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简介
这是固体催化剂分析方法ppt，包括了催化作用与催化剂，催化作用的定义，催化剂的基本特征，催化剂的组成与功能，催化剂性能与标志等内容，欢迎点击下载。
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（一）催化作用原理与催化剂
（二）工业催化剂的制备
（三）固体催化剂的使用
（一）催化作用与催化剂
1.催化作用的定义
2.催化剂的基本特征
3.催化剂的组成与功能
4.催化剂性能与标志
5.其他物理性状
1.催化作用的定义
定义
催化剂是一种物质，能够加速反应的速率，而不改变该反应的标准自由焓的变化，这种作用称为催化作用.
假设循环
催化作用可用最简单的“假设循环”表示出来，如下图。
2.基本特征
催化剂能够加快化学反应速率，但它本身并不进入化学反应的计量。
催化剂对反应具有选择性。
催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。（换言之，缩短了达到平衡的时间）
催化剂不改变化学平衡，意味着既能加速正反应，也能同样程度地加速逆反应，这样才能使其化学平衡常数保持不变。
选择性
3.催化剂的组成与功能
（2）催化剂各部分功能
活性组分（或主催化剂）：
它是催化剂的主要成分，是起催化作用的根本性物质。
助催化剂：
一些本身没有活性或活性很小，但添加少量于催化剂之中，却能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性的物质称为助催化剂。
载体：
增大表面积、提高耐热性和机械强度的作用，有时还能多少担当助催化剂的角色。
抑制剂 ：
活性组分的催化活性适当调低，甚至在必要时大幅度地下降抑制剂的作用，正好与助催化剂相反。（乙烯环氧化中加入少量1，2-二氯乙烷）；
4.催化剂性能与标志
4.催化剂性能与标志
（1）活性
①、比活性 ②、转化率 ③、空时收率
（2）选择性
（3）使用寿命
①、成熟期 ②、稳定期 ③、衰老期
（4）机械强度（耐压、耐磨）和稳定性（耐热、抗毒）
（5）其它物理性状
形状与尺寸----流体力学
比表面积----催化活性、选择性
孔容积、 孔径分布、平均孔径与自然孔径----传递过程
孔隙率 ，空隙率 ----传递过程
真密度 ，表观密度 ，堆积密度----反应器的利用率
使用寿命
转化率
用转化率表示催化剂的活性，是在一定反应时间、反应温度和反应物料配比的条件下进行比较的。
转化率高则催化活性高，转化率低则催化活性低。此种表示方法比较直观，但不够确切。
空时收率
空时收率是指单位时间内，单位催化剂（单位体积或单位质量）上生成目的产物的数量。
这个量直接给出生产能力，生产和设计部门使用最为方便。
在生产过程中，常以催化剂的空时收率来衡量催化剂的生产能力，它也是工业生产中经验计算反应器的重要依据。
比活性
非均相催化反应是在催化剂表面上进行的。
在大多数情况下，催化剂的表面积愈大，催化活性愈高。
单位表面积上的反应速率即比活性，来表示活性的大小。
5.其他物理性状
（二）工业催化剂的制备
⊙ 沉淀法
⊙ 浸渍法
⊙ 机械混合法
⊙ 离子交换法
⊙ 熔融法
沉淀法
沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之一。
用沉淀剂（如碱类物质）将可溶性的催化剂组分（金属盐类的水溶液）转化为难溶化合物，再经分离、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制得成品催化剂。
影响沉淀法的因素有溶液的浓度、沉淀的温度、溶液的PH值和加料的顺序等。
沉淀法的优点：
有利于杂质的清除
可获得活性组分分散度较高的产品
有利于组分间紧密结合，造成适宜的活性构造
活性组分与载体的结合较紧密，且前者不易流失。
浸渍法
浸渍法是负载型催化剂最常用的制备方法。
其制备步骤大体包括
①抽空载体；
②载体与被浸渍溶液接触；
③除去过剩的溶液；
④干燥；
⑤煅烧及活化。
生产实例：
用于加氢反应的载于氧化铝上的镍催化Ni/Al2O3如何制备？
载体：氧化铝粒子
浸渍液：硝酸镍溶液
机械混合法
混合法是工业上制备多组分固体催化剂时常采用的方法。
它是将几种组分用机械混合的方法制成多组分催化剂。
混合的目的是促进物料间的均匀分布，提高分散度。因此，在制备时应尽可能使各组分混合均匀。
为了提高机械强度，在混合过程中一般要加入一定量的粘结剂。
熔融法
熔融法是在高温条件下进行催化剂组分的熔合，使之成为均匀的混合体、合金固溶体或氧化物固溶体。
熔融法制备的催化剂活性好、机械强度高且生产能力大，局限性是通用性不大。
其制备程序一般为：
①固体的粉碎；
②高温熔融或烧结；
③冷却、破碎成一定的粒度；
④活化。
生产实例：
目前合成氨工业上使用的熔铁催化剂如何制备？
原料：磁铁矿（Fe3O4）、硝酸钾、氧化铝
条件：1600℃高温
催化剂粒度：几毫米的粒度
离子交换法是利用载体表面上存在着可进行交换的离子，将活性组分通过离子交换（通常是阳离子交换），交换到载体上，然后再经过适当的后处理。
如洗涤、干燥、焙烧、还原后得到金属负载型催化剂。
该法制得的催化剂：
分散度好
活性高
沸石分子筛、离子交换树脂的改性也常采用这种方法。
（二）工业催化剂的制备
♀ 由于反应器的型式和操作条件不同，常需要不同形状的催化剂以符合其流体力学条件。
♀ 催化剂对流体的阻力是由固体的形状、外表面的粗糙度和床层的空隙率所决定。
♀ 具有良好流线形固体的阻力较小，一般固定床中球形催化剂的阻力最小，不规则形者甚大。流化床中一般采用细粒或微球形的催化剂。
破碎成型 挤条成型
压片成型 造球成型
破碎成型
直接将大块的固体破碎成无规则的小块。坚硬的大块物料可先用颚式破碎机，欲进一步破碎则可采用粉碎机。
由于用破碎法得到的固体催化剂的形状不规则，粒度不整齐，因此要筛分成不同的品级。
破碎物块常有棱角，这些棱角部分易碎裂成粉状物，故通常在破碎后将块状物放在旋转的角磨机内，使颗粒间相互碰撞，磨去棱角。
造球成型
滚球法 此法适用于干燥的粉状物成型。
△造粒
△过筛，取出一定筛分的粒子作种子
△滚粘粉末长大成所需粒度催化剂
流化法 造球过程基本上与滚球法相似，但是在流化
床中进行。
将种子不断地加入到床层中，在床层底部将含有
催化剂组分的浆料与热风一起鼓入。种子在床中
处于流化状态，浆料粘附于种子上，同时逐渐干
燥。由于粒子之间相互碰撞，使球体颗粒逐渐长
大，得到所需要的球状固体催化剂。
造球成型
油浴法 将可以胶凝的物料滴入（或喷入）一柱形容器中，器内盛油。由于表面张力，物料变为球状，并逐渐固化。成型后的球状产物移出容器外后，即送入老化干燥等工序。
喷雾法 对用于流化床中的微球型催化剂常可用喷雾造球法。即在一柱状容器内，将含催化剂组分的浆料自塔顶的喷头中以雾状喷入，在热风中干燥，经旋风分离器后获得产品，
挤条成型
此方法一般适用于亲水性强的物质，如氢氧化物。
将湿物料或在粉末物料中加适量的水碾捏成具有可塑性的浆状物料，然后放置在开有小孔的圆筒中，在活塞的推动下，物料呈细条状从小孔中被挤压出来，干燥并硬化。
压片成型
压片是常用的成型方法，某些不易挤条成型的物质，可用此法成型。
压片就是将粉末状物料注入圆柱形的空腔中，在空腔中的活塞上施加预定的压力，将粉压成片。
片的尺寸按需要而定，压机的压力一般为107～4×108Pa，这取决于粉末的可压缩性。有些物料（例如硅藻土）压片容易，有些物料则需添加少量塑化剂和润滑剂（例如滑石、石墨、硬脂酸）来帮助。片压成后排出，它的形状和尺寸非常均匀，机械强度大，孔隙率适中。有时在粉末中混入纤维（合成纤维），然后再将它烧去以增加片中的大孔；有时在粉末中混入金属以改善片内和片间的导热性能。
1.运输、贮藏 2.填装 3.升温与还原 4.开停车及钝化 5.催化剂使用注意事项 6.失活与再生 7.苯加氢固定床反应器催化剂的装填、钝化与卸出
1、运输、贮藏
2.填装
2.填装
列管式固定床反应器的填装
3.升温与还原
催化剂的升温与还原实际上是其制备过程的继续，是投入使用前的最后一道工序，也是催化剂形成活性结构的过程。
催化剂的还原必须到达一定的温度后才能进行。因此，从室温到还原开始以及从开始还原到还原终点，催化剂床层都需逐渐升温，稳定而缓慢地进行，并不断脱除催化剂表面所吸附的水分。
为了使催化剂床层的径向温度均匀分布，通常升温到某一阶段需恒温一段时间。
还原开始后，一般有热量放出，许多催化剂床层能自身维持热量或部分维持热量，但仍要控制好温度，必须均匀地进行，严格遵守操作规程，密切注意不要使温度发生急剧的改变。
3.升温与还原
生产实例
低温CO变换用的CuO-ZnO催化剂，还原热高达88kJ/mol铜，而铜催化剂对温度又很敏感，极易烧结。在这种情况下可用氮气等情性气体稀释还原气，降低还原速率。
合成氨用的熔铁催化剂时，当部分Fe3O4被氢还原成金属铁后，即具有催化活性。部分的N2与H2反应生成NH3而放出热量，利用这一反应热可逐步提高还原温度。但也要适当控制其反应量，以免温度过高使微晶烧结而影响催化剂的活性。
4.开停车及钝化
若催化剂为点火开车，则首先用纯氮气或惰性气体置换整个系统，然后用气体循环加热到一定温度，再通入工艺气体（或还原性气体）。
对于某些催化剂，还必须通入一定量的蒸汽进行升温还原。
当催化剂不是用工艺气还原时，则在还原后期逐步加入工艺气体。
4.停车及钝化
临时性短期停车
只需关闭催化反应器的进出口阀门，保持催化剂床层的温度，维持系统正压即可。
短时间停车检修
为了防止空气漏入引起已还原催化剂的剧烈氧化，可用纯氮气充满床层，保护催化剂不与空气接触。
停车时间较长
催化剂若是具有活性的金属或低价金属氧化物，为防止催化剂与空气中的氧反应，放热烧坏催化剂和反应器，则要对催化剂进行钝化处理。
4.开停车及钝化
用含有少量氧的氮气或水蒸汽处理，使催化剂缓慢氧化，氮气或水蒸汽作为载热体带走热量，逐步降温。
操作的关键是通过控制适宜的配氧浓度来控制温度。
更换催化剂的停车，包括催化剂的降温、氧化和卸出几个步骤。
钝化结束的标志：当进出口空气中的氧含量不变时，可以认为氧化结束。
5. 使用注意事项
防止已还原或已活化好的催化剂与空气接触；
原料中必须净化除尘，减少毒物和杂质的影响。在使用过程中，避免毒物与催化剂接触；
严格保持催化剂使用所允许的温度范围，防止催化剂床层局部过热，以致烧坏催化剂。催化剂使用初期活性较高，操作温度尽量控制低些，当活性衰退以后，可逐步提高操作温度；
维持正常操作条件（如温度、压力、原料配比、流量等）的稳定，尽量减少波动；
开车时要保持缓慢的升温升压速率，温度、压力的突然变化易造成催化剂的粉碎。要尽量减少开、停车的次数。
失活的原因：沾污 烧结 积炭 中毒 挥发剥落
蒸汽处理
空气处理
通入氢气或不含毒物的还原性气体
用酸或碱溶液处理
当催化剂表面吸附了炭或碳氢化合物，阻塞了微孔结构时，可通入空气进行燃烧或氧化，使催化剂表面的炭及类焦状化合物与氧反应，将碳转化成二氧化碳放出。
合成氨使用的熔铁催化剂，当原料气中含氧或氧的化合物浓度过高受到毒害时，可停止通入该气体，而改用合格的N2-H2混合气体进行处理，催化剂可获得再生。
有时用加氢的方法，也是除去催化剂中含焦油状物质的一种有效途径。
如加氢用的骨架镍催化剂被毒化后，通常采用酸或碱以除去毒物。
7.苯加氢固定床反应器催化剂装填、钝化、卸载
（一）加氢催化剂装填（动手操作—综合实训室）
（二）加氢催化剂钝化及拆卸（动手操作—综合实训室）
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