催化剂性能及使用ppt课件

1、第第3 3章章 催化剂的性能及运用催化剂的性能及运用3.1 3.1 催化剂的根本特征催化剂的根本特征3.2 3.2 催化剂的分类催化剂的分类3.3 3.3 工业催化剂运用中的有关问题工业催化剂运用中的有关问题 3.3.1 3.3.1 工业催化剂的运用性能工业催化剂的运用性能 3.3.2 3.3.2 催化剂的活化催化剂的活化 3.3.3 3.3.3 催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生 3.3.4 3.3.4 运输、储存和装卸运输、储存和装卸据统计，当今据统计，当今9090的化学工业中均包含有催化的化学工业中均包含有催化(catalysis)(catalysis)过程，催化过程，催化剂剂( ca

2、talyst )( catalyst )在化上消费中占有相当重要的位置，其作用主要表达在化上消费中占有相当重要的位置，其作用主要表达在以下几方面。在以下几方面。 1. 1.提高反响速率和选择性提高反响速率和选择性 2. 2.改良操作条件改良操作条件 3. 3.催化剂有助于开发新的反响过程，开展新的化工技术催化剂有助于开发新的反响过程，开展新的化工技术 4. 4.催化剂在能源开发和消除污染中可发扬重要作用催化剂在能源开发和消除污染中可发扬重要作用 借助催化剂从这些自然资源出发消费出数量更多、质量借助催化剂从这些自然资源出发消费出数量更多、质量 更好的二次能源；更好的二次能源； 在去除污染物的诸方

3、法中，催化法是具有宏大潜力的一种。在去除污染物的诸方法中，催化法是具有宏大潜力的一种。 3.1 3.1 催化剂的根本特征催化剂的根本特征催化剂：在一个反响系统中因参与了某种物质而催化剂：在一个反响系统中因参与了某种物质而使化学反响速率明显加快，但该物质在反响前使化学反响速率明显加快，但该物质在反响前后的数量和化学性质不变。后的数量和化学性质不变。催化剂的作用：能与反响物生成不稳定中间化合催化剂的作用：能与反响物生成不稳定中间化合物，改动了反响途径，活化能得以降低。物，改动了反响途径，活化能得以降低。自催化作用：有些反响所产生的某种产物也会使自催化作用：有些反响所产生的某种产物也会使反响迅速加快

4、。反响迅速加快。负催化剂或阻化剂：能明显降低反响速率的物质。负催化剂或阻化剂：能明显降低反响速率的物质。催化剂的三个根本特征：催化剂的三个根本特征： 催化剂是参与了反响的，但反响终了时，催化剂是参与了反响的，但反响终了时，催化剂本身未发生化学性质和催化剂本身未发生化学性质和 数量的变化；数量的变化； 催化剂只能缩短到达化学平衡的时间催化剂只能缩短到达化学平衡的时间( (即加即加速作用速作用) )，但不能改动平衡；，但不能改动平衡； 催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反响。只能催化特定的反响。 3.2 3.2 催化剂的分类催化剂的分类 催化剂催

5、化剂= =活性组分活性组分+ +助催化剂助催化剂+ +载体载体3.2.1 3.2.1 活性组分活性组分按催化反响体系的物相均一性分：按催化反响体系的物相均一性分： 均相催化剂和非均相催化剂均相催化剂和非均相催化剂( (固体催化剂固体催化剂) )；按反响类别分：按反响类别分： 加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基基化、异构化、芳构化、羰基 化、卤化等众多催化剂；化、卤化等众多催化剂；按反响机理分：氧化复原型催化剂、酸碱催化剂按反响机理分：氧化复原型催化剂、酸碱催化剂等；等；按运用条件下的物态分：按运用条件下的物态分： 1. 1.固

6、体催化剂：金属催化剂、氧化物催化剂和固体催化剂：金属催化剂、氧化物催化剂和硫化物催化剂等；硫化物催化剂等； 2. 2.液态催化剂：均相络合物催化剂；液态催化剂：均相络合物催化剂； 以过渡金属如以过渡金属如TiTi、V V、MnMn、FeFe、CoCo、NiNi、MoMo、 WW、AgAg、PdPd、PtPt、RuRu、RhRh等为中心原子，经过等为中心原子，经过共价键或配位键与各种配位体构成络合物，过共价键或配位键与各种配位体构成络合物，过渡金属价态的可变性及其与不同性质配位体的渡金属价态的可变性及其与不同性质配位体的结合，给出了多种多样的催化功能。结合，给出了多种多样的催化功能。 提高固体催

7、化剂中活性外表的最有效提高固体催化剂中活性外表的最有效的方法是采用大比外表积的载体，的方法是采用大比外表积的载体，优点：以分子态均匀地分布在液相反响体系中，催化效率很高。优点：以分子态均匀地分布在液相反响体系中，催化效率很高。 在溶液中每个催化剂分子都是具有同等性质的活性单位，因此只能在溶液中每个催化剂分子都是具有同等性质的活性单位，因此只能 催化特定反响，应选择性很高。催化特定反响，应选择性很高。缺陷：催化剂与产物的分别较复杂，价钱较昂贵。缺陷：催化剂与产物的分别较复杂，价钱较昂贵。3. 3.酸催化剂比碱催化剂运用广泛；酸催化剂比碱催化剂运用广泛；4. 4.工业用生物催化剂：活细胞和游离或固

8、定的酶的总称。工业用生物催化剂：活细胞和游离或固定的酶的总称。优点：具有能在常温常压下反响、反响速率快、催化作用专注选择性高。优点：具有能在常温常压下反响、反响速率快、催化作用专注选择性高。缺陷：不耐热、易受某些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性差、寿命短、缺陷：不耐热、易受某些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性差、寿命短、对温度和对温度和pHpH值范围要求苛刻，酶催化剂的价钱较昂贵。值范围要求苛刻，酶催化剂的价钱较昂贵。3.2.2 3.2.2 助催化剂促进剂：助催化剂促进剂：作用：提高活性或改善诸如机械强度、活性组分分散度、抗碳、抗烧结、抗作用：提高活性或改善诸如机械强度、活性组分分散度、抗

9、碳、抗烧结、抗水合等性能。水合等性能。3.2.3 3.2.3 载体载体特点：大比外表积，应具有足够的机械强度，使催化剂在储存、运输、装卸特点：大比外表积，应具有足够的机械强度，使催化剂在储存、运输、装卸和运用中不易破碎或粉化。和运用中不易破碎或粉化。3.3 3.3 工业催化剂运用中的有关问题工业催化剂运用中的有关问题 3.3.1 3.3.1 工业催化剂的运用性能工业催化剂的运用性能 3.3.2 3.3.2 催化剂的活化催化剂的活化 3.3.3 3.3.3 催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生 3.3.4 3.3.4 运输、储存和装卸运输、储存和装卸 3.3.1 3.3.1 工业催化剂的运用性能

10、工业催化剂的运用性能活性：在给定的温度、压力和反响物流量活性：在给定的温度、压力和反响物流量( (或空或空间速度间速度) )下，催化剂使原料转化的才干。下，催化剂使原料转化的才干。选择性：指反响所耗费的原料中有多少转化为目选择性：指反响所耗费的原料中有多少转化为目的产物。的产物。 当催化剂的活性与选择性难以两全其美时，当催化剂的活性与选择性难以两全其美时， 假设反响原料昂贵或产物分别很困难，宜选假设反响原料昂贵或产物分别很困难，宜选用选择性高的催化剂；用选择性高的催化剂； 假设原料价廉易得或产物易分别，那么可选假设原料价廉易得或产物易分别，那么可选用活性高的催化剂。用活性高的催化剂。寿命：其运

11、用期限的长短，寿命的表征是消费单寿命：其运用期限的长短，寿命的表征是消费单位量产品所耗费的催化剂量，或在满足消费要位量产品所耗费的催化剂量，或在满足消费要求的技术程度上催化剂能运用的时间长短。求的技术程度上催化剂能运用的时间长短。催化剂的寿命受以下几方面性能影响催化剂的寿命受以下几方面性能影响: :化学稳定性：催化剂的化学组成和化合形状在化学稳定性：催化剂的化学组成和化合形状在运用条件下发生变化的难易。运用条件下发生变化的难易。热稳定性：指催化剂在反响条件下对热破坏的耐受力。热稳定性：指催化剂在反响条件下对热破坏的耐受力。机械稳定性：指固体催化剂在反响条件下的强度能否足够。机械稳定性：指固体催

12、化剂在反响条件下的强度能否足够。耐毒性：指催化制对有毒物质的抵抗力或耐受力。耐毒性：指催化制对有毒物质的抵抗力或耐受力。 多数催化剂容易遭到一些物质的毒害，中毒后的催化剂活性和多数催化剂容易遭到一些物质的毒害，中毒后的催化剂活性和选择性显著降低或完全失去，缩短了它的运用寿命。选择性显著降低或完全失去，缩短了它的运用寿命。 不同催化剂的毒物是不同的，常见的毒物有砷、硫、氯的化合不同催化剂的毒物是不同的，常见的毒物有砷、硫、氯的化合物及铅等重金属。物及铅等重金属。 在有些反响中，特意参与某种物质去毒害催化剂中促进副反响在有些反响中，特意参与某种物质去毒害催化剂中促进副反响的活性中心，从而提高了选择

13、性。的活性中心，从而提高了选择性。除了应研制具有优良性能、长寿命的催化剂外，在消费中必需正除了应研制具有优良性能、长寿命的催化剂外，在消费中必需正确操作和控制反响参数，防止损害催化剂。确操作和控制反响参数，防止损害催化剂。 3.3.2 3.3.2 催化剂的活化催化剂的活化 每种活化方法均自各自的活化条件和操作要求，每种活化方法均自各自的活化条件和操作要求，应该严厉按照操作规程进展活化，才干保证催应该严厉按照操作规程进展活化，才干保证催化剂发扬良好的作用。化剂发扬良好的作用。 假设活化操作失误，轻那么使催化剂性能下降，假设活化操作失误，轻那么使催化剂性能下降，重那么使催化剂报废，经济损失宏大。重

14、那么使催化剂报废，经济损失宏大。 固体催化剂在出卖时的固体催化剂在出卖时的形状普通是较稳定的，形状普通是较稳定的，活性的形状活性的形状方法方法复原、氧化、硫化、复原、氧化、硫化、酸化、热处置等酸化、热处置等3.3.3 3.3.3 催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生1. 1.失活的缘由：失活的缘由：络合催化剂：主要是超温，大多数配合物在络合催化剂：主要是超温，大多数配合物在250250以上以上就分解而失活；就分解而失活；生物催化剂：过热、化学物质和杂菌的污染、生物催化剂：过热、化学物质和杂菌的污染、pHpH值失值失调等均是失活的缘由；调等均是失活的缘由；固体催化剂：固体催化剂： 超温过热，使催

15、化剂外表发生烧结，晶型转变或物超温过热，使催化剂外表发生烧结，晶型转变或物相转变；相转变； 原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒； 有污垢覆盖催化剂外表；有污垢覆盖催化剂外表； 有烃类或其他含碳化合物参与的反响往往易析碳，有烃类或其他含碳化合物参与的反响往往易析碳，催化剂酸性过强或催化催化剂酸性过强或催化 活性较低时析碳严重，发生活性较低时析碳严重，发生积碳或结焦，覆盖催化剂活性中心，导致失活。积碳或结焦，覆盖催化剂活性中心，导致失活。2. 2.失活类型：催化剂中毒有暂时性和永久性两种情况。失活类型：催化剂中毒有暂时性和永久性两种情况。 暂时性中毒是可逆的，当

16、原料中除去毒物后，催化剂暂时性中毒是可逆的，当原料中除去毒物后，催化剂可逐渐恢复活性；可逐渐恢复活性； 永久性中毒那么是不可逆的。永久性中毒那么是不可逆的。 3. 3.采取措施：采取措施： 严厉控制操作条件，采用构造合理的反响器；严厉控制操作条件，采用构造合理的反响器； 使反响温度在催化剂最正确运用温度范围内合理地分布，防使反响温度在催化剂最正确运用温度范围内合理地分布，防止超温；止超温； 反响原料中的毒物杂质应该预先加以脱除，使毒物含量低于反响原料中的毒物杂质应该预先加以脱除，使毒物含量低于催化剂耐受值以下；催化剂耐受值以下； 在有析碳反响的体系中，应采用有利于防止析碳的反响条件，在有析碳反响的体系中，应采用有利于防止析碳的反响条件，并选用抗碳性能高的催化剂。并选用抗碳性能高的催化剂。3.3.4 3.3.4 运输、储存和装卸运输、储存和装卸 催化剂普通价钱较贵，要留意维护。催化剂普通价钱较贵，要留意维护。 在运输和贮藏中应防止其受污染和破坏；在运输和贮藏中应防止其受污染和破坏； 固