绿色催化过程与工艺

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资源描述

1.催化剂的定义是:催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度,却不改变化学反应热力学平衡位置,本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。2.催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。3.催化剂的基本特征:1)催化剂只能加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行的反应。2)催化剂只能加速反应趋于平衡,不能改变平衡的位置(平衡常数)。3)催化剂对反应具有选择性;4)催化剂具有寿命。4.工业催化剂一般有哪些组分组成?各组分具有什么功能?①活性组分:提供改变反应历程的组分,多为金属、氧化物、酸碱②载体组分:提供高的比表面积、孔结构、活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。多数为硅和铝的氧化物③助催化剂组分:催化剂的辅助组分,本身没有活性或者活性很低,用于活性组分或载体改性。5.载体的功能主要体现在哪几个方面?(分散作用、稳定作用、支撑作用,传热和稀释作用、助催化作用)①提供适宜的比表面和孔结构②维持催化的形状和机械强度③改善催化剂热传导性④提高催化剂中活性组分分散度⑤提供附加活性中心⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用6.催化剂中助剂的作用是什么?改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等,从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命,促进活性组分的功能,也可以促进载体的功能。7.催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标,它包括催化剂的活性、选择性和稳定性、使用寿命。8.催化剂传统的制造方法:沉淀法、浸溃法、热熔融法,混合法,离子交换法9.沉淀法是借助沉淀反应,用沉淀剂(如碱类物质)将可溶性的催化剂组分(金属盐类的水溶液)转化为难溶化合物,再经过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制得成品催化剂。注意事项:1、原料选择原则:符合性能要求、杂质容易除去、原料易得,廉价,便于加工、对环境无污染。2、洗涤过程:洗涤液:水。要求是去离子水或蒸馏水;凝胶沉淀:溶解度低,为了更好的去除杂质,用温水。为了防止胶溶作用,要求洗涤次数不要太多,沉淀时间不要太长。晶型沉淀:溶解度大,所以用低温,较稀浓度的沉淀剂溶液洗涤沉淀剂的选择1)生产中常用的沉淀剂有:碱类:NH3·H2O、NaOH、KOH碳酸盐:Na2CO3、(NH4)2CO3、CO2有机酸:乙酸、草酸(比较理想但贵)最常用的是NH3·H2O和(NH4)2CO32)沉淀剂的溶解度要大提高阴离子的浓度,使金属离子沉淀完全;被沉淀物吸附的量少,洗涤脱除容易3)形成的沉淀物溶解度要小沉淀反应更完全,可节省贵金属用量4)形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤尽量选用能生成晶型沉淀的沉淀剂5)沉淀剂必须无毒,不应造成环境污染均匀沉淀法与共沉淀法1.均匀沉淀法使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合,造成均匀的体系,再调节温度,使沉淀剂母体加热分解为沉淀剂,从而使金属离子产生均匀沉淀2.共沉淀法指将含有两种可两种以上金属离子的混合溶液与一种沉淀剂作用,同时形成含有几种金属组分的沉淀物的沉淀法共沉淀的特点1)几个组分同时沉淀2)各组分间达到分子级的均匀混合3)在热处理(煅烧)时可加速组分间的固相反应沉淀影响因素:浓度,温度,pH值,加料方式,搅拌强度沉淀的后处理过程:老化-过滤-洗涤-干燥-焙烧-成型-活化10.浸渍法是将载体浸泡在活性组分(主、助催化剂组分)的可溶性化合物溶液中,接触一定的时间后除去过剩(如果有)的溶液,再经干燥、焙烧和活化,即可制得催化剂分类:(1)过量浸渍法:将载体浸渍在过量溶液中,溶液体积大于载体可吸附的液体体积,一段时间后除去过剩的液体,干燥、焙烧、活化。(2)等体积浸渍法:预先测定载体吸入溶液的能力,然后加入正好使载体完全浸渍所需的溶液量(实际采用喷雾法——把配好的溶液喷洒在不断翻动的载体上,达到浸渍的目的。(3)多次浸渍法:将浸渍、干燥和焙烧反复进行多次。(4)浸渍沉淀法:使载体先浸渍在含有活性组分的溶液中一段时间后,再加入沉淀剂进行沉淀。(5)蒸气浸渍法:借助浸渍化合物的挥发性,以蒸气相的形式将其负载于载体上。注意事项:1、对载体的要求:惰性;适当的机械强度;在反应和再生条件下的稳定性;表面积大,但有时不一定要大;孔结构,包括平均孔径及其分布;价廉易得。浸渍法的影响因素:浸渍时间,浸渍浓度(低浓度浸渍溶液和较长浸渍时间有利于活性组分在载体孔内均匀分布),11.混合法将组成催化剂的各种组分(活性组分、助催化剂、载体或黏结剂、润滑剂、造孔剂等)以粉状粒子的形态在球磨机或碾合机内边磨细边混合,使各组分粒子尽可能均匀分散,再成型为成品催化剂干混法实例,锌锰系脱硫催化剂(合成氨厂的原料气净化,脱除其中所含的有机硫化物湿混法实例,固体磷酸催化剂(促进烯烃聚合、异构化、水合、烯烃烷基化、醇类脱水)12.离子交换法利用载体表面可进行交换的离子,通过离子交换将活性组分(通常是阳离子交换)交换到载体上,再经过洗涤、干燥、焙烧、还原等,最后成型为产品催化剂13.催化剂的预处理(活化)(1)氧化物或盐类加氢还原成金属催化剂;(2)氧化物硫化制备硫化物催化剂;(3)择形催化剂的预积碳处理、外表面覆盖、孔口收缩预处理(化学气象沉积(CVD)14.合成氨工业催化剂工业用合成氨催化剂的主要组成是什么?说明主催化剂和各助催化剂的作用。工业上使用的合成氨催化剂以Fe30}为主催化剂,A1203,K20,Ca0和Mg0等为助催化剂。合成氨催化剂通常是用天然磁铁矿和少量助剂在电熔炉里熔融,在室温下冷却制备的。氨的合成为放热可逆反应:操作温度通常为400^5000C,压力为15^-30MPa各种助催化剂的作用及其最佳含量:工业用合成氨催化剂的主要组成是:Fe30},A1203,K20,Ca0,MgC)和Si02等。Fe30、是主催化剂,它还原后生成a-Fe,它可以化学吸附N2,使N:活化加氢生成NH3;A1203为结构型助催化剂,它可与Fe302,K20生成FeA1204,K2A1204等高熔点且难还原的组分,隔开了a-Fe微晶,阻止a-Fe的重结晶,稳定了晶格,增加比表面积;此外,A120:还可与K20生成铝酸钾,将表面游离K20束缚住,不致使K20产生KOH覆盖a-Fe表面而降低催化剂活性;K20为电子型助催化剂,它可使a-Fe的电子输出功降低,从而提高催化剂活性;Ca0和Mg0能使A1203与磁铁矿熔融温度降低,粘滞性变小,有利于A1203在熔融物中均匀分布;Si0:可改善催化剂物理结构,使K十分布更均匀或调节表面K十的百分含量。总的说来,助催化剂的各种成分是互相联系,互相制约的,它们通过对a-Fe微晶大小及其分布、a-Fe电子逸出功的改变等使催化剂活性、稳定性达到最佳值。15.多相催化反应的步骤1.反应物由气体向催化剂的外表面扩散(外扩散);2.反应物由外表面向内表面扩散(内扩散);3.反应物吸附在表面上;4.反应物在表面上进行化学反应,生成产物;5.产物从表面上解吸;6.产物从内表面向外表面扩散(外扩散);7.产物从外表面向气体主体扩散(外扩散)。16.催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些?1)使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。2)由过去常常使用的一种原料,可以改变为多种原料。3)原来无法生产的过程,可以实现生产。4)原来需要多步完成的,变为一步完成。5)由原来产品质量低,能耗大,变为生产成本低,质量高6)由原来转化率低,副产物多,污染严重,变为转化率高,产物单一,污染减少17.对工业催化剂的要求应具备的三方面基本要求:1)适宜的活性2)较高的选择性3)长寿命18.影响催化剂寿命的因素:1)热稳定性的影响;2)化学稳定性的影响3)催化剂中毒或被污染的影响;4)催化剂力学性能的影响19.如何评价一个催化剂?在估量一种催化剂的价值时,通常认为有四个重要的指标,即活性、选择性、稳定性和价格。从工业生产的角度来说,首先追求的是选择性,其次是稳定性,最后是活性;而对新开发的工艺及其催化剂,首先追求高活性,其次是高选择性,最后才是稳定性。催化剂的表面积、孔结构、密度、机械强度等物理量也是评价催化剂好坏的重要因素。20.工业催化剂的四个基本指标:选择性、稳定性、活性、成本活性:催化剂影响反应进程变化的程度。选择性:所消耗的原料转化成目的产物的分率。稳定性:催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。寿命:在工业生产条件下,催化剂的活性能达到装置产能力和原料消耗定额的允许使用时间21.催化剂的再生工业上常用的再生方法有以下几种:⑴蒸汽处理⑵空气处理⑶通入H2或不含毒物的还原性气体⑷用酸或碱溶液处理催化剂失活的主要原因:中毒,积炭,烧结、玷污22.积碳原因:水碳比失调、负荷加大、原料重质化、温度压力波动大、催化剂失活防止方法:水碳比不低于设计值、抗积碳性强的催化剂、原料中毒物含量低于设计值、催化剂床层温度压力不能长期超过设计值23.中毒:原料杂质使催化剂活性迅速下降24.催化剂分类:多相固体催化剂、酶催化剂、均相配合物催化剂

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