资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,十,.,催化转化法净化气态污染物,李娜 刘磊 吴美霞 王文强 刘慧,什么是催化剂,催化剂,1-1,催化作用的定义与概念,将反响物转变为产物，在循环的最终步骤催化剂再回到其原始状态。更简单地说，催化剂是一种加速化学反响，而在其过程中自身不被消耗掉的物质。,2-,2,催化剂的组成与功能,催化剂的组成,主催化剂-活性组分,助催化剂,载体,主催化剂,是催化剂的主要成分-活性组分，这是起催化作用的根本性物质。,有时主催化剂是由2种或2种以上的活性组分共同组成。,助催化剂,助催化剂是加到催化剂中的少量物质510%)，是催化剂的辅助成分，本身没有催化活性或活性很小。,可以改变催化剂的化学组成、结构、价态、酸碱性、分散度等,具有提高主催化剂的活性、选择性，稳定性和寿命。,助催化剂的种类：结构型助催化剂和电子型助催化剂,载体,载体是催化剂活性组分的分散剂、支撑体，是负载活性组分的骨架。将活性组分、助催化剂负载于载体上所制得的催化剂，称为负载型催化剂。,载体有天然的和人工合成的，可划分为低比外表和高比外表两大类。,载体关系到催化剂的活性、选择性、热稳定性、机械强度，也关系到催化过程的传质特性。,载体的功能,1、提供有效的外表和适宜的孔结构；,2、增强催化剂的机械强度；,3、改善催化剂的热稳定性；,4、减少活性组分的含量；,5、提供附加的活性中心；,6、与活性组分之间的溢流现象和强相互作用。,理想的催化剂载体应具备以下条件(I),1、具有能适合反响过程的形状和大小；,2、有足够的机械强度，能经受反响过程中机械或热的冲击；有足够的抗拉强度，以抵抗催化剂使用过程中逐渐沉积在细孔里的副反响产物如积碳或污物而引起的破裂作用；,3、有足够的比外表，适宜的孔结构和吸水率，以便在其外表能均匀地负载活性组分和助催化剂，满足催化反响的需要；,4、有足够的稳定性以抵抗活性组分、反响物及产物的化学侵蚀，并能经受催化剂的再生处理；,理想的催化剂载体应具备以下条件(II),5、能耐热，并具有适宜的导热系数；,6、不含可使催化剂中毒或副反响增加的物质,7、原料易得，制备方便，在制备载体以及制备成催化剂时不会造成环境污染；,8、能与活性组分发生有益的化学作用；,9、能阻止催化剂失活；,催化剂几个重要的性能指标,根据催化作用、催化剂定义和特性分析知道催化剂有三个重要指标：活性、选择性和稳定性。,工业生产更多强调的是原料和能源的充分利用。,催化剂改进型的研究，一般是追求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。,新催化剂及工艺的研究，那么先追求高活性、高选择性，最后才是稳定性。,催化剂活性、选择性和稳定性的概念,活性是指催化剂影响反响进程变化的程度。,选择性是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。,稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。,活性的几种表示方法,转化率,时空产率,反响速率,比活性,转换频率,稳定性和寿命,稳定性和寿命对于工业催化剂来说是致关重要的。,稳定性指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。,寿命指在指定的使用条件下，催化剂的活性能够到达装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间，可以是指活性下降后再生活性又恢复的累计使用时间。,工业催化剂的稳定性,工业催化剂的稳定性包括如下几方面：,化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。,热稳定性：能在反响条件下，不因受热而破坏其物理化学状态，能在一定温度范围内保持良好的稳定性。,机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重压、温度等引起的种种应力的程度。,导致催化剂失活的主要因素,催化剂外表析炭；,活性外表因吸附原料中所夹带的有关杂质；,活性组分的挥发、流失，负载活性金属烧结或微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退；,化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活。,催化剂分类,金属催化剂Ni,Fe,Cu,Pt,Pd等过渡金属或贵金属.),金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂(多为半导体)TiO2、La2O3、CeO2、MoO3、MoS等,酸碱催化剂 SiO2-A12O3、WO3/ZrO2、各类分子筛等,金属配合物催化剂MLn),双功能催化剂Pt/SiO2-A12O3；PtPd)/分子筛；MgO-SiO2,催化作用,催化反响,涉及到催化剂的反响称为催化反响。,催化剂所起的这种作用称为催化作用。,什么是催化作用,催化作用的特征1,催化剂只能加速热力学上可以进行的反响，而不能加速热力学上无法进行的反响。,在开发一种新的化学反响的催化剂时，首先要对该反响体系进行热力学分析，看在给定的条件下是否属于热力学上可行的反响。,催化作用的特征2,催化剂只能加速反响趋于平衡，不能改变平衡的位置平衡常数。,化学平衡是由热力学决定的,G0RT1nKP，,其中KP为反响的平衡常数，G0是产物与反响物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响G0值，它只能加速到达平衡所需的时间，而不能移动平衡点。,根据Kp=K正/K逆，既然不能改变平衡常数，它必然以相同的比例加速正、逆反响的速率常数。这个推论具有重要意义。,对于可逆反响，能催化正方向反响的催化剂，就应该能催化逆方向的反响。例如，脱氢反响的催化剂同时也是加氢反响的催化剂，水合反响的催化剂同时也是脱水反响的催化剂。这条规那么对选择催化剂很有用。,催化剂也同时加速逆反响速率,催化作用的特征3-催化剂对反响具有选择性,催化剂对反响具有选择性,根据热力学计算，某一反响可能生成不止一种产物时，应用催化剂可加速某一目的产物的反响，即称为催化剂对该反响的选择性。,工业上利用催化剂具有选择性，使原料转化为所需要的产品。,催化作用的特征4-催化剂的寿命,催化剂能改变化学反响的速度，其自身不进入反响的产物，在理想的情况下不为反响所改变。,催化剂在参与反响过程中，先与反响物生成某种不稳定的活性中间络合物，再继续反响生成产物，催化剂恢复到原来的状态。催化剂象这样不断循环起作用。一定量的催化剂可以使大量的反响物转化为大量的产物。,实际反响过程中，催化剂并不能无限期地使用，在长期的反响条件下和化学作用下，会发生不可逆物理和化学变化，如晶相变化、晶粒分散度的变化、组分的流失等，导致催化剂的失活。,催化流程和设备,反响器,1 固定床反响器,2 流化反响器,催化转化固定床反响器种类,一 按温度条件,1 绝热式固定床一段式 多段式,2 非绝热式固定床,3 等温式固定床,二 按反响器结构分,1 管式固定床,2 径向固定床,固定床优点,1催化剂不易碰撞磨损，使用寿命长,2反响速度快,3催化剂用量少,4速度温度便于控制,缺点,1传热性能差,2反响中的热量,3不易导出,汽车尾气催化剂,让我们共同保卫地球家园,完,
展开阅读全文