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第一章-工业催化剂概述.ppt

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第一章 工业催化剂概述,催化工业的形成和发展 催化剂在经济上的地位和作用 催化剂市场 若干术语和基本概念,,,,,,1.催化工业的形成与发展,二十世纪以前(萌芽时期) 二十世纪初 (奠基时期) 二十世纪30~60年代(大发展时期) 二十世纪70年代以后(成熟时期) 二十一世纪,催化工业重点:生物催化剂、环保催化剂(废气排放控制)、燃料电池(能源生产)、催化新材料等。,,萌芽时期,几千年前(殷商)发酵法——酒、醋 1746年J.Roebuck 铅室法制硫酸,用NO2作气相催化剂,实现了第一个现代工业催化过程。 1811年,俄国科学家从科学意义上最先发现了催化作用,热的淀粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉水解生成糖。,,萌芽时期,1835年,Berzelius首先提出“催化作用” 1875年耶可布(Cjacob)建立了以Pt为催化剂的接触法生产硫酸的工业方法,是化学工业的重要进步。,,J.J. Berzelius,奠基时期,1907年油脂加氢生产硬化油,为近代有机工业的先河。 (法国Scbatier 1912年获诺贝尔化学奖 ) 1904开始德国化学家Haber研究合成氨催化剂,(1918年获诺贝尔化学奖),,,大发展时期,1929年由法国E.J.Houdry开发流化床催化裂化工艺(FCC) 三十年代初,Ipatieff用白土做催化剂对烃类进行脱氢、异构、加氢、叠合等,1937年,与他的学生Pines在UOP公司的资助下发明了高辛烷值的叠合汽油和烷基化汽油。,二十世纪三十年代末发现聚乙烯(PE),1953年,K.Ziegler-Natta催化剂问世。,成熟时期,,如分子筛催化剂、匀相催化剂、酶催化剂。代表性的为:手性催化等得到了蓬勃的发展。,同时,现代表征手段技术的应用,为分析催化反应机理,建立催化模型提供了帮助。,2.催化剂在经济社会发展过程中的作用与地位,提高社会生产水平(合成氨) 扩大资源利用范围(石油、煤、 天然气、合成气) 提取制造重要物质(精细化工) 满足社会各方面需要(衣、食、住、行、环保、国防),,合成氨,N2+3H2→3NH3 催化剂:Fe-Al2O3-K2O 每吨催化剂可产2万吨氨 N2来源:空气分离 H2来源: 烃类水蒸气转化法。 工艺(涉及反应):加氢、脱硫、转化、变换、甲烷化、氨合成。需用八种不同催化剂,,石油,,煤,天然气,,合成气,,精细化工,产量小附加值高 医药、农药、染料、 香料、涂料、各种 助剂、合成材料等。,,满足社会各方面需要,衣、食、住、行,,2.催化剂在经济社会发展过程中的作用与地位,据统计,现有90%以上的化工过程是采用催化剂进行生产的。借助于催化剂生产的产品总值在全世界工业生产总值中约占18%,仅低于机械产品的总值。,3.催化剂市场,全球催化剂销售额(美元) 1975年8.2亿 1980年11.9亿 1985年25.08亿 1990年59.84亿 1995年85亿 1996年90亿 2000年100亿 2001年105亿 2007年135亿,3.催化剂市场,市场地域结构美国是全球最大催化剂市场,约占全球销售额的36.4%,欧洲国家为28%,日本为12.2%,其它亚洲和中南美洲国家约占23.4%。,3.催化剂市场,市场的需求结构,4.催化技术研究和应用内容,更新原料路线,采用更廉价的原料(资源有效利用) 革新工艺流程,促进新工艺过程的开发(发展绿色清洁化工生产技术,走可持续发展的道路) 缓和工艺操作条件,达到节能降耗的目的(节能) 开发新产品,提高产品的收率,改善产品的质量(开发新产品) 消除环境污染(环境保护),,催化剂和催化作用 催化剂作用基本特征 催化剂分类 催化剂化学组成和物理结构 多相、均相和酶催化的功能特点,若干术语和基本概念,催化剂和催化作用,1835年, Berzelius首先提出“催化作用”概念。 1902年,W.Ostwald 定义催化作用:“加速反应而不影响化学平衡的作用” 文献:催化剂是一种能够改变化学反应速度,而它本身又不参与最终产物的物质。,,催化剂(Catalyst),IUPAC于1976年提出的催化作用的定义: 催化作用是一种化学作用,是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。 IUPAC于1981年提出的催化剂的定义: 催化剂是一种物质,它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。 涉及催化剂的反应称催化反应。,,催化剂和催化作用,催化循环,,Ethylene Hydrogenation,Adsorption – Surface Reaction – Desorption,催化剂作用的基本特征,催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应 催化剂只能改变化学反应速度,而不能改变化学平衡的位置 催化剂对反应具有选择
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