稀土催化剂

一、背景知识
• 3、稀土独特的化学性能 • 稀土元素多达17种元素，其电子结构 的特点是最外层为4f1+n5d0~1s2,正常状 态下大多数稀土元素的5d轨道为空， 空轨道可用作催化作用电子转移站，外 层电子结构作为络合物的中心原子，具 有从6~12的各种配位数。稀土元素的 这种配位数的可变性决定了它们具有剩 余的“原子价”。
三、机动车尾气的净化催化剂
• 汽车排放的尾气与 空燃比关系很大。 空燃比（A/F）为理 论值14.7时燃烧最 完全； A/F<14.7时 贫氧燃烧，CO、 HC排放增加，NOx 较少； A/F>14.7时 富氧（贫燃）燃烧 ， CO、HC排放减 少，NOx增加。
一、背景知识
• 引起催化剂效率衰减而缩短其寿命的原因很 多，主要有：原料中杂质的毒化作用（又叫 催化剂中毒）；高温时的热作用使催化剂中 活性组分的晶粒增大，从而导致比表面积减 少，或者引起催化剂变质；反应原料中的尘 埃或反应过程中生成的碳沉积物覆盖了催化 剂表面，（黑色颗粒为镍，丝状物为碳沉积 物）；催化剂中的有效成分在反应过程中流 失；强烈的热冲击或压力起伏使催化剂颗粒 破碎；反应物流体的冲刷使催化剂粉化吹失 等
内容
一、背景知识
二、石油加工催化剂 三、机动车尾气的净化催化剂
一、背景知识
• 1、催化剂定义 • 1976年，IUPAC（国际纯粹与应用化学 联合会）公布的催化作用的定义是：“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来物质来加 速化学反应的现象”。并解释说，催化剂能 使反应按新的途径通过一系列基元步骤进行 ，催化剂是其中第一步的反应物，最后一步 的产物，意即催化剂参与了反应，但通过一 次化学循环后又恢复到原来的组成。
一、背景知识
• 空速是指单位时间里通过单位催化剂的原料油的 量，它反应了装置的处理能力。空速有两种表达形 式，一种是体积空速，另一种是质量空速。 • 对于给定的装置，进料量增加时空速增大，空速大 意味着单位时间里通过催化剂的原料多，原料在催 化剂上的停留时间短，反应深度浅。相反，空速小 意味着反应时间长，降低空速对于提高反应的转化 率是有利的。但是，较低的空速意味着在相同处理 量的情况下需要的催化剂数量较多，反应器体积较 大，在经济上是不合理的。所以，工业上空速的选 择要根据装置的投资、催化剂的活性、原料性质、 产品要求等各方面综合确定。
一、背景知识
• 催化剂稳定性通常用“寿命”来表示。 它是指催化剂从开始使用至它的活性下 降到不能再用的程度所经历的时间，这 个所谓的“程度”取决于使用的技术指 标。 • 催化剂稳定性包括对高温热效应的耐热 稳定性，对摩擦、冲击的机械稳定性以 及时毒化作用的抗毒稳定性。
一、背景知识
• 影响催化剂的机械强度的因素很多，主要是 催化剂的化学、物理性能，催化剂的制备方 法，制备工艺流程与制备条件． • 催化剂在运输、装填和使用过程中，要经 受各种压力、撞击、摩擦，因此催化剂应当 具有足够的抗压、抗撞击和抗摩损的强度． • 不同的催化剂的各种强度的测定，在目前 尚无统一的标准．
二、石油加工催化剂
• 2、稀土-分子筛催化剂 • 稀土元素作为一个重要组分被引入到裂 化催化剂后能显著提高催化剂的活性和 稳定性，大幅提高原料油裂化转化率， 增加汽油和柴油的产率。同时还具有原 油处理量大、轻质油收率高、生焦率低 、催化剂损耗低、选择性好的优点。
三、机动车尾气的净化催化剂
• 1、三效催化剂 • 三效催化剂是指内燃机的燃料在燃烧过 程中，因多方面原因，造成燃烧不完全，其 排气成份有二氧化碳（CO2）、水蒸汽（ H2O）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（ HC）、氮氧化合物（NOx）、铅化合物、硫 化合物等。其中一氧化碳（CO）、碳氢化合 物（HC）、氮氧化合物（NOx）是造成环境 污染的三种主要气态污染物。
一、背景知识
• 收率，是指在化工生产中，投入单位 数量原料获得的实际生产的产品产量与 理论计算的产品产量的比值。同样的一 个化学反应在不同的气压、温度下会有 不同的收率。一般而言，收率在90%以 上是很高的收率，75%以上是不错的收 率，60%左右是一般的收率，30%以下 是很低的收率。 • 收率=转化率*选择性
一、背景知识
• 因为4f具有7个后备价电子成键能力， 起着各种“后备化学键”或“剩余原子 价”的作用。 • 因此稀土元素及其氧化物具有较高的催 化活性。不仅本身具有催化活性，还可 以作为添加剂或助催化剂，以提高催化 剂的催化性能，尤其是抗老化能力和抗 中毒能力。
二、石油加工催化剂
• 1、催化裂化反应即将大分子烃类分子 催化裂化为小分子烃类分子，也就是将 重质油转化为轻质油，是最关键的石油 二次加工手段。 • 包括以下三个步骤 • 裂化 • 异构化 • 氢转移
一、背景知识
• 选择性，催化剂的重要性质之一，指在能发 生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进 不同反应的程度的比较。 • 选择性实质上是反应系统中目的反应与副反 应间反应速度竞争的表现，它们与这些反应 的特性、促成这些反应的活性中心的活性、 反应条件等有关。 • 在测量催化活性的同时，只要加适当的专用 装置测得各种反应产物的分布，即可求得该 催化剂的选择性。
一、背景知识
• • • • • • • • 2、特征值 活性 选择性 收率 空速 稳定性 机械强度 寿命
一Βιβλιοθήκη Baidu背景知识
• 活性 • 催化剂活性，指物质的催化作用的能力，是催化剂 的重要性质之一。物质的催化活性是针对给定的化 学反应而言的。工业生产上常以每单位容积(或质量) 催化剂在单位时间内转化原料反应物的数量来表示 ，如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千 克数。由于固体催化剂作用是一种表面现象，催化 活性与固体的比表面积的大小、表面上活性中心的 性质和单位表面积上活性中心的数量有关。为了描 述不同物质的催化活性的差异，也常将每单位表面 积的催化剂在单位时间内能转化原料的数量称为比 活性;将每个活性中心在1秒钟内转化的分子数称为 周转数或转化数。