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催化剂导论

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催化反应工程催化反应程于广锁、王兴军洁净煤技术研究所上海煤气化工程技术研究中心煤气化及能源化工教育部重点实验室ICCT-ECUST2013时间：周二3-4节1-9周全周四56节19周全5-61-9教室：七-102开课系：能源化工系20学分：2.0学分性质：专业选修课专业：热能与动力工程32/2ICCT-ECUST2013主要内容一绪论多相催化反应过程及本征动力学二210气固催化反应宏观动力学三8气固相催化反应工程理想流动与非理想流动反应器四6气固相催应程2五催化剂制备、表征、失活六2典型的催化过程及催化剂七2ICCT-ECUST 2013高正中编著化学工业出版社,19967502516247高正中，戴洪兴编著（二版）化学工业出版社,2012.197871221199957-5025-1624-7 978-7-122-11999-5 李玉敏编著天津大学出版社,1992.117561803826张濂，许志美编著华东理工大学出版社20050 7-5618-0382-6 华东理工大学出版社,2005.0 7-5628-1662-XICCT-ECUST 2013黄仲涛，耿建铭编著化学工业出版社,2006.06 7-5025-8742-XEffect of scale on performance Experimental tools and techniqueThe recycle reactor concept 朱炳辰主编Experimental systems and methodsExecuting the experiment Kinetic measurements 化学工业出版社,2006.12 7-5025-9765-4……"Experiments in Catalytic Reaction Engineering"By:J.M.BertyPublisher:Elsevier Science |1999|ISBN:0444828230|Pages:255http://books google fr/books?hl=zh闵恩泽著中国石化出版社,1997 7-80043-637-3http://books.google.fr/books?hl=zh-CN&lr=&id=Zr9m4Cv27JIC&oi=fnd&pg=PP2&dq=Experiments+in+Catal ytic+Reaction+Engineering&ots=IFCWgLDQW_&sig=gMz9VniXW3IrwKR 0tGRstHog6Rw#v=onepage&q=Experiments%20in%20Catalytic%20Reac tion%20Engineering&f=falseICCT-ECUST 2013催化领域期刊Journal of Catalysis(J.Catal.)能源领域期刊 CHEM ENG SCIy()Applied Catalysis,A General(Appl.Catal.A)Applied Catalysis,B Environment(Appl.Catal.A) AIChE JIND ENG CHEM RES FUELJournal of Molecular Catalysis,A Chemical(J.Mol.Catal.A) Journal of Molecular Catalysis,B Enzymatic(J.Mol.Catal.B) PHYS FLUIDSENERG FUELFUEL PROCESS TECHNOLCatalysis Today Surface Sciences 催化学报 INT J HYDROGEN ENERG BIORESOURCE TECHNOL INT J MULTIPHAS FLOW分子催化物理化学学报 POWDER TECHNOL 燃料化学学报化学物理学报高等学校化学学报化工学报高校化学工程学报 中国电机工程学报ICCT-ECUST2013第一章绪论1.引言¾90％以上的化工产品，是借助催化剂生产出来的。

¾“没有催化剂，就不可能建立近代的化学工业”“没有催化剂就不可能建立近代的化学工业”¾能源开发和环境保护，成为人类社会生存和发展的两大战略问题：大气污染煤和生物质——液体燃料和化工原料(碳一化工)¾目前催化剂的用途：环境保护、矿物燃料加工、化学品制造ICCT-ECUST2013水煤浆气化技术应用国内国内3131个项目，个项目，8888台气化炉台气化炉华鲁恒升(氨)1*750TPD(65MPa)山东海力2*2000TPD(65MPa)安阳盈德（尿素）2*2200TPD(42MPa 烟台万华3*1500TPD(65MPa 内蒙昊华2*2000TPD(65MPa)京能内蒙2*2000TPD(42MPa)运行 兖矿国泰(甲醇) 3*1150TPD(4.0MPa) 新能凤凰(甲醇) 3*1500TPD(6.5MPa)醇 包头泛海 3*1500TPD(6.5MPa)1*750TPD(6.5MPa) 22000TPD(6.5MPa) 2*2200TPD(4.2MPa )3*1500TPD(6.5MPa ) 五原金牛 2*1200TPD(6.5MPa)22000TPD(6.5MPa) 22000TPD(4.2MPa)在建兖矿新疆 3*1500TPD(6.5MPa)兖矿鲁化(甲醇) 1*1150TPD(4.0MPa) 江苏索普(甲醇、CO) 3*1500TPD(6.5MPa) 江苏灵谷(氨、尿素) 2*2000TPD(4.0MPa) 新疆心连心 5*3000TPD(4.0MPa)内蒙荣信 3*3000TPD(6.5MPa)() 1*2000TPD (4.0MPa)中盐昆山 2*1200TPD(6.5MPa) 伊泰伊犁 5*3000TPD(4.0MPa)江苏华昌 2*2000TPD(6.5MPa)宁波万华(甲醇、CO) 3*1200TPD(6.5MPa)青海盐湖 3*2200TPD(6.5MPa) 兖矿榆林 8*2000TPD(4.0MPa)()宁波中金 2*1000TPD(1.5MPa)安徽华谊(甲醇) 3*1500TPD(6.5MPa)山东久泰 6*2000TPD(6.5MPa)盛大宁东 2*2000TPD(6.5MPa)神华宁煤(甲醇) 3*2000TPD(4.0MPa)华电半山 1*2200TPD(3.5MPa)上海焦化 2*2200TPD 河南心连心 3*1200TPD(6.5MPa)ICCT-ECUST 2013已经投入运行的有12家企业，计29台套气化炉催化过程的发展1838年，实现了工业规模合成SO3；年实现了工业规模合成氨；1913年，实现了工业规模合成氨；Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药；1923年，实现了以煤为原料，通过CO＋H2的合成烃类，即所谓费托(F—T)合成。

Cu系催化剂作用下制得了甲醇。

(F T)合成系催化剂作用下制得了甲醇 20年代以后，利用钒作催化剂由萘成功地氧化为邻二甲苯酐。

ICCT-ECUST2013合成氨发展历程勒·夏特列(1850~1936)能斯特(1864~1941)，德哈伯(1868~1934)，德()，法国化学家。

国物理学家、物理化学家和化学史家国物理化学家、合成氨的发明者。

ICCT-ECUST2013史家。

催化剂在汽车尾气中的应用堇青石蜂窝陶瓷载体ØØ氧化铝涂层Ø储氧材料ICCT-ECUST2013三元催化器的结构它有四部分壳体减震层载体催化剂核心部分称为净化剂，有两部分载体：常用陶瓷，蜂窝状催化剂：用的是金属铂、铑、钯ICCT-ECUST2013三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳水和氮气三元催化器开始起作 环境保护原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右，最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。

称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应而是在上面覆盖着一层本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。

车库内死亡？汽车尾气中毒是因为在一个密闭的环境内，车辆长时间怠速运转，使得三元催化器无法启动，大量有毒尾气会进入车内导致中毒。

开着空调在车里睡觉就会这种情况。

如果在一个密闭的环境里情况就更严重境里，情况就更严重。

车库内发动机开着，排出的尾气没地方去，一氧化碳含量就会漫漫地增加。

ICCT-ECUST2013热工与化工的融合——“催化与反应”对热能工程影响深远催化正确无误的动力学数据技艺科学充分的表征作充分的表征工作现在催化剂的选择主要靠技艺，也就是经验。

ICCT-ECUST2013目前催化科学对于预测一种新反应所需催化剂的活性组分和配方尚有困难，因而就更难以预测一种新反应所需催化剂的选择方尚有困难因而就更难以预测种新反应所需催化剂的选择性和寿命等。

¾不断引入和发展表征催化剂和催化过程的新实验技术¾应用理论方法来描述和预测催化剂的性能(量子化学从头计算技术、分子动态学和过渡态理论、蒙特卡洛技术)¾应用计算机进行催化剂设计ICCT-ECUST2013催化剂解决速率问题，催化作用属于化学动力学范畴化学动力学也称反应动力学、化學反應動力學，是物理化学的一个分支，研究化学反应的反应速率及反应机理。

它的主要研究领域包括：分子反应动力学、催化动力学、基元反应动力学、宏观动力学、表观动力学等，也可依不同化学分等也可依不同化学分支分类为有机反应动力学及无机反应动力学。

化学动力学往往是化工生产过程中的决定性因素。

ICCT-ECUST2013化学动力学与化学热力学不同，不是计算达到反应平化学动力学与化学热力学不同不是计算达到反应平衡时反应进行的程度或转化率，而是从一种动态的角度观察化学反应，研究反应系统转变所需要的时间，以及这之中涉及的微观过程化学动力学与热力学的以及这之中涉及的微观过程。

化学动力学与热力学的基础是统计力学、量子力学和分子运动论。

ICCT-ECUST2013反应速率反应速率是化学反应快慢程度的量度，广义地讲是参与反应的物质的量随时间的变化量的绝对值分为与反应的物质的量随时间的变化量的绝对值，分为平均速率与瞬时速率两种。

平均速率是反应进程中某时间间隔（Δt）内参与反应的物质的量的变化量可用单位时间内反应物的减少的物质的量的变化量，可用单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量来表示；瞬时速率是浓度随时间的变化率，即浓度-时间图像上函数在某一特定时间的切线斜率的切线斜率。

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催化剂工程导论

催化剂工程导论

催化剂工程导论一、定义题1.什么是助催化剂？（P18）助催化剂是催化剂中具有提高催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械程度和寿命等性能的成分。

虽然助催化剂本身并无活性，但只要在催化剂中添加少量助催化剂，即可明显达到改进催化剂性能的目的。

2.什么是设备放大效应？ P133随着催化剂制备规模由小试而中试，再由中试而工业化大生产，设备逐步增容，构造还可能变化，由此而带来制品质量的种种差异，可称之为设备的放大效应。

3.什么是比表面积？(p93)催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和，单位为/ g ,有时也简称比表面4.什么是TGDTA?TG指的是热重分析，DTA指的是差热分析，TG和DTA一般是在一台仪器上，也就是热重-差热分析仪.5.什么是过渡浸渍？这个自己找一下二、判断题1、用沉淀法制备催化剂，加料方式对催化剂性能影响不大。

（×）答案在p35：经验证明，在溶液浓度，温度，加料速度等其他条件完全相同的条件下，由于加料方式的不同，所得沉淀的性质也可能有很大差异，并进而使最终催化剂或载体的性质出现差异。

2、催化剂不参与化学过程。

（×）实质是参加了化学反应，经过一次化学循环后又恢复到原来的组成3、工业催化剂载体都是多孔惰性物质。

（×）正确说法：工业催化剂载体多数是孔性惰性物质4、起加速化学反应的物质是催化剂。

（×）起加速化学反应的物质也可能不是催化剂。

答案在p13第一段第二段：催化剂是在化学方面起加速化学反应的作用，而像光、电子热以及磁场等物理因素有时也能引起并加速化学反应，但其所起的作用一般不被称为催化作用。

根据定义：起催化作用的物质称为催化剂，知其不是催化剂。

5、合成氨催化剂中的Al2O3是电子型助催化剂。

（×）答案在P19 :它是结构型助催化剂。

三、选择题1、双金属重整催化剂中，氧化铝作什么成分？（载体）2、制备骨架镍催化剂应采用（热熔融法）P46~473、干燥温度范围（80~200℃），焙烧温度范围（≥600℃）P374、分子筛中择形性最好的是哪个？ZSM55、浸渍法制备多组分催化剂应采用（多次浸渍）P43四、简答题1 简述Dowden建议的催化剂设计程序。

催化剂工程导论04

催化剂工程导论04


• 汞对多数固体是非润湿的，汞与这些固体的接 触角大于90°，需加外力才能进入固体孔中。 以σ表示汞的表面张力，汞与固体的接触角为φ， 汞进入半径为r的孔需要的压力为P，则孔截面 上受到的力为r2πP，而由表面张力产生的反方 向张力为-2πrσcosφ，当平衡时，二者相等，故 有
• r2πP = -2πrσcosφ
1 0.808
1.55103
V脱
• 3) 计算V孔，它等于P/P0为0.95的VL，即吸 附剂内孔全部填满液体的总吸附量，以公 式表之：
• V孔= (VL ) P / P0 0.95
• 4) 将VL/V孔（%）对rp作图，得孔分布的 积分图。从此图可算出在某rp区间的孔所 占体积对总孔体积所占的百分数。
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•返 •回
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图3.6 色谱法测定比表面积装置
• Vl、V2一针形阀；V3—三通活塞；Ml、M2一流量计；T―热导池；R一搅拌器。
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图3.7
吸附一脱附色谱峰示意图
• 计算表面积需要数据如下：
• W—抽气后的催化剂的重量，（g）；
• f—换算因子，（ml/峰面积cm2）； • PA—大气压，（Pa）； • P—氮气饱和蒸汽压； • VT—总流速，（ml/min）； • VHe—氦气流速，（ml/min）； • VN2 —氮气流速，（ml/min），
• b)重量法
• 与容量法类似，不同之处在于吸附量是在 改变压力下，由石英弹簧称吊挂的样品因 吸附前后重量变化所引起弹簧伸长而计算 得出的。这种方法仍需要真空装置，其准 确度要比容量法小得多。
•
上述两种方法由于其不足，在使用上
受到限制。故在此仅介绍目前国内外发展
较快的下述方法。
催化剂导论考试大纲

催化剂导论考试大纲

黑龙江大学硕士研究生入学考试大纲考试科目名称：催化剂导论考试科目代码：[087]一、考试要求学习要求为考试内容所规定范围，对工业催化专业方向的学生，要求掌握催化剂的基本原理、催化作用、催化过程的吸附作用，熟悉催化剂制备的基本工艺和方法，熟悉对催化剂性质的测试与表征方法和手段，了解催化剂失活与再生的原因与方法等内容。

注重基本概念，基本原理，基本方法。

本课程参考书为：〈实用催化〉高正中编化学工业出版社；〈催化剂工程导论〉王尚弟、孙俊全编化学工业出版社。

二、考试内容第一章概论一、有关催化剂作用和催化剂的定义、概念1．催化作用2．催化剂的活性、选择性和寿命二、催化剂的组成、成分1．工业催化剂需考虑的问题2．催化剂的成分三、催化体系分类第二章催化中的吸附作用一、固体催化剂的表面结构二、分子在固体表面的吸附1．物理吸附与化学吸附2．吸附的可动性3．吸附位能曲线三、吸附热四、金属上的化学吸附1．金属的化学吸附活性2．一些气体的化学吸附态第三章工业催化剂制备制造方法一、沉淀法1．沉淀法的分类2．沉淀操作的原理和技术要点3．实例二、浸渍法1．各类浸渍法的原理及操作2．实例三、混合法四、热熔融法五、离子交换法六、催化剂成型1．成型工艺概述2．几种重要的成型方法七、固体催化剂制备方法的新进展第四章催化剂表征与测试一、概述二、活性评价和动力学研究1．活性的测定与表示方法2．动力学研究的意义和作用3．实验室反应器4．评价与动力学实验的流程和方法三、催化剂的宏观物理性质测定1．颗粒直径及粒径分布2．机械强度测定3．催化剂的抗毒稳定性及其测定4．比表面积测定与孔结构表征四、催化剂微观性质的测定和表征1．电子显微镜在催化剂研究中的应用2．X-射线结构分析在催化剂研究中的应用3．热分析技术在催化剂研究中的应用第五章催化剂的失活一、结焦二、金属污染三、毒物吸附1．金属催化剂中毒2．固体酸催化剂中毒3．毒物的结构和性质对其毒性的影响4．中毒与反应条件四、烧结1．生成化合物2．相转变与相分离3．活性组分被包埋4．组分挥发5．颗粒破裂6．结污7．催化剂再生和更换第六章催化剂在化工利用中的应用、发展及实例分析1．催化加氢；2．催化氧化；3．催化剂在是由石油化工等领域中的应用4．环境友好催化剂及其应用三、考试结构1．考试时间：120分钟2．满分： 150分3．题型结构：简答（40 ）论述（35）综合分析及评述（75分）四、参考书目1．《实用催化》，高正中编，化学工业出版社2．《催化剂工程导论》，王尚弟、孙俊全编，化学工业出版社。

催化剂工程的导论

催化剂工程的导论

第一章1.1953年Ziegler-Natta型催化剂的问世，是化工里程碑。

2•合成氨工业是最伟大的工艺开发：把催化剂理论和工艺实际相结合，解决了热力学、催化剂筛选、高压的问题。

3. Wachker :乙烯制备乙醛，采用纯乙烯和纯氧，催化剂原位再生，乙烯大量过剩，维持在爆炸极限上限操作，压力为0.3mpa,温度为373K，乙烯经纯化后再生，依稀的收率打95%.4. 催化剂的基本特性：a催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量b 催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性c催化剂只能加速热力学上可能进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应d催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置e催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。

5. 催化剂按工艺与工程分类：多相固体催化剂，均相配合物催化剂，酶催化剂。

6. 多相固体催化剂包括：主催化剂，共催化剂，助催化剂（结构助催化剂，电子助催化剂，晶格缺陷助催化剂），载体，其他。

第二章1. 工业催化剂的传统制造方法：沉淀法，浸渍法，混合法，离子交换法，热熔融法。

2. 沉淀法分为：单组分沉淀法，共沉淀法，均匀沉淀法，浸渍沉淀法，导晶沉淀法。

3. 沉淀法的流程：两种以上的金属盐溶液-混合-沉淀剂-沉淀-晶型或非晶型的沉淀-洗涤干燥焙烧-研磨成型活化-催化剂。

4. 共沉淀：将两个或多个组份同时沉淀。

关键：T、PH 搅拌程度，加料顺序5. 均匀沉淀：首先使沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合，形成均匀的体系，调节温度和时间，逐渐提高PH 是沉淀缓慢进行。

关键：沉淀剂的选择温度和PH的控制。

6. 洗涤：沉淀法制备催化剂特有的操作EG硝酸铝和氨水-中和-洗涤-老化-过滤-酸化-成型-干燥-煅烧-成品7. 沉淀剂的选择原则：a尽可能使用易分解挥发的沉淀剂b形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤c沉淀剂的溶解度要大d沉淀物的溶解度应很e沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。