Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:катализаторы

Различия

Здесь показаны различия между выбранной ревизией и текущей версией данной страницы.

Ссылка на это сравнение

courses:refining:катализаторы [19.05.2016 12:17] (текущий)
wikicat создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Катализаторы ======
  
 +**Катализ** — избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора,​ который многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий.((Шмидт Ф.К. Физико-химические основы катализа. РИО ИГУ, 2004 г.-  400 с. [[http://​ru.wikipedia.org/​wiki/​Катализ]])) \\
 +
 +Иными словами,​ суть катализа состоит в изменении скоростей химических реакций при действии катализаторов. ((А. В. Мануйлов,​ В. И. Родионов Основы химии. Интернет-учебник [[http://​www.hemi.nsu.ru/​text216.htm]])) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​энергия_с_катализатором_и_без.jpg?​300|}} \\ {{youtube>​m_9bpZep1QM?​medium}}
 +
 +**Катализатор** ​ – вещества,​ изменяющие скорость химической реакции или вызывающие её, но НЕ входящие в состав продуктов.(([[http://​bse.sci-lib.com/​article059864.html]])) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​katalizator.jpg?​300|}}\\
 +
 +Катализаторы подразделяются на //​гомогенные//​ и //​гетерогенные//​. //​Гомогенный катализатор//​ находится в одной фазе с реагирующими веществами,​ гетерогенный — образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества.((Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия,​ 1990. — Т. 2. — С. 335, 337)) Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы,​ их оксиды и сульфиды. \\
 +
 +Реакции одного и того же типа могут протекать как с гомогенными,​ так и с гетерогенными катализаторами. Так, наряду с растворами кислот применяются имеющие кислотные свойства твёрдые Al<​sub>​2</​sub>​О<​sub>​3</​sub>,​ TiO<​sub>​2</​sub>,​ ThO<​sub>​2</​sub>,​ алюмосиликаты,​ цеолиты. Гетерогенные катализаторы с основными свойствами:​ CaО, BaО, MgО. \\
 +
 +//​Гетерогенные катализаторы//​ имеют, как правило,​ сильно развитую поверхность,​ для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель,​ оксид алюминия,​ активированный уголь и др.).(([[https://​ru.wikipedia.org/​wiki/​Катализатор]])) \\
 +
 +Гетерогенные катализаторы редко применяются в виде индивидуальных веществ и, как правило,​ содержат носитель и различные добавки,​ получившие название модификаторов. Цели их введения разнообразны:​ повышение активности катализатора (промоторы),​ его избирательности и стабильности,​ улучшение механических и структурных свойств. Фазовые и структурные модификаторы стабилизируют соответственно активную фазу и пористую структуру поверхности катализатора. \\
 +
 +В смешанных катализаторах,​ где компоненты находятся в соизмеримых количествах (например,​ в алюмокобальт- или алюмоникельмолибденовых катализаторах процессов гидроочистки нефтяного сырья),​ могут образоваться новые, более активные соединения,​ их твердый раствор в основном компоненте или же многофазные системы,​ обладающие специфическим каталитическим действием. Так, Со или Ni в отдельности обладают высокой де- и гидрирующей активностью,​ но исключительно чувствительны к отравляющему действию сернистых соединений. Мо в отношении этой реакции малоактивен,​ но обладает большим сродством к сернистым соединениям. Катализаторы,​ в которых одновременно присутствуют Мо и Со или Ni в оптимальных соотношениях,​ весьма эффективны в реакциях гидрогенолиза сернистых и других гетероорганических соединений нефтяного сырья. \\
 +
 +Не менее важна роль носителей гетерогенных катализаторов,​ особенно в случае дорогостоящих металлических катализаторов (Pt, Pd, Ni, Со, Ag). Подбором носителя достигаются требуемые пористая структура,​ удельная поверхность,​ механическая прочность и термостойкость. В качестве носителей используют окиси алюминия,​ алюмосиликаты,​ окиси хрома или кремния,​ активированный уголь, пемзу, кизельгур и другие природные и синтетические материалы.
 +Особый класс представляют цеолитсодержащие алюмосиликатные катализаторы крекинга нефтяного сырья. Главную роль в них играют кристаллические цеолиты,​ имеющие каркасную структуру с относительно большими сотообразными полостями,​ которые сообщаются окнами малых размеров,​ связывающими полости между собой. В 1 г цеолита имеется около 1020 полостей и 800 м2 поверхности,​ способной к ионному обмену на металлы. Цеолиты диспергируются в аморфной матрице,​ которая выполняет роль носителя с крупными порами и при крекинге способствует первичному распаду высокомолекулярного нефтяного сырья и тем самым готовит сырье для последующих вторичных реакций на цеолите.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.))
 +
 +{{:​courses:​refining:​структура_цеолита.jpg?​300|}} \\
 +
 +Исходя из изложенного выше, можно сделать вывод, что промышленные катализаторы состоят из: **матрицы** (**носителя**((Подложка (катализатора) (carrier или support) – инертный или малоактивный материал,​ служащий для стабилизации на его поверхности частиц активной каталитической фазы.))),​ **активного компонента** и **вспомогательных добавок** или **присадок**. В зависимости от механизма взаимодействия нанесенные катализаторы бывают «сорбционными» и «пропиточными». \\
 +
 +«Сорбционные» – в процессе приготовления имеет место взаимодействие между носителем и исходным веществом,​ адсорбирующимся на поверхности. ​
 +«Пропиточные» – такое взаимодействие практически отсутствует и исходное соединение активного компонента находится в растворенном состоянии в порах носителя. ((Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. Учебник для вузов. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб: ХИМИЗДАТ,​ 2007. — 944 с.)) \\
 +
 +Характерное свойство нанесённых катализаторов – неравномерность распределения активного компонента по сечению гранулы. Четыре основных типа: I – с равномерным распределением;​ II – «корочковый»,​ у которых активный компонент сосредоточен у периферии гранул;​ III – активный компонент сосредоточен в центре гранулы («яичный желток»);​ IV – активный компонент расположен в средней области,​ удаленной как от центра,​ так и от внешней поверхности зерна катализатора.(([[http://​www.univer.omsk.ru/​omsk/​Edu/​kataliz/​page4.html]])) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​типы_катализаторов.jpg?​300|}} \\
 +
 +Матрица должна обеспечивать сохранение каталитических свойств катализатора в условиях высоких температур,​ предохранять его от воздействия каталитических ядов, создавать определенную форму, гранулометрический состав и необходимую механическую прочность частиц,​ обеспечивать доступность активных металлов для молекул сырья. Вещество матрицы способствует равномерному распределению активных металлов в порах катализатора и интенсивному протеканию массо- и теплообменных процессов. Оно существенно влияет на термическую стабильность катализатора.(([[http://​www.tehnoinfa.ru/​pererabotkaneftiigaza/​46.html]])) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​структура_матрицы_катализатора.jpg?​400|}} \\
 +
 +Основными технологическими характеристиками катализаторов являются активность и селективность (избирательность) по отношению к данной реакции,​ стабильность и регенерируемость,​ а также гранулометрический состав,​ плотность,​ механическая прочность на раздавливание и истирание.((Справочник нефтехимика. В двух томах. Т. 1/Под ред. С. К. Огородникова. - Л: Химия, 1978. - 496 с.)) \\
 +
 +**Активность катализатора** – определяется удельной скоростью данной каталитической реакции,​ т. е. количеством продукта,​ образующегося в единицу времени на единицу объёма катализатора или реактора.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) Количественно активность определяют как скорость реакции в данных условиях за вычетом скорости той же реакции в отсутствие катализатора. Потеря активности катализатора происходит,​ главным образом,​ в результате отложений кокса на поверхности и в порах его носителя.((Химическая энциклопедия:​ В 5 т.: т. 1: А-Дарзана / Редкол.:​ Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. - М.: Сов. энцикл.,​ 1988. - 623 с.: ил. [[http://​www.xumuk.ru/​encyklopedia/​101.html]])) \\
 +
 +**Активные центры гетерогенного катализатора** – специфические центры на поверхности твёрдого тела (или макромолекулы),​ при взаимодействии с которыми молекулы реагирующего вещества активируются и реакция протекает с большей скоростью (//​каталитически активной является не вся поверхность гетерогенного катализатора,​ а лишь некоторые участки её//). В гомогенном катализе в идеальном случае все молекулы растворенного катализатора являются АЦ и образуют с реагентами промежуточные реакционноспособные продукты.(([[http://​www.lomonosov-fund.ru/​enc/​ru/​encyclopedia:​0137461]])) \\
 +
 +В подавляющем большинстве случаев в присутствии данного катализатора,​ помимо основной реакции,​ протекает еще ряд побочных параллельных или последовательных реакций. Доля прореагировавших исходных веществ с образованием целевых продуктов характеризует **селективность** катализатора. Она зависит не только от природы катализатора,​ но и от параметров каталитического процесса,​ поэтому ее следует относить к определенным условиям проведения реакции. Селективность зависит также от термодинамического равновесия. В нефтепереработке иногда селективность условно выражают как отношение выходов целевого и побочного продуктов,​ например таких, как бензин/​газ,​ бензин/​кокс или бензин/​газ + кокс. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​катализаторы.jpg?​300|}} \\
 +
 +**Стабильность** является одним из важнейших показателей качества катализатора,​ характеризует его способность сохранять свою активность во времени. От нее зависят стабильность работы установок,​ продолжительность их межремонтного пробега,​ технологическое оформление,​ расход катализатора,​ материальные и экономические затраты,​ вопросы охраны окружающей среды и технико-экономические показатели процесса и др. \\
 +
 +В процессе длительной эксплуатации катализаторы с определенной интенсивностью претерпевают физико-химические изменения,​ приводящие к снижению или потере их каталитической активности (иногда селективности),​ т. е. катализаторы подвергаются физической и химической дезактивации. \\
 +
 +**Физическая дезактивация (спекание)** катализатора происходит под воздействием высокой температуры (в некоторых каталитических процессах) и водяного пара и при его транспортировке и циркуляции. Этот процесс сопровождается снижением удельной поверхности как носителя (матрицы) катализатора,​ так и активного компонента (в результате рекристаллизации — коалесценции нанесенного металла с потерей дисперсности). \\
 +
 +**Химическая дезактивация** катализатора обусловливается:​ \\
 +  - отравлением его активных центров некоторыми содержащимися в сырье примесями,​ называемыми ядом (например,​ сернистыми соединениями в случае алюмоплатиновых катализаторов риформинга); ​
 +
 +  - блокировкой его активных центров углистыми отложениями (коксом) или металлоорганическими соединениями,​ содержащимися в нефтяном сырье. \\
 +
 +В зависимости от того, восстанавливается или не восстанавливается каталитическая активность после регенерации катализатора,​ различают соответственно обратимую и необратимую дезактивации. Однако даже в случае обратимой дезактивации катализатор в конечном счете «стареет» и приходится выгружать его из реактора.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +
 +Большое влияние на промышленные процессы оказывает **механическая прочность** катализатора. Так на всех современных установках каталитического крекинга использован принцип непрерывного движения катализатора — в виде псевдоожиженного слоя, по линии пневмотранспорта или реже в виде слоя крупногранулированных частиц. Во всех случаях частицы претерпевают трение и удары о стенки аппаратуры и друг о друга, в результате чего они могут раскалываться или истираться. Образование катализаторной крошки и пыли нарушает режим пневмотранспорта и псевдоожижения,​ увеличивает перепад давления в линии. Образующиеся пыль и крошку удаляют,​ поэтому необходимо заменять их свежими порциями катализатора,​ что повышает расходы на эксплуатацию установки. Механическую прочность катализаторов определяют методом истирания проб в циркуляционной системе — в псевдоожиженном слое, с одновременными ударами частиц о металлическую поверхность и др.((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности "​Химическая технология переработки нефти и газа"​ / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +Еще одной характеристикой катализатора является его **регенерируемость**. Под регенерируемостью катализатора понимается как способность его восстанавливать активность после соответствующей обработки,​ так и количественные характеристики процесса регенерации,​ прежде всего его скорость.((Справочник нефтехимика. В двух томах. Т. 1/Под ред. С. К. Огородникова. - Л: Химия, 1978. - 496 с.)) \\
 +
 +Большое влияние на качество катализатора оказывает способ его получения. Поскольку каталитическая реакция протекает на поверхности,​ целесообразно получить катализатор с максимально развитой поверхностью с большим количеством пор. Для разных реакций оптимальными могут быть узкие или, наоборот,​ более широкие поры, а также их комбинации. Не менее важны форма и размер зерен катализатора — от этого зависят удельная производительность,​ гидравлическое сопротивление слоя катализатора и конструкция реакционных аппаратов (со стационарным,​ движущимся или псевдоожиженным слоем катализатора). Кроме того, сама активность единицы поверхности катализатора зависит не только от его химического состава,​ но и от способа его приготовления.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +
 +
 +===== Словарь =====
 +
 +|активность катализатора |catalyst activity |
 +|активный центр катализатора |active catalyst site |
 +|гетерогенный катализатор |heterogeneous catalyst |
 +|гомогенный катализатор |homogeneous catalyst |
 +|дезактивация катализатора |deactivation of catalyst |
 +|зерно катализатора |catalyst grain|
 +|избирательность |selectivity |
 +|инертный носитель |inert support |
 +|катализ |catalysis |
 +|кислота |acid |
 +|механическая прочность |mechanical strength |
 +|носитель |carrier, support|
 +|поры |pores |
 +|присадка |additive |
 +|регенерируемость катализатора |catalyst capability to regenerate |
 +|спекание катализатора |sintering of catalyst |
 +|стабильность катализатора |catalyst stability |
 +|удельная поверхность |specific surface |
 +
 +
 +[[dsp:​blogpage|Назад в блог]]
 +
 +{{tag>​Тема}}
 +
 +~~DISCUSSION|Комментарии переводчиков~~
courses/refining/катализаторы.txt · Последние изменения: 19.05.2016 12:17 — wikicat