工業(yè)催化劑的制造與應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-02-14 17:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 B： 催化劑的燒結(jié)失活或熱失活 C： 積碳 D： 相組成的變化 E： 流失 F： 沾污 （ 7） 催化劑的再生 （ regeneration) ? 經(jīng)濟(jì) 因素決定催化劑的 廢棄與再生 ； ? 失活催化劑 能否再生 取決于失活的原因： 1）經(jīng)可逆中毒、積碳、有效成分揮發(fā)、失硫，失活的催化劑可再生； 2）不可逆中毒、燒結(jié)、相變、相分離、固相反應(yīng)以及催化劑與反應(yīng)氣流發(fā)生氧化、還原、硫化等，失活催化劑則不能或難于再生。 ? 例題 1： 乙醇在裝有氧化鋁催化劑的固定床試驗反應(yīng)器中脫水生成乙烯，測得每投料 ，得到 乙烯，剩余 ，求算乙醇的轉(zhuǎn)化率、乙烯的產(chǎn)率和選擇性。 ? 例題 2：合成聚氯乙烯所用的單體氯乙烯，多是由乙炔和氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到，反應(yīng)式如下： C2H2+HCl CH2=CHCl 由于乙炔價格高于氯化氫，通常使用的原料混合氣中氯化氫是過量的，設(shè)其過量 10%，若反應(yīng)器出口氣體中氯乙烯含量為 90%(mol),試分別計算乙炔和氯化氫的轉(zhuǎn)化率？ 例題 3：乙醇在裝有氧化鋁催化劑的固定床試驗反應(yīng)器中脫水生成乙烯，測得反應(yīng)器出口氣相組成為（重量百分比）乙醇%，乙烯 %，其它（以乙烯計）%，試求乙醇的轉(zhuǎn)化率、乙烯的選擇性和乙烯的產(chǎn)率。 ? 例題 4：乙烯以銀催化劑氧化制環(huán)氧乙烷，主要反應(yīng)為： C2H4+O2 C2H4O ? C2H4+3O2 2CO2+H2O ? 要求年產(chǎn)環(huán)氧乙烷 20220噸，原料氣中 C2H4含量為 5%，假定反應(yīng)溫度 250℃ ，反應(yīng)壓力為 1000kPa， C2H4轉(zhuǎn)化率為 %， C2H4O選擇性為 %，原料氣空速為5000h1；假定年生產(chǎn)日為 300天。試計算： ? （ 1）反應(yīng)器出口氣體量； ? （ 2）催化劑裝量。 催化劑的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu) ? ? ? (1) 主催化劑（合成 NH3中的 Fe） —— 起催化作用的根本性物質(zhì)，沒有它，則不 存在催化作用 ? (2) 共催化劑（石油裂解 SiO2Al2O3） —— 能和主催化劑同時起作用，單獨使用，它 們的活性都很小 (3) 助催化劑 —— 本身無活性（合成 NH3中的 K2O） 結(jié)構(gòu)助催化劑 電子助催化劑 晶格缺陷助催化劑 反應(yīng)過程 催化劑 助催化劑 作用類型 氨合成 Fe3O4, Al2O3,K2O Al2O3,K2O Al2O3結(jié)構(gòu)性助催化劑， K2O電子助催化劑，降低電子逸出功，使 NH3 解吸 CO中溫變換 Fe3O4,Cr2O Cr2O 結(jié)構(gòu)性助催化劑，與 Fe3O4形成固熔體，增大比表面，防止燒結(jié) 萘氧化 V2O5,K2SO4 K2SO4 與 V2O5生成共熔物，增加 V2O5的活性和生成臨苯二甲酸酐的選擇性、結(jié)構(gòu)性 合成甲醇 CuO, ZnO, Al2O3 ZnO 結(jié)構(gòu)性助 催化劑。把還原的細(xì)小 Cu晶粒隔開，保持大的 Cu表面 輕油水蒸氣轉(zhuǎn)化 NiO,K2O, Al2O3 K2O 中和載體 Al2O3表面酸性，防止結(jié)碳，增加低溫活性、電子性 ? 載體的作用 : ? 增大表面積； ? 提高耐熱性； ? 提高機(jī)械強(qiáng)度； ? 擔(dān)當(dāng)共催化劑； ? 助催化劑； ? 減少活性組分量，降低成本 ； ? ? 一般載體在催化劑中的含量遠(yuǎn)大于助催化劑。 常用的載體種類 ： 磨細(xì)的玻璃、剛鋁石、 SiC、 沸石、耐火磚、硅藻土、顏料型物質(zhì)、天然產(chǎn)物（膨潤土、鐵鋁石、多水高嶺土）、合成無機(jī)骨架物質(zhì)、活性炭等 ? 惰性載體： 硅膠、石英、 SiC 、 α Al2O3 ? 活性載體 ：鋁膠、 γ orη Al2O3 ? 負(fù)載型催化劑 (5) 其他 穩(wěn)定劑 :間隔體。阻止容易燒結(jié)的金屬互相接觸。 抑制劑：適當(dāng)降低催化劑活性。 均相配合物催化劑 ? 配合物（絡(luò)合物） ：元素離子 ( 或 原 子 ) 和 配 位 體 ( 常 是 含 有 孤 對 電 子 的 分 子 或 離子 ) 生 成 的 絡(luò) 合 離 子 或 中 性 絡(luò) 合 分 子。 金屬有機(jī) 無機(jī)化學(xué) 有機(jī)化學(xué) 碳（氫 )－金屬鍵的形成和反應(yīng) ? 作為勻相催化劑則采用在溶劑中可溶的過渡金屬絡(luò)合物。反應(yīng)在均一的液相中進(jìn)行，反應(yīng)溫度通常在 200℃ 以下。 ? 中心離子 常為過渡金屬離子或原子 (具有 d或 f層電子 ) ? 第 Ⅷ 族 (Fe、 Co、 Ni、 Ru、 Rh、 Pd、 Os、Ir、 Pt) 金屬的配合物在催化中最為重要 。 ? 重要的配位化合物 （ CO， C2H4） 配位催化技術(shù)的主要優(yōu)點： 。 因為配位催化劑的配位基可以適當(dāng)?shù)剡x擇 ， 使金屬原子周圍具有特定的電子與空間性質(zhì) ， 從而對反應(yīng)物的配位催化具有方向性 。 2. 高的活性 。 均相催化劑每一個分子均有活性 。 3. 反應(yīng)條件比較溫和 ， 因而能耗低 。 4. 在理論研究上具有重要意義 。 研究催化過程的活性中間物較多相催化容易 ， 動力學(xué)研究也較便利 ， 從而以此來闡明多相催化的反應(yīng)機(jī)理 。 均相絡(luò)合催化劑的“固體化” ? 把過渡金屬絡(luò)合物 移植于載體 上 ? 載體 ：無機(jī)載體 (含 SiO2載體、活性炭、 Al2O3) 有機(jī)高分子載體 (聚苯乙烯） 例： 生物催化劑（酶） ? 一種具有 生物 活性的 蛋白質(zhì) ，有 單純酶 和 結(jié)合酶 兩種 ? 根據(jù)催化反應(yīng)的類型，可以把酶分成 六大類 ： (1) 氧化 還原酶 (2)水 解酶 (3)轉(zhuǎn)移酶 (4)裂解酶 (5)異構(gòu)酶
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