工业催化剂概述(精)

1985
1995
2000
2007
年份
3.催化剂市场

市场地域结构 美国是全球最 大催化剂市场， 约占全球销售 额的36.4%，欧 洲国家为28%， 日本为12.2%， 其它亚洲和中 南美洲国家约 占23.4%。
催化剂市场地域分布
美国
西欧
日本
其它
3.催化剂市场

市场的需求结构
2004年催化剂市场需求结构 10 21 2007年催化剂市场需求结构 22 21
提高社会生产水平(合成氨）
扩大资源利用范围（石油、煤、
天然
气、合成气） 提取制造重要物质（精细化工） 满足社会各方面需要（衣、食、住、行、 环保、国防）
合成氨


N2+3H2→3NH3
催化剂：Fe-Al2O3-K2O 每吨催化剂可产2万吨氨 N2来源：空气分离 H2来源: 烃类水蒸气转化法。 工艺（涉及反应）：加氢、脱硫、转化、变换、 甲烷化、氨合成。需用八种不同催化剂
工业催化与相关学科的关系
3.催化剂市场
全球催化剂销售 额（美元） 1975年8.2亿 1980年11.9亿 1985年25.08亿 1990年59.84亿 1995年85亿 1996年90亿 2000年100亿 2001年105亿 2007年135亿

不同时期全球催化剂销售额
销售额/ 亿元
140 120 100 80 60 40 20 0 1975
催化剂（Catalyst）
IUPAC于1976年提出的催化作用的定义： 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。 IUPAC于1981年提出的催化剂的定义： 催化剂是一种物质，它能加速反应的速率 而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。 涉及催化剂的反应称催化反应。

石油
煤
天然气
合成气
精细化工
产量小附加值高 医药、农药、染料、 香料、涂料、各种 助剂、合成材料等。

满足社会各方面需要

衣、食、住、行
2.催化剂在经济社会发展过程中的 作用与地位
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。
催化剂的基本特征
非催化： 催化剂C: A+B→AB A+C→AC AC+B→AB+C A+B→AB 合成氨： N2+H2→NH3 Fe催化剂：N2+*→2N* H2+* → 2H * N*+H*→NH* NH*+H*→NH2* NH2*+H*→NH3+*

在500℃时，合成氨E非催= 334.6KJ/mol，E催=70 KJ/mol
萌芽时期
几千年前（殷商）发酵法——酒、 醋 1746年J.Roebuck 铅室法制硫 酸，用NO2作气相催化剂，实现 了第一个现代工业催化过程。 1811年，俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用，热的淀 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为催化剂的 接触法生产硫酸的工业 方法，是化学工业的重 要进步。

JJ Berzelius J B
奠基时期
1907年油脂加氢生 产硬化油，为近代 有机工业的先河。 （法国Scb百度文库tier 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
大发展时期
成熟时期
2.催化剂在经济社会发展过程中的 作用与地位

催化剂和催化作用
催化循环
A
B
separation
P
catalyst
bonding
A B
catalyst
reaction
catalyst
P
Ethylene Hydrogenation
C2H4 + H2 C2H6
Nickel
Ni
Nickel
Nickel
Nickel
Nickel
Adsorption – Surface Reaction – Desorption
催化剂作用的基本特征
催化剂只能加速热力学上可能进行的化 学反应 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 催化剂对反应具有选择性 催化剂具有寿命

催化剂的基本特征

催化剂只能加速热力学上可能进行的化 学反应 △G<0
A→B
r=kCA k=k0exp(-E/RT) r~k~E
22
20 27 30
27
炼油 石油化工 环保 聚合 精细化工中间体
炼油
化工
环保
聚合
4.催化技术研究和应用内容



更新原料路线，采用更廉价的原料（资源有效 利用） 革新工艺流程，促进新工艺过程的开发（发展 绿色清洁化工生产技术，走可持续发展的道路） 缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的（节 能） 开发新产品，提高产品的收率，改善产品的质 量（开发新产品） 消除环境污染（环境保护）
第一章 工业催化剂概述
催化工业的形成和发展
催化剂在经济上的地位和作用
催化剂市场
催化技术研究和应用内容
若干术语和基本概念
1.催化工业的形成与发展

二十世纪以前（萌芽时期） 二十世纪初 （奠基时期） 二十世纪30~60年代（大发展时期） 二十世纪70年代以后（成熟时期） 二十一世纪，催化工业重点：生物催化剂、环 保催化剂（废气排放控制）、燃料电池（能源 生产）、催化新材料等。

r催/r非催=E催/ E非催= 3×1013 每吨Fe催化剂能生产2万吨氨
催化剂为什么会加快反应速度？
活 化 能 E非催 334.6KJ/mol
1降低了反应活化 能 2改变了反应历程
E催 70KJ/mol
反应
催化剂的基本特征

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 Kr=ka/kd Kr不变，则ka、kd同时变化 催化剂不改变化学平衡，因此对正方向 有效的催化剂，对反方向反应也有效。
催化剂和催化作用 催化剂作用基本特征
催化剂分类
催化剂化学组成和物理结构
多相、均相和酶催化的功能特点
催化剂和催化作用
1835年，
Berzelius首先提出“催化作 用”概念。 1902年，W.Ostwald 定义催化作用： “加速反应而不影响化学平衡的作用” 文献：催化剂是一种能够改变化学反应 速度，而它本身又不参与最终产物的物 质。