催化原理 绪论2
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1746 年：铅室法，选用 催化剂NO2； SO2 SO3 工业催化剂开始。
1831 年：为提高效率改用 Pt 催化剂，接触法生 产硫酸的开始 ;
1890 年：催化剂 V2O5 -K2SO4/硅藻土使用， 一直沿用至今。
? 合成氨生产：
1909年，F Haber 发明高压法(锇催化剂，17-20MPa , 500~600℃)合成氨过程，获得6% 产品。Haber 因此而 获得1918年Nobel Prize 。
烯烃及芳烃
清洁剂、肥料、药品、 涂料、塑料、合成纤维等
催化与其它学科的关系
化学反应工程 化学工艺学
无机化学 金属有机化学 固态化学 界面化学及胶体化学
催化剂
物理化学；化学热力学 化学动力学；分析化学
现代物理手段；结构化学 波谱分析；分析化学 反应机理；表面化学
催化是什么？
? 催化是一种自然现象，早已在生物体中存在的现象。生 物酶催化是生命的基础（在一个简单的生物细胞中约有 3000 个化学反应）。
石油炼制与石油化工中，每消耗 1美元催化剂 可生产价值195 美元的产品。
Present and future routes to organic chemicals
and hydrocarbon fuel
Source Treatment
Chemical product Fuel product
Hydrogen
-
Liquefaction to crude-oil -
-
substitute
Biomass
Hydrolysis Fermentation Hydrogenolysis Transesterification
Ethanol
Alkanes Fatty acid esters
Ethanol
Methanol Alkenes, alkynes Synthesis gas
Natural gas Alkanes, aromatics -
Coal
Distillation
Aromatics, phenols Coke
Water-gas reaction
Synthesis gas
-
Water-gas shift
? 光合作用是一种能量储存与转换方式，叶绿素将光子吸 收后，通过一系列酶催化过程将CO2和水转化为人体所能 吸收的糖份。
? 人类很早就学会利用自然催化过程。如利用酵素将各种 果子酿成美酒。
? 系统的催化研究始于18世纪，1740 年英国医生Ward 用 硫磺和硝石(硝酸钾)一起燃烧制造硫酸。
催化作用的分类
Alkanes Biodiesel
甘油催化氧化的路径
ຫໍສະໝຸດ Baidu
OH
HO
OH
甘油
OH
O
OH
甘油醛
OH
HO
OH
O
甘油酸
OH
HO
OH
OO
羟基丙二酸
O
HO
OH
OO
羰基丙二酸
O
HO
OH
二羟基丙酮
O
HO
OH
O
羟基丙酮酸
催化剂：金、铂和钯
OH OH
O
乙醇酸
O OH
HO O
乙二酸
石油
石油炼制 石油化工
脱硫 催化裂化
催化重整
M Bosch 在BASF实验室发明的多组分熔铁催化剂推动 了合成氨的工业化。
1917年，运用H-B过程，在BASF形成60吨合成氨生产 能力，M Bosch 也获得了1931年Nobel Prize
目前，世界合成氨的产量已经达到8000 万吨以上。
图一：合成氨 - 综合催化化工过程
硫化氢吸收 ZnO
? 石油炼制 ? 石油化工 ? 煤化工 ? 精细化工 ? 无机化工 ? 环境催化 ? 生物质催化 ? 替代能源催化
发展史
1、工业发展
生物催化 — 公元前，中国发酵酿酒和制醋的方法; 非生物催化 — 有两百年的历史，现已有90%的化学工 业过程含有催化过程。
? 硫酸的生产：
1740 年：开始硫磺和硝酸钾燃烧法生产硫酸，玻 璃反应器；
催化作用一般区分为 均相和非均相两大类。 均相催化，是指催化剂与反应介质相互混溶，组成 均匀物系。均相催化常用于液相反应。
非均相催化 ，是指催化剂与反应介质以不同的相存 在，在绝大多数情况下，催化剂是一种固体，与气 相或者液相反应物接触，使之发生反应，故有时称 这种催化作用为接触催化。 酶催化可以作为特殊的一类，区别于均相与非均相 催化，它的重要性早已为科学家所认识，没有酶就 没有生命的存在。
催化原理
重要性
催化剂 的研究和开发，是现代化学工业的核心 问题之一，现代化学工业的巨大成就，是同使用 催化剂联系在一起的。
目前， 90 ％以上的化工产品，是借助催化剂 生产出来的。 “没有催化剂，就不可能建立近代 的化学工业”的说法，并非言过其实。
重要性
催化剂应用领域，化学品占 43% ，石油炼制约 占25% ，控制污染约占 22% ，其他占10% 。
催化体系分类
二、作用机理分类 1、氧化还原型 2、 酸碱型 3、 配位催化 （络合催化）
催化剂分类-按组成分类
1. 金属催化剂 2.金属氧化物催化剂 (金属硫化物、氟化物、 氯化物 ) ； 3. 酸、碱催化剂； 4.分子筛催化剂 -择形催化； 5. 膜催化； 6. 金属配合物催化剂；
催化剂分类-按应用领域分类
Crude oil Refining Reforming Hydrodesulphurizaion etc.
Alkenes Aromatics
High-octane petrol Aviation gasoline Fuel oil Diesel oil
Natural gas
Oxidation Dedydrogenation Steam-reforming
一段蒸汽转化 Ni/难熔载体
二段蒸汽转化 Ni/难熔载体
高温变换 Fe3O4/Cr 2O3
加氢脱硫
Co,Mo 硫化物 分散在氧化铝上
水 燃料 空气 天然气、重油 氢气
低温变换 Cu/ZnO/Al 2O3
二氧化碳 氨
氨合成 Fe/K/CaO/Al 2O3
甲烷化 Ni/Al2O3
CO 2脱除
合成氨- 综合催化化工过程
煤化学：
1920年：费托（ F-T ）合成，煤生产合成气 (CO+H 2)制烃 催化剂（Fe, Co, Ni 和Ru ）。
1923年：煤生产合成气制甲醇（ BASF 公司的高压 法）催化剂： ZnO/CrO 含助催化剂的 Fe或Co 。
催化作用改变反应途径和目标产物 实例— 合成气选择性催化转化利用
1831 年：为提高效率改用 Pt 催化剂，接触法生 产硫酸的开始 ;
1890 年：催化剂 V2O5 -K2SO4/硅藻土使用， 一直沿用至今。
? 合成氨生产：
1909年，F Haber 发明高压法(锇催化剂，17-20MPa , 500~600℃)合成氨过程，获得6% 产品。Haber 因此而 获得1918年Nobel Prize 。
烯烃及芳烃
清洁剂、肥料、药品、 涂料、塑料、合成纤维等
催化与其它学科的关系
化学反应工程 化学工艺学
无机化学 金属有机化学 固态化学 界面化学及胶体化学
催化剂
物理化学；化学热力学 化学动力学；分析化学
现代物理手段；结构化学 波谱分析；分析化学 反应机理；表面化学
催化是什么？
? 催化是一种自然现象，早已在生物体中存在的现象。生 物酶催化是生命的基础（在一个简单的生物细胞中约有 3000 个化学反应）。
石油炼制与石油化工中，每消耗 1美元催化剂 可生产价值195 美元的产品。
Present and future routes to organic chemicals
and hydrocarbon fuel
Source Treatment
Chemical product Fuel product
Hydrogen
-
Liquefaction to crude-oil -
-
substitute
Biomass
Hydrolysis Fermentation Hydrogenolysis Transesterification
Ethanol
Alkanes Fatty acid esters
Ethanol
Methanol Alkenes, alkynes Synthesis gas
Natural gas Alkanes, aromatics -
Coal
Distillation
Aromatics, phenols Coke
Water-gas reaction
Synthesis gas
-
Water-gas shift
? 光合作用是一种能量储存与转换方式，叶绿素将光子吸 收后，通过一系列酶催化过程将CO2和水转化为人体所能 吸收的糖份。
? 人类很早就学会利用自然催化过程。如利用酵素将各种 果子酿成美酒。
? 系统的催化研究始于18世纪，1740 年英国医生Ward 用 硫磺和硝石(硝酸钾)一起燃烧制造硫酸。
催化作用的分类
Alkanes Biodiesel
甘油催化氧化的路径
ຫໍສະໝຸດ Baidu
OH
HO
OH
甘油
OH
O
OH
甘油醛
OH
HO
OH
O
甘油酸
OH
HO
OH
OO
羟基丙二酸
O
HO
OH
OO
羰基丙二酸
O
HO
OH
二羟基丙酮
O
HO
OH
O
羟基丙酮酸
催化剂：金、铂和钯
OH OH
O
乙醇酸
O OH
HO O
乙二酸
石油
石油炼制 石油化工
脱硫 催化裂化
催化重整
M Bosch 在BASF实验室发明的多组分熔铁催化剂推动 了合成氨的工业化。
1917年，运用H-B过程，在BASF形成60吨合成氨生产 能力，M Bosch 也获得了1931年Nobel Prize
目前，世界合成氨的产量已经达到8000 万吨以上。
图一：合成氨 - 综合催化化工过程
硫化氢吸收 ZnO
? 石油炼制 ? 石油化工 ? 煤化工 ? 精细化工 ? 无机化工 ? 环境催化 ? 生物质催化 ? 替代能源催化
发展史
1、工业发展
生物催化 — 公元前，中国发酵酿酒和制醋的方法; 非生物催化 — 有两百年的历史，现已有90%的化学工 业过程含有催化过程。
? 硫酸的生产：
1740 年：开始硫磺和硝酸钾燃烧法生产硫酸，玻 璃反应器；
催化作用一般区分为 均相和非均相两大类。 均相催化，是指催化剂与反应介质相互混溶，组成 均匀物系。均相催化常用于液相反应。
非均相催化 ，是指催化剂与反应介质以不同的相存 在，在绝大多数情况下，催化剂是一种固体，与气 相或者液相反应物接触，使之发生反应，故有时称 这种催化作用为接触催化。 酶催化可以作为特殊的一类，区别于均相与非均相 催化，它的重要性早已为科学家所认识，没有酶就 没有生命的存在。
催化原理
重要性
催化剂 的研究和开发，是现代化学工业的核心 问题之一，现代化学工业的巨大成就，是同使用 催化剂联系在一起的。
目前， 90 ％以上的化工产品，是借助催化剂 生产出来的。 “没有催化剂，就不可能建立近代 的化学工业”的说法，并非言过其实。
重要性
催化剂应用领域，化学品占 43% ，石油炼制约 占25% ，控制污染约占 22% ，其他占10% 。
催化体系分类
二、作用机理分类 1、氧化还原型 2、 酸碱型 3、 配位催化 （络合催化）
催化剂分类-按组成分类
1. 金属催化剂 2.金属氧化物催化剂 (金属硫化物、氟化物、 氯化物 ) ； 3. 酸、碱催化剂； 4.分子筛催化剂 -择形催化； 5. 膜催化； 6. 金属配合物催化剂；
催化剂分类-按应用领域分类
Crude oil Refining Reforming Hydrodesulphurizaion etc.
Alkenes Aromatics
High-octane petrol Aviation gasoline Fuel oil Diesel oil
Natural gas
Oxidation Dedydrogenation Steam-reforming
一段蒸汽转化 Ni/难熔载体
二段蒸汽转化 Ni/难熔载体
高温变换 Fe3O4/Cr 2O3
加氢脱硫
Co,Mo 硫化物 分散在氧化铝上
水 燃料 空气 天然气、重油 氢气
低温变换 Cu/ZnO/Al 2O3
二氧化碳 氨
氨合成 Fe/K/CaO/Al 2O3
甲烷化 Ni/Al2O3
CO 2脱除
合成氨- 综合催化化工过程
煤化学：
1920年：费托（ F-T ）合成，煤生产合成气 (CO+H 2)制烃 催化剂（Fe, Co, Ni 和Ru ）。
1923年：煤生产合成气制甲醇（ BASF 公司的高压 法）催化剂： ZnO/CrO 含助催化剂的 Fe或Co 。
催化作用改变反应途径和目标产物 实例— 合成气选择性催化转化利用