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催化原理导论（双语教材） - 阎子峰

上一篇 / 下一篇  2008-04-27 23:43:26

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出版日期:2006年1月
前言

催化技术是现代化工的关键核心技术之一。随着催化科学与工程技术的不断发展，无论是

基础原理、基础概念，还是催化剂研究手段，以及催化剂工业应用与催化剂工程，均出现

了大量的新概念、新理论、新方法及新的催化应用领域。这些新的进展也为高等院校“催

化原理”的教学带来诸多挑战。同时，加入WTO以来，我国经济、社会与国际社会全面接轨

，既懂专业知识、又有外语交流基础的复合型人才需求越来越旺盛。为了适应这一人才市

场的挑战，高校都在尝试开设一些双语课程。但是，面临的最大问题就是双语教材问题。

中国石油大学自1995年以来在这方面做了很多尝试。其中，“催化原理”课程就是试点课

程之一。经过近十年的不断充实与完善，我们在原有讲义的基础上编著了这本《催化原理

导论》（Introduction to Catalysis）教材。

《催化原理导论》的主要内容包括：第1章主要介绍了催化基础知识、基本概念及其发展历

史；第2章介绍了均相催化及其典型工业催化剂的结构及特性；第3章详细论述了分子筛的

结构特点及性能，并重点介绍了催化裂化催化剂及其清洁燃料生产方面的问题；第4章介绍

了加氢、脱氢催化剂；第5章介绍了催化重整技术及多功能催化剂 ；第6章为合成气的制备

及其催化应用；第7章系统地介绍了催化剂失活机理；第8章介绍了催化聚合反应；第9章是

酶催化及其生命催化过程；第10章是催化剂实验技术，包括催化剂制备和表征，以及原位

催化技术。

本书第3章由刘欣梅博士执笔，其余部分由编著者执笔整理。中国石油大学对本书的编写、

出版给予了关心和支持，编著者在此表示真挚的感谢。

由于编著者学术水平及其知识结构所限，尽管倾尽全力，依然有很多不当和不理想之处，

恳请读者不吝指正！

阎子峰

2005年3月于中国石油大学







催化原理导论（双语教材）目录
Content

Chapter 1Catalysis: History, Features and Concepts1

11Introduction1

111Importance of catalysis1

112Definition of catalysis2

113Catalysis and process design3

114The basis of catalysis4

115Status for study of catalysis4

12History of catalysis4

13Concept of catalysis6

131Activation energy6

132Nature of catalytic process6

133Diffusion7

134Adsorption9

135Surface reaction10

136Catalyst deactivation11

14Features of catalysis12

15Types of catalysts14

151Homogeneous catalysts14

152Heterogeneous catalysis16

153Enzyme catalysis18

154Heterogenized homogeneous catalysts20

16Types of catalysis in transition states21

161General acid/base catalysis21

162Metal ion (or electronstatic catalysis) 22

163Covalent or nucleaophilic catalysis22

164Intramolecular catalysis24

17Composition of heterogeneous catalysts26

171Composition of homogeneous catalysts26

172Compoents of heterogeneous catalysts27

18Physical properties of heterogeneous catalysts34

181Shape and particle size34

182Particle size distribution36

183Mechanical strength37

184Density37

185Specific surface area and pore structure 38

19Chemical properties of heterogeneous catalysts39

191Activity and conversion39

192Selectivity40

193Stability and Lifetime41

194Yields41

195Space time yield STY41

110Summary of Industrial Catalytic Processes41

References43

Chapter 2Homogeneous Catalysis45

21Introduction45

22Some important ligand features46

221Chelate effect46

22218 Electron rule48

23Lewis base ligands54

231Halide donors54

232Oxygen donor55

233Nitrogenase55

234Carbonyl ligands57

235Alkenes and alkynes61

236Arenes65

24Hydrogenation catalysis67

241Wilkinson’s catalyst68

242Ru Heterolytic H2 activation69

243Lanthanide hydrogenation catalysts69

244Selectivity of hydrogenation catalysts69

245Directing Effects71

246Asymmetric hydrogenation71

25Industrial future of homogeneous catalysis72

251Homogeneous catalysis—the challenge to heterogeneous catalysis72

252The homogeneous catalyst and its ingredients72

253Homogeneous catalyst developments76

254Homogeneous catalyst applications77

255New proposals79

26Hydroformylation catalysis80

261HCo(CO)4 Catalyst81

262Cobalt phosphinemodified catalysts85

263Rhodium phosphine catalysts86

264 New generation catalysts92

265Bimetallic hydroformylation93

27Monsanto acetic acid & related processes95

271Celanese LiI modified catalyst96

272Tennessee Eastman acetic anhydride process96

References97

Chapter 3Zeolites and FCC Process100

31Microporous zeolites 100

311Introduction100

312What is the zeolites100

313Structures and definitions102

314Broad features of zeolitic materials available112

315Acidity of zeolites116

316Shapeselective catalysis in zeolites119

317Modification of zeolites120

32Mesoporous molecular sieves122

33The use of zeolites in catalysis today123

331Importance of materials123

332Current zeolite usage124

333Driving forces for discovery124

334Hurdles to commercialization of new zeolites125

335Summary of zeolite uses for refining and petrochemicals126

34Fluid catalytic cracking(FCC)process127

341Introduction127

342A typical refinery128

343Fluid catalytic cracking132

344Improved octane components in gasoline135

35Catalytic cracking mechanism135

351The initiation step135

352Chain propagation140

353Chain termination142

36Catalyst decay142

361Causes of catalyst decay142

362The mechanism of coke and minor product formation143

37Catalysis science and technology for cleaner transportation fuels145

371Regulatory outlook145

372Reducing the sulfur content of gasoline146

373Hydroprocessing technology for diesel fuel148

References150

Chapter 4 Hydrogenation Processes152

41Introduction152

42Hydrogenation152

421Hydrogenation catalysts152

422Hydrogenation reactions and processes153

43Hydrocracking162

431Introduction162

432Hydrocracking catalyst162

433Hydrocracking of alkanes163

44Dehydrogenation167

441Dehydrogenation of C4 and C5 alkanes and alkenes168

442Dehydrogenation of higher alkanes to monoalkenes169

443Dehydrogenation of ethylbenzene170

444Dehydrogenation of alcohols170

References171

Chapter 5Catalytic Reforming of Naphtha173

51Introduction173

52Reforming reactions175

521Introduction175

522Aromatization reactions176

523Dehydrocyclization reactions176

524Isomerization reactions177

525Dealkylation reactions178

526Disproportionation179

527Hydrocracking179

53Reforming mechanism179

531Kinetic evaluation179

532Dehydrocyclization181

533Fission182

54Reforming catalysts183

541Platinumcontaining binary catalysts183

542Trimetallic naphtha reforming catalysts184

543Preparation of catalysts and processing conditions188

55Selectivity of reforming catalyst189

56Deactivation of reforming catalysts192

561Basic reactions and deactivation processes192

562Technological options193

References196

Chapter 6Production and Uses of Synthesis Gas198

61Introduction198

62Manufacture of synthesis gas198

621Steam reforming process198

622Dry reforming process199

623Partial oxidation208

624Water gas shift reaction209

625Combining steam reforming and partial oxidation210

626Synthesis gas purification210

627Economics of synthesis gas production211

628The catalysts212

629Description of the process of steam reforming of natural gas212

63Synthesis gas as a chemical feedstock213

64Methanol synthesis214

641Introduction214

642Econimics of methanol processes215

643Overall reactions217

644From high to lowpressure process217

645Oncethrough processes218

646Catalyst design and deactivation218

647Methanol formation mechanism225

65FischerTropsch and related syntheses227

651Introduction227

652Historical and economic significance228

653Catalysts229

654Reactors229

655Product selectivity232

656Mechanism234

66Methanol to gasoline(MTG)250

661MTG overall reactions251

662Fixedbed methanoltogasoline(MTG)process251

663Fluidbed MTG and MTO process255

67Homologation of methanol257

68Ammonia and related products258

681Introduction258

682Kinetics and mechanisms259

683Industrial catalysts used in ammonia synthesis264

684Urea synthesis266

685UreaFormaldehyde(UF)resins266

References267

Chapter 7Catalyst Deactivation269

71Introduction269

72Nature of catalyst deactivation and remedial actions269

721Reversible deactivation269

722Irreversibly deactivation270

723Regeneration options of catalyst271

73Effects of deactivation271

74 Cause of deactivation275

741 Particle failure275

742 Fouling275

743 Component volatization276

744 Phase change276

745 Compound formation276

746 Sintering276

747 Poisoning279

748 Coking284

References291

Chapter 8Catalytic Polymerization293

81Introduction293

82Monomers, polymers and copolymers294

83Classification of polymers296

831Plastics296

832Synthetic fibers297

833Elastomers297

84Polymerization reactions297

841Condensation polymerization297

842Addition polymerization298

85Polymerization with coordination compounds301

851ZieglerNatta catalysts301

852Ring opening polymerization306

86ZieglerNatta polymerization catalysis307

861Some history of ZieglerNatta catalysts307

862Polymerization mechanisms308

863Polypropylene & stereochemistry309

References310

Chapter 9Enzyme Catalysis312

91Introduction312

92Nature of enzyme catalysis314

93Enzyme in industry315

94Feature of enzyme catalysis317

941Catalytic efficiency317

942Specificity317

943Free energy of activation318

944Regulatory control318

945Binding site319

946Kinetics319

95Enzymatic activation of alkanes320

951Methane monooxygenase320

952Alkane hydroxylase321

953Cytochrome P450323

References324

Chapter 10Experimental Techniques in Catalysis327

101Introduction327

102Preparation of heterogeneous catalysts327

1021Single active components and supports328

1022Dual oxides334

1023Deposition of the active components336

1024Extraction343

1025Special types344

103Preparation of homogeneous catalysts345

104Evaluate catalyst performance in the laboratory346

1041Reactor and catalyst innovation347

1042Laboratory reactors348

1043Examples of integral reactors350

1044Examples of differential reactors351

1045Testing of homogeneous catalysts352

105Characterization of homogeneous catalysts354

1051Composition354

1052Structure354

1053Catalytic cycle354

106Characterization of heterogeneous catalysts354

1061Spectroscopic techniques used in catalyst characterization355

1062Composition357

1063Structure357

107Insitu methods in catalysis391

1071Overview of the in situ investigation391

1072Experimental considerations and developments in in situ 



methodologies392

1073Importance of dynamic structural changes of heterogeneous 



catalysts394

1074Hydrodesulfurization catalysts396

References399







本书可作为高等院校石油、化工、化学、材料、生物及环境等专业本科生、研究生开设催

化课程的教材，也可供从事与催化相关工作的科研、生产及教学人员作为专业参考书。同

时还可作为高校相关专业本科生、研究生、科研人员等专业英语教材或参考书使用。







催化原理导论（双语教材）内容介绍:
本书是为贯彻教育部关于“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学

……”的文件精神，提高学生专业英语水平、对国外技术资料的阅读应用能力而编写的双

语教材。本书主要介绍了催化基本概念、基础理论，工业催化剂的结构及特性以及在各工

业领域的应用，并对近年出现的催化新概念、新理论、新方法及新的催化应用领域做了大

量阐述。

本书可作为高等院校石油、化工、化学、材料、生物及环境等专业本科生、研究生开设催

化课程的教材，也可供从事与催化相关工作的科研、生产及教学人员作为专业参考书。同

时还可作为高校相关专业本科生、研究生、科研人员等专业英语教材或参考书使用。








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