氨合成催化劑

內(nèi)容概要

氮的循環(huán)是自然界中維持地球上生命的重要循環(huán)之一。催化合成氨是目前唯一具有工業(yè)規(guī)模的獲取活化態(tài)氮　的方法。沒有別的反應(yīng)像氨全成反應(yīng)一樣，能夠把理論、模型催化劑和實驗連接起來。催化全成氨的基礎(chǔ)知識的進(jìn)步對其它領(lǐng)域的催化劑研究有較大的研究。    本書從理論與實踐結(jié)合的視角，較系統(tǒng)、全面地論述了氨合成催化劑研究、開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用的基本理論和方法，涉及催化劑組成、結(jié)構(gòu)、制造、還原、性能評價、表征以及反應(yīng)機理及其動力學(xué)，還涉及根據(jù)催化劑性能選擇工業(yè)應(yīng)用條件及其對催化過程經(jīng)濟效益的影響，并涉及近年來氨合成催化劑研究的新探索、新技術(shù)，包括光催化、電催化、生物催化以及氨的新用途等方面的新成果、新進(jìn)展。 　　本書可供廣大從事催化劑的研究、開發(fā)和工業(yè)使用的科研人員、高校師生和工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

劉化章，1940年3月出生，浙江文成人。1964年畢業(yè)于浙江化工學(xué)院（現(xiàn)浙江工業(yè)大學(xué)）化學(xué)工程系，1982～1984年赴日本橫濱國立大學(xué)進(jìn)修，1996～1 997年在日本北海道大學(xué)做高級訪問學(xué)者。歷任浙江工業(yè)大學(xué)講師、副研究員、研究員、博士生導(dǎo)師、工業(yè)催化研究所所長；浙江省多相催化重點實驗室主任、浙江省工業(yè)催化重點學(xué)科帶頭人；中國化工學(xué)會理事、中國化學(xué)會催化專業(yè)委員會委員、《chinese j0urnal 0f chemlcal englneering》、《石油化工設(shè)備》、《工業(yè)催化》等雜志編委；第八屆、第九屆浙江省政協(xié)委員；美國科學(xué)發(fā)展協(xié)會（aaas）會員。1970年開始氨合成催化劑及其工程技術(shù)的研究、開發(fā)和工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)表論文200余篇，1983年獲國家發(fā)明三等獎，1987年獲國家科技進(jìn)步二等獎，1995年獲國家發(fā)明二等獎以及浙江省及化工部科技進(jìn)步一等獎。在氨合成催化劑研究方面的主要貢獻(xiàn)是：（1）建立了我國第一套氨分解分子篩凈化一隔膜式壓縮機同體四槽反應(yīng)器構(gòu)成的高壓實驗裝置，修正了傳統(tǒng)的催化劑評價實驗方法，并被審定為國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和仲裁裝置；（2）發(fā)現(xiàn)了駝峰形活性曲線，修正了沿襲幾十年的經(jīng)典火山形曲線；突破了fe3o4體系，創(chuàng)立了fe1一xo基催化劑新體系，開發(fā)成功了a110-2、a30l、za-5等系列新型氨合成催化劑；（3）提出了鐵氧化物分子比的概念，建立了活性與鐵氧化物之間的數(shù)學(xué)模型和活性模型，提出了制備高活性熔鐵催化劑的單相性原理和均勻性原則，建立了熔鐵催化劑制備的理論基礎(chǔ)；（4）提出了鐵氧化物“競爭性還原機理”、“表面酸堿協(xié)同作用”、“feo歧化機理”、“cao是fe1一xo基催化劑主要結(jié)構(gòu)助催化劑”等系列新觀點，對駝峰形活性曲線、火山形活性曲線以及fe1一xo基催化劑高活性機理做出了詮釋；（5）廣泛開展催化反應(yīng)工程研究，在實驗技術(shù)、催化劑制造技術(shù)、新型

書籍目錄

第1章　氨合成催化劑的發(fā)展　1.1　合成氨催化劑概述 　　1.1.1　Co－Mo加氫轉(zhuǎn)化催化劑 　　1.1.2　氧化鋅脫硫劑　　1.1.3　烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑 　　1.1.4　一氧化碳高溫變換催化劑 　　1.1.5　一氧化碳低溫變換催化劑　　1.1.6　甲烷化催化劑　　1.1.7　精制催化劑　1.2　氨合成催化劑發(fā)展史回顧　　1.2.1　氨合成物理化學(xué)基礎(chǔ)研究　　1.2.2　高壓合成氨反應(yīng)的實現(xiàn)　　1.2.3　氨合成熔鐵催化劑的開發(fā)　　1.2.4　我國氨合成催化劑發(fā)展史　　1.2.5　氨合成催化劑的發(fā)展趨勢　1.3　傳統(tǒng)Fe3O4基熔鐵催化劑的發(fā)展　　1.3.1　傳統(tǒng)Fe3O4基催化劑的發(fā)展　　1.3.2　含鈷Fe3O4基催化劑的開發(fā)和現(xiàn)狀　1.4　Fe1-xO基非傳統(tǒng)熔鐵催化劑體系的發(fā)現(xiàn)　　1.4.1　尋找新的技術(shù)突破　　1.4.2　Fe1-xO基催化劑的活性　　1.4.3　Fe1-xO基催化劑還原性能　　1.4.4　ZA－5催化劑的技術(shù)特點　　1.4.5　Fe1-xO基催化劑的理論意義　　1.4.6　工業(yè)應(yīng)用　1.5　釕基非鐵催化劑的發(fā)明　　1.5.1　各種元素在N2活化中的性質(zhì)　　1.5.2　各種元素在合成氨中的性質(zhì)　　1.5.3　合金效應(yīng)　　1.5.4　活性炭負(fù)載釕基氨合成催化劑　參考文獻(xiàn)第2章　氨合成催化反應(yīng)機理　2.1　緒論　　2.1.1　催化理論的發(fā)展　　2.1.2　催化作用的化學(xué)本質(zhì)　　2.1.3　催化研究中的方法論　2.2　吸附與多相催化　　2.2.1　吸附與多相催化　　2.2.2　多相催化劑表面非均一性　　2.2.3　化學(xué)吸附等溫式　　2.2.4　吸附速率：Elovich方程式　　2.2.5　化學(xué)吸附態(tài)　2.3　氨合成催化反應(yīng)機理　　2.3.1　基元反應(yīng)　　2.3.2　氨合成催化反應(yīng)機理　　2.3.3　氨合成微觀反應(yīng)動力學(xué)分析　2.4　氨合成總包反應(yīng)動力學(xué)　　2.4.1　總包反應(yīng)與基元步驟的一般關(guān)系　　2.4.2　兩步序列法 　　2.4.3　Temkin理論的基本假設(shè)　　2.4.4　Temkin?Pyzhev氨合成反應(yīng)速率方程　　2.4.5　Temkin理論的推論與催化劑優(yōu)選　2.5　宏觀反應(yīng)動力學(xué)　　2.5.1　外擴散　　2.5.2　內(nèi)擴散　　2.5.3　內(nèi)表面利用率　　2.5.4　宏觀催化反應(yīng)動力學(xué)方程　2.6　氨合成塔的設(shè)計　　2.6.1　動力學(xué)方程的實用形式　　2.6.2　反應(yīng)器設(shè)計數(shù)學(xué)模型　　2.6.3　多段絕熱式氨合成反應(yīng)器段間分配　　2.6.4　合成氨反應(yīng)器設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)　　2.6.5　模擬計算實例　參考文獻(xiàn)第3章　熔鐵催化劑的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)　3.1　鐵的氧化物　　3.1.1　Fe2O3　　3.1.2　Fe3O4　　3.1.3　FeO　　3.1.4　各種鐵氧化物之間的關(guān)系 　　3.1.5　鐵的復(fù)合氧化物及其固溶體 　　3.1.6　鐵氧化物中的缺陷結(jié)構(gòu)　3.2　鐵的氧化物與催化劑活性　　3.2.1　經(jīng)典的火山形活性曲線　　3.2.2　駝峰形活性曲線　　3.2.3　單相性原理　　3.2.4　鐵氧化物還原后的活性模型　　3.2.5　鐵的氧化物與催化劑還原性能　　3.2.6　鐵的氧化物與催化劑表面織構(gòu)　　3.2.7　鐵的氧化物與催化劑表面吸附性能　3.3　熔鐵催化劑的助催化劑　　3.3.1　助催化劑的設(shè)計　　3.3.2　結(jié)構(gòu)性助催化劑　　3.3.3　電子性助催化劑　　3.3.4　催化劑表面偏析現(xiàn)象　　3.3.5　氧化態(tài)催化劑中助催化劑的分布　3.4　氧化態(tài)熔鐵催化劑的結(jié)構(gòu)　　3.4.1　經(jīng)典熔鐵催化劑的結(jié)構(gòu)圖像　　3.4.2　Fe1-xO基熔鐵催化劑的結(jié)構(gòu)圖像　3.5　還原后催化劑的結(jié)構(gòu)　　3.5.1　孔結(jié)構(gòu)　　3.5.2　還原后催化劑的表面結(jié)構(gòu)　　3.5.3　納米效應(yīng)　　3.5.4　α－Fe單晶結(jié)構(gòu)和活性中心　　3.5.5　表面重構(gòu)現(xiàn)象 　3.6　Fe1-xO基催化劑高活性機理初探　參考文獻(xiàn)第4章　熔鐵催化劑的制備第5章　熔鐵催化劑的還原第6章　釕基氨合成催化劑第7章　催化劑的性能評價與表征第8章　工業(yè)應(yīng)用與催化劑性能第9章　催化劑性能對催化過程經(jīng)濟效益的影響第10章　創(chuàng)新與展望參考文獻(xiàn)

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