化学反应工程第五章第一节分析

催化剂的制法

混合法：各组分制成浆状、混合后成型干燥


浸渍法：载体在催化剂的水溶液中浸渍，有效成分吸附，有多次浸渍
沉淀法或共沉淀法：搅拌、催化剂的盐类溶液中加入沉淀剂，过滤、水洗、
煅烧


共凝胶法：生成凝胶、过滤、水洗、干燥
喷涂法及滚涂法：催化剂溶液用喷枪喷射于载体上 溶蚀法：混合熔炼制合金，用溶液去溶其中的一组分
热熔法：主催化剂和助催化剂放在电炉内熔融，冷却、粉碎
热解法 制成的催化剂需要经过焙烧、活化；催化剂的实际化学组成、结构形 式和分散的均匀性对催化性能的影响很大，制备步骤要严格遵守。
几种常用催化剂的结构
无定形颗粒 球形 柱形 长柱形 三叶草形
环形
多孔柱形
车轮形
独石形
金属独石形来自百度文库
Foam
催化剂的性能 工业催化剂所必备的三个主要条件：
-1
mol E非催化 - E催化 /kJ· 26.3 52.3 39.0 40.0～36.0 25.0～20.0 45.0 134 111 80
-1
催化剂 胶态Pt 过氧化氢酶 W Fe Pt Pt Au Pt I2蒸汽
NH 3
H2 + N2
2H2 + C CH 4 2SO 3 SO 2 + O2 2N2 + O2 2N 2O
活性好；
选择性高；实际应用中比活性的高低更重要
寿命长。

机械强度
固定床和流化床对催化剂的机械强度要求不一
2017年11月7日星期二
5.2 催化剂的物理特性
催化剂的物理吸附和化学吸附 催化剂的孔结构 等温吸附
2017年11月7日星期二
催化剂的活性中心与反应频率

活性中心：1925年美国科学家泰勒提出活性中心理论，反 应不是在整个催化剂表面上进行的，而是在某些活性位或 活性中心进行的，这是对催化理论的一大贡献。他把这些 活性位形象地看作是固体中的不饱和原子，这些不饱和原 子是由于固体表面的不均匀性、断层、晶体的边缘以及粒 子间的裂缝等原因导致的。 反应频率/N：用于表征催化剂活性的参数，它是在实验条 件下每个活性位每秒钟发生反应的分子数。当金属催化剂 （例如铂）被附着在载体上时，金属原子就可看作活性位。
定义
催化剂是能改变化学反应速率而本身在反应前后却
不发生组成上变化的物质。

催化剂通常靠改变反应的途径（即反应机理）来提高 反应的速率。 例如，氢气和氧气在室温下为惰性气体，但与铂接触 后会迅速反应。H2和O2互相接近，通过活化能能峰后 形成H2O 。

无催化剂
反应物
产物
E
催化剂
有催化剂
完成
初始状态

来说，催化剂可能加速反应，也可能降低反应的速率。催
化剂只改变反应的速率，并不改变反应的平衡状态。
若干重要的石油炼制催化过程
催化过程 催化裂化 催化剂 SiO2-AlO3、RE-Y、 USY、H-ZSM-5 MoO3-CoO/Al2O3； Pd/沸石分子筛 Pt/Al2O3(Cl)； Pt-R、Pt-Ir、Pt-Sn /Al2O3(Cl) Ⅷ族（Ni、Co）硫化 物为助催化剂的Ⅵ族 金属（Mo、W）硫化 物 H2SO4法、HF法 H3PO4、沸石分子筛 工 艺 特 点 减压馏分油、蜡油或掺炼部分渣油，在常压、450～510℃催 化裂化得到裂解气、汽油、煤油、轻柴油等产品。 重质原料油在320～440℃，10～20MPa条件下，使用双功能 催化剂，生产优质中间馏分油，清洁燃料、润滑油基础油等。 含C6～C9烃类的直馏汽油在500～550℃和3MPa条件下，催化 重整得到高辛烷值汽油和苯类产品，副产氢气。 在升温临氢（300～400℃，4.0～10.0MPa）条件下，加工从 汽油到渣油的各种馏分，包括原油进行处理，达到脱除S、N 和重金属等杂质，烯烃和芳烃饱和，以改善馏分油的品质，得 到产品或下游加工用的精制原料。 异丁烷和各种丁烯（异丁烯，1-丁烯、2-丁烯）通过加成得到 烷基化油，主要成分为工业异辛烷。 在80～130℃，4MPa条件下将丙烯，丁烯叠合成高辛烷值汽 油
(C2H5)2O热解

催化剂在各行各业中起着非常重要的作用，美国约三分之
一的国民物质产品．在从原料到成品的过程中都经历了催 化过程。

催化剂的研究是探索提高反应收率和选择性新方法的重要
内容，催化剂使许多反应的发生成为可能，它通过改变反 应路径（如降低活化能）可获得目的产品，并且对反应的 收率、转化率和选择性均能产生很大的影响。 通常谈论催化剂时，主要是指能加速反应的催化剂，严格
加氢裂化
催化重整
加氢处理
烷基化 催化叠合
固体催化剂的组成：

主催化剂、助催化剂、载体 如乙苯脱氢反应中： Fe2O3 是主要成分、占 90% ； Cr2O3 、 CuO 和K2O是助催化剂，其中Cr2O3 能提高催化剂的热稳 定性，K2O能促进水煤气反应，消除高温反应时催化剂表
面上的结碳，延长催化剂的寿命。
载体，用来负载活性组分和助剂的物质，由具有一定物理结构，如
孔结构，比表面，宏观外形，机械强度的固体物质组成。
载体的作用: 增加有效表面、提供合适的孔结构 改善催化剂的机械性能 提高催化剂的热稳定性 提供活性中性 与活性组分作用形成新化合物
增加催化剂的抗毒性能
节省活性组分用量，降低成本 载体可以是天然物质(如浮石、硅藻土、白土等)，也可以是人工 合成物质(如硅胶、活性氧化铝等)
第5章 催化剂与催化动力学基础
本章主要内容
第一节 催化剂 第二节 催化剂的物理特性
第三节 气-固相催化反应动力学
第四节 非催化气一固相反应动力学
5.1 催化剂

引言
人类使用催化剂已有 2000多年的历史，催化剂最早 被用于酿酒、做奶酪和面包。 直到1835 年， Berzelius才把早期化学家的工作汇 总在一起，认为反应过程中加入少量的外来物质能极 大地影响化学反应的速率。 1894 年， Ostwald 在 Berzelius 的基础上明确提出， 催化剂是能加快化学反应的速率而本身并不消耗的物 质。在 Berzelius 之后的 150 多年里，催化剂开始在世 界各地发挥了重要的作用。
反应
由于催化剂的作用，降低了活化能，使反应加快。
表1 催化反应和非催化反应活化能的对比
反
H2 O2
应
H2 + O2
mol E非催化 /kJ· 75.3 75.3 78.0 78.0 80.0 60.0 245 224
-1
mol E催化 /kJ· 49.0 23.0 39.0 38.0～42.0 55.0～60.0 15.0 121 134 144