催化剂与人类能源

1、催化剂与人类能源应化1211何谓催化剂催化剂又称触媒，在初中阶段的定义是能改变化学反应速率，而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。例如二氧化锰可以作为过氧化氢（双氧水）分解的催化剂。催化剂分为和正催化剂逆催化剂，正催化剂有助于反应向正方向移动，逆催化剂有助于反应向逆方向移动。 2基本用途 在化工生产、科学家实验和生命活动中，催化剂都大显身手。例如，硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要用以铁为主的多分组催化剂，提高反应速率。在炼油厂，催化剂更是少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油、煤油。化工合成酸性和碱性色可赛思催化剂。车尾气中含有害的

2、一氧化碳和一氧化氮，利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业、制药业等都要用催化剂催作。 3实例介绍氧化催化剂石油化工制造含氧产品的过程绝大多数为选择性氧化过程。选择性氧化产品占有机化工产品总量的80%； 所用的催化剂首先要求有高催化选择性。选择性氧化催化剂可分为气固相氧化催化剂和液相氧化催化剂。（见催化剂选择性）实例介绍4气固相氧化催化剂主要有乙烯氧化制环氧乙烷用的银催化剂，以碳化硅或 氧化铝为载体（加少量氧化钡为助催化剂）。经过对催化剂和工艺条件的不断改进，以乙烯计的重

3、量收率已超过100%。以钒-钛系氧化物为活性组分， 喷涂于碳化硅或刚玉上制成的催化剂，用于从邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐。钒钼系氧化物活性组分喷涂于刚玉上制成的催化剂，用于苯或丁烷氧化制顺丁烯二酸酐。这类催化剂的改进是向多组分发展，已有八组分催化剂的出现。载体的形状也由球形改为环形、半圆形 等以利传热。总的趋势是追求高负荷、高收率和产品的高纯度。醇氧化成醛或酮，如甲醇氧化成甲醛用的 银-浮石（或氧化铝）、氧化铁-氧化钼及电解银催化剂。氨化氧化催化剂，20世纪60年代开发了以铋-钼-磷系复合氧化物催化组分载于氧化硅上的催化 剂，在此催化剂上通入丙烯、氨、空气，可一步合成丙烯腈。为了提高选择性和收率

4、，减少环境污染，各国均对催化剂不断改进，有的新催化剂所含元素可达15种。氧氯化催化 剂，60年代开发了氯化铜氧化铝催化剂，在沸腾床反应器中通乙烯、氯化氢和空气或氧可得二氯乙烷。二氯乙烷经热裂解得氯乙烯单体。此法对在电力昂贵而石油化工发达的地区发展聚氯乙烯很有利。5液相氧化催化剂主要有：乙烯、丙烯氧化制乙醛、丙酮（瓦克法），用含少量氯化钯的氯化铜溶液催化剂，通入烯烃、空气或氧气，经一步或二步反应后得到所需含氧化合物。缺点是对反应设备腐蚀严重。芳烃侧链氧化为芳基酸用的催化剂，如对二甲苯在醋酸溶液中加醋酸钴及少量溴化铵加热，通空气氧化生产对苯二甲酸，但对反应设备腐蚀严重。6加氢催化剂加氢催化剂除用于

5、产品生产过程， 也广泛用于原料和产品的精制过程。根据加氢情况的不同分为三类：选择性加氢催化剂，如石油烃裂解所得乙烯、丙烯用作聚合原料时，须先经选择加氢，除去 炔、双烯、一氧化碳、二氧化碳、氧等微量杂质，而对烯没有损耗。所用催化剂一般是钯、铂或镍、钴、钼等载于氧化铝上。控制活性物质的用量、载体和催化剂的制造方法，可得不同性能的选择加氢催化剂。其他如裂解汽油的精制、硝基苯加氢还原为苯胺，也 用选择加氢催化剂。非选择性加氢催化剂，即深度加氢成饱和化合物用的催化剂。如苯加氢制环己烷用的镍氧化铝催化剂，苯酚加氢制环己醇、已二腈加氢制己二胺用的骨架镍催化剂。氢解催化剂，如用亚铬酸铜催化剂使油脂加氢氢解生产

6、高级醇等。7脱氢催化剂如氧化铁氧化铬氧化钾可使乙苯（或正丁烯）在高温及大量水蒸气存在下脱氢成苯乙烯（或丁二烯）。由于脱氢一般需在高温、减压或大量稀释剂存在下进行，能量消耗大。近年来，发展了在较低温度下进行 氧化脱氢催化技术。如正丁烯用铋钼系金属氧化物催化剂经氧化脱氢制得丁二烯。8氢甲酰化催化剂是工业生产中最早应用的络合催化剂。用烯烃与合成气 (CO+H2)在催化剂存在下反应生成多一个碳原子的醛。如 用乙烯、丙烯为原料经氢甲酰化（即通称的羰基合成）制得丙醛、丁醛。氢甲酰化过程过去用羰基钴络合物为催化剂，在液相高温高压下进行。近年来，用羰基铑膦络合物催化剂，反应压力由原来的20MPa降到5MPa，而且提高了正构醛的选择性,节省了能量，降低了成本。目前，在研究铑的回收方法及寻找代替铑的其他价 廉易得的高效催化剂，并研究负载型络合催化剂，以简化分离工艺。9聚合催化剂聚乙烯主要分为低密度和高密度两种。过去，前 者多用高压法(100300MPa)生产,以氧、有机过氧化物为催化剂。后者多用中压法或低压法生产，中压法以载于硅铝胶上的铬-氧化钼等为催化剂,低 压法则用齐格勒型催化剂(以四氯化钛和三乙基铝体系为代表)，在低温低压下聚合。近年来开发了新型高效催化剂，虽各厂有其独特的新催化剂，但多用以镁化合 物为载体的钛铝体系催化剂，目前已达到每克钛可制得数十万克以上聚乙烯的水平，由于聚合