催化剂工程导论1工业催化剂概述
第一章工业催化剂概述 PPT
1811年,俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用,热得淀 粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉 水解生成糖。
萌芽时期
1835年,Berzelius首先提 出“催化作用”
1875年耶可布(Cjacob) 建立了以Pt为催化剂得 接触法生产硫酸得工业 方法,就是化学工业得重 要进步。
J、J、 Berzeli
奠基时期
1907年油脂加氢生产硬化油,为近代有机工业 得先河。 (法国Scbatier 1912年获诺贝尔化 学奖 )
1904开始德国化学家Haber研究合成氨催化 剂,(1918年获诺贝尔化学奖)
大发展时期
1929年由法国E、J、Houdry开发流化床催 化裂化工艺(FCC)
非催化: A+B→AB
催化剂C: A+C→AC
AC+B→AB+C
A+B→AB
合成氨: N2+H2→NH3 Fe催化剂:N2+*→2N*
NH*+H*→NH2*
H2+* → 2H * N*+H*→NH* NH2*+H*→NH3+*
在500℃时,合成氨E非催= 334、6KJ/mol,E催=70 KJ/mol
催化剂与催化作用
催化循环
AB
P
separation
catalyst
bonding
AB
catalyst
P
catalyst
reaction
Ethylene Hydrogenation
Ni
C2H4 + H2 C2H6
工业催化知识点总结
工业催化知识点总结1. 催化剂的定义和分类催化剂是指能加速化学反应速率而本身不参与反应的物质。
根据催化反应的类型和应用范围，催化剂可以分为三类：均相催化剂、非均相催化剂和酶催化剂。
均相催化剂指在反应体系中与反应物相同的物质，非均相催化剂指在反应体系中与反应物相异的物质，酶催化剂是一种生物催化剂。
2. 催化剂的作用原理催化作用的基本原理是通过改变活化能，使得反应能够以更低的能量障碍进行。
催化剂在化学反应过程中会形成过渡态，通过吸附和解离反应物分子来降低活化能，从而提高反应速率。
而酶催化作用则是通过特定的活性位点使得反应物分子以更高效的方式进行化学反应。
3. 催化剂表面结构和活性位点催化剂表面结构和活性位点是催化剂催化作用的关键。
催化剂的活性位点是指能够吸附和反应反应物的部位，而催化剂的表面结构决定了活性位点的分布和特性。
在催化剂的设计和研究过程中，对催化剂表面结构和活性位点的理解和控制是至关重要的。
4. 催化反应的热力学和动力学催化反应的热力学和动力学性质对于理解和优化催化反应过程至关重要。
热力学研究了反应物与产物之间的化学平衡，而动力学研究了反应速率随时间的变化。
通过研究催化反应的热力学和动力学性质，可以优化催化剂的设计和反应条件。
5. 工业催化反应的应用工业催化反应在化工、能源、环保等领域具有重要的应用价值。
以氢气和氧气为反应物的合成氨催化反应、以氢气和一氧化碳为反应物的甲醇合成催化反应、汽油和柴油的加氢精制催化反应等都是工业上重要的应用。
6. 催化剂的设计和研究方法催化剂的设计和研究方法包括实验室合成和表征、计算模拟和理论研究等。
通过实验室合成和表征可以获得催化剂的物理和化学性质，通过计算模拟和理论研究可以对催化剂的结构和活性进行深入的理解。
在工业催化领域，通过对催化剂的设计和研究方法的不断深入和发展，可以为工业催化反应的高效和环保提供重要的技术支持。
7. 环保催化技术环保催化技术是指在保证催化反应效率的前提下，减少对环境的污染。
催化剂工程导论_大纲及思考题答案
催化剂课程教学内容及教学基本要求第一章工业催化剂概述本章重点催化若干术语和基本概念，难点催化剂的化学组成和物理结构。
第一节催化剂在国计民生中的作用本节要求了解催化剂在国计民生中的作用(考核概率5%)。
1 催化剂—化学工业的基石2 合成氨及合成甲醇催化剂3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业4 基础无机化学工业用催化剂5 基本有机合成工业用催化剂6 三大合成材料工业用催化剂7 精细化工及专用化学品中的催化8 催化剂在生物化学工业中的应用9 催化剂在环境化学工业中的应用第二节催化若干术语和基本概念本节要求理解催化若干术语和基本概念(考核概率90%)，掌握催化剂的化学组成和物理结构(考核概率95%)。
1 催化剂和催化作用2 催化剂的基本特征3 催化剂的分类4 催化剂的化学组成和物理结构5 多相和均相催化剂的功能特点6 多相和均相催化剂的同一性7 新型催化剂展望第二章工业催化剂的制造方法本章重点是沉淀法和浸渍法，难点是催化剂的制备原理和技术要点。
第一节沉淀法本节要求理解沉淀法的分类(考核概率60%)，掌握沉淀操作的原理和技术要点(考核概率80%)，了解沉淀法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 沉淀法的分类2 沉淀操作的原理和技术要点3 沉淀法催化剂制备实例第二节浸渍法本节要求掌握各类浸渍法的原理和操作(考核概率80%)，了解浸渍法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 各类浸渍法的原理及操作2 浸渍法催化剂制备实例第三节混合法本节要求了解混合法制备催化剂（考核概率20%）第四节热熔融法本节要求了解热熔融法制备催化剂（考核概率20%）第五节离子交换法本节要求理解由无机离子交换剂制备催化剂，由离子交换树脂制备催化剂（考核概率40%）。
1 由无机离子交换剂制备催化剂。
2 由离子交换树脂制备催化剂。
第六节催化剂的成型本节要求了解催化剂成型工艺，几种重要的成型方法（考核概率20%）。
1 成型与成型工艺概述2 几种重要的成型方法第七节典型工业催化剂制备方法实例本节要求了解几种典型工业催化剂制备方法实例（考核概率20%）。
工业催化剂概述范文
工业催化剂概述范文工业催化剂是一种重要的化工原料，在化学反应过程中起到催化剂作用。
催化剂能够提高化学反应速率，降低活化能，从而改善反应效率。
工业催化剂的应用广泛，涵盖了许多行业，如石化、制药、化肥、化学合成等。
本文将对工业催化剂进行概述。
一、催化剂的基本原理催化剂作用于化学反应中，通过吸附和脱附对反应物分子进行活化，从而改变反应物的反应途径，提高反应活性。
催化剂能够降低活化能，使反应更容易发生，并且能够参与反应而不被耗尽，因此催化剂的使用可以节省反应物的用量，减少能源消耗。
催化剂的活性主要来自于其表面上的活性中心，这些活性中心可以与反应物形成化学键，并参与反应。
催化剂的表面活性中心可以是金属、合金、氧化物等，这些物质具有特定的电子结构和晶格结构，从而赋予催化剂特殊的催化性能。
此外，催化剂的形貌、结构等也对其催化性能有影响。
二、常见的工业催化剂1.贵金属催化剂贵金属催化剂包括铂、钯、铑等，这些催化剂具有很高的催化活性和选择性。
贵金属催化剂主要应用于有机合成反应、汽车尾气净化等领域。
2.过渡金属催化剂过渡金属催化剂包括铁、钴、镍等，这些催化剂在有机合成、石化等领域具有重要应用。
过渡金属催化剂的催化性能受迁移率和空穴数的影响。
3.氧化物催化剂氧化物催化剂包括氧化锌、二氧化钛等，这些催化剂主要应用于化学合成、环境保护等领域。
氧化物催化剂通常具有较高的表面积和孔隙结构，能够提供大量的活性中心。
4.酸碱催化剂酸碱催化剂是催化反应中的两种常见类型。
酸催化剂能够提供质子，参与反应，如酸催化的酯化反应。
碱催化剂能够提供氢氧根离子，参与反应，如碱催化的甲醇酯化反应。
三、催化剂的应用1.石化工业石油催化裂化是石化工业中最重要的催化反应之一，通过催化剂的作用，将重质石油馏分转化为高附加值的轻质石油产品。
催化裂化过程中使用的催化剂通常为沸石系列催化剂。
2.制药工业在制药工业中，催化剂广泛应用于有机合成反应。
例如，金属催化剂用于苯甲酸的氢化反应，氧化物催化剂用于氧化反应等。
工业催化剂概述
第一章※工业催化剂概述1.举例说明催化剂在国计民生中的作用。
P2答：（一）合成氨;（二）合成甲醇;（三）催化剂与石油炼制及合成燃料工业;（四）基础无机化学工业用催化剂;（五）基本有机合成工业;（六）三大合成材料（合成树脂与塑料、合成橡胶、合成纤维）;（七）精细化工及专用化学品;（八）生物化学工业;（九）环境化学2.1976年国际纯粹及应用化学协会公布的催化作用的定义是什么？P12答：催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。
3.什么是催化剂的基本特征？P13 答：①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。
②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。
③催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
④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。
⑤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。
4.为什么催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置？P14答：在一定外界条件下某化学反应产物的最高平衡浓度，受热力学变量的限制。
换言之，催化剂只能改变达到（或接近）这一极限值所需要的时间，而不能改变这一极限值的大小。
5.为什么对正方向有效的催化剂对反方向的反应也有效？P14答：催化剂不改变化学平衡，故对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
换言之，正反应的催化剂也是逆反应的催化剂。
6.根据聚集状态如何对催化剂进行分类？P15答：液体、固体、气体7.按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？P17答：多相固体催化剂；均相配合物催化剂；酶催化剂。
8.主催化剂的定义是什么？P18 答：起催化作用的根本性物质，没有它，就没有催化作用。
9.共催化剂的定义是什么？P18 答：能和主催化剂同时起催化作用的组分。
10.助催化剂的定义是什么？P18 答：催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性，机械强度和寿命等性能的组分（通常本身无催化活性或具很低的活性）。
1第一章工业催化剂概述
第一章工业催化剂概述1.催化剂在经济上的地位和作用2.催化工业的形成和发展3.催化剂市场4.若干术语和基本概念1.催化剂在经济上的地位和作用A．催化剂是化学工业的基石。
据统计，现有90%以上的化工过程是采用催化剂进行生产的。
借助于催化剂生产的产品总值在全世界工业生产总值中约占18%，仅低于机械产品的总值。
B．提高社会生产水平(合成氨、合成材料、生物化工)合成氨：亚洲在世界上的产量最高，其中，中国是第一大生产和消费国；合成材料：树脂，塑料；合成纤维；合成橡胶；树脂，塑料；产量最大的通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯；热塑性树脂，塑料总产量已与赶超钢铁的产量。
生物化工：酶化工，最古老的化学工业，酿酒、制药，（Only，Cobbut，青霉素）生物汽油：发酵法生产乙醇，掺入汽油约10％；生物柴油：大豆油、蓖麻油等掺入柴油中。
C．扩大资源利用范围（C1化工、煤、石油）C1：含一个碳的小分子；可生产合成燃料（F-T合成）；生产三烯（乙烯，丙烯，丁二烯）；生产三苯（苯、甲苯、二甲苯）；构成化学物质的使用循环。
煤：传统用处，燃料，化工原料（汽化干馏得到，成本高，不纯）；现石油危机，重提化工利用，汽化，液化等。
石油：催化裂化，重要的行业革新；催化重整，开辟制苯途径；60年代，全面取代煤。
燃料添加剂：四乙基铅、甲基叔丁基醚、二甲醚。
D．提取制造重要物质（精细化工）精细化工产品：批量小，附加值高，技术含量高，针对性强。
催化剂本身是一种精细化工产品；E．满足社会各方面需要（衣、食、住、行、环保、国防）2.催化工业的形成和发展A. 二十世纪以前（萌芽时期）；最早工业化催化剂：硫酸催化剂：NO2SO2 SO3 Cat：NO2后1879年用Pt催化剂，现用V2O5-K2SO4/硅藻土B. 二十世纪初（奠基时期）1913年：合成氨Fe Cat；15年：氨氧化制硝酸Pt网Cat；C. 二十世纪初30～60年代（大发展时期）36年：催化裂化催化剂：SiO2-Al2O3；38年：Ficher-Tropsch合成，Fe,Co,Ni催化剂；49年：催化重整催化剂：Pt-Re/Al2O3；53年：乙烯聚合催化剂：Ziggler-Natte TiCl4-Al(C2H5)360年代：均相络合催化剂；分子筛催化剂。
工业催化--第一章工业催化剂概述
• 据统计，20世纪70年代末，全球催化剂销售额 仅约10亿美元，而到1990年，已达60亿美元。
• 表1-1和表1-2是相关的统计数据。
• 目前，世界生产催化剂的主要大型企业约100 余家，主要分布在欧美国家。
工业催化
化工学院精细化工系 朱新宝 教授
◇ 主要教材：
工 业 催化
黄仲涛主编
化学工业出版社
主要参考教材
• 催化剂设计与制备工艺 许越主编 化学工业 出版社
• 催化剂生产原理 赵九生等编 科学出版社 • 工业催化基础 赵光等编著 哈尔滨工程大学
出版社 • 工业催化剂分析测试表征 刘希尧等编著
烃加工出版社 • 催化剂工程导论 王尚弟等著 化学工业出版社
• 有关催化剂的开发，目前已有程度不同的进展。
• 新型的合成燃料，包括甲醇等醇基燃料、甲基 叔丁基醚、二甲醚等醚基燃料以及合成汽油等 烃基燃料。
• 由异丁烯与甲醇经催化反应而制得的甲基叔丁 基醚(MTBE)是一种醚基燃料，兼作汽油的新 型抗爆添加剂，取代污染空气的四乙基铅。
• 由两分子甲醇催化脱水，或由合成气(CO＋H2) 一步催化合成，均可得二甲醚。
• 石油是当代工业的血液。石油工业的蓬勃兴起， 是第二次世界大战后世界经济繁荣的主要文柱 之一。1990年，世界原油产量为6031.7万桶／ 日。
• 早期的石油炼制工业，从原油中分离出较轻的 液态烃（汽油、煤油、柴油）和气态烃类作为 工业和交通的能源。
• 早期主要用蒸馏等物理方法，以非化学、非催 化过程为主。
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
催化剂的寿命 催化剂的失活 催化剂的再生 催化剂的安全使用
催化剂工程导论
第一章1.催化剂的基本特性：1）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；2）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；3）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；4）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；5）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。
2.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。
3.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。
4.酶催化剂：高催化效率；选择性高；反应条件温和；可自动调节活性。
第二章1. 固体催化剂的制备所需的单元操作：溶解，熔融，沉淀，浸渍，离子交换，洗涤，过滤，干燥，混合，成型，焙烧和还原。
2. 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。
3. 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。
4. 沉淀剂的选择原则：1）尽可能使用易分解挥发的沉淀剂；2）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤；3）沉淀剂的溶解度要大；4）沉淀物的溶解度应很；5）沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。
5. 沉淀带入的杂质的原因：表面吸附，形成混晶，机械包藏。
6. 沉淀形成的影响因素：浓度，温度，PH值，加料方式和搅拌强度。
7. 浸渍法：过量浸渍法，等体积浸渍法，多次浸渍法，浸渍沉淀法，喷洒流化法浸渍法，蒸汽相浸渍法。
8. 成型方法：压片成型，挤条成型，喷雾成型，转动成型。
9. 焙烧的目的：1）通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（如CO2、NO2、NH3），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；2）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；3）让微晶适度地烧结，提高产品的机械强度。
工业催化剂概述详解
工业催化剂概述详解工业催化剂是指在化学反应中起催化作用的物质。
催化剂可以增加反应速率，降低反应温度，提高产率和选择性，并且在反应结束后可以被回收和再利用。
工业催化剂广泛应用于石油化工、化学合成、环境保护和新能源等领域。
工业催化剂主要可分为贵金属、非贵金属、酸性催化剂和碱性催化剂四大类。
贵金属催化剂包括铂、钯、铑等贵金属，常用于催化氢气的加氢反应和有机物的氧化反应。
非贵金属催化剂主要包括氧化物、硅胶和金属催化剂。
氧化物催化剂广泛应用于氧化反应和脱氢反应，硅胶催化剂主要用于裂化反应和有机合成反应。
酸性催化剂具有高酸性，常用于酸催化反应如酯化、酸解和醇醚化等反应。
碱性催化剂具有高碱性，常用于碱催化反应如醇碱酯化和羰基化反应。
工业催化剂的活性主要取决于催化剂的结构和表面特性。
催化剂的结构可以是单一组分的金属或氧化物，也可以是复合物或复合催化剂。
表面特性包括表面活性位点和氧化还原特性。
表面活性位点是催化剂上能与反应物相互作用的活性位点，通常是金属或氧化物表面的缺陷或边缘位点。
氧化还原特性是催化剂在反应中通过催化剂表面上的氧化还原反应参与反应，并影响催化剂的活性。
工业催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括沉淀法、共沉淀法、共沉积法、浸渍法、共掺法和溶胶凝胶法等。
沉淀法是将催化剂前驱体溶液中的金属或氧化物通过加入一定的沉淀剂，使之沉淀成固体的方法。
浸渍法是将催化剂前驱体溶液通过浸渍方式使其渗透到载体中，并通过干燥和煅烧使前驱体转化为催化剂。
溶胶凝胶法是将催化剂前驱体逐渐溶解在溶胶中，然后通过凝胶化和热处理使之形成催化剂。
总之，工业催化剂在化学工业中发挥了重要的作用。
通过催化作用，催化剂能够加速化学反应，提高产率和选择性，降低能量消耗和环境污染。
随着科学技术的不断进步，工业催化剂的研究和发展将会为化学工业的可持续发展做出更大的贡献。
工业催化剂知识点汇总
《工业催化剂》考前复习★第一章工业催化剂概述l催化剂对于一个国家的国民生产至关重要，主要应用于炼油、化工和环保三大领域。
★第二章催化剂基础l催化剂是一种化学物质，能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应的热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显消耗的物质。
l催化作用是一种化学作用，是靠一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应，催化作用的本质是降低反应的活化能，改变反应的历程。
★催化剂的基本特征有哪些？l催化剂只能改变化学反应速度，而不能改变化学平衡的位置；l催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应；l催化剂对反应具有选择性；l催化剂具有寿命。
l衡量工业催化剂性能的三大指标是活性、选择性和稳定性。
l催化剂按工艺和工程特点可分为均相催化剂、多相催化剂和酶催化剂（生物催化剂）。
l多相固体催化剂通常是由主催化剂、共催化剂、助催化剂和载体组成的。
l多相催化的反应控制步骤通常为扩散控制或化学反应控制。
★多相催化反应的基本步骤有哪些？①反应物分子从气流中向催化剂表面扩散（外扩散）；②反应物分子向孔内扩散（内扩散）；③反应物分子在催化剂内表面上吸附（吸附）；④吸附的反应物分子在催化剂表面上进行化学反应（表面反应）；⑤反应产物自催化剂内表面脱附（脱附）；⑥反应产物在孔内扩散（内扩散）；⑦反应产物扩散到反应气流中（外扩散）。
★第三章工业中的重要催化过程及常用催化剂l工业合成氨过程中氨合成反应使用的催化剂：熔铁催化剂l组成：Fe-Al2O3-K2Ol主催化剂：Fel助催化剂：Al2O3和K2Ol在石油炼制工业中有催化剂存在的催化过程主要包括催化裂化、催化重整、催化加氢。
石油炼制工业的生产目的，一是向社会提供燃料油（汽油、柴油），二是提供基础化工原料（三烯、三苯加甲醇）。
l沸石分子筛的主要组成是硅铝酸盐，在结构中具有许多均匀孔道，对吸附的分子起筛分作用，故称之为分子筛。
l合成高分子材料工业的三大产品是合成塑料、合成橡胶和合成纤维，所使用的齐格勒-纳塔聚合催化剂主要用作合成聚乙烯和聚丙烯。
催化剂工程
8．基础研究的进步 ．
组合化学在催化研究中的应用 催化剂的分子水平设计、模拟、计算软件开发 与应用 分形几何理论及应用
对工业催化剂的基本要求
4． 形状与大小 形状与大小(Shape and Size)
与反应器密切相关：
固定床：Pt重整催化剂 粒度小、扩散阻力小、 φ 固定床 1.5mm小球、条形。磷酸硅藻土迭合催化剂 容易泥化、 堵塞，φ 6−8 mm小条。 流化床：Si-Al胶裂化催化剂 约20-80µm, 适宜分布。 流化床 移动床：催化裂化催化剂 φ 2.5−5.0mm小球，便于移 移动床 动、再生、输送，磨损小。 滴流床：渣油加氢处理催化剂 防重金属沉积、孔堵 滴流床 塞、阻力升高，可加工成各种异型条。 阻力：环形 < 小球 < 粒 < 条 < 压碎 ；适宜压力降 动力学；有效扩散η ；
｝
对工业催化剂的基本要求 环己烯 → C4H6 + C2H4
800℃, 无催化剂 →C6H6 (苯) + 2H2 >300℃, Pd →C6H6 (苯) + 2 C6H12 <<300℃, Pd →C6H6 (苯) + 2H2O <<300℃, O2, Pd →裂解氧化物混合产物 400℃, O2
对工业催化剂的基本要求
1． 活性 （Activity） ． 活性: ）
反映工业催化剂在实验室模拟工业生产条件下促进原 料转化的能力。 对于固体催化剂而言， 反应速率： 反应速率：(Rate of reaction) A → B rv 单位催化剂体积、单位时间转化的摩尔数 rv = V-1•dNA/dt [mol/cm3•h] rs 单位催化剂表面积、单位时间转化的摩尔数 rs = S-1•dNA/dt [mol/cm2•h] rw 单位催化剂重量、单位时间转化的摩尔数 [mol/g•h] rw = W-1•dNA/dt rv = ρ •Sg ； rs = ρ • rw ρ 堆密度，Sg 比表面积
催化工程--催化剂概述 ppt课件
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dni dt
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3
• Ω，表示反应空间，对于均相催化反应表示反应体 系的体积V;在使用固体催化剂的气固多相催化反应 的情况下，可以是固体催化剂的体积V、表面积S或 催化剂的质量w.因而它可以表示单位体积上、单位 面积上或单位质量的催化剂上的反应速率.
很显然，催化反应的速率愈高，催化剂的催化活性
指催化剂使用至失活时每个活性中心所转化反应的次数， 它与TOF的关系是：
TON=TOF(时间-1）*催化剂寿命（时间） 工业生产中TON一般是106-107
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• 优点：在相同的实验条件下，可以允许对 不同的研究者的实验数据进行对比，复查 和校核。
缺点：活性中心的数量不容易测定。 目前还仅限于理论方面的应用。
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• (1)耐热稳定性 能在高温苛刻的反应条件下， 长时间具有一定水平的活性。
极限使用温度 ：大多数催化剂都有极限使用
温度，超过一定的温度范围，活性就会降低甚 至完全丧失。
温度的影响：活性组分的挥发、流失，烧结 微晶粒的长大。
• Hutting温度：晶体开始发生晶格表面质点的迁移
Th=0.3Tm Tm为晶体的熔点 Tamman温度：晶体开始发生晶格体相迁移。
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• 2 助催化剂（co-catalyst)
单独使用时没有活性或活性很小，但和主催化剂
组合使用时，却能显著提高催化剂的活性、选择 性、耐热性、抗毒性和寿命等的组分；在催化剂
中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催 化剂性能的目的。根据其主要作用可分为两类。
（1）结构助催化剂 能起结构稳定作用的助催化
工业催化剂概述
选择性 (Selectivity)
很多情况下,与原料处于平衡的热力学可能的产
物很多,但往往只有一种是希望的目的产物。
主要决定于催化剂的功能，也部分取决于热力
学平衡
选择性 (Selectivity)
举例1：
CO + H2 →CH3OH → CH3(CH2)nOH → C2nH2n → CnH2n+2 → CH4
碱催化剂；可溶性过渡金属化合物催化剂
酶催化剂 (Enzyme catalyst)
催化剂的分类
按催化剂组成及使用功能
金属催化剂：加氢、加氢裂解、脱氢、氧化、异构化等
金属氧化物催化剂：氧化、脱氢 等 金属硫化物催化剂：加氢脱硫、加氢脱氮等
固体酸碱催化剂：催化裂化、烷基化、重整、异构化、 酯化、水合、脱水等
化学变化、相变化引起内聚应力（氧化、还原、 溶胀、收缩），抗床层压降。
化学组成 (Chemical Composition)
化学组成是一个工业催化剂的根本，影响其活性、
选择性和稳定性。
催化剂的规格指标应加以控制，应严格使用规定
原料、并按操作规程生产。
例如
铂重整催化剂： Pt 含量 0.3%-0.5% ，严格控制载 体氧化铝的杂质含量、Pt与F的含量比，保证脱氢、
中毒（Poisons）：原料中杂质,或某些生成物使表 面活性中心中毒;
稳定性和寿命(Stability, Service life)
烧结（Sintering，Aggregation）：金属晶粒，催化剂或 催化剂载体。 当温度为0.3Tm（Huttig温度）时，开始发生晶格表 面迁移 当温度为0.5Tm（Tammann温度）开始发生晶格体 相内的迁移
第1章_催化剂概述
2）催化化学；
3）废塑料、废弃物回收利用技术；*** 4）分离技术；***
5）工程放大技术；***
6）新能源、节能技术的开发；*** 7）生态平衡工厂、舒适工厂，即绿色化工厂；***
8）现代化管理系统；*
9）高新技术；*** 10）软件开发。**
（2）现代化学工业中，任何一种新产品、新工艺的出现，都是与催化剂 的开发有关。 Ex1：乙烯生产 工业方法：渣油、石脑油、轻柴油裂解→乙烯。 存在问题：石油资源缺乏，与车用燃料、其它石化产品争原料。 缺原料，瓶颈问题。 大力研发：甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯。关键:高效催化剂开发。 OCM制乙烯是20世纪80’以来世界天然气转化研究的突出热点。自1982年Keller
尔认为这场空战对英国胜利的影响是不朽的。1990.7.15，在芝加哥论坛报上，
派恩斯回忆起辛烷值100的燃料起了重要作用，比起1940.5法国战役中所用的
辛烷值87的燃料，它使英军飞机爆发加速能力提高50%。用同样的飞机，但采 用新燃料，使英国皇家空军的飞机飞得更高、更机动、更快！
对这个胜利做出不朽贡献的新燃料，正是美国环球油品公司(UOP)发现和
作用（均相催化、多相催化、酶催化）的重要性。
1.1.2 催化过程的经济性 (P1) 催化在经济上作用十分重要，很难精确定量说明。 发达国家，催化技术对GDP的直接或间接共献高达20%～30%。
1、汽车运输业为例
（1）汽车制造:使用各种各样的催化产品，“有机物”占汽车总重量的15% 构件：高聚物、涂料、合成纤维、合成弹性体。原油、天然气催化加工 单体 高分子材料 ⑵汽车制造过程中使用化学品：溶剂、清净剂等 ⑶汽车燃料、润滑油、石油产品添加剂的生产过程－石油炼制：催化占有绝对 统治的地位。 ⑷汽车排气的催化处理。
工业催化催化剂课件
催化剂的制造过程应尽量简单、经济、环保，且应考虑到大规模生产的需求。设计的催化剂应易于制造 、安装和维护，同时应尽量减少对环境的影响。
催化剂制备的主要流程
配料制备
物理化学处理
性能测试与优化
配料制备是催化剂制备的第一 步，主要包括选择和制备催化 剂的活性成分，以及确定各成 分的比例。此外，还需考虑助 剂和载体的选择与制备。
在配料制备完成后，需要对催 化剂进行物理化学处理，包括 干燥、焙烧、还原等步骤，以 调整其物理化学性质，如比表 面积、孔结构等。
在制备完成后，需要对催化剂 进行性能测试，包括活性测试 、选择性测试等，以评估其对 于特定反应的性能。根据测试 结果，可以对催化剂进行进一 步优化或调整。
催化剂制备的优化方法
01
02
03
提高生产效率
通过使用催化剂，化学反 应可以在更短的时间内完 成，从而提高生产效率。
降低能耗
催化剂可以降低化学反应 的活化能，使得反应可以 在较低的温度和压力下进 行，从而降低能耗。
提高产品质量
通过使用催化剂，可以控 制化学反应的产物分布， 从而提高产品的质量和纯 度。
工业催化催化剂的历史与发展
纳米结构催化剂
研究纳米结构对催化剂性能的影响，开发出 具有高活性和高稳定性的纳米催化剂。
金属有机骨架（MOFs）催 化剂
利用MOFs材料的可调性和多孔性，制备出高效、 稳定的MOFs催化剂。
生物催化剂
利用生物资源，探索生物催化剂在工业催化 领域的应用潜力。
催化剂性能的提升
活性提升
01
通过优化催化剂的组成和结构，提高催化剂的活性和
02
CATALOGUE
工业催化催化剂的设计与制备
《催化剂工程》课件
催化剂工程在现代化学工业中具有重要意义，它能够降低能耗、减少废弃物排放、提高产品质量和经济效益。
详细描述
催化剂工程在现代化学工业中扮演着至关重要的角色。通过研究和开发高效的催化剂，可以降低化学反应的能耗 ，减少废弃物排放，提高产品质量和经济效益。在石油化工、制药、环保等领域，催化剂工程的应用已经取得了 显著的成果。
微乳液法
总结词
一种基于微小液滴的催化剂制备方法
详细描述
微乳液法是将两种互不相溶的溶剂在表面活 性剂的作用下形成微小液滴，并在微小液滴 中制备出催化剂的方法。该方法能够制备出 具有高比表面积、高活性的催化剂，适用于
制备纳米尺度的催化剂。
03 催化剂的表征技术
物理表征技术
扫描电子显微镜（SEM）
观察催化剂的表面形貌和微观结构。
催化剂是一种能够改变反应速率但不改变反应总吉布斯自由能的物质。它可以加速化学 反应的速率，提高产物的选择性。根据性质和用途的不同，催化剂可以分为均相催化剂 和多相催化剂。均相催化剂通常为液态或气态，与反应物处于同一相态；而多相催化剂
则由固态载体和活性组分组成，与反应物处于不同的相态。
催化剂工程的重要性
05 催化剂的未来发展
高性能催化剂的研发
总结词
随着工业生产对催化剂性能要求的不断提高，高性能 催化剂的研发成为未来的重要方向。
详细描述
高性能催化剂的研发主要集中在提高催化剂的活性、 选择性、稳定性和降低成本等方面。通过改进催化剂 的制备工艺、优化活性组分的结构、探索新型载体材 料等方法，可以进一步提高催化剂的性能。
绿色催化剂的研发
要点一
总结词
随着环保意识的日益增强，绿色催化剂的研发成为未来的 重要趋势。
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课件 (一)
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课
件 (一)
催化剂工程导论是近年来比较热门的工程学科，它涉及到制备催化剂的多个方面。
其中，工业催化剂常规制备方法是催化剂工程导论的基础内容，下面，我们将针对该课程的主要内容进行分析。
一、催化剂工业制备方法的概述
在这一部分中，讲授催化剂工业制备方法的概念和催化剂生产的基础原理。
我们将学习到在制备催化剂过程中，如何选择合适的原材料、制备催化剂的各种步骤，以及最终形成催化剂的特征。
二、催化剂工业制备方法的分类
在这一部分中，我们将学习到催化剂工业制备方法的分类，这是许多学习者非常关注的内容。
根据工业催化剂的不同特点，我们可以将催化剂工业制备方法分为很多种类。
三、催化剂的物理化学特性分析
在制备催化剂的过程中，催化剂物理化学特性的分析是非常重要的。
这种分析主要是通过表面化学分析、物质分析和形貌分析这三个领域进行的。
在这一部分，我们将详细学习催化剂的各种物理化学特性，并将探究它们如何影响催化剂的性质及其性能。
四、催化剂在工业中的应用
在最后一部分，我们将学习到催化剂在工业生产中的应用。
将分享一些真实的用催化剂制备某种产品的工业故事，并通过了解这些故事，让学习者了解催化剂制备的实用性。
综上所述，催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课程是非常重要的。
学习这门课程将使学习者了解各种催化剂制备方法，包括更现代和先进的方法，因此，它也是催化剂工程导论课程的基础。
学习者将获得催化剂工业制备方法的知识，了解各种催化剂的特性，并掌握如何在工业中应用催化剂及其性能。
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1.1.5 基本有机合成工业用催化剂
基本有机合成工业：基于低分子有机化合 物的合成反应 存在反应速度慢及产物多的普遍规律 研究关键：寻找高活性和选择性的催化剂，以期工业化。
1.1.5 基本有机合成工业用催化剂举例
加氢, 苯→环己烷 — Raney Ni 脱氢，乙苯→苯乙烯 — Fe3O4(Cr,K氧化物)
90%以上的化工产品，80%化学工业过程（ 石油加工、传统化学工业、食品工业、建材 工业、精细化学品工业、环保产业等）是采 用催化过程来实现的。
催化剂的销售额在100多亿美元。与催化剂 相关的销售收入可达近千亿美元
催化剂是化工技术的核心
催化剂正日益广泛深入地渗透于
• 石油炼制工业 • 化学工业 • 高分子材料工业 • 生物化学工业 • 食品工业 • 医药工业 • 环境保护产业
单质 离子
催化剂举例 强阳性，Na 强阴性，I2,Cl2 中性，活性炭
Al2O3, AlCl3, BF3 H2SO4, H3PO4 Pt, Ni Ni2+,V5+
反应类别
供电子体（D） 受电子体（A） 电子供受体（D-A）
酸碱反应
酸碱反应
氧化还原反应
氧化还原反应,酸碱反应
1.2.3.4 按Cat.组成及功能
作为燃料电池燃料使用 •合成甲醛、二甲醚、醋酸、甲酸甲酯和碳酸二甲酯的原料
（二）合成甲醇Cat.（I）
•合成甲醇需要多种催化剂
•国内常用的催化剂
✓CuZn-Al(中低压法) ✓CuZn-Cr(高压法)
1.1.3催化剂与石油炼制及合成燃料工业
早期的石油炼制 — 蒸馏等物理方法为主 近代的石油炼制 —催化裂化、烷基化、加氢精制、加
1.1.1 催化剂——化学工业的基石
化学物质多达一千万种，大部分近20年发现合成 现化燃料工业和化学工业生产，80％以上采用催 化过程。 20世纪70年代末，全球Cat.销售额仅10亿美元； 1990年，达60亿美元。 世界生产Cat.的主要大型企业～100余家，主要分 布在欧美国家。
催化剂是化工技术的核心
1.2.3.3 按元素周期律
主族元素：单质电负性不大，反应性较大，很少作催化剂， 其化合物不具备氧化还原催化性质，具有酸－碱催化作用
副族：（过渡元素）易发生电子的传递过程。其单质或离 子具有较好的氧化还原、离子有时具有酸－碱催化
1.2.3.3 按元素周期律
元素类别 存在状态 主族元素 单质
化合物 含氧酸
均相反应（homogeneous catalysis reaction）：催化剂和 反应物形成均一相时，如：气相均相催化反应，液相均相 催化反应；
1.2.3.1 按聚集态
多相催化反应（非均相催化反应）（heterogenous catalysis reaction） 气－固多相催化反应，液－固多相催化反应，气－ 液－固三相反应
均相－多相催化反应”，如酶、固相化络合催化剂 等催化具均相－多相双重性质
这样的分类往往不能客观地反映出Cat.的作用本 质和内在联系。
1.2.3.2 根据化学键分类
化学键类 型
金属键
等极键
离子键
配位键
催化剂举例
过渡金属（Pt, Ni），活性炭
BPO，AIBN等引发剂燃烧过程中 形成的自由基
MnO2,醋酸锰，尖晶石
硫酸:化学工业之母，化工强弱标志 硝酸：炸药工业之母，工业和国防价值
硫酸生产
✓ 早期，NO2为催化剂，设备大，硫酸浓度低 ✓ 1918年，钒催化剂，活性高、抗毒性好、价格低，成本降低
硝酸生产
✓ 早期，浓硫酸分解硝石制取，成本高，生产能力小 ✓ 高温电弧法，氨和氧直接化合，能耗大 ✓ 1913年，Pt-Rh催化剂的开发，奠定硝酸现代生产方法
✓ 直接经济效益：1$ Cat.= $ 195 prod
催化剂是化工技术的核心(II)
• 间接经济效益
✓ 广辟自然资源，促进技术革新； ✓大幅度降低产品成本，提高产品质量；
✓ 合成出用其它方法不能得到的产品。 ✓ 保护大气、水源和土圵，防止环境污染 ✓ 有效治理废渣、废水和废气的污染
• 没有Cat.，就没有现代化学工业，Cat. 是化学工业的基石。
1.1.9 环境化学中Cat.应用
研究热点 催化脱硫、 烃类氧化催化剂 氮氧化物净化催化剂 汽车尾气净化三效催化剂 净化污水的酶催化剂
1.2 催化术语和基本概念
1.2.1 Cat.与催化作用
1836年，瑞典Berzelius提出Catalysis，认为催化剂破坏了 阻碍分子反应的正常力 1894年，德国W. Ostwald认为催化剂是一种加速反应而不 影响化学平衡的作用
3. Cat.只加速热力学上可能进行的化学反应 4. Cat.只改变化学反应速度，不改变化学平衡 位置 5. 催化剂不改变化学平衡，故对正方向有效的 催化剂，对反方向的反应也有效。 6. 寿命。
1.2.3 催化剂的分类
1.2.3.1 按聚集态：
液体（H3PO4）、固体（熔铁，MnO2）、气体（NO2）
催化技术、合成技术、分离提纯技术、测试技术等
1.1.8 生物化学工业中Cat.的应用
生化过程研究以活体细胞为催化剂，或由细胞提 取酶为催化剂的生物化学反应过程。 医药和农药工业 — 生产激素、抗生素、胰岛素等 高效药物、农药和细菌肥料等。 食品工业 — 生产发酵食品、调味品、饮料、有机 酸、氨基酸、甜味剂、等保健食品 能源工业—发酵产生甲烷、甲醇等能源。 冶金工业—细菌浸出法萃取金属。 化工原料生产——甲醇、乙醇、异丙醇等
丁烷→丁二烯 — Cr2O3/Al2O3 氧化，乙烯→环氧乙烷 — Ag/载体 氨氧化，丙烯→丙烯腈— 钼酸铋（U，Sb氧化物）
氯化（氧氯化），乙烯→氯乙烯 — CuCl2/Al2O3 羰化，制醛、醇，丙烯→丁醛 — 羰基钴等；
制醋酸，甲醇→醋酸 — Rh络合物。
1.1.6 三大合成材料工业用催化剂
• 关于光催化、电催化 • 自由基型聚合反应引发剂 • 阻抑链反应的添加物——阻聚剂 • 溶剂效应
1.2.2 Cat.的基本特性
1. R↑，活性，即加快化学反应速度的关键特性— —共性 2. S，选择性——特殊性和专用性
对反应类型的选择性 对反应方向的选择性 对产物结构的选择性
1.2.2 Cat.的基本特性
裂化催化剂 — 应用最广、产量最多的催化剂
1.1.3催化剂与石油炼制及合成燃料工业
预计石油约50年左右可开采 寻找能源天然气和煤 “石油以后”的时代，C1化学应运而生 含一个碳原子的化合物（甲烷、甲醇、CO、CO2、 HCN等）参与的化学反应。
1.1.4 基础无机化学工业用Cat.
基础无机化工产品 — “三酸两碱”为核心
1.1.2．典型事例
（一）合成氨Cat.
合成氨工艺重大历史意义
20世纪初Harber等开发出合成氨铁催化剂
N2+3H2
2NH3
CH4 + H2O
（天然气）
ΔH = -91.44 KJ/mol
3H2 + CO
CnHm + nH2O
（石油脑）
CO + H2O
（n+m/2）H2 + nCO
H2 + CO2
催化剂工程导论
Catalyst Engineering Introduction
工业催化剂概述
第一章 工业催化剂概述
➢重点
•催化若干术语 •基本概念
➢难点
•催化剂的化学组成 •催化剂物理结构
1.1 催化剂在国计民生中的作用
1 催化剂—化学工业的基石 2 合成氨及合成甲醇催化剂 3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业 4 基础无机化学工业用催化剂 5 基本有机合成工业用催化剂 6 三大合成材料工业用催化剂 7 精细化工及专用化学品中的催化 8 催化剂在生物化学工业中的应用 9 催化剂在环境化学工业中的应用
IUPAC定义：P12 新定义：P13
1.2.1 Cat.与催化作用
假设循环：
R
催化剂
催化剂-R
P
催化反应循环图
R——反应物，P——产物 催化剂-R——反应物和催化剂反应合成的中间物种
1.2.1 Cat.与催化作用
• 工业催化剂是指一种化学品、生物物质或多种这 些物质组成的复杂体系，所起作用是化学方面的
1.1.7 精细化工及专用化学品
专用化学品:指专用性质较强,能满足用户对产品性 能要求、采用较高技术和中小型规模生产的高附 加值化学品或合成材料
精细化学品：指专用性不甚强的高附加值化学品
精细及专用化学品品种多，涉及多种反应，且一 种产品要涉及多步反应。
1.1.7 精细化工及专用化学品
精细化学品结构复杂→新技术，产品纯度要求高→确保质 量，合成工序多→提高效率，流程长→缩短流程，节约能 耗
国际知名的催化剂公司 (II)
• Engelhard 恩格尔哈德公司 • Akzo Nobel 阿克苏•诺贝尔公司 • Intercat 公司 • Dow Chemical 公司
催化剂是化工技术的核心(I)
•小产量、高附加产值的特殊精细化学品
✓1984年，US石油炼制和石油化工两大 类Cat.销售总额$13.3亿；两大类石油化 工产品销售总额$ 2590亿
三大合成材料—合成树脂与塑料、合成橡胶、合 成纤维 1953年,Ziegler-Natta型Cat.,化学工业中里程碑,聚 合物生产带来历史性飞跃. 乙烯→聚乙烯 100－300MPa→近常压 20世纪90年代，茂金属Cat.等新型聚烯烃催化剂 有更高活性和选择性 合成橡胶工业如丁苯橡胶等都需催化剂 合成纤维工业中，四大合成纤维生产都需催化剂
1.2.4 化学组成和物理结构
1.2.4.1 多相固体Cat.
目前石化工业使用比例最高的催化剂