1、第第3 3章章 催化劑的性能及運用催化劑的性能及運用3.1 3.1 催化劑的根本特征催化劑的根本特征3.2 3.2 催化劑的分類催化劑的分類3.3 3.3 工業催化劑運用中的有關問題工業催化劑運用中的有關問題 3.3.1 3.3.1 工業催化劑的運用性能工業催化劑的運用性能 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生 3.3.4 3.3.4 運輸、儲存和裝卸運輸、儲存和裝卸據統計，當今據統計，當今9090的化學工業中均包含有催化的化學工業中均包含有催化(catalysis)(catalysis)過程，催化過程，催化劑劑( ca

2、talyst )( catalyst )在化上消費中占有相當重要的位置，其作用主要表達在化上消費中占有相當重要的位置，其作用主要表達在以下幾方面。在以下幾方面。 1. 1.提高反響速率和選擇性提高反響速率和選擇性 2. 2.改良操作條件改良操作條件 3. 3.催化劑有助于開發新的反響過程，開展新的化工技術催化劑有助于開發新的反響過程，開展新的化工技術 4. 4.催化劑在能源開發和消除污染中可發揚重要作用催化劑在能源開發和消除污染中可發揚重要作用 借助催化劑從這些自然資源出發消費出數量更多、質量借助催化劑從這些自然資源出發消費出數量更多、質量 更好的二次能源；更好的二次能源； 在去除污染物的諸方

3、法中，催化法是具有宏大潛力的一種。在去除污染物的諸方法中，催化法是具有宏大潛力的一種。 3.1 3.1 催化劑的根本特征催化劑的根本特征催化劑：在一個反響系統中因參與了某種物質而催化劑：在一個反響系統中因參與了某種物質而使化學反響速率明顯加快，但該物質在反響前使化學反響速率明顯加快，但該物質在反響前后的數量和化學性質不變。后的數量和化學性質不變。催化劑的作用：能與反響物生成不穩定中間化合催化劑的作用：能與反響物生成不穩定中間化合物，改動了反響途徑，活化能得以降低。物，改動了反響途徑，活化能得以降低。自催化作用：有些反響所產生的某種產物也會使自催化作用：有些反響所產生的某種產物也會使反響迅速加快

4、。反響迅速加快。負催化劑或阻化劑：能明顯降低反響速率的物質。負催化劑或阻化劑：能明顯降低反響速率的物質。催化劑的三個根本特征：催化劑的三個根本特征： 催化劑是參與了反響的，但反響終了時，催化劑是參與了反響的，但反響終了時，催化劑本身未發生化學性質和催化劑本身未發生化學性質和 數量的變化；數量的變化； 催化劑只能縮短到達化學平衡的時間催化劑只能縮短到達化學平衡的時間( (即加即加速作用速作用) )，但不能改動平衡；，但不能改動平衡； 催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反響。只能催化特定的反響。 3.2 3.2 催化劑的分類催化劑的分類 催化劑催

5、化劑= =活性組分活性組分+ +助催化劑助催化劑+ +載體載體3.2.1 3.2.1 活性組分活性組分按催化反響體系的物相均一性分：按催化反響體系的物相均一性分： 均相催化劑和非均相催化劑均相催化劑和非均相催化劑( (固體催化劑固體催化劑) )；按反響類別分：按反響類別分： 加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構化、芳構化、羰基基化、異構化、芳構化、羰基 化、鹵化等眾多催化劑；化、鹵化等眾多催化劑；按反響機理分：氧化復原型催化劑、酸堿催化劑按反響機理分：氧化復原型催化劑、酸堿催化劑等；等；按運用條件下的物態分：按運用條件下的物態分： 1. 1.固

6、體催化劑：金屬催化劑、氧化物催化劑和固體催化劑：金屬催化劑、氧化物催化劑和硫化物催化劑等；硫化物催化劑等； 2. 2.液態催化劑：均相絡合物催化劑；液態催化劑：均相絡合物催化劑； 以過渡金屬如以過渡金屬如TiTi、V V、MnMn、FeFe、CoCo、NiNi、MoMo、 WW、AgAg、PdPd、PtPt、RuRu、RhRh等為中心原子，經過等為中心原子，經過共價鍵或配位鍵與各種配位體構成絡合物，過共價鍵或配位鍵與各種配位體構成絡合物，過渡金屬價態的可變性及其與不同性質配位體的渡金屬價態的可變性及其與不同性質配位體的結合，給出了多種多樣的催化功能。結合，給出了多種多樣的催化功能。 提高固體催

7、化劑中活性外表的最有效提高固體催化劑中活性外表的最有效的方法是采用大比外表積的載體，的方法是采用大比外表積的載體，優點：以分子態均勻地分布在液相反響體系中，催化效率很高。優點：以分子態均勻地分布在液相反響體系中，催化效率很高。 在溶液中每個催化劑分子都是具有同等性質的活性單位，因此只能在溶液中每個催化劑分子都是具有同等性質的活性單位，因此只能 催化特定反響，應選擇性很高。催化特定反響，應選擇性很高。缺陷：催化劑與產物的分別較復雜，價錢較昂貴。缺陷：催化劑與產物的分別較復雜，價錢較昂貴。3. 3.酸催化劑比堿催化劑運用廣泛；酸催化劑比堿催化劑運用廣泛；4. 4.工業用生物催化劑：活細胞和游離或固

8、定的酶的總稱。工業用生物催化劑：活細胞和游離或固定的酶的總稱。優點：具有能在常溫常壓下反響、反響速率快、催化作用專注選擇性高。優點：具有能在常溫常壓下反響、反響速率快、催化作用專注選擇性高。缺陷：不耐熱、易受某些化學物質及雜菌的破壞而失活，穩定性差、壽命短、缺陷：不耐熱、易受某些化學物質及雜菌的破壞而失活，穩定性差、壽命短、對溫度和對溫度和pHpH值范圍要求苛刻，酶催化劑的價錢較昂貴。值范圍要求苛刻，酶催化劑的價錢較昂貴。3.2.2 3.2.2 助催化劑促進劑：助催化劑促進劑：作用：提高活性或改善諸如機械強度、活性組分分散度、抗碳、抗燒結、抗作用：提高活性或改善諸如機械強度、活性組分分散度、抗

9、碳、抗燒結、抗水合等性能。水合等性能。3.2.3 3.2.3 載體載體特點：大比外表積，應具有足夠的機械強度，使催化劑在儲存、運輸、裝卸特點：大比外表積，應具有足夠的機械強度，使催化劑在儲存、運輸、裝卸和運用中不易破碎或粉化。和運用中不易破碎或粉化。3.3 3.3 工業催化劑運用中的有關問題工業催化劑運用中的有關問題 3.3.1 3.3.1 工業催化劑的運用性能工業催化劑的運用性能 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生 3.3.4 3.3.4 運輸、儲存和裝卸運輸、儲存和裝卸 3.3.1 3.3.1 工業催化劑的運用性能

10、工業催化劑的運用性能活性：在給定的溫度、壓力和反響物流量活性：在給定的溫度、壓力和反響物流量( (或空或空間速度間速度) )下，催化劑使原料轉化的才干。下，催化劑使原料轉化的才干。選擇性：指反響所耗費的原料中有多少轉化為目選擇性：指反響所耗費的原料中有多少轉化為目的產物。的產物。 當催化劑的活性與選擇性難以兩全其美時，當催化劑的活性與選擇性難以兩全其美時， 假設反響原料昂貴或產物分別很困難，宜選假設反響原料昂貴或產物分別很困難，宜選用選擇性高的催化劑；用選擇性高的催化劑； 假設原料價廉易得或產物易分別，那么可選假設原料價廉易得或產物易分別，那么可選用活性高的催化劑。用活性高的催化劑。壽命：其運

11、用期限的長短，壽命的表征是消費單壽命：其運用期限的長短，壽命的表征是消費單位量產品所耗費的催化劑量，或在滿足消費要位量產品所耗費的催化劑量，或在滿足消費要求的技術程度上催化劑能運用的時間長短。求的技術程度上催化劑能運用的時間長短。催化劑的壽命受以下幾方面性能影響催化劑的壽命受以下幾方面性能影響: :化學穩定性：催化劑的化學組成和化合形狀在化學穩定性：催化劑的化學組成和化合形狀在運用條件下發生變化的難易。運用條件下發生變化的難易。熱穩定性：指催化劑在反響條件下對熱破壞的耐受力。熱穩定性：指催化劑在反響條件下對熱破壞的耐受力。機械穩定性：指固體催化劑在反響條件下的強度能否足夠。機械穩定性：指固體催

12、化劑在反響條件下的強度能否足夠。耐毒性：指催化制對有毒物質的抵抗力或耐受力。耐毒性：指催化制對有毒物質的抵抗力或耐受力。 多數催化劑容易遭到一些物質的毒害，中毒后的催化劑活性和多數催化劑容易遭到一些物質的毒害，中毒后的催化劑活性和選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的運用壽命。選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的運用壽命。 不同催化劑的毒物是不同的，常見的毒物有砷、硫、氯的化合不同催化劑的毒物是不同的，常見的毒物有砷、硫、氯的化合物及鉛等重金屬。物及鉛等重金屬。 在有些反響中，特意參與某種物質去毒害催化劑中促進副反響在有些反響中，特意參與某種物質去毒害催化劑中促進副反響的活性中心，從而提高了選擇

13、性。的活性中心，從而提高了選擇性。除了應研制具有優良性能、長壽命的催化劑外，在消費中必需正除了應研制具有優良性能、長壽命的催化劑外，在消費中必需正確操作和控制反響參數，防止損害催化劑。確操作和控制反響參數，防止損害催化劑。 3.3.2 3.3.2 催化劑的活化催化劑的活化 每種活化方法均自各自的活化條件和操作要求，每種活化方法均自各自的活化條件和操作要求，應該嚴厲按照操作規程進展活化，才干保證催應該嚴厲按照操作規程進展活化，才干保證催化劑發揚良好的作用。化劑發揚良好的作用。 假設活化操作失誤，輕那么使催化劑性能下降，假設活化操作失誤，輕那么使催化劑性能下降，重那么使催化劑報廢，經濟損失宏大。重

14、那么使催化劑報廢，經濟損失宏大。 固體催化劑在出賣時的固體催化劑在出賣時的形狀普通是較穩定的，形狀普通是較穩定的，活性的形狀活性的形狀方法方法復原、氧化、硫化、復原、氧化、硫化、酸化、熱處置等酸化、熱處置等3.3.3 3.3.3 催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生1. 1.失活的緣由：失活的緣由：絡合催化劑：主要是超溫，大多數配合物在絡合催化劑：主要是超溫，大多數配合物在250250以上以上就分解而失活；就分解而失活；生物催化劑：過熱、化學物質和雜菌的污染、生物催化劑：過熱、化學物質和雜菌的污染、pHpH值失值失調等均是失活的緣由；調等均是失活的緣由；固體催化劑：固體催化劑： 超溫過熱，使催

15、化劑外表發生燒結，晶型轉變或物超溫過熱，使催化劑外表發生燒結，晶型轉變或物相轉變；相轉變； 原料氣中混有毒物雜質，使催化劑中毒；原料氣中混有毒物雜質，使催化劑中毒； 有污垢覆蓋催化劑外表；有污垢覆蓋催化劑外表； 有烴類或其他含碳化合物參與的反響往往易析碳，有烴類或其他含碳化合物參與的反響往往易析碳，催化劑酸性過強或催化催化劑酸性過強或催化 活性較低時析碳嚴重，發生活性較低時析碳嚴重，發生積碳或結焦，覆蓋催化劑活性中心，導致失活。積碳或結焦，覆蓋催化劑活性中心，導致失活。2. 2.失活類型：催化劑中毒有暫時性和永久性兩種情況。失活類型：催化劑中毒有暫時性和永久性兩種情況。 暫時性中毒是可逆的，當

16、原料中除去毒物后，催化劑暫時性中毒是可逆的，當原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢復活性；可逐漸恢復活性； 永久性中毒那么是不可逆的。永久性中毒那么是不可逆的。 3. 3.采取措施：采取措施： 嚴厲控制操作條件，采用構造合理的反響器；嚴厲控制操作條件，采用構造合理的反響器； 使反響溫度在催化劑最正確運用溫度范圍內合理地分布，防使反響溫度在催化劑最正確運用溫度范圍內合理地分布，防止超溫；止超溫； 反響原料中的毒物雜質應該預先加以脫除，使毒物含量低于反響原料中的毒物雜質應該預先加以脫除，使毒物含量低于催化劑耐受值以下；催化劑耐受值以下； 在有析碳反響的體系中，應采用有利于防止析碳的反響條件，在有析碳反響的體系中，應采用有利于防止析碳的反響條件，并選用抗碳性能高的催化劑。并選用抗碳性能高的催化劑。3.3.4 3.3.4 運輸、儲存和裝卸運輸、儲存和裝卸 催化劑普通價錢較貴，要留意維護。催化劑普通價錢較貴，要留意維護。 在運輸和貯藏中應防止其受污染和破壞；在運輸和貯藏中應防止其受污染和破壞； 固