《工业催化基础》课件(第1章 绪论)2014-1.ppt

石油化工：指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的 催化过程，包括一些基本有机化工原料合成的催化过程， 所用的催化剂种类很多。一些重要的催化过程有：催化 加氢与脱氢；催化水合与脱水；烃类的异构和芳构；芳 烃烷基化，歧化及烷基转移；烯烃二聚及齐聚等。
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第二节 催化剂的重要应用领域
催化剂: 现代化学工业的基石
90％以上的化工产品是借助催化剂生产出的，没有催 化剂，就不可能建立现代化学工业。
如：
无机化学工业中的合成氨、硝酸、硫酸等的生产
石油加工中的催化裂化、催化重整等过程
石油化工中醇、醛、酸、酯的生产
三大合成高分子材料的生产
煤化工与天然气化工过程
生物化工中的酶催化过程
环保催化过程等
第一章：绪论
主要内容：
催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业 催化的常用术语。
掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领 域；掌握工业催化的常用术语。
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第一节 催化剂的基本知识
催化剂和催化作用：
何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子 混 合 在 一 个 惰 性 的 容 器 中 ， 即 使 在 500℃ 下 ， 也 几 乎 检 测 不 到 NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允 许的可逆放热反应：
等规聚丙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
1962
分子筛催化裂化 汽油
1964
烃类加氢脱硫
脱硫净化
1970 1976
甲醇低压合成 NOx 加氢还原
CH3OH 环境保护
1978
甲醇羰基化
醋酸
1986
特种立构合成
N2+3H2 ⇌ NH3 ΔH500＝－109 kJ/mol
但如果在N2分子和H2分子混合气体的体系中有少量Fe存在，就 会有NH3生成，其中Fe就称为催化剂，对NH3的生成起着关键的 作用。
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第一节 催化剂的基本知识
Fe的催化作用本质：
（1）没有催化剂，N2分子和H2分子化合生成NH3是一个均相的 化学反应过程，要经过N2分子的N－N键和H2分子的H－H键断 裂和N－H键的形成，N2分子和H2分子都非常稳定，经均相化学 反应合成NH3需要很大的能量，即反应的活化能很高（在500℃， 常压条件下活化能为334.6kJ/mol），在这种情况下，反应极慢， 以至于生成NH3的量甚微，常规方法都难以测出。
细精化工：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品 进行深加工，特别具有特定功能，特定用途且附加值高 的化工产品的化工过程。涉汲到氧化反应，还原反应， 碳链增减反应，重排反应，杂环合成反应，不对称合成 工艺等。广泛使用酸碱催化剂，超强酸碱催化剂，分子 筛择形催化剂，金属化合物和配合物催化剂，手性催化 剂，相转移催化剂等。
合成材料：通常指合成树脂，合成纤维，合成橡胶这三 大合成材料
合成树脂--聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等； 合成纤维--涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维、腈纶 （聚丙烯腈）纤维、维伦（聚乙烯醇）纤维等；
合成橡胶--丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶
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第二节 催化剂的重要应用领域
第一节 催化剂的基本知识
催化剂定义
1981年，国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）对催化剂有一个明 确的定义。即：催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率， 而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用， 涉及催化剂的反应称为催化反应。
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第二节 催化剂的重要应用领域
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第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
催化剂主要成分
1900 1913 1915 1936 1937
SO2 空气氧化 N2+H2→ 合 成 氨 NH3 氧化 石油催化裂化 乙烯聚合
H 2S O 4 NH3 HNO3 汽油等 低密度聚乙烯
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第一节 催化剂的基本知识
合成NH3反应途径：
第一节 催化剂的基本知识
反应机理和反应过程的能量如下：
Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535
V 2O 5 Fe 等 Pt S iO 2-A l2O 3 Cr 等
1938 1949 1953 1954
Ficher-Tropsch 合 成 石脑油催化重整 乙烯聚合 丙烯聚合
（ CO +H 2→ 烃 ）燃 料 Fe,Co,N i
高辛烷值汽油
P t/A l2O 3
高密度聚乙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
药物
1986
NOx 加氨还原
环境保护
1990
催化燃烧
环境保护
1990
茂金属催化聚合 新型聚烯烃
催化剂主要成分 沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等
第二节 催化剂的重要应用领域
石油炼制：指对不同沸程的石油馏分经催化转化成各种 燃料油，润滑基础油，化工原料的过程。这是催化剂最 重要的应用领域，使用的催化剂包括各种固体酸，分子 筛，负载型金属催化剂等；催化反应过程有催化裂化， 催化重整，催化加氢等；反应工艺有固定床、流化床、 提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常 压渣油催化裂化等。
百度文库
（2）采用Fe作为催化剂时，N2分子和H2分子化合生成NH3的活 化能大大降低了（反应 途径发生了变化）。N2分子和H2分子首 先在Fe催化剂表面发生化学吸附，使得N2分子和H2分子的化学 键削弱，然后化学吸附的氮（Nad）和化学吸附的氢（Had）在 催化剂表面相互作用，并经过一系列的表面化学反应，最后生成 的NH3分子从催化剂表面脱附生成产物NH3，反应途径、反应机 理和反应过程的能量关系如下：