催化劑性能及使用ppt課件

1、第第3 3章章 催化劑的性能及運(yùn)用催化劑的性能及運(yùn)用3.1 3.1 催化劑的根本特征催化劑的根本特征3.2 3.2 催化劑的分類催化劑的分類3.3 3.3 工業(yè)催化劑運(yùn)用中的有關(guān)問(wèn)題工業(yè)催化劑運(yùn)用中的有關(guān)問(wèn)題 3.3.1 3.3.1 工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生 3.3.4 3.3.4 運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今9090的化學(xué)工業(yè)中均包含有催化的化學(xué)工業(yè)中均包含有催化(catalysis)(catalysis)過(guò)程，催化過(guò)程，催化劑劑( ca

2、talyst )( catalyst )在化上消費(fèi)中占有相當(dāng)重要的位置，其作用主要表達(dá)在化上消費(fèi)中占有相當(dāng)重要的位置，其作用主要表達(dá)在以下幾方面。在以下幾方面。 1. 1.提高反響速率和選擇性提高反響速率和選擇性 2. 2.改良操作條件改良操作條件 3. 3.催化劑有助于開(kāi)發(fā)新的反響過(guò)程，開(kāi)展新的化工技術(shù)催化劑有助于開(kāi)發(fā)新的反響過(guò)程，開(kāi)展新的化工技術(shù) 4. 4.催化劑在能源開(kāi)發(fā)和消除污染中可發(fā)揚(yáng)重要作用催化劑在能源開(kāi)發(fā)和消除污染中可發(fā)揚(yáng)重要作用 借助催化劑從這些自然資源出發(fā)消費(fèi)出數(shù)量更多、質(zhì)量借助催化劑從這些自然資源出發(fā)消費(fèi)出數(shù)量更多、質(zhì)量 更好的二次能源；更好的二次能源； 在去除污染物的諸方

3、法中，催化法是具有宏大潛力的一種。在去除污染物的諸方法中，催化法是具有宏大潛力的一種。 3.1 3.1 催化劑的根本特征催化劑的根本特征催化劑：在一個(gè)反響系統(tǒng)中因參與了某種物質(zhì)而催化劑：在一個(gè)反響系統(tǒng)中因參與了某種物質(zhì)而使化學(xué)反響速率明顯加快，但該物質(zhì)在反響前使化學(xué)反響速率明顯加快，但該物質(zhì)在反響前后的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)不變。后的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)不變。催化劑的作用：能與反響物生成不穩(wěn)定中間化合催化劑的作用：能與反響物生成不穩(wěn)定中間化合物，改動(dòng)了反響途徑，活化能得以降低。物，改動(dòng)了反響途徑，活化能得以降低。自催化作用：有些反響所產(chǎn)生的某種產(chǎn)物也會(huì)使自催化作用：有些反響所產(chǎn)生的某種產(chǎn)物也會(huì)使反響迅速加快

4、。反響迅速加快。負(fù)催化劑或阻化劑：能明顯降低反響速率的物質(zhì)。負(fù)催化劑或阻化劑：能明顯降低反響速率的物質(zhì)。催化劑的三個(gè)根本特征：催化劑的三個(gè)根本特征： 催化劑是參與了反響的，但反響終了時(shí)，催化劑是參與了反響的，但反響終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和 數(shù)量的變化；數(shù)量的變化； 催化劑只能縮短到達(dá)化學(xué)平衡的時(shí)間催化劑只能縮短到達(dá)化學(xué)平衡的時(shí)間( (即加即加速作用速作用) )，但不能改動(dòng)平衡；，但不能改動(dòng)平衡； 催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反響。只能催化特定的反響。 3.2 3.2 催化劑的分類催化劑的分類 催化劑催

5、化劑= =活性組分活性組分+ +助催化劑助催化劑+ +載體載體3.2.1 3.2.1 活性組分活性組分按催化反響體系的物相均一性分：按催化反響體系的物相均一性分： 均相催化劑和非均相催化劑均相催化劑和非均相催化劑( (固體催化劑固體催化劑) )；按反響類別分：按反響類別分： 加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基 化、鹵化等眾多催化劑；化、鹵化等眾多催化劑；按反響機(jī)理分：氧化復(fù)原型催化劑、酸堿催化劑按反響機(jī)理分：氧化復(fù)原型催化劑、酸堿催化劑等；等；按運(yùn)用條件下的物態(tài)分：按運(yùn)用條件下的物態(tài)分： 1. 1.固

6、體催化劑：金屬催化劑、氧化物催化劑和固體催化劑：金屬催化劑、氧化物催化劑和硫化物催化劑等；硫化物催化劑等； 2. 2.液態(tài)催化劑：均相絡(luò)合物催化劑；液態(tài)催化劑：均相絡(luò)合物催化劑； 以過(guò)渡金屬如以過(guò)渡金屬如TiTi、V V、MnMn、FeFe、CoCo、NiNi、MoMo、 WW、AgAg、PdPd、PtPt、RuRu、RhRh等為中心原子，經(jīng)過(guò)等為中心原子，經(jīng)過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵與各種配位體構(gòu)成絡(luò)合物，過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵與各種配位體構(gòu)成絡(luò)合物，過(guò)渡金屬價(jià)態(tài)的可變性及其與不同性質(zhì)配位體的渡金屬價(jià)態(tài)的可變性及其與不同性質(zhì)配位體的結(jié)合，給出了多種多樣的催化功能。結(jié)合，給出了多種多樣的催化功能。 提高固體催

7、化劑中活性外表的最有效提高固體催化劑中活性外表的最有效的方法是采用大比外表積的載體，的方法是采用大比外表積的載體，優(yōu)點(diǎn)：以分子態(tài)均勻地分布在液相反響體系中，催化效率很高。優(yōu)點(diǎn)：以分子態(tài)均勻地分布在液相反響體系中，催化效率很高。 在溶液中每個(gè)催化劑分子都是具有同等性質(zhì)的活性單位，因此只能在溶液中每個(gè)催化劑分子都是具有同等性質(zhì)的活性單位，因此只能 催化特定反響，應(yīng)選擇性很高。催化特定反響，應(yīng)選擇性很高。缺陷：催化劑與產(chǎn)物的分別較復(fù)雜，價(jià)錢較昂貴。缺陷：催化劑與產(chǎn)物的分別較復(fù)雜，價(jià)錢較昂貴。3. 3.酸催化劑比堿催化劑運(yùn)用廣泛；酸催化劑比堿催化劑運(yùn)用廣泛；4. 4.工業(yè)用生物催化劑：活細(xì)胞和游離或固

8、定的酶的總稱。工業(yè)用生物催化劑：活細(xì)胞和游離或固定的酶的總稱。優(yōu)點(diǎn)：具有能在常溫常壓下反響、反響速率快、催化作用專注選擇性高。優(yōu)點(diǎn)：具有能在常溫常壓下反響、反響速率快、催化作用專注選擇性高。缺陷：不耐熱、易受某些化學(xué)物質(zhì)及雜菌的破壞而失活，穩(wěn)定性差、壽命短、缺陷：不耐熱、易受某些化學(xué)物質(zhì)及雜菌的破壞而失活，穩(wěn)定性差、壽命短、對(duì)溫度和對(duì)溫度和pHpH值范圍要求苛刻，酶催化劑的價(jià)錢較昂貴。值范圍要求苛刻，酶催化劑的價(jià)錢較昂貴。3.2.2 3.2.2 助催化劑促進(jìn)劑：助催化劑促進(jìn)劑：作用：提高活性或改善諸如機(jī)械強(qiáng)度、活性組分分散度、抗碳、抗燒結(jié)、抗作用：提高活性或改善諸如機(jī)械強(qiáng)度、活性組分分散度、抗

9、碳、抗燒結(jié)、抗水合等性能。水合等性能。3.2.3 3.2.3 載體載體特點(diǎn)：大比外表積，應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使催化劑在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸特點(diǎn)：大比外表積，應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使催化劑在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸和運(yùn)用中不易破碎或粉化。和運(yùn)用中不易破碎或粉化。3.3 3.3 工業(yè)催化劑運(yùn)用中的有關(guān)問(wèn)題工業(yè)催化劑運(yùn)用中的有關(guān)問(wèn)題 3.3.1 3.3.1 工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生 3.3.4 3.3.4 運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸 3.3.1 3.3.1 工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能

10、工業(yè)催化劑的運(yùn)用性能活性：在給定的溫度、壓力和反響物流量活性：在給定的溫度、壓力和反響物流量( (或空或空間速度間速度) )下，催化劑使原料轉(zhuǎn)化的才干。下，催化劑使原料轉(zhuǎn)化的才干。選擇性：指反響所耗費(fèi)的原料中有多少轉(zhuǎn)化為目選擇性：指反響所耗費(fèi)的原料中有多少轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。 當(dāng)催化劑的活性與選擇性難以兩全其美時(shí)，當(dāng)催化劑的活性與選擇性難以兩全其美時(shí)， 假設(shè)反響原料昂貴或產(chǎn)物分別很困難，宜選假設(shè)反響原料昂貴或產(chǎn)物分別很困難，宜選用選擇性高的催化劑；用選擇性高的催化劑； 假設(shè)原料價(jià)廉易得或產(chǎn)物易分別，那么可選假設(shè)原料價(jià)廉易得或產(chǎn)物易分別，那么可選用活性高的催化劑。用活性高的催化劑。壽命：其運(yùn)

11、用期限的長(zhǎng)短，壽命的表征是消費(fèi)單壽命：其運(yùn)用期限的長(zhǎng)短，壽命的表征是消費(fèi)單位量產(chǎn)品所耗費(fèi)的催化劑量，或在滿足消費(fèi)要位量產(chǎn)品所耗費(fèi)的催化劑量，或在滿足消費(fèi)要求的技術(shù)程度上催化劑能運(yùn)用的時(shí)間長(zhǎng)短。求的技術(shù)程度上催化劑能運(yùn)用的時(shí)間長(zhǎng)短。催化劑的壽命受以下幾方面性能影響催化劑的壽命受以下幾方面性能影響: :化學(xué)穩(wěn)定性：催化劑的化學(xué)組成和化合形狀在化學(xué)穩(wěn)定性：催化劑的化學(xué)組成和化合形狀在運(yùn)用條件下發(fā)生變化的難易。運(yùn)用條件下發(fā)生變化的難易。熱穩(wěn)定性：指催化劑在反響條件下對(duì)熱破壞的耐受力。熱穩(wěn)定性：指催化劑在反響條件下對(duì)熱破壞的耐受力。機(jī)械穩(wěn)定性：指固體催化劑在反響條件下的強(qiáng)度能否足夠。機(jī)械穩(wěn)定性：指固體催

12、化劑在反響條件下的強(qiáng)度能否足夠。耐毒性：指催化制對(duì)有毒物質(zhì)的抵抗力或耐受力。耐毒性：指催化制對(duì)有毒物質(zhì)的抵抗力或耐受力。 多數(shù)催化劑容易遭到一些物質(zhì)的毒害，中毒后的催化劑活性和多數(shù)催化劑容易遭到一些物質(zhì)的毒害，中毒后的催化劑活性和選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的運(yùn)用壽命。選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的運(yùn)用壽命。 不同催化劑的毒物是不同的，常見(jiàn)的毒物有砷、硫、氯的化合不同催化劑的毒物是不同的，常見(jiàn)的毒物有砷、硫、氯的化合物及鉛等重金屬。物及鉛等重金屬。 在有些反響中，特意參與某種物質(zhì)去毒害催化劑中促進(jìn)副反響在有些反響中，特意參與某種物質(zhì)去毒害催化劑中促進(jìn)副反響的活性中心，從而提高了選擇

13、性。的活性中心，從而提高了選擇性。除了應(yīng)研制具有優(yōu)良性能、長(zhǎng)壽命的催化劑外，在消費(fèi)中必需正除了應(yīng)研制具有優(yōu)良性能、長(zhǎng)壽命的催化劑外，在消費(fèi)中必需正確操作和控制反響參數(shù)，防止損害催化劑。確操作和控制反響參數(shù)，防止損害催化劑。 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 每種活化方法均自各自的活化條件和操作要求，每種活化方法均自各自的活化條件和操作要求，應(yīng)該嚴(yán)厲按照操作規(guī)程進(jìn)展活化，才干保證催應(yīng)該嚴(yán)厲按照操作規(guī)程進(jìn)展活化，才干保證催化劑發(fā)揚(yáng)良好的作用?；瘎┌l(fā)揚(yáng)良好的作用。 假設(shè)活化操作失誤，輕那么使催化劑性能下降，假設(shè)活化操作失誤，輕那么使催化劑性能下降，重那么使催化劑報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失宏大。重

14、那么使催化劑報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失宏大。 固體催化劑在出賣時(shí)的固體催化劑在出賣時(shí)的形狀普通是較穩(wěn)定的，形狀普通是較穩(wěn)定的，活性的形狀活性的形狀方法方法復(fù)原、氧化、硫化、復(fù)原、氧化、硫化、酸化、熱處置等酸化、熱處置等3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生1. 1.失活的緣由：失活的緣由：絡(luò)合催化劑：主要是超溫，大多數(shù)配合物在絡(luò)合催化劑：主要是超溫，大多數(shù)配合物在250250以上以上就分解而失活；就分解而失活；生物催化劑：過(guò)熱、化學(xué)物質(zhì)和雜菌的污染、生物催化劑：過(guò)熱、化學(xué)物質(zhì)和雜菌的污染、pHpH值失值失調(diào)等均是失活的緣由；調(diào)等均是失活的緣由；固體催化劑：固體催化劑： 超溫過(guò)熱，使催

15、化劑外表發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(zhuǎn)變或物超溫過(guò)熱，使催化劑外表發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變；相轉(zhuǎn)變； 原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒；原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒； 有污垢覆蓋催化劑外表；有污垢覆蓋催化劑外表； 有烴類或其他含碳化合物參與的反響往往易析碳，有烴類或其他含碳化合物參與的反響往往易析碳，催化劑酸性過(guò)強(qiáng)或催化催化劑酸性過(guò)強(qiáng)或催化 活性較低時(shí)析碳嚴(yán)重，發(fā)生活性較低時(shí)析碳嚴(yán)重，發(fā)生積碳或結(jié)焦，覆蓋催化劑活性中心，導(dǎo)致失活。積碳或結(jié)焦，覆蓋催化劑活性中心，導(dǎo)致失活。2. 2.失活類型：催化劑中毒有暫時(shí)性和永久性兩種情況。失活類型：催化劑中毒有暫時(shí)性和永久性兩種情況。 暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)

16、原料中除去毒物后，催化劑暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢復(fù)活性；可逐漸恢復(fù)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： 嚴(yán)厲控制操作條件，采用構(gòu)造合理的反響器；嚴(yán)厲控制操作條件，采用構(gòu)造合理的反響器； 使反響溫度在催化劑最正確運(yùn)用溫度范圍內(nèi)合理地分布，防使反響溫度在催化劑最正確運(yùn)用溫度范圍內(nèi)合理地分布，防止超溫；止超溫； 反響原料中的毒物雜質(zhì)應(yīng)該預(yù)先加以脫除，使毒物含量低于反響原料中的毒物雜質(zhì)應(yīng)該預(yù)先加以脫除，使毒物含量低于催化劑耐受值以下；催化劑耐受值以下； 在有析碳反響的體系中，應(yīng)采用有利于防止析碳的反響條件，在有析碳反響的體系中，應(yīng)采用有利于防止析碳的反響條件，并選用抗碳性能高的催化劑。并選用抗碳性能高的催化劑。3.3.4 3.3.4 運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸運(yùn)輸、儲(chǔ)存和裝卸 催化劑普通價(jià)錢較貴，要留意維護(hù)。催化劑普通價(jià)錢較貴，要留意維護(hù)。 在運(yùn)輸和貯藏中應(yīng)防止其受污染和破壞；在運(yùn)輸和貯藏中應(yīng)防止其受污染和破壞； 固