催化劑開發從實驗室至工業規模

催化劑開發的一般順序

       開發一個新的催化過程或原有的催化過程需要改進時一般都會涉及催化劑的選擇及制備問題。由于開發一種新的工業催化劑往往既費錢會開發目的又費時，所以需要先搞清開發目的。對于不同目的，開發的順序及深度也有所差別，而且各個階段的費用及復雜性也不同，因此要根據人力、物力及現有的技術手段量力而行。圖2-1示出了催化劑開發的一般順序。可以看出，催化劑的開發順序隨開發目的而異。而且各順序可能有交叉及重復進行的情況。特別是評價考核過程，無論是催化劑活性組分及載體的選擇，實驗室制備催化劑、中試放大制備催化劑及工業應用催化劑都有反復評價考核過程，并根據評價考核結果修正催化劑配方、制備方法及工藝操作條件。

 開發的準備階段

1.文獻調查

          制備催化劑并進行評價考核：

         在為所設想的目標反應進行初步熱力學考察及技術經濟分析以后，應及時進行全面文獻調查其目的是:①查找有關反應的熱力學數據;②查找目的反應和類似反應的前人研究成果;③確認目的反應的反應類型;④查找與開發順序有關的由經驗累積的一些催化物質的活性圖譜。

        此外，在文獻調查的同時，應對催化作用的機制做一些了解。多年來，對有關催化劑的作用原理有著不同的認識。一些研究者認為，催化劑是一種穩定的物質，它能促使反應物轉化為所要求的產物，由此出現了以幾何學及電子學為基礎的多位理論、電子理論、電荷轉移理論及吸附理論等。而另一些研究者則認為催化劑像一種化學物質，它能與反應物形成不穩定的配合物，當轉化為反應產物并脫附后又恢復到原始狀態。近年來，隨著先進的測試手段不斷發展，人們對化學吸附配合物及化學鍵的性質和行為有更深的了解，將催化活性與催化劑表面行為相關聯可能更有利于成功開發出一種新催化劑。

2.列出設想反應的全部化學反應式

       每個催化反應過程通常是由目的反應和伴隨的副反應所構成。在開發之初應盡量寫出一切可能發生的反應式，將反應進行分類，判別要求和不要求的反應類型，從而可假設反應機理，以找出有利或抑止這些反應的催化劑，減少需要篩選的催化劑數量。

       例如，對于反應 A+B-→C+D對于分子數為2或2以下的反應可進一步細分為以下反應:① 基本反應:反應體系中，反應物分子本身進行的單分子反應，如異構化反應或裂解反應:

A - -- -->A1              B- -- -->B1

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

②自身相互反應：反應體系中同種分子間的反應，如：

③交叉相互反應：反應體系中不同反應物分子間的反應，如：

A+B→C+D   A+B→E

④接續反應：反應物分子和經基本反應或自身相互反應生成的分子再繼續進行反應，如

A+A'→J   B+B3→K

⑤交叉持續反應：反應物分子和基本反應、自身相互反應或交叉相互反應生成的產物間的反應，如：

A+C→L   B+H→M

⑥衍生的基本反應：單一產物分子本身進行的單分子反應，如：

C一→C'      D→D'      E→E'

C→C1+C2   D→D1+D2   E→E1+E2

⑦衍生的自身相互反應：同一產物分子進行的雙分子反應，如：

2C→F   2D→G

⑧衍生的交叉相互反應：兩種產物分子間的反應，如：

C+E→H   D+E→I

        以烴類水蒸氣轉化反應為例加以說明。轉化反應是指水蒸氣與烴類在高溫下進行生成CO、(CO2及H2的反應。烴類水蒸氣轉化的目的是最大限度地提取水和烴類原料中所含的氫，所用的烴可以是氣態烴或液態烴。表2-1示出了碳四烴水蒸氣轉化可能的反應式。

表2-1 碳四烴水蒸氣轉化的反應式

續表

3．假設反應機理

根據上述大量反應，并考察熱力學上的可行性，將其歸納為以下主要反應類型：

裂解反應：                  C4H10→C3H6+CH4

脫氫反應：                  C4H10→C3H8+H2

水合反應：              C4H8+H2O→C4H9OH

水蒸氣裂解：            C4H8+H2O→C2H5CHO+CH4

脫羰反應：               C2H5CHO→CO+C2H6

水煤氣變換：              CO+H2O→CO2+H2

聚合反應：                  2C2H4→C4H8

產品展示

產品詳情：

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