工業(yè)催化復習資料最終版

:催化劑是一種能夠改變一個化學反響的反響速度，卻不改變化學反響熱力學平衡位置，本身在化學反響中不被明顯地消耗的化學物質(zhì)。指催化劑對化學反響所產(chǎn)生的效應。3.催化劑的根本特征：催化劑只能加速熱力學上可以進展的反響，而不能加速熱力學上無法進展的反響。催化劑只能加速反響趨于平衡，不能改變平衡的位置〔平衡常數(shù)〕。催化劑對反響具有選擇性；催化劑的壽命。4.工業(yè)催化劑一般有哪些組分組成各組分具有什么功能？活性組分：提供改變反響歷程的組分，多為金屬、氧化物、酸堿載體組分：提供高的比外表積、孔構造、活性組分的分散劑、粘合劑、或支撐體。多數(shù)為硅和鋁的氧化物助催化劑組分：催化劑的輔助組分，本身沒有活性或者活性很低，用于活性組分或載體改性。載體的功能主要表達在哪幾個方面？〔分散作用、穩(wěn)定作用、支撐作用，傳熱和稀釋作用、助催化作用〕提供適宜的比外表和孔構造維持催化的形狀和機械強度改善催化劑熱傳導性提高催化劑中活性組分分散度提供附加活性中心活性組分和載體的溢流現(xiàn)象和強相互作用催化劑的反響性能是評價催化劑好壞的主要指標，它包括催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定。7.多相催化反響過程中，從反響物到產(chǎn)物一般經(jīng)歷哪些步驟包括五個連續(xù)的步驟。(1)反響物分子從氣流中向催化劑外表和孔內(nèi)擴散；(2)反響物分子在催化劑外表上吸附；(3)被吸附的反響物分子在催化劑外表上相互作用或與氣相分子作用進展化學反響；(4)反響產(chǎn)物自催化劑外表脫附；(5)反響產(chǎn)物離開催化劑外表向催化劑周圍的介質(zhì)擴散。當氣體與固體外表接觸時，固體外表上氣體的濃度高于氣相主體濃度的現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象。幾種等溫吸附等溫吸附平衡過程用數(shù)學模型方法來描述可得到等溫方程，其中包括:Langmuir〔朗格繆爾)等溫方程，F(xiàn)reundlich(弗郎得力希)等溫方程，T}MKI}IH(焦姆金)等溫方程及BET(Brunauer,Emmett及Teller)等溫方程等。朗格繆爾等溫方程和弗郎得力希等溫方程既可用于物理吸附，又可用于化學吸附;焦姆金等溫方程只適用于化學吸附;BET等溫方程用于多層物理吸附。10.物理吸附與化學吸附的區(qū)別11.為什么催化作用不能改變化學平衡在定義催化劑時曾指出，催化劑不能改變化學反響的熱力學平衡位置。這是因為對于一個可逆化學反響，反響進展到什么程度，即它的化學平衡位置是由熱力學所決定的。物理化學告訴我們＝—RT1nKP，化學平衡常數(shù)K，的大小取決于產(chǎn)物與反響物的標準自由能之差和反響溫度T。是狀態(tài)函數(shù)，它決定于過程的始態(tài)和終態(tài)，而與過程無關。當反響體系確定，反響物和產(chǎn)物的種類、狀態(tài)和反響溫度一定時，反響的化學平衡位置即被確定，催化劑存在與否不影響的數(shù)值，即靠催相等。因此，催化作用只能加速一個熱力學上允許的化學反響到達化學平衡狀態(tài)?；瘜W平衡是由熱力學決定的G0＝—RT1nKP，其中KP為反響的平衡常數(shù)，G0是產(chǎn)物與反響物的標準自由焓之差，是狀態(tài)函數(shù)，只決定于過程的始終態(tài)，而與過程無關，催化劑的存在不影響G0值，它只能加速到達平衡所需的時間，而不能移動平衡點。什么是固體酸，固體催化劑酸堿中心的形成有以下幾種類型(以酸中心的形成為例〕。14.通常與催化作用相關的酸中心分為B酸和L酸。表征固體酸的酸中心類型最常用的方法是堿分子吸附紅外光譜法。15.超強酸是指酸強度超過100%H2S04的物質(zhì)，其酸強度函數(shù)沸石分子篩是一種水合結晶硅鋁酸鹽，其化學組成表示如下:式中M—金屬陽離子或有機陽離子n—金屬陽離子的價數(shù)m—Si02摩爾數(shù)，數(shù)值上等于Si02和A1203的摩爾比，又簡稱硅鋁比P—H2O的摩爾數(shù)。17.分子篩擇形催化有哪幾種形式？反響物擇形催化〔當反響混合物中某些能反響的分子因太大而不能擴散進入催化劑孔腔內(nèi)，只有那些直徑小于內(nèi)孔徑的分子才能進入內(nèi)孔，在催化活性局部進展反響?！钞a(chǎn)物的擇形催化〔當產(chǎn)物混合物中某些分子太大，難于從分子篩催化劑的內(nèi)孔窗口擴散出來,就形成了產(chǎn)物的擇形選擇性。〕過渡態(tài)限制的選擇性〔有些反響，其反響物分子和產(chǎn)物分子都不受催化劑窗口孔徑擴散的限制，只是由于需要內(nèi)孔或籠腔有較大的空間，才能形成相應的過渡態(tài)，不然就受到限制使該反響無法進展；相反，有些反響只需要較小空間的過渡態(tài)就不受這種限制，這就構成了限制過渡態(tài)的擇形催化?！撤肿咏煌刂频膿裥未呋苍诰哂袃煞N不同形狀和大小和孔道分子篩中，反響物分子可以很容易地通過一種孔道進入到催化劑的活性部位，進展催化反響，而產(chǎn)物分子則從另一孔道擴散出去，盡可能地減少逆擴散，從而增加反響速率。這種分子交通控制的催化反響，是一種特殊形式的擇形選擇性，稱分子交通控制擇形催化?！碁槭裁唇饘俅呋瘎┲饕沁^渡金屬？金屬催化劑的元素是d區(qū)元素，即過渡金屬(工B,V工B,V亞B和V皿族元素)。這些元素的外層電子排布的共同特點是最外層或次外層均未被電子填滿，具有只含一個d電子的d軌道，即能級中含有未成對的電子，在物理性質(zhì)中表現(xiàn)出具有強的順磁性或鐵磁性;在化學吸附過程中，這些d電子可與被吸附物中的s電子或P電子配對，發(fā)生化學吸附，生成外表中間物種，使被吸附分子活化。另外，過渡金屬作為固體催化劑通常是以金屬晶體形式存在的，金屬晶體外表裸露著的原子可為化學吸附的分子提供很多吸附中心。試說明金屬催化劑的特性？金屬催化劑通常是以金屬晶體的形式存在，而且具有多種晶體構造，由此也為化學吸附提供多種吸附中心?！?〕由于這些中心相互靠近，有利于被吸附物種相互作用而進展反響?！?〕由于吸附中心的多樣性，也就造成競爭反響的同時發(fā)生，降低了金屬催化劑的選擇性?！?〕對雙原子分子，容易進展解離吸附，從而進展各類反響。20.試說明金屬與載體間的相互作用？相互作用為三種類型：一是金屬顆粒和載體的接觸位置處在界面部位處，則分散了的金屬可保持陽離子的性質(zhì)；二是分散了的金屬原子熔于氧化物載體的晶格構造中或與載體形成混合氧化物；三是金屬顆粒外表被來自載體氧化物涂釋。正是由于金屬－載體的相互作用，結果使得電子流體在二者之間轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)電荷的位移。金屬與載體之間的相互作用，使得催化過程發(fā)生了變化。溢流現(xiàn)象：被吸附的活性物種從一個相向另一個相轉(zhuǎn)移，另一個相是不能直接吸附生成該物種的相。根據(jù)合金的體相性質(zhì)和外表組成可將合金分為3類:(1>機械混合(2)化合物合金(3)固溶體外表富集由如下兩因素:①合金中外表自由能較低(升華熱較低)的組分容易在外表富集。因為外表自由能的很小差異就會造成很大的外表富集。②合金表相組成與接觸的氣體性質(zhì)有關，與氣體有較高吸附熱的組分容易在外表富集。〔沉淀法、浸潰法、熱分解法、熔融法、復原法〕一體化催化劑：沉淀法，Sol-gel法，微乳液法，熔融法，混合法負載型催化劑：浸漬法，離子交換法，沉積沉淀法：濃度，晶形沉淀應在稀溶液中進展〔稀溶液中更有利于晶核長大〕，過飽和度不太大時〔S=1.5-2.0〕可得到完整結晶，過飽和度較大時，結晶速率很快，易產(chǎn)生錯位和晶格缺陷，但也易包藏雜質(zhì)、晶粒較小，沉淀劑應在攪拌下均勻緩慢參加，以免局部過濃。非晶形沉淀應在較濃溶液中進展，沉淀劑應在攪拌下迅速參加溫度，晶核生成速率、長大速率存在極大值〔晶核生成速率最大時的溫度比晶核長大速率最大時的溫度低得多〕，低溫有利于晶核生成，不利于晶核長大，一般得到細小顆粒，晶形沉淀應在較熱溶液中進展，并且熱溶液中沉淀吸附雜質(zhì)少、沉淀時間短〔一般70-80oC〕pH值，同一物質(zhì)在不同pH值下沉淀可能得到不同的晶形，多組分金屬鹽的共沉淀，pH值的變化會引起先后沉淀，(故而為了保證沉淀顆粒的均一性、均勻性，pH值必須保持相對穩(wěn)定。)加料方式，順加法：沉淀劑參加到金屬鹽溶液中，逆加法：金屬鹽溶液參加到沉淀劑中，并加法：金屬鹽溶液和沉淀劑按比例同時并流加到沉淀槽中攪拌強度沉淀時攪拌是必需的。攪拌強度大，液體分布均勻，但沉淀粒子可能被攪拌漿打碎；攪拌強度小，液體不能混合均勻。對于晶形沉淀：沉淀劑應在攪拌下均勻緩慢參加，以免局部過濃，對于非晶形沉淀：沉淀劑應在攪拌下迅速參加沉淀的后處理過程：老化-過濾-洗滌-枯燥-焙燒-成型-活化：〔1〕過量浸漬法：將載體浸漬在過量溶液中，溶液體積大于載體可吸附的液體體積，一段時間后除去過剩的液體，枯燥、焙燒、活化。〔2〕等體積浸漬法：預先測定載體吸入溶液的能力，然后參加正好使載體完全浸漬所需的溶液量〔實際采用噴霧法——把配好的溶液噴灑在不斷翻動的載體上，到達浸漬的目的?！?〕屢次浸漬法：將浸漬、枯燥和焙燒反復進展屢次?！?〕浸漬沉淀法：使載體先浸漬在含有活性組分的溶液中一段時間后，再參加沉淀劑進展沉淀。〔5〕蒸氣浸漬法：借助浸漬化合物的揮發(fā)性，以蒸氣相的形式將其負載于載體上。浸漬法的影響因素：浸漬時間，浸漬濃度〔低濃度浸漬溶液和較長浸漬時間有利于活性組分在載體孔內(nèi)均勻分布〕，27.催化劑的預處理〔活化〕〔1〕氧化物或鹽類加氫復原成金屬催化劑；〔2〕氧化物硫化制備硫化物催化劑；〔3〕擇形催化劑的預積碳處理、外外表覆蓋、孔口收縮預處理〔化學氣象沉積(CVD〕積碳失活的催化劑可通過燒焦使催化劑再生。在燒焦前通常用惰性氣體或水蒸氣吹掃催化劑。將吸附的有機物解吸吹出。結焦催化劑再生過程最主要的是把碳燃燒轉(zhuǎn)化為C02或CO時所放出的熱量及時移出床層，防止床層飛溫而引起的催化劑燒結。通常將失活過程劃分為三種類型：〔1化劑積炭等堵塞失活，屬于物理的；〔2〕催化劑中毒失活，屬于化學的；〔3〕催化的熱失活和燃燒失活；屬于熱學的。28.d帶空穴與磁化率d帶空穴是指d能帶中未充填電子的空能級。d帶中較密集的能級間距允許電子保持不成對，飽和磁矩在數(shù)值上等于d能帶中的未配對電子數(shù)。金屬的磁化率決定于未配對電子數(shù)，金屬的磁化率可以表示d帶空穴的大小。29.金屬的價鍵理論認為過渡金屬原子以雜化軌道相結合，雜化軌道通常為s、p、d等原子軌道的線性組合，稱之為spd或dsp雜化。雜化軌道中d原子軌道所占的百分數(shù)稱為d特性百分數(shù)，表以符號d%它是價鍵理論用以關聯(lián)金屬催化活性和其它物性的一個特性參數(shù)。金屬的d%越大，相應在的d能帶中的電子填充的越多，d空穴越小。d特性％－金屬原子的d電子參加dsp成鍵軌道的程度30.合成氨工業(yè)催化劑工業(yè)用合成氨催化劑的主要組成是什么說明主催化劑和各助催化劑的作用。工業(yè)上使用的合成氨催化劑以Fe30}為主催化劑，A1203,K20,Ca0和Mg0等為助催化劑。合成氨催化劑通常是用天然磁鐵礦和少量助劑在電熔爐里熔融，在室溫下冷卻制備的。氨的合成為放熱可逆反響:操作溫度通常為400^5000C，壓力為15^-30MPa各種助催化劑的作用及其最正確含量：工業(yè)用合成氨催化劑的主要組成是:Fe30},A1203,K20,Ca0,MgC)和Si02等。Fe30、是主催化劑，它復原后生成a-Fe，它可以化學吸附N2，使N:活化加氫生成NH3;A1203為構造型助催化劑，它可與Fe302,K20生成FeA1204,K2A1204等高熔點且難復原的組分，隔開了a-Fe微晶，阻止a-Fe的重結晶，穩(wěn)定了晶格，增加比外表積;此外，A120:還可與K20生成鋁酸鉀，將外表游離K20束縛住，不致使K20產(chǎn)生KOH覆蓋a-Fe外表而降低催化劑活性;K20為電子型助催化劑，它可使a-Fe的電子輸出功降低，從而提高催化劑活性;Ca0和Mg0能使A1203與磁鐵礦熔融溫度降低，粘滯性變小，有利于A1203在熔融物中均勻分布;Si0:可改善催化劑物理構造，使K十分布更均勻或調(diào)節(jié)外表K十的百分含量?？偟恼f來，助催化劑的各種成分是互相聯(lián)系，互相制約的，它們通過對a-Fe微晶大小及其分布、a-Fe電子逸出功的改變等使催化劑活性、穩(wěn)定性到達最正確值。1.催化重整主要是加工直餾石腦油、加氫裂化石腦油和加氫改質(zhì)后的石腦油，也可加工熱加工石腦油〔經(jīng)加氫處理后的焦化石腦油和減粘裂化石腦油〕、乙烯裂解汽油的抽余油和加氫后的催化裂化汽油餾分等。催化重整過程的主要目的是生產(chǎn)高辛烷值汽油或芳烴。2.固定床半再生重整工藝特點是運轉(zhuǎn)中的催化劑活性緩慢下降，為保持產(chǎn)品的辛烷值或芳烴產(chǎn)率，則必須不斷提高反響溫度，既要不斷提高反響苛刻度直至催化劑進展再生。該工藝反響系統(tǒng)比擬簡單，運轉(zhuǎn)、操作、維護方便，投資省。但裝置開工率較低，近年來，隨著雙〔多〕金屬催化劑的活性和選擇性的改良，催化劑能在苛刻條件下長周期運行，該工藝的優(yōu)勢得以發(fā)揮。連續(xù)重整分為重疊式移動床連續(xù)重整工藝和并列式連續(xù)重整工藝，連續(xù)重整工藝的特點是：反響壓力低、操作苛刻度高，芳烴轉(zhuǎn)化率高、液收高，生成油辛烷值高，氫產(chǎn)率高?？傊?，由于半再生式催化重整和連續(xù)再生式催化重整的操作方式不同，對催化劑的要求也不同，一般半再生式催化重整催化劑要求具有更好的穩(wěn)定性、更低的積炭速率，而連續(xù)重整催化劑要求具有良好的低壓反響性能、抗積炭性能和再生性能、金屬抗燒結性能、金屬再分散性能、適當?shù)亩逊e密度、良好的機械性能等。合成氨的主催化劑是什么助催化劑是什么為什么要選用多組元催化劑助催化劑的作用是什么51.為什么金屬催化劑主要是過渡金屬元素過渡金屬作為催化劑有什么特點14.工業(yè)用合成氨催化劑的主要組成是什么說明主催化劑和各助催化劑的作用。14.工業(yè)用合成氨催化劑的主要組成是:Fe30},A1203,K20,Ca0,MgC)和Si02等。Fe30、是主催化劑，它復原后生成a-Fe，它可以化學吸附N2，使N:活化加氫生成NH3;A1203為構造型助催化劑，它可與Fe302,K20生成FeA1204,K2A1204等高熔點且難復原的組分，隔開了a-Fe微晶，阻止a-Fe的重結晶，穩(wěn)定了晶格，增加比外表積;此外，A120:還可與K20生成鋁酸鉀，將外表游離K20束縛住，不致使K20產(chǎn)生KOH覆蓋a-Fe外表而降低催化劑活性;K20為電子型助催化劑，它可使a-Fe的電子輸出功降低，從而提高催化劑活性;Ca0和Mg0能使A1203與磁鐵礦熔融溫度降低，粘滯性變小，有利于A1203在熔融物中均勻分布;Si0:可改善催化劑物理構造，使K十分布更均勻或調(diào)節(jié)外表K十的百分含量。27.給你一種固體酸，你將采用哪些表征方法來說明這種固體酸的酸性質(zhì)