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這是固體催化劑分析方法ppt,包括了催化作用與催化劑,催化作用的定義,催化劑的基本特征,催化劑的組成與功能,催化劑性能與標(biāo)志等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
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(一)催化作用原理與催化劑
(二)工業(yè)催化劑的制備
(三)固體催化劑的使用
(一)催化作用與催化劑
1.催化作用的定義
2.催化劑的基本特征
3.催化劑的組成與功能
4.催化劑性能與標(biāo)志
5.其他物理性狀
1.催化作用的定義
定義
催化劑是一種物質(zhì),能夠加速反應(yīng)的速率,而不改變?cè)摲磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由焓的變化,這種作用稱為催化作用.
假設(shè)循環(huán)
催化作用可用最簡(jiǎn)單的“假設(shè)循環(huán)”表示出來(lái),如下圖。
2.基本特征
催化劑能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率,但它本身并不進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量。
催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性。
催化劑只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),而不能加速熱力學(xué)上無(wú)法進(jìn)行的反應(yīng)。
催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速率,而不能改變化學(xué)平衡的位置。(換言之,縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間)
催化劑不改變化學(xué)平衡,意味著既能加速正反應(yīng),也能同樣程度地加速逆反應(yīng),這樣才能使其化學(xué)平衡常數(shù)保持不變。
選擇性
3.催化劑的組成與功能
(2)催化劑各部分功能
活性組分(或主催化劑):
它是催化劑的主要成分,是起催化作用的根本性物質(zhì)。
助催化劑:
一些本身沒(méi)有活性或活性很小,但添加少量于催化劑之中,卻能使催化劑具有所期望的活性、選擇性或穩(wěn)定性的物質(zhì)稱為助催化劑。
載體:
增大表面積、提高耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度的作用,有時(shí)還能多少擔(dān)當(dāng)助催化劑的角色。
抑制劑 :
活性組分的催化活性適當(dāng)調(diào)低,甚至在必要時(shí)大幅度地下降抑制劑的作用,正好與助催化劑相反。(乙烯環(huán)氧化中加入少量1,2-二氯乙烷);
4.催化劑性能與標(biāo)志
4.催化劑性能與標(biāo)志
(1)活性
①、比活性 ②、轉(zhuǎn)化率 ③、空時(shí)收率
(2)選擇性
(3)使用壽命
①、成熟期 ②、穩(wěn)定期 ③、衰老期
(4)機(jī)械強(qiáng)度(耐壓、耐磨)和穩(wěn)定性(耐熱、抗毒)
(5)其它物理性狀
形狀與尺寸----流體力學(xué)
比表面積----催化活性、選擇性
孔容積、 孔徑分布、平均孔徑與自然孔徑----傳遞過(guò)程
孔隙率 ,空隙率 ----傳遞過(guò)程
真密度 ,表觀密度 ,堆積密度----反應(yīng)器的利用率
使用壽命
轉(zhuǎn)化率
用轉(zhuǎn)化率表示催化劑的活性,是在一定反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和反應(yīng)物料配比的條件下進(jìn)行比較的。
轉(zhuǎn)化率高則催化活性高,轉(zhuǎn)化率低則催化活性低。此種表示方法比較直觀,但不夠確切。
空時(shí)收率
空時(shí)收率是指單位時(shí)間內(nèi),單位催化劑(單位體積或單位質(zhì)量)上生成目的產(chǎn)物的數(shù)量。
這個(gè)量直接給出生產(chǎn)能力,生產(chǎn)和設(shè)計(jì)部門使用最為方便。
在生產(chǎn)過(guò)程中,常以催化劑的空時(shí)收率來(lái)衡量催化劑的生產(chǎn)能力,它也是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)驗(yàn)計(jì)算反應(yīng)器的重要依據(jù)。
比活性
非均相催化反應(yīng)是在催化劑表面上進(jìn)行的。
在大多數(shù)情況下,催化劑的表面積愈大,催化活性愈高。
單位表面積上的反應(yīng)速率即比活性,來(lái)表示活性的大小。
5.其他物理性狀
(二)工業(yè)催化劑的制備
⊙ 沉淀法
⊙ 浸漬法
⊙ 機(jī)械混合法
⊙ 離子交換法
⊙ 熔融法
沉淀法
沉淀法是制備固體催化劑最常用的方法之一。
用沉淀劑(如堿類物質(zhì))將可溶性的催化劑組分(金屬鹽類的水溶液)轉(zhuǎn)化為難溶化合物,再經(jīng)分離、洗滌、干燥、焙燒、成型等工序制得成品催化劑。
影響沉淀法的因素有溶液的濃度、沉淀的溫度、溶液的PH值和加料的順序等。
沉淀法的優(yōu)點(diǎn):
有利于雜質(zhì)的清除
可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品
有利于組分間緊密結(jié)合,造成適宜的活性構(gòu)造
活性組分與載體的結(jié)合較緊密,且前者不易流失。
浸漬法
浸漬法是負(fù)載型催化劑最常用的制備方法。
其制備步驟大體包括
①抽空載體;
②載體與被浸漬溶液接觸;
③除去過(guò)剩的溶液;
④干燥;
⑤煅燒及活化。
生產(chǎn)實(shí)例:
用于加氫反應(yīng)的載于氧化鋁上的鎳催化Ni/Al2O3如何制備?
載體:氧化鋁粒子
浸漬液:硝酸鎳溶液
機(jī)械混合法
混合法是工業(yè)上制備多組分固體催化劑時(shí)常采用的方法。
它是將幾種組分用機(jī)械混合的方法制成多組分催化劑。
混合的目的是促進(jìn)物料間的均勻分布,提高分散度。因此,在制備時(shí)應(yīng)盡可能使各組分混合均勻。
為了提高機(jī)械強(qiáng)度,在混合過(guò)程中一般要加入一定量的粘結(jié)劑。
熔融法
熔融法是在高溫條件下進(jìn)行催化劑組分的熔合,使之成為均勻的混合體、合金固溶體或氧化物固溶體。
熔融法制備的催化劑活性好、機(jī)械強(qiáng)度高且生產(chǎn)能力大,局限性是通用性不大。
其制備程序一般為:
①固體的粉碎;
②高溫熔融或燒結(jié);
③冷卻、破碎成一定的粒度;
④活化。
生產(chǎn)實(shí)例:
目前合成氨工業(yè)上使用的熔鐵催化劑如何制備?
原料:磁鐵礦(Fe3O4)、硝酸鉀、氧化鋁
條件:1600℃高溫
催化劑粒度:幾毫米的粒度
離子交換法是利用載體表面上存在著可進(jìn)行交換的離子,將活性組分通過(guò)離子交換(通常是陽(yáng)離子交換),交換到載體上,然后再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚怼?span style="display:none">wCU紅軟基地
如洗滌、干燥、焙燒、還原后得到金屬負(fù)載型催化劑。
該法制得的催化劑:
分散度好
活性高
沸石分子篩、離子交換樹(shù)脂的改性也常采用這種方法。
(二)工業(yè)催化劑的制備
♀ 由于反應(yīng)器的型式和操作條件不同,常需要不同形狀的催化劑以符合其流體力學(xué)條件。
♀ 催化劑對(duì)流體的阻力是由固體的形狀、外表面的粗糙度和床層的空隙率所決定。
♀ 具有良好流線形固體的阻力較小,一般固定床中球形催化劑的阻力最小,不規(guī)則形者甚大。流化床中一般采用細(xì);蛭⑶蛐蔚拇呋瘎
破碎成型 擠條成型
壓片成型 造球成型
破碎成型
直接將大塊的固體破碎成無(wú)規(guī)則的小塊。堅(jiān)硬的大塊物料可先用顎式破碎機(jī),欲進(jìn)一步破碎則可采用粉碎機(jī)。
由于用破碎法得到的固體催化劑的形狀不規(guī)則,粒度不整齊,因此要篩分成不同的品級(jí)。
破碎物塊常有棱角,這些棱角部分易碎裂成粉狀物,故通常在破碎后將塊狀物放在旋轉(zhuǎn)的角磨機(jī)內(nèi),使顆粒間相互碰撞,磨去棱角。
造球成型
滾球法 此法適用于干燥的粉狀物成型。
△造粒
△過(guò)篩,取出一定篩分的粒子作種子
△滾粘粉末長(zhǎng)大成所需粒度催化劑
流化法 造球過(guò)程基本上與滾球法相似,但是在流化
床中進(jìn)行。
將種子不斷地加入到床層中,在床層底部將含有
催化劑組分的漿料與熱風(fēng)一起鼓入。種子在床中
處于流化狀態(tài),漿料粘附于種子上,同時(shí)逐漸干
燥。由于粒子之間相互碰撞,使球體顆粒逐漸長(zhǎng)
大,得到所需要的球狀固體催化劑。
造球成型
油浴法 將可以膠凝的物料滴入(或噴入)一柱形容器中,器內(nèi)盛油。由于表面張力,物料變?yōu)榍驙,并逐漸固化。成型后的球狀產(chǎn)物移出容器外后,即送入老化干燥等工序。
噴霧法 對(duì)用于流化床中的微球型催化劑?捎脟婌F造球法。即在一柱狀容器內(nèi),將含催化劑組分的漿料自塔頂?shù)膰婎^中以霧狀噴入,在熱風(fēng)中干燥,經(jīng)旋風(fēng)分離器后獲得產(chǎn)品,
擠條成型
此方法一般適用于親水性強(qiáng)的物質(zhì),如氫氧化物。
將濕物料或在粉末物料中加適量的水碾捏成具有可塑性的漿狀物料,然后放置在開(kāi)有小孔的圓筒中,在活塞的推動(dòng)下,物料呈細(xì)條狀從小孔中被擠壓出來(lái),干燥并硬化。
壓片成型
壓片是常用的成型方法,某些不易擠條成型的物質(zhì),可用此法成型。
壓片就是將粉末狀物料注入圓柱形的空腔中,在空腔中的活塞上施加預(yù)定的壓力,將粉壓成片。
片的尺寸按需要而定,壓機(jī)的壓力一般為107~4×108Pa,這取決于粉末的可壓縮性。有些物料(例如硅藻土)壓片容易,有些物料則需添加少量塑化劑和潤(rùn)滑劑(例如滑石、石墨、硬脂酸)來(lái)幫助。片壓成后排出,它的形狀和尺寸非常均勻,機(jī)械強(qiáng)度大,孔隙率適中。有時(shí)在粉末中混入纖維(合成纖維),然后再將它燒去以增加片中的大孔;有時(shí)在粉末中混入金屬以改善片內(nèi)和片間的導(dǎo)熱性能。
1.運(yùn)輸、貯藏2.填裝3.升溫與還原4.開(kāi)停車及鈍化5.催化劑使用注意事項(xiàng)6.失活與再生7.苯加氫固定床反應(yīng)器催化劑的裝填、鈍化與卸出
1、運(yùn)輸、貯藏
2.填裝
2.填裝
列管式固定床反應(yīng)器的填裝
3.升溫與還原
催化劑的升溫與還原實(shí)際上是其制備過(guò)程的繼續(xù),是投入使用前的最后一道工序,也是催化劑形成活性結(jié)構(gòu)的過(guò)程。
催化劑的還原必須到達(dá)一定的溫度后才能進(jìn)行。因此,從室溫到還原開(kāi)始以及從開(kāi)始還原到還原終點(diǎn),催化劑床層都需逐漸升溫,穩(wěn)定而緩慢地進(jìn)行,并不斷脫除催化劑表面所吸附的水分。
為了使催化劑床層的徑向溫度均勻分布,通常升溫到某一階段需恒溫一段時(shí)間。
還原開(kāi)始后,一般有熱量放出,許多催化劑床層能自身維持熱量或部分維持熱量,但仍要控制好溫度,必須均勻地進(jìn)行,嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,密切注意不要使溫度發(fā)生急劇的改變。
3.升溫與還原
生產(chǎn)實(shí)例
低溫CO變換用的CuO-ZnO催化劑,還原熱高達(dá)88kJ/mol銅,而銅催化劑對(duì)溫度又很敏感,極易燒結(jié)。在這種情況下可用氮?dú)獾惹樾詺怏w稀釋還原氣,降低還原速率。
合成氨用的熔鐵催化劑時(shí),當(dāng)部分Fe3O4被氫還原成金屬鐵后,即具有催化活性。部分的N2與H2反應(yīng)生成NH3而放出熱量,利用這一反應(yīng)熱可逐步提高還原溫度。但也要適當(dāng)控制其反應(yīng)量,以免溫度過(guò)高使微晶燒結(jié)而影響催化劑的活性。
4.開(kāi)停車及鈍化
若催化劑為點(diǎn)火開(kāi)車,則首先用純氮?dú)饣蚨栊詺怏w置換整個(gè)系統(tǒng),然后用氣體循環(huán)加熱到一定溫度,再通入工藝氣體(或還原性氣體)。
對(duì)于某些催化劑,還必須通入一定量的蒸汽進(jìn)行升溫還原。
當(dāng)催化劑不是用工藝氣還原時(shí),則在還原后期逐步加入工藝氣體。
4.停車及鈍化
臨時(shí)性短期停車
只需關(guān)閉催化反應(yīng)器的進(jìn)出口閥門,保持催化劑床層的溫度,維持系統(tǒng)正壓即可。
短時(shí)間停車檢修
為了防止空氣漏入引起已還原催化劑的劇烈氧化,可用純氮?dú)獬錆M床層,保護(hù)催化劑不與空氣接觸。
停車時(shí)間較長(zhǎng)
催化劑若是具有活性的金屬或低價(jià)金屬氧化物,為防止催化劑與空氣中的氧反應(yīng),放熱燒壞催化劑和反應(yīng)器,則要對(duì)催化劑進(jìn)行鈍化處理。
4.開(kāi)停車及鈍化
用含有少量氧的氮?dú)饣蛩羝幚,使催化劑緩慢氧化,氮(dú)饣蛩羝鳛檩d熱體帶走熱量,逐步降溫。
操作的關(guān)鍵是通過(guò)控制適宜的配氧濃度來(lái)控制溫度。
更換催化劑的停車,包括催化劑的降溫、氧化和卸出幾個(gè)步驟。
鈍化結(jié)束的標(biāo)志:當(dāng)進(jìn)出口空氣中的氧含量不變時(shí),可以認(rèn)為氧化結(jié)束。
5. 使用注意事項(xiàng)
防止已還原或已活化好的催化劑與空氣接觸;
原料中必須凈化除塵,減少毒物和雜質(zhì)的影響。在使用過(guò)程中,避免毒物與催化劑接觸;
嚴(yán)格保持催化劑使用所允許的溫度范圍,防止催化劑床層局部過(guò)熱,以致燒壞催化劑。催化劑使用初期活性較高,操作溫度盡量控制低些,當(dāng)活性衰退以后,可逐步提高操作溫度;
維持正常操作條件(如溫度、壓力、原料配比、流量等)的穩(wěn)定,盡量減少波動(dòng);
開(kāi)車時(shí)要保持緩慢的升溫升壓速率,溫度、壓力的突然變化易造成催化劑的粉碎。要盡量減少開(kāi)、停車的次數(shù)。
失活的原因:沾污燒結(jié)積炭中毒揮發(fā)剝落
蒸汽處理
空氣處理
通入氫氣或不含毒物的還原性氣體
用酸或堿溶液處理
當(dāng)催化劑表面吸附了炭或碳?xì)浠衔铮枞宋⒖捉Y(jié)構(gòu)時(shí),可通入空氣進(jìn)行燃燒或氧化,使催化劑表面的炭及類焦?fàn)罨衔锱c氧反應(yīng),將碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳放出。
合成氨使用的熔鐵催化劑,當(dāng)原料氣中含氧或氧的化合物濃度過(guò)高受到毒害時(shí),可停止通入該氣體,而改用合格的N2-H2混合氣體進(jìn)行處理,催化劑可獲得再生。
有時(shí)用加氫的方法,也是除去催化劑中含焦油狀物質(zhì)的一種有效途徑。
如加氫用的骨架鎳催化劑被毒化后,通常采用酸或堿以除去毒物。
7.苯加氫固定床反應(yīng)器催化劑裝填、鈍化、卸載
(一)加氫催化劑裝填(動(dòng)手操作—綜合實(shí)訓(xùn)室)
(二)加氫催化劑鈍化及拆卸(動(dòng)手操作—綜合實(shí)訓(xùn)室)催化劑材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用ppt:這是催化劑材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用ppt,包括了概述,固體酸催化劑,納米材料催化劑,手性催化劑,生物催化劑,離子液體,無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合材料等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
分子篩催化劑ppt:這是分子篩催化劑ppt,包括了分子篩的結(jié)構(gòu),分子篩晶胞化學(xué)組成表示方法,分子篩的幾級(jí)結(jié)構(gòu)層次,幾種常見(jiàn)沸石分子篩的結(jié)構(gòu),分子篩催化劑的催化性能與調(diào)變,分子篩酸中心的形成與酸催化反應(yīng),分子篩催化劑的擇形催化性質(zhì)等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。
催化劑應(yīng)用ppt:這是催化劑應(yīng)用ppt,包括了固體催化劑簡(jiǎn)介,固體催化劑的組成與選擇,固體催化劑的制備,催化劑的組成與選擇,催化劑典型的成型方法,固體催化劑的比表面積、孔體積和孔體積分布等內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載。