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第一章 催化剂及其作用 1

1.催化剂的性能、组成和结构 1

1.1 概述 1

1.2 催化剂的性能 2

1.2.2 选择性 4

1.2.3 机械强度 5

1.2.4 稳定性 7

1.2.1 催化剂的活性及表示方法 8

1.2.5 使用寿命 9

1.3 催化剂的组成 11

1.3.1 主催化剂 11

1.3.2 助催化剂 11

1.3.3 载体 14

1.4 催化剂的结构 15

1.4.1 催化剂的表面结构 15

1.4.2 多相催化剂的孔结构 26

1.4.3 多相催化剂的晶粒大小和晶相结构 27

2.1 活性中心概念 27

2.2 吸附与催化 29

2.3 多相催化中的酸碱性 42

2.3.1 酸碱的定义及酸强度 42

2.3.2 多相酸碱催化 43

2.4 半导体的催化作用 44

2.4.1 固体能带概念及某些基本知识 44

2.4.2 半导体催化作用的一些有关解释 46

参考文献 48

第二章 化学反应工程和催化剂的使用 51

1.1 本征动力学方程 53

1.1.1 测定本征动力学的实验 53

1.实用的动力学方程 53

1.1.2 本征动力学方程的建立及其作用 54

1.1.3 温度对化学反应速度的影响 55

1.2 原粒度催化剂动力学方程 57

1.2.1 催化剂颗粒内的传质过程 57

1.2.2 催化剂颗粒内的传热过程 58

1.2.3 原粒度催化剂动力学方程——有效系数的概念 60

1.3 实用的动力学方程 60

1.3.1 还原校正 61

1.3.2 毒物校正 61

1.3.3 剂龄校正 61

2.数学模型与数学模拟方法 62

2.1 数学模型的建立 62

2.2 数学模拟方法 63

2.3 固定床反应器的数学模型 64

2.3.1 流动模型 65

2.3.1.1 几种流动模型 65

2.3.1.2 流动模型参数估计 66

2.3.2 压力降模型 68

2.3.3 固定床反应器的数学模型 70

2.3.3.1 固定床反应器数学模型分类 70

2.3.3.2 拟均相二维数学模型 72

2.3.4 从工业生产实验数据获得模型参数的方法 74

3.数学模拟方法在催化剂使用技术中的应用 78

3.1 操作 78

3.1.1 核算操作过程中催化剂的活性 78

3.1.2 催化剂中毒的行为分析 79

3.1.3 更换催化剂的经济评价 79

参考文献 80

2.催化作用原理 80

3.2 设计、模拟 80

1.钴-钼-氧化铝加氢转化催化剂组成、结构和活性 82

1.1 催化剂活性组份和结构 82

第三章 有机硫加氢转化催化剂 82

1.2 物理结构与活性的关系 83

2.钴-钼-氧化铝加氢转化催化剂的硫化 86

2.1 硫化反应 87

2.2 有关硫化条件的讨论 87

2.2.1 硫化度 87

2.2.2 硫化剂的种类 89

2.2.3 预硫化温度 90

2.2.4 硫化时间 90

2.3 T201型硫化条件 92

3.钴-钼-氧化铝加氢转化催化剂的正常操作 92

3.1 有机硫分解反应 93

3.1.1 有机硫的热分解 93

3.1.2 有机硫氢分解反应 93

3.1.3 三氧化钼催化作用的机理 94

3.1.4 有机硫化合物氢解反应动力学 96

3.2 适宜操作条件的选择 98

3.2.1 操作条件的讨论 98

3.2.2 T201催化剂使用条件 100

3.3 操作过程中应注意的几个问题 101

4.钴-钼-氧化铝加氢转化催化剂使用寿命 101

4.1 活性衰减和催化剂更换 101

4.2 影响催化剂活性的因素 102

4.2.1 加氧气中杂质的含量 102

4.2.2 原料油 103

4.3 催化剂的再生 104

4.3.1 钼酸钴催化剂再生方法原理 105

4.3.2 催化剂的再生操作 105

5.2 钼酸铁 107

5.2.1 反应方程式 107

5.1 钼酸镍 107

5.其他加氢转化催化剂 107

5.2.2 正常操作 108

参考文献 109

附表：各国加氢转化催化剂主要型号一览表 110

第四章 氧化锌脱硫剂 112

1.干法脱硫和氧化锌脱硫剂 112

2.氧化锌脱硫剂的脱硫原理 116

2.1 脱硫反应的热力学平衡 116

2.2 脱硫反应机理 117

2.3 脱硫剂床层中硫的分布 120

3.氧化锌脱硫剂的组成、结构和特性 121

3.1 化学组成、物理结构与脱硫活性的关系 121

3.2 各种脱硫剂的脱硫特性 124

3.2.1 T302型脱硫剂 124

3.2.3 T(T)303型脱硫剂 125

3.2.2 C7-2型脱硫剂 125

3.2.4 T304型脱硫剂 126

4.氧化锌脱硫剂的使用 126

4.1 氧化锌脱硫剂的使用场合 126

4.2 影响脱硫反应速率的因素 128

4.2.1 反应温度 128

4.2.2 空速 128

4.2.4 水汽含量 130

4.2.3 含硫化合物的类型及浓度 130

4.3 操作条件的选择 131

4.3.1 反应温度 131

4.3.2 操作压力 131

4.3.3 空速 131

4.3.4 加氢量 131

4.4 装填量、反应器设计及寿命预测 132

4.4.1 装填量 132

4.4.2 反应器设计 133

4.4.3 寿命预测 135

4.5.1 贮存、运输和装填 136

4.5 使用注意事项 136

4.5.2 开车及正常操作 137

4.5.3 停车和卸脱硫剂 138

参考文献 138

第五章 烃类蒸汽转化催化剂 140

1.转化催化剂的组成、结构和特性 140

1.1 主要化学组成及各组份的作用 141

1.1.1 转化催化剂的活性组份 141

1.1.2 助催化剂 141

1.1.3 载体 144

1.1.4 杂质 146

1.2 物理结构及其影响 147

1.2.1 转化催化剂的物理结构 147

1.2.2 转化催化剂的外形及尺寸 148

5.3.5 原料气组成的影响 150

1.2.3 转化催化剂应具备的机械强度 150

2.1.2 装填方法 151

2.1.1 装填时应注意的要点 152

2.转化催化剂的装填 152

2.1.3 装填质量 154

2.2 二段转化催化剂的装填 154

3.1 还原过程的化学反应及热效应 155

2.1 一段转化催化剂的装填 157

3.2 还原条件对催化剂性能的影响 157

3.2.1 还原温度的影响 157

3.2.2 还原气氛的影响 157

3.转化催化剂的活化 158

3.2.3 还原压力的影响 159

3.3 催化剂还原中的几个问题 159

3.3.1 还原终点的判断 159

3.3.2 添加含氢气体的益处 160

4.转化催化剂的氧化(钝化) 161

4.1 钝化(氧化)反应及反应热 162

4.2 钝化操作 162

4.2.1 钝化操作 162

4.2.2 钝化进程的判断 163

4.2.3 注意事项 163

4.3 氧化对转化催化剂性能的影响 163

5.转化催化剂的正常操作 165

5.1 蒸汽转化反应和反应平衡 165

5.1.1 天然气蒸汽转化反应及反应热 165

5.1.2 甲烷蒸汽转化反应的平衡 166

5.1.3 平衡组成的计算 167

3.3.3 二段转化催化剂的还原 167

5.1.4 二段转化反应原理 170

5.2.1 甲烷蒸汽转化反应机理 172

5.2 甲烷蒸汽转化反应动力学 172

5.2.2 甲烷蒸汽转化的反应速度 173

5.3 操作条件的影响和选择 175

5.3.1 反应温度的影响 175

5.3.2 反应压力的影响 176

5.3.3 水碳比的影响 178

5.3.4 空速的影响 179

5.3.6 各操作因素对管壁温度的影响 181

5.3.7 有关二段转化催化剂的操作 182

5.4 运转中转化催化剂性能的判断 184

6.轻油蒸汽转化反应概述 188

6.1 轻油蒸汽转化反应热力学 188

6.2 轻油蒸汽转化反应动力学与机理 192

6.2.1 轻油转化反应动力学 193

6.2.2 反应机理 195

6.3 轻油蒸汽转化中有关炭的反应 197

7.1 解决催化剂结炭的不同途径 199

7.轻油转化催化剂设计思想及特点 199

7.1.1 钾碱是最有效的抗结炭助剂 200

7.1.2 以活性氧化镁为载体 200

7.2 化学组成及主要物化性质 200

7.3 两类轻油转化催化剂的特性 200

7.3.3 对炉型和炉温的适应性 201

8.3.1 升温 201

7.3.2 转化活性 201

7.3.1 抗结炭能力 201

7.3.4 对操作条件的适应性 202

7.4 炼厂焦化气转化催化剂 202

8.轻油转化催化剂的正常使用 203

8.1 原料规格 203

8.2 装填 204

8.3 升温与还原 204

8.3.2 还原 204

9.1.1 析炭热力学 206

9.1 结炭 206

9.运转中几个问题的讨论 206

8.4 正常操作 206

9.1.2 析炭动力学 209

9.1.3 防止析炭的途径 214

9.1.4 炭的脱除方法 214

9.2 转化管出现热斑、热带和热管 215

9.3 催化剂中毒 216

9.3.1 硫中毒 216

9.3.2 其他毒物 219

10.转化催化剂的寿命 220

10.1 影响转化催化剂寿命的主要因素 220

10.1.1 催化剂的强度 220

10.1.2 催化剂的活性 221

10.1.4 原料气组成的影响 222

10.2 转化催化剂的更换 222

10.1.3 催化剂结炭的影响 222

10.3 延长转化催化剂使用寿命的对策 225

10.3.1 选择性能优良的转化催化剂 225

10.3.2 使转化催化剂处于最佳性能状态 225

10.3.3 避免不必要地损伤催化剂 226

参考文献 226

第六章 高温变换催化剂 229

1．高变催化剂的组成、结构和特性 229

1.1 化学组成和主要组份的作用 229

1.1.1 铁的氧化物 229

1.1.2 三氧化二铬 230

1.1.3 氧化钾 231

1.2 物理结构与活性和强度的关系 231

1.2.2 物理结构对强度的影响 232

1.2.1 物理结构对活性的影响 232

1.3 高变催化剂的主要特性 234

1.3.1 活性 234

1.3.2 强度 235

1.3.3 催化剂的本体含硫量 235

1.3.4 催化剂的选用 235

2.高变催化剂的还原与放硫 236

2.1 还原过程的化学反应及其热效应 236

2.2 高变催化剂的还原条件 238

2.3 工厂升温还原若干问题的讨论 239

2.3.1 升温介质 239

2.3.2 还原方法 240

2.3.8 还原终点 240

2.4 高变催化剂的放硫问题 241

3.1.1 变换反应的热效应 243

3.1.2 变换反应的平衡常数 243

3.1 变换反应的热效应与化学平衡 243

3.正常操作条件 243

3.1.8 变换率与平衡变换率 244

3.2 反应速度方程 246

3.3 正常操作条件的选择 248

3.3.1 温度 248

3.3.2 汽气比 249

3.3.3 压力 250

4.1.1 催化剂的失活 251

4.1 影响寿命的主要因素 251

4.高变催化剂的使用寿命 251

4.1.2 阻力降上涨 252

4.2 影响活性和压力降的主要因素 252

4.2.1 影响压力降的主要因素 252

4.2.2 影响变换率的主要因素 254

4.3 催化剂的更换原则 255

4.4 延长使用寿命的若干措施 256

5.钴钼系耐硫变换催化剂 259

5.1 催化剂组成 259

5.2 催化剂的硫化 260

1.氨合成催化剂的组成，结构与特性 261

5.3 操作注意事项 261

5.4 钴钼催化剂的特点 262

参考文献 263

附表1 一氧化碳变换反应化学平衡常数 264

附表2 国内几种高温变换催化剂的性能 267

附表3 国外几种高变催化剂的性能 268

第七章 低温变换催化剂 269

1.催化剂的组成、结构和特性 269

1.1 化学组成和主要组份的作用 269

1.2 物理结构及其与活性的关系 271

1.3 催化剂的主要特性 273

2.1 升温还原过程的化学反应及其热效应 274

2.催化剂的还原 274

2.2.1 表观起始还原温度与氢浓度的关系 277

2.2 催化剂还原的动力学性质 277

2.2.2 诱导期与氢浓度和温度的关系 278

2.2.3 还原动力学方程 278

2.3 对还原低变催化剂若干问题的讨论 280

2.3.1 还原剂 280

2.3.2 稀释气 281

2.3.3 空间速度和压力 283

2.3.4 氢气浓度和温度 283

2.3.5 全床层催化剂平均还原度和还原时间的估算 287

3.1 采用低温变换的效益 288

3.催化剂的正常操作 288

3.1.1 提高氨产率 289

3.1.3 降低压缩能耗 290

3.1.4 减少装量费用 290

3.2 反应机理和反应速率 290

3.2.1 反应机理 290

3.1.2 节省蒸汽消耗 290

3.2.2 反应速率方程 291

3.2.3 反应速率方程的讨论 293

3.3.1 进出口温度的确定 294

3.3 低温变换操作条件的设计 294

3.3.2 催化剂用量的确定 295

3.3.3 催化剂粒度的选择 298

3.4 适宜操作条件的讨论 299

3.4.1 操作温度 299

3.4.2 操作压力和空速 303

3.4.3 进气组成 304

3.5 催化剂的氧化和停、卸 306

4.催化剂的使用寿命 307

4.1 活性衰减的几种表现与催化剂的更换 308

4.2 损害催化剂活性的主要因素 312

4.2.1 硫中毒 312

4.2.2 卤素中毒 314

4.2.3 水汽冷凝 315

4.2.4 热老化 316

4.3 延长催化剂寿命的若干对策 316

4.3.1 防硫 317

4.3.2 防卤素 318

4.3.3 防污塞 319

4.3.4 防水汽冷凝 319

4.3.5 防超温 320

4.3.6 多装催化剂和选用小粒催化剂 320

4.3.7 均匀装填 321

4.3.8 稳定操作条件 322

参考文献 322

第八章 甲烷化催化剂 323

1.催化剂的组成、结构和特性 323

1.1 催化剂的组成及主要组份的作用 323

1.1.1 活性组份 323

1.1.2 载体及促进剂 324

1.2.2 物理结构与活性的关系 326

1.2.1 结构模型 326

1.2 物理结构及其与活性的关系 326

1.3 甲烷化催化剂的主要特性 327

2.催化剂的还原 328

2.1 还原过程中化学反应及其热效应 328

2.2 还原条件的选择 328

2.2.1 温度 329

2.2.2 压力 330

2.2.3 空速 331

2.2.4 气体组成 331

2.3 还原甲烷化催化剂若干问题的讨论 331

2.3.1 还原阶段的划分 331

2.3.2 还原终点的判定 332

3.1 物化性质与毒性 333

3.1.1 物化性质 333

3.1.2 羰基镍的毒性 333

3.羰基镍 333

3.2 羰基镍生成的因素与预防 334

3.2.1 羰基镍生成的因素 334

4.正常操作 335

4.1 甲烷化反应的热力学 335

4.1.1 甲烷化过程中可能发生的反应 335

3.2.2 预防措施 335

4.1.2 平衡浓度的计算 336

4.1.3 甲烷化反应的热效应 338

4.2 反应速率及机理 339

4.2.1 反应速率 339

4.2.2 反应机理 340

4.3.2 催化剂装量计算 341

4.3 操作条件的设计 341

4.3.1 反应温度的设计 341

4.3.3 反应炉设计 342

4.4 适宜操作条件的讨论 343

4.4.1 操作温度 343

4.4.2 操作压力 343

4.4.3 操作空速 344

4.4.4 气体组成 344

4.4.5 脱碳岗位操作的正常与稳定 344

5.催化剂的使用寿命 346

5.1 催化剂活性衰退的主要表现 346

5.2 损害催化剂活性的主要因素 346

5.2.1 催化剂的中毒 346

5.2.2 热老化 349

5.3 使用寿命的估测 350

6.延长使用寿命的若干措施 351

6.1.1 对气体中硫浓度的要求 351

6.1 防止催化剂的硫中毒 351

6.1.2 硫进入甲烷化炉的可能途径 352

6.1.3 预防措施 355

6.2 防止超温 356

6.3 防止甲烷化入口气的泄漏 357

6.3.1 入口气泄漏的几种可能途径 357

2.催化剂的还原 358

参考文献 358

6.3.2 预防措施 358

附录 不同温度下CO和CO2甲烷化的平衡常数 360

第九章 氨合成催化剂 361

1.1 催化剂的化学组成及组份效应 361

1.2 影响催化剂性能的其他因素 365

1.3 催化剂主要特性 367

2.1 催化剂在还原过程中的物理化学变化 368

2.2 还原过程动力学 370

2.3 还原过程的影响因素 371

2.4 还原操作 375

2.5 预还原催化剂 377

3.催化剂在使用过程中的物理化学变化 378

3.1 催化剂的热稳定性 379

3.2 催化剂的中毒 380

3.3 催化剂的寿命 384

4.催化剂的正常操作 385

4.1 氨合成反应的热力学和动力学特征 385

4.2 操作参数的影响及其选择 387

4.3 催化剂的选型及其颗粒度选择 392

4.4 催化剂的装卸 394

4.5 中、小型氨厂操作中的几个有关问题 395

4.6 操作注意事项 396

参考文献 397

第十章 S02氧化用钒催化剂 399

1.化学热力学数据 399

1.1 反应热 399

1.2 平衡常数和平衡转化率 399

2.钒催化剂 400

2.1 简述 400

2.2 钒催化剂的结构和特性 401

2.3 钒催化剂型号和化学、物理性质 404

2.3.1 挤条圆柱形钒催化剂 404

2.3.2 球形钒催化剂 405

2.3.2 环形钒催化剂 406

3.二氧化硫氧化工业反应器 408

3.1 s1系钒催化剂的经验速率方程和速率常数 408

3.2.2 最佳温度曲线的拟合计算 411

3.2.1 扩散效率因子 411

3.2 工艺设计 411

3.2.3 绝热段的分段和各绝热段催化剂容积计算 412

3.3 催化剂的经验定额分配 413

4.开车与停车 415

4.1 催化剂的装填 415

4.2 开车 416

4.3 停车 417

4.4 催化剂的卸出与筛换 418

5.钒催化剂的中毒 418

5.1 矿尘与酸雾 418

5.2 砷及其化合物 422

5.3 氟及其化合物 423

5.4 碳的氧化物 425

6.催化剂的运输与贮存 426

参考文献 426

1.1 化学组成及各组份的作用 428

第十一章 氨氧化制硝酸催化剂 428

1.铂催化剂的组成、结构和特性 428

1.2 物理结构 430

1.3 成品网的技术规格 432

2.铂催化剂的装填与活化 433

2.1 铂网的安装 433

2.2 铂网的活化 434

3.铂催化剂的正常操作 436

3.1 化学平衡、反应机理及反应动力学 436

3.2 最佳操作条件的？？ 439

3.2.1 温度 439

3.2.2 压力 440

3.2.3 气体组成 441

3.2.4 气流速度 442

4.1 催化剂中毒 445

4.铂催化剂的活性衰退与再生 445

4.2 铂网再生 446

4.3 铂损失以及影响因素 446

4.3.1 压力影响 447

4.3.2 温度影响 447

4.3.3 铂网及其使用情况的影响 447

4.3.4 氧化挥发的影响 449

4.4 铂的回收 449

4.4.1 机械过滤法 450

4.4.2 奥地利氮素公司(？？？)法 450

4.4.3 德古萨(Degussa)法 450

4.4.4 恩格尔哈特(Engeihard)法 451

4.4.5 铂灰、炉灰及酸泥中铂的回收 451

4.5 判废标准 451

5.1 铁系催化剂 452

5.1.1 铁铋催化剂 452

5.非铂催化剂 452

5.1.2 铁铬催化剂 453

5.2 钴系催化剂 454

5.2.1 正常操作条件 454

5.2.2 再生与回收 456

参考文献 458

第十二章 计算机在化肥催化剂使用技术上的应用 459

1.前言 459

2.计算机在合成氨催化剂使用技术中的应用 461

2.1 催化剂的活性和寿命计算 461

2.1.1 预示催化剂的活性 461

2.1.2 催化剂寿命估算 464

2.2 催化剂中毒的分析 468

2.3 催化反应器的操作最佳化 471

2.3.1 高变反应器操作温度最佳化 471

2.4.1 氨合成催化剂示例 473

2.3.2 氨合成反应器操作温度最佳化 473

2.4 更换催化剂的经济评价 473

2.4.2 甲烷化催化剂示例 476

2.5 氨合成反应器的故障分析 478

2.5.1 内件泄漏 478

2.5.2 氨冷器故障 480

3.计算机在烃类蒸汽转化催化剂使用技术中的应用 482

3.1 一段转化炉的设计计算 482

3.2 转化系统的模拟分析 484

3.3 转化催化剂操作性能分析 486

4.用户填写工厂数据的技术要求和格式 488

4.1 数据一致性检验 488

4.2 数据填写的技术要求 491

4.3 附录 492

参考文献 497

附表 常用单位换算表 498