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第一篇 化学过程中的催化剂1

第一章 绪 论1

1.1 催化特性及其含义1

1.2 催化反应3

1.3 催化剂和催化过程的参考文献7

1.3.1 科学期刊文献7

1.3.2 专利文献8

1.3.3 文献目录10

1.4 常用术语汇编13

第二章 催化剂的制备、特性和使用情况2.1 引言17

2.2 均相催化剂和非均相催化剂17

2.3 非均相催化剂18

2.4 表面积与晶体颗粒度20

2.5 载体的作用22

2.6 助催化剂23

2.7 无定形和结晶形硅铝酸盐：强酸催化剂23

2.7.1 引言23

2.7.2 沸石的结构24

2.8 催化剂颗粒大小和形状27

2.9 催化剂制造29

2.9.1 引言29

2.9.2 制造方法29

2.10 催化剂的特性33

2.10.1 常规方法33

2.10.2 表面特性37

2.11 催化剂的使用38

2.1 1.1 预处理38

2.1 1.2 失活过程38

2.12 催化剂经济状况42

参考文献49

第三章 实现催化过程的方法49

3.1 引言49

3.2 催化剂的进展对过程操作和设计的影响50

3.2.1 现有过程的较小变化50

3.2.2 现有过程的重要变化52

3.2.3 全新的过程或化学品52

3.3 过程的质量和热量平衡53

3.3.1 进行质量平衡的方法54

3.3.2 进行热量平衡的方法55

3.4 过程评价之设备设计56

3.5 化学反应器类型和设计制约59

3.5.1 均相和非均相反应器60

3.5.2 活塞流和返混型反应器61

3.5.3 等温或绝热反应器63

3.5.4 反应热对反应器设计的影响64

3.5.5 绝热温度升高68

3.6 操作温度和压力对整个设计的影响69

3.7 催化剂变化和分离技术对过程设计的影响71

3.7.1 催化剂蜕化对过程的影响72

3.7.2 催化剂毒化对过程设计的影响75

3.7.3 催化剂与产品的分离75

3.8 过程的能量和辅助材料要求77

3.9 过程设计中环境方面的要求79

参考文献83

第四章 催化过程的经济情况83

4.1 引言83

4.2 化学产品的生产成本84

4.2.1 成本的组成84

4.2.2 原料成本86

4.2.3 能量消耗费86

4.2.4 专利费或许可证费87

4.2.5 直接费用88

4.2.6 间接费用88

4.2.7 与投资有关的费用88

4.2.8 生产规模的影响89

4.2.9 设备利用率低的影响91

4.2.10 催化剂对生产成本的影响92

4.3 综合系统中的催化过程93

4.3.1 催化剂对生产设备的影响93

4.3.2 催化剂的寿命94

4.3.3 均相催化剂95

4.4 改善催化剂性能对工艺过程和经济情况的影响97

4.4.1 改进现有工艺：实例199

4.4.2 改进现有工艺：实例2101

4.4.3 重大工艺改变102

4.4.4 新工艺和新原料：实例1104

4.4.5 新工艺和新原料：实例2105

4.5 新催化过程的前景107

参考文献112

第二篇 由石油、煤、天然气制基本化工原料第五章 石油化学5.1 引言112

5.2 催化重整113

5.3 催化裂化118

5.3.1 链烷烃裂化119

5.3.2 环烷烃裂化120

5.3.3 芳烃裂化120

5.4 异构化123

5.5 加氢处理128

5.5.1 加氢脱硫129

5.5.2 加氢裂化133

5.6 蒸汽裂化138

5.7 结束语140

参考文献143

第六章 煤、天然气化学143

6.1 生产燃料和基本化工原料的资源和路线143

6.1.1 原料来源143

6.1.2 燃料和基本化工原料的生产路线145

6.2 合成气、氢气、一氧化碳的生产150

6.2.1 引言150

6.2.2 烃类蒸汽转化152

6.2.3 烃类部分氧化154

6.2.4 水煤气变换反应154

6.2.5 脱除碳的氧化物155

6.3 合成氨——综合性催化过程的一个实例157

6.4 合成甲醇159

6.5 以煤为原料的工艺过程163

6.5.1 煤的液化163

6.5.2 煤的气化168

第三篇 由基本化工原料制最终产品第七章 由基本原料到最终产品的生产路线168

参考文献175

7.1 由基本原料到最终产品175

7.2 乙烯及其衍生物177

7.2.1 乙烯生产的管理经营177

7.2.2 乙烯——无处不在的石油化工产品178

7.3 尼龙合成181

7.3.1 引言181

7.3.2 由苯生产尼龙66182

7.4 两种不同类型产品的复杂性184

7.5 由基本原料到后继产品的化工工艺路线选择184

7.6 1，2-环氧丙烷的生产路线185

7.6.1 氯醇路线185

7.6.2 过氧化反应路线186

7.6.3 其它路线187

7.6.4 各种路线的比较188

7.7 苯酚的生产路线189

7.7.1 异丙苯路线189

7.7.2 磺化路线190

7.7.3 氯苯路线191

7.7.4 甲苯路线191

7.7.5 环己烷路线192

7.7.6 苯酚生产路线的选择193

7.8 己二腈生产路线195

7.8.1 己二酸胺化脱水195

7.8.2 丙烯腈电氢化二聚196

7.8.3 间接氢氰化196

7.8.4 丁二烯直接氢氰化197

7.8.5 己二腈生产路线的选择197

7.9 用乙炔作化工原料198

7.9.1 乙炔（ 1890—1960）198

7.9.2 乙炔——现状和未来199

参考文献203

第八章 碳—碳键的形成203

Ⅰ．羰基化203

8.1 引言203

8.2 由合成气制烃205

8.2.1 Fischer-Tropsch过程205

8.2.2 甲烷化作用214

8.2.3 由甲醇生产液态烃215

8.3 含氧产品的合成220

8.3.1 乙醇生产220

8.3.2 乙烯醇221

8.4 羰基合成223

8.5 有机物的羰基化228

8.5.1 甲醇转化成醋酸229

8.5.2 乙酸乙烯酯和乙酸酐的合成231

8.6 附录——聚合（链增长）过程中产品分布及其意义232

参考文献238

第九章 碳—碳键的形成238

Ⅱ．齐聚、异构化、复分解和氢氰化反应9.1 引言238

9.2 由乙烯齐聚制取α-烯烃238

9.2.1 主要反应步骤239

9.2.2 化学计量的烷基增长240

9.2.3 催化乙烯的齐聚作用240

9.2.4 改进相对分子质量分布（乙基公司工艺）241

9.2.5 副反应244

9.2.6 改变相对分子质量分布（shell Higher olef ins过程）245

9.3 烯烃复分解反应248

9.3.1 反应的范围248

9.3.2 烯烃复分解反应的催化体系250

9.3.3 反应机理252

9.4 二甲苯的分离和异构化255

9.4.1 分离过程255

9.4.2 催化异构化反应258

9.4.3 催化异构化体系261

9.4.4 交替反应，最终产物的途径不包括C8分离过程263

9.5 丁烯的氢氰化作用制备乙二腈265

参考文献270

第十章 碳—碳的形成270

Ⅰ．聚合反应270

10.1 引言270

10.2 聚合物的性质和聚合反应过程271

10.3 工业聚合技术275

10.3.1 一般原理275

10.3.2 本体聚合反应276

10.3.3 液相聚合279

10.4 链增长聚合281

10.5 自由基聚合282

10.6 离子型聚合286

10.6.1 阴离子聚合286

10.6.2 阳离子聚合288

10.7 配位聚合290

10.7.1 引言290

10.7.2 引发和增长途径293

10.7.3 非均相齐格勒—纳塔催化剂296

10.7.4 均相齐格勒—纳塔催化剂296

10.7.5 负载齐格勒—纳塔催化剂297

10.7.6 负载金属络合催化剂297

10.8 选择性聚合反应300

10.8.1 低密度聚乙烯（LDPE）301

10.8.2 聚丙烯302

10.9 聚合催化剂的发展方向304

参考文献309

第十一章 选择性烃氧化309

11.1 引言309

11.2 烯烃的环氧化作用310

11.2.1 乙烯和丙烯氧化物的生产312

11.2.2 乙烯直接氧化制取环氧乙烷313

11.2.3 反应机理314

11.2.4 副产品和其它丙烯氧化物路线315

11.2.5 乙二醇和丙二醇的直接合成320

11.3 醛、酮的生产321

11.3.1 甲醛的生产321

11.3.2 银催化过程322

11.3.3 铁钼催化过程323

11.3.4 选择甲醛生产过程的影响因素324

11.3.5 甲醇氧化机理324

11.3.6 乙醛的生产325

11.3.7 Wacker过程的化学机理328

11.3.8 乙酸乙烯酯的生产330

11.3.9 乙酸乙烯酯合成机理333

11.3.10 其它钯催化剂催化的乙酰氧基化反应334

11.3.11 丙酮和甲乙酮的制取335

11.4 不饱和醛和酮的生产337

11.4.1 丙烯醛的化学过程与生产338

11.4.2 丙烯醛合成机理340

11.5 酸和酸酐的生产340

11.5.1 甲酸、乙酸和乙酸酐340

11.5.2 丙烯酸和甲基丙烯酸的生产342

11.5.3 芳香族化合物的氧化344

11.5.4 对苯二甲酸和苯甲酸346

11.6 氧化脱氢348

11.6.1 氧化脱氢生产丁二烯348

11.7 氨氧化生产腈350

11.7.1 氢氰酸的生产350

11.7.2 丙烯腈的生产351

11.7.3 芳香烃氨氧化反应353

11.8 氧氯化生产氯乙烯353

11.9 烯烃在混合催化剂上氧化和氨氧化机理356

11.9.1 一般反应示意图356

11.9.2 烯烃的吸附作用和烯丙基中间体357

11.9.3 氧的作用和Mar s-Van Kvelen循环359

11.9.4 活性相和活性中心362

11.10 结论368

参考文献371

第十二章 催化加氢和脱氢371

12.1 引言371

12.2 不饱和碳—碳键的催化加氢371

12.3 乙炔加氢372

12.3.1 乙炔化学吸附373

12.3.2 乙炔加氢374

12.3.3 乙烃加氢动力学和机理375

12.3.4 聚合物的形成376

12.4 二烯烃加氢377

12.4.1 1，3-丁二烯的化学吸附378

12.4.2 丁二烯加氢机理379

12.5 甘油三酸酯的加氢（油脂硬化）380

12.5.1 基本情况380

12.5.2 大豆油的选择加氢381

12.5.3 甘油三酸酯的加氢机理383

12.5.4 油脂硬化催化剂384

12.6 芳香族化合物的加氢384

12.6.1 苯的加氢384

12.7 芳香族硝基化合物加氢386

12.7.1 硝基苯加氢——一般原理386

12.7.2 硝基苯加氢机理387

12.8 腈类的加氢388

12.8.1 一般原理388

12.8.2 己二腈加氢388

12.9 糖类的加氢389

12.10 催化脱氢390

12.10.1 正丁烯脱氢390

12.10.2 乙苯脱氢392

12.11 芳香烃的加氢脱烷基化作用392

12.11.1 一般原理392

12.11.2 加氢脱烷基化催化剂392

12.12 均相加氢393

参考文献399

第十三章 专用化学品399

13.1 引言399

13.2 异构化400

13.3 环氧化401

13.4 加氢402

13.5 不对称加氢403

13.6 环丙烷化404

13.7 结束语405

参考文献409

第十四章 酶催化作用409

14.1 引言409

14.2 酶的种类和应用409

14.3 氨基酸合成412

14.4 葡萄糖异构化413

14.5 将来的用途414