《工业催化基础》课件(第1章 绪论).ppt

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1、主要内容：催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业催化的常用术语。掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领域；掌握工业催化的常用术语。化工资源有效利用国家重点实验室1第一节催化剂的基本知识催化剂和催化作用：何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子混合在一个惰性的容器中，即使在500℃下，也几乎检测不到NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允许的可逆放热反应：N2+3H2⇌NH3ΔH500＝－109kJ/mol但如果在N2分子和H2分子混合气体的体系中有少量Fe存在，就会有NH3生成，其中Fe就称为催化剂，对

2、NH3的生成起着关键的作用。化工资源有效利用国家重点实验室2Fe的催化作用本质：（1）没有催化剂，N2分子和H2分子化合生成NH3是一个均相的化学反应过程，要经过N2分子的N－N键和H2分子的H－H键断裂和N－H键的形成，N2分子和H2分子都非常稳定，经均相化学反应合成NH3需要很大的能量，即反应的活化能很高（在500℃，常压条件下活化能为334.6kJ/mol），在这种情况下，反应极慢，以至于生成NH3的量甚微，常规方法都难以测出。化工资源有效利用国家重点实验室3第一节催化剂的基本知识（2）采用Fe作为催化剂时，N2分子和H2分子化合生成NH3的活化能大

3、大降低了（反应途径发生了变化）。N2分子和H2分子首先在Fe催化剂表面发生化学吸附，使得N2分子和H2分子的化学键削弱，然后化学吸附的氮（Nad）和化学吸附的氢（Had）在催化剂表面相互作用，并经过一系列的表面化学反应，最后生成的NH3分子从催化剂表面脱附生成产物NH3，反应途径、反应机理和反应过程的能量关系如下：合成NH3反应途径：第一节催化剂的基本知识反应机理和反应过程的能量如下：ReactionsatSurfaces:FromAtomstoComplexity(NobelLecture)byGerhardErtlAngew.Chem.Int.Ed.2

4、008,47,3524–3535第一节催化剂的基本知识催化剂定义1981年，国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）对催化剂有一个明确的定义。即：催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。化工资源有效利用国家重点实验室6第一节催化剂的基本知识催化剂:现代化学工业的基石90％以上的化工产品是借助催化剂生产出的，没有催化剂，就不可能建立现代化学工业。如：无机化学工业中的合成氨、硝酸、硫酸等的生产石油加工中的催化裂化、催化重整等过程石油化工中醇、醛、酸、酯的生产三大合成高分

5、子材料的生产煤化工与天然气化工过程生物化工中的酶催化过程环保催化过程等化工资源有效利用国家重点实验室7第二节催化剂的重要应用领域二十世纪工业催化的一些重大发明第二节催化剂的重要应用领域第二节催化剂的重要应用领域二十世纪工业催化的一些重大发明石油炼制：指对不同沸程的石油馏分经催化转化成各种燃料油，润滑基础油，化工原料的过程。这是催化剂最重要的应用领域，使用的催化剂包括各种固体酸，分子筛，负载型金属催化剂等；催化反应过程有催化裂化，催化重整，催化加氢等；反应工艺有固定床、流化床、提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常压渣油催化裂化等。化工资源有效利用

6、国家重点实验室10第二节催化剂的重要应用领域石油化工：指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的催化过程，包括一些基本有机化工原料合成的催化过程，所用的催化剂种类很多。一些重要的催化过程有：催化加氢与脱氢；催化水合与脱水；烃类的异构和芳构；芳烃烷基化，歧化及烷基转移；烯烃二聚及齐聚等。细精化工：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工，特别具有特定功能，特定用途且附加值高的化工产品的化工过程。涉汲到氧化反应，还原反应，碳链增减反应，重排反应，杂环合成反应，不对称合成工艺等。广泛使用酸碱催化剂，超强酸碱催化剂，分子筛择形催化剂，金属化合物和配合物催化剂，

7、手性催化剂，相转移催化剂等。化工资源有效利用国家重点实验室11第二节催化剂的重要应用领域合成材料：通常指合成树脂，合成纤维，合成橡胶这三大合成材料合成树脂--聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等；合成纤维--涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维、腈纶（聚丙烯腈）纤维、维伦（聚乙烯醇）纤维等；合成橡胶--丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶碳一化学：碳一（C1）化学主要研究含一个碳原子的化合物，如甲烷，甲醇，CO，CO2，HCN等参与的化学反应。目前已可按C1化学的路线，从煤和天然气出发，生产出新型的合成燃料，以及乙烯，丙烯，芳烃等重要的起始化工原料。而这些新工艺

8、的开发，首先要解决催化剂这一关键问题，特别是煤经合成气（CO+H2