3. 催化剂的作用：催化剂可以通过多种途径来促进反应的进行，包括提供新的反应途径、减少反应物的能量障碍、提供反应物的正确导向等。
4. 催化剂的分类：根据催化剂的物理状态和作用方式，可以将催化剂分为固体催化剂、液态催化剂和气体催化剂。
根据其作用方式，可以将催化剂分为酸性催化剂、碱性催化剂、还原型催化剂等。
5. 催化反应的动力学：催化反应的速率通常可以用速率常数和反应物浓度的关系来描述，催化剂的作用可以通过改变速率常数来影响反应速率。
二、催化剂的特性和性能1. 催化剂的活性：催化剂的活性指的是其促进反应进行的能力，通常可以用反应速率来表征。
2. 催化剂的选择性：催化剂的选择性指的是其对不同反应产物的选择作用，通常可以通过理化方法和理论研究来实现。
3. 催化剂的稳定性：催化剂的稳定性指的是其在反应条件下不发生明显变化的能力，通常可以通过催化剂的结构和成分来实现。
4. 催化剂的表面特性：催化剂的表面特性对其活性和选择性有明显影响，包括表面能、表面结构、氧化还原性等。
5. 催化剂的再生性：催化剂通常需要经过多次使用，其再生性能对催化剂的经济性和可持续性有重要影响。
三、工业催化过程1. 工业催化的应用范围：工业催化广泛应用于石油加工、化工生产、环境保护等各个领域，其应用范围涉及烃类转化、氧化还原反应、氢化反应等。
2. 石油催化裂化：石油催化裂化是石油加工中最重要的催化技术之一，通过催化剂的作用，将重质石油馏分转化为轻质产品和高附加值产物。
3. 氧化还原反应：氧化还原反应也是工业催化中的重要应用之一，包括氧化脱氢、脱氧、氧化脱硫等。
工业催化基础
等发表第一篇OCM研究论文到1993年初,全世界所发表论文＞950篇,申请美国专利
＞160件。有人统计，国内外所研究过的OCM催化剂＞2000种，及到元素周期表中 除氧族元素以外的各主副族的数十种元素。 目前,OCM制乙烯已取得突破进展,开始投入工业试验。乙烯单程收率达到 26～28%。筛选催化剂有：LiCl/MnO2、Li+/MgO、Li2SO4.MnXOy/TiO2、 MnO2.NaCl/B2O3等。 此外,合成气→烯烃，甲醇→烯烃,大力开发,完成工业试验、正在工业化。
MeOH Cat.
汽油 Cat.
原料气 （CO2:25%,H2:75%)
1＃
MeOH
汽油
2＃
原料气（CO225%＋H275%）经1#反应器，40%CO2→甲醇；2#反应器中，65%甲 醇→汽油。 总结果：26％CO2 →汽油
目前，该教授又开发出低成本甲烷转化制H2：
2CH4+H2O(g) → 5H2+3CO Cat.:Ni、Pt、稀土氧化物（10:0.5:5.6）;反应条件:常压，550～ 600℃。称在650℃时氢的转化率80%，700℃时转化率接近100%。 Ex4：柴油脱硫 加氢脱硫，缺点：投资、操作费用高，需要H2源，在高温高压下操作，自 控复杂。EX:100万t/a直馏柴油加氢，需要投资5～6亿，操作费用100元/t。 非加氢脱硫-氧化脱硫：常压、常温～低温条件，无氢耗，投资操作简单。 H2O2氧化缺点：消耗H2O2，要产生废水。。 SWPU:正在开发柴油空气催化氧化法脱硫、柴油选择催化氧化法脱硫。
为装在汽车轮子上的城市。城市大气污染物的2/3来源于汽车。
目前正在大力推广：电动汽车、NGV、氢能汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等。氨 （NH3）燃料汽车