工业催化原理及应用

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1、河南科技大学化工与制药学院马向东博士副教授工业催化概述产品分离工程反应工程有机、无机、分析、物理化学化工设备机械化工原理产品工业化化工热力学化学工艺学1.催化剂的作用2.催化剂市场3.催化技术研究和应用内容4.催化剂的基本特征和催化作用5.催化作用的分类6.催化剂的组成7.多相催化反应过程8.催化剂的一般制备方法9.工业用催化剂10.催化剂的成型11.固体催化剂制备方法进展12.催化剂微观结构与性能的表征13.闵恩泽院士：中国催化剂之父14.Fe-Co双金属催化剂1.催化剂的作用催化剂是化学中的魔术师，是化学工业中一员主将。化学工业

2、中约有百分之八十五的化学反应离不开催化剂。可以这样说，没有催化剂，就没有现代的化学工业。1930年到1980年有63种产品，34种工艺革新是化学工业带来的。其中60的产品和90%的过程是基于催化作用。1984年的经济分析指出，在美国，石油和化工产品销售额为2590美元，这些销售产品的绝大多数为催化过程，而催化剂的费用总值为13.3亿美元，2590/13.3=195，即每消耗1美元的催化剂，就生产出价值195美元的产品。1.催化剂的作用按照1984年统计，催化剂按亿美元为单位的消耗如下表：聚合23.5催化裂化25.5有机合成8.5加氢

3、处理7.5氧化、氨氧化等8.0加氢裂化4.0合成氨、甲醇等5.0催化重整2.0加氢、脱氢4.0汽车、其它排污控制45.0乙烯项目加氢反应器1.催化剂的作用2.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135亿2.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%。2.催化剂市场市场的需求

4、结构3.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）催化剂的基本特征只改变反应速度，不改变反应的平衡位置。催化剂具有选择性。4.催化剂的基本特征和催化作用催化作用与化学平衡。化学平衡是由热力学决定的，与催化剂的存在与否无关。三聚乙醛分解为乙醛的平衡催化剂催化剂含量（质量分数）/%平衡时体积变化（体积分数）/

5、%SO20.0028.19SO20.0688.34SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.15草酸0.528.27磷酸0.548.10选择性（selectivity）：反应物沿某一途径进行的程度，与沿其它途径进行反应的程度的比较。CH2=CH2+O2OCH2CH22CO2+H2OCH3CHOAgPtPdCl2CuCl2HCl乙烯的催化氧化催化剂的基本特征●催化剂具有寿命催化剂在使用过程中会失去活性原因:积碳、烧结、组分流失等催化作用的一般原理催化作用是通过加入催化剂,实现低活化能的化学反应途径,从而加速化学

6、反应。5.催化作用的分类以物相分类(1)多相催化反应(Heterogeneouscatalysis):催化剂与反应物处于不同物相时发生的催化。多用于化学工业。(2)均相催化反应(Homogeneouscatalysis)：催化剂与反应物处于相同的物相。多指溶液中有机金属化合物催化剂的催化作用。(3)酶催化(Enzymescatalysis)：是由组成十分复杂的蛋白质为催化剂的反应。反应条件温和，活性和选择性非常高。催化剂的功能与分类功能实例金属加氢，氢解Ni,Pd,Pt(Cu)氧化Ag,Pt链烷烃异构Pt/酸性载体氢解Pd/沸石金属

7、氧化物部分氧化复合金属氧化物脱氢Fe2O3，ZnO，Cr2O3/Fe2O3酸碱水合酸性离子交换树脂聚合H3PO4/载体裂解，氢转移，歧化SiO2-Al2O3酸性沸石有机金属化合物烯烃聚合-TiCl3+Al(C2H5)2Cl羰基化，羟基化RhCl(CO)(PPh3)2催化剂的分类船舶领域齐格勒纳塔催化剂一种有机金属催化剂，又叫Z-N催化剂，用于合成非支化高立体规整性的聚烯烃。典型的齐格勒-纳塔催化剂是双组分：四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al(C2H5)3]　　最初，烯烃聚合采用的是自由基聚合，采用这一机理需要高压反应条件，并且

8、反应中存在着多种链转移反应，导致支化产物的产生。对于聚丙烯，问题尤为严重，无法合成高聚合度的聚丙烯。1950年代德国化学家卡尔•齐格勒合成了这一催化剂，并将其用于聚乙烯的生产，得到了支链很少的高密度聚乙烯。意大利化学家居里奥•纳塔将这