工業(yè)催化基礎(chǔ)》講義

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1、第八章工業(yè)催化反應(yīng)過程新進(jìn)展主要內(nèi)容：人為非定態(tài)過程膜催化反應(yīng)過程超臨界化學(xué)反應(yīng)過程一些耦合過程等化工資源有效利用國家重點實驗室1第一節(jié)人為非定態(tài)周期操作催化反應(yīng)過程一、分類:1、強制周期操作：強制周期性地改變進(jìn)料組成、進(jìn)料流量、反應(yīng)溫度的操作；2、流向周期變換操作：進(jìn)料流的周期性換向操作；3、循環(huán)流化操作（循環(huán)流化床反應(yīng)器）：催化劑在反應(yīng)器中的循環(huán)流動非定態(tài)操作?；べY源有效利用國家重點實驗室2第一節(jié)人為非定態(tài)周期操作催化反應(yīng)過程二、強制周期操作特征：對催化反應(yīng)過程進(jìn)行瞬變的動態(tài)操作，可以改變反應(yīng)組分在催化劑表面上的吸附態(tài)或吸附速率，從而促進(jìn)了反應(yīng)速率，提高了催化反應(yīng)的效率。化工

2、資源有效利用國家重點實驗室3第一節(jié)人為非定態(tài)周期操作催化反應(yīng)過程三、流向周期變換操作：該操作過程具有蓄熱性能，對自熱操作的進(jìn)料濃度要求比常規(guī)操作的可降低一個數(shù)量級，且流程簡化，能耗低，適應(yīng)性強。如：1、低SO2濃度冶煉煙氣處理：沈陽冶煉廠1992年從俄羅斯引進(jìn)技術(shù)；2、工業(yè)廢氣中低濃度揮發(fā)性有機物（VOCs）的催化燃燒：我室進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究并建立模試裝置?；べY源有效利用國家重點實驗室4第一節(jié)人為非定態(tài)周期操作催化反應(yīng)過程四、循環(huán)流化床操作特征：該操作過程中，催化劑顆粒由于循環(huán)流動處于非定態(tài)，而床內(nèi)溫度、濃度處于定態(tài)，這不但提高了催化反應(yīng)的效率，而且可以使催化劑的再生、活化等在循

3、環(huán)流化操作中完成，可大大提高催化過程的整體效率。如：1、循環(huán)流化床催化裂化：已工業(yè)化；2、丁烷選擇氧化制順酐提升管循環(huán)流化床工藝：已接近工業(yè)化?；べY源有效利用國家重點實驗室5第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程一、膜催化反應(yīng)過程：催化轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品分離組合在一起的過程二、膜與催化劑的組合形式：1、膜與催化劑作為膜催化反應(yīng)器的兩個分立的組成部分；2、催化劑填裝在管狀膜催化反應(yīng)器中；3、膜物質(zhì)本身具有催化活性。化工資源有效利用國家重點實驗室6第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程三、膜催化比常規(guī)催化過程的顯著優(yōu)點：1、擴(kuò)散阻力??；2、選擇性高（如果催化膜具有選擇性透過功能，可獲得高純度產(chǎn)品）；3、反應(yīng)溫度易控制?；べY源

4、有效利用國家重點實驗室7第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程四、膜催化劑的分類：1、按膜的性質(zhì)可分為：無機膜；有機膜；金屬膜；合金膜；陶瓷膜；玻璃膜；氧化物膜；復(fù)合膜等。2、按膜的結(jié)構(gòu)可分為：多孔膜；微孔膜；超微孔膜（具有半滲透功能）；致密膜等。3、按膜的形狀可分為：管狀膜；中空管狀膜；平板膜等?；べY源有效利用國家重點實驗室8第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程五、幾個例子：1、烴類脫氫反應(yīng)：通常將傳統(tǒng)催化劑裝入γ-Al2O3等多孔陶瓷管狀膜中組成膜反應(yīng)器。反應(yīng)生成的H2透過膜被惰性氣體吹走，從而使脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡向有利于產(chǎn)物的方向移動，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。如環(huán)己烷脫氫制環(huán)己烯等。化工資源有效利用國家重點實驗

5、室9第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程2、烴類加氫反應(yīng)：通常采用鈀膜或鈀合金膜組成膜反應(yīng)器。由于透過鈀膜或鈀合金膜的氫是高度活化的原子氫，因此加氫活性可極大地提高?；べY源有效利用國家重點實驗室10第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程3、烴類氧化反應(yīng)：通常采用金屬氧化物膜組成膜反應(yīng)器。如氧化鉛膜可用于甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯?；べY源有效利用國家重點實驗室11第二節(jié)膜催化反應(yīng)過程4、CO水蒸汽變換反應(yīng)：如采用多孔金屬/SiO2組成的復(fù)合膜反應(yīng)器，能大大提高反應(yīng)的效率。化工資源有效利用國家重點實驗室12第三節(jié)超臨界化學(xué)反應(yīng)過程一、概念：對比溫度和對比壓力同時大于1的流體稱為超臨界流體（SupercriticalFlui

6、ds，SCFs）。SCFs具有與氣體相似的密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)等物性，又兼有與液體相近似的特性，是處于氣態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。SCFs在臨界點附近，通過壓力和（或）溫度的變化，可使液體的密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)以及極性等發(fā)生明顯的改變，因此SCFs已被用于進(jìn)行某些特定的目的，如超臨界萃取、超臨界分離、超臨界結(jié)晶造粒等過程，近年來，也廣泛用于催化反應(yīng)中?；べY源有效利用國家重點實驗室13第三節(jié)超臨界化學(xué)反應(yīng)過程二、超臨界催化反應(yīng)方式：1、在反應(yīng)物本身的超臨界條件下進(jìn)行的催化反應(yīng)；2、在反應(yīng)條件下引入超臨界介質(zhì)的催化反應(yīng)?；べY源有效利用國家重點實驗室14第三節(jié)超臨界化學(xué)反應(yīng)過程三、SC

7、Fs作為反應(yīng)介質(zhì)的優(yōu)點：1、高的溶解能力；2、高的擴(kuò)散系數(shù)；3、可有效控制反應(yīng)的活性和選擇性?；べY源有效利用國家重點實驗室15第三節(jié)超臨界化學(xué)反應(yīng)過程四、在SCFs中化學(xué)反應(yīng)特點：1、加快受擴(kuò)散速度控制的均相反應(yīng)的速率；2、克服界面阻力，增加反應(yīng)物的溶解度；3、反應(yīng)和分離可以容易的耦合為一體；4、延長催化劑壽命，保持催化活性（避免重質(zhì)有機物吸附）?；べY源有效利用國家重點實驗室16第四節(jié)一些耦合過程一、催化－吸收耦合過程：在催化反應(yīng)中，產(chǎn)物被一種溶劑選擇性的吸收，從