催化剂开发的一般顺序--准备阶段

催化剂开发从实验室至工业规模

催化剂开发的一般顺序

       开发一个新的催化过程或原有的催化过程需要改进时一般都会涉及催化剂的选择及制备问题。由于开发一种新的工业催化剂往往既费钱会开发目的又费时，所以需要先搞清开发目的。对于不同目的，开发的顺序及深度也有所差别，而且各个阶段的费用及复杂性也不同，因此要根据人力、物力及现有的技术手段量力而行。图2-1示出了催化剂开发的一般顺序。可以看出，催化剂的开发顺序随开发目的而异。而且各顺序可能有交叉及重复进行的情况。特别是评价考核过程，无论是催化剂活性组分及载体的选择，实验室制备催化剂、中试放大制备催化剂及工业应用催化剂都有反复评价考核过程，并根据评价考核结果修正催化剂配方、制备方法及工艺操作条件。

 开发的准备阶段

1.文献调查

          制备催化剂并进行评价考核：

         在为所设想的目标反应进行初步热力学考察及技术经济分析以后，应及时进行全面文献调查其目的是:①查找有关反应的热力学数据;②查找目的反应和类似反应的前人研究成果;③确认目的反应的反应类型;④查找与开发顺序有关的由经验累积的一些催化物质的活性图谱。

        此外，在文献调查的同时，应对催化作用的机制做一些了解。多年来，对有关催化剂的作用原理有着不同的认识。一些研究者认为，催化剂是一种稳定的物质，它能促使反应物转化为所要求的产物，由此出现了以几何学及电子学为基础的多位理论、电子理论、电荷转移理论及吸附理论等。而另一些研究者则认为催化剂像一种化学物质，它能与反应物形成不稳定的配合物，当转化为反应产物并脱附后又恢复到原始状态。近年来，随着先进的测试手段不断发展，人们对化学吸附配合物及化学键的性质和行为有更深的了解，将催化活性与催化剂表面行为相关联可能更有利于成功开发出一种新催化剂。

2.列出设想反应的全部化学反应式

       每个催化反应过程通常是由目的反应和伴随的副反应所构成。在开发之初应尽量写出一切可能发生的反应式，将反应进行分类，判别要求和不要求的反应类型，从而可假设反应机理，以找出有利或抑止这些反应的催化剂，减少需要筛选的催化剂数量。

       例如，对于反应 A+B-→C+D对于分子数为2或2以下的反应可进一步细分为以下反应:① 基本反应:反应体系中，反应物分子本身进行的单分子反应，如异构化反应或裂解反应:

A - -- -->A1              B- -- -->B1

A - -- -->A1 +A2           B- -- -->B1 +B2

②自身相互反应：反应体系中同种分子间的反应，如：

③交叉相互反应：反应体系中不同反应物分子间的反应，如：

A+B→C+D   A+B→E

④接续反应：反应物分子和经基本反应或自身相互反应生成的分子再继续进行反应，如

A+A'→J   B+B3→K

⑤交叉持续反应：反应物分子和基本反应、自身相互反应或交叉相互反应生成的产物间的反应，如：

A+C→L   B+H→M

⑥衍生的基本反应：单一产物分子本身进行的单分子反应，如：

C一→C'      D→D'      E→E'

C→C1+C2   D→D1+D2   E→E1+E2

⑦衍生的自身相互反应：同一产物分子进行的双分子反应，如：

2C→F   2D→G

⑧衍生的交叉相互反应：两种产物分子间的反应，如：

C+E→H   D+E→I

        以烃类水蒸气转化反应为例加以说明。转化反应是指水蒸气与烃类在高温下进行生成CO、(CO2及H2的反应。烃类水蒸气转化的目的是最大限度地提取水和烃类原料中所含的氢，所用的烃可以是气态烃或液态烃。表2-1示出了碳四烃水蒸气转化可能的反应式。

表2-1 碳四烃水蒸气转化的反应式

续表

3．假设反应机理

根据上述大量反应，并考察热力学上的可行性，将其归纳为以下主要反应类型：

裂解反应：                  C4H10→C3H6+CH4

脱氢反应：                  C4H10→C3H8+H2

水合反应：              C4H8+H2O→C4H9OH

水蒸气裂解：            C4H8+H2O→C2H5CHO+CH4

脱羰反应：               C2H5CHO→CO+C2H6

水煤气变换：              CO+H2O→CO2+H2

聚合反应：                  2C2H4→C4H8

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产品详情：

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