ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ КАТАЛИЗА

Катализаторы играют исключительно важную роль в живой природе. Боресков [1] отмечает, что почти все реакции в живых организмах сами по себе происходят медленно и только благодаря участию биологических катализаторов протекают с достаточной для организмов скоростью.

Человечество может многому поучиться у живой природы в области катализа. В то же время людям, создающим новые ката­лизаторы, едва ли целесообразно полностью моделировать при­родные условия, поскольку они имеют возможность применять более высокие концентрации реагентов, температуры и давле­ния, чем в обычных природных условиях.

Первым случаем сознательного применения катализаторов. Шваб считает образование этилового эфира из спирта с помощью серной кислоты, открытое в VIII в. Поиски катализатора напо­минают поиски «философского камня» во времена алхимиков.

Первое крупное промышленное использование катализа осу­ществлено в 1746 г. в нитрозном (камерном) способе производства серной кислоты [2].

В конце XVIII в. открыто каталитическое действие кислот при осахаривании крахмала и впервые применены твердые ката­лизаторы: глины при дегидратации спиртов, металлы в процес­сах дегидрирования. Однако понятие о катализе возникло позд­нее. Лишь в 1834 г. Митчерлих ввел понятие «контактные реак­ции», а в 1835 г. Берцелиус предложил термин «катализ».

В настоящей монографии рассмотрены в основном твердые катализаторы и соответствейно закономерности гетерогенного газового и в меньшей степени жидкофазного катализа на твердых катализаторах.

Из распространенных ныне в промышленной практике твердых катализаторов первой, по-видимому, была открыта и получила широкое применение металлическая платина. В первой четверти прошлого века открыто ускоряющее действие платины в реакциях разложения пероксида водорода, окисления водорода, оксида углерода и углеводородов, окисления спирта в уксусную кислоту. В 1831 г. Филлипс запатентовал применение платины для окисле­ния диоксида серы. Однако резкое снижение активности платины

При переработке сернистого газа, полученного обжигом колче­дана, препятствовало ее промышленному применению. Причина этого явления — отравление платины соединениями мышьяка и другими ядами — была установлена лишь в конце XIX столе­тия. Только после этого были разработаны способы очистки га- \ зов от контактных ядов и возник крупномасштабный промышлен­ный каталитический процесс — контактное окисление диоксида •серы [3].

Ныне открыты тысячи катализаторов [4], несколько сот из них находят применение в гетерогенном и гомогенном катализе. Важнейшие крупномасштабные химические производства бази­руются на использовании катализаторов в наиболее ответствен­ных процессах [5].

Некоторое представление о катализаторах и каталитических реакциях, применяемых в производстве важных для народного хозяйства продуктов, дает табл. 1.

Самыми крупнотоннажными катализаторами являются алюмо­силикаты. Их широко применяют в каталитической переработке нефтепродуктов как в качестве собственно катализаторов (кре­кинг), так и в виде прочных пористых носителей для металлов и оксидов в различных процессах.

Значение катализаторов и каталитических процессов в нефте­переработке и нефтехимии невозможно переоценить. Ведь именно они являются базой технического прогресса в важнейших обла­стях обеспечения потребностей современного человеческого об­щества. Дело прежде всего в том, что нефть различных месторож­дений содержит обычно лишь от 5 до 20 % легкокипящих фракций, соответствующих бензину. Потребность же в бензине при совре­менном развитии автомобильного и авиационного транспорта ог­ромна. Кроме того, моторные топлива, отогнанные непосредст­венно из нефти, обычно получаются низкого качества. Примене­ние же каталитического крекинга и риформинга в сочетании с дру­гими современными методами переработки позволяет повысить выход высокооктановых бензинов до 75% от массы нефти. Мотор­ные топлива получают также при каталитическом гидриро­вании каменного угля с применением металлических катализа­торов.

Дальнейшая каталитическая переработка углеводородов на металлических и оксидных катализаторах позволяет получать полупродукты, необходимые в производстве предметов народ­ного потребления [2, 5—9]. Большая часть мономеров и получен­ных из них полимеров являются продуктами каталитических процессов переработки углеводородов и их производных, получен­ных из нефти, угля, сланца, природного газа. Каталитические процессы играют важную роль в производстве моющих средств, красителей, лекарственных веществ. Основной органический син­тез, дающий полупродукты (и продукты органической технологии), «базируется в основном на каталитических реакциях [10, 11].

Большое значение в жизни современного общества имеют та­кие продукты химической промышленности, как серная кислота, аммиак и азотная кислота. Почти все отрасли народного хозяй­ства потребляют эти вещества или же другие химические соеди­нения, полученные с их помощью. Между тем крупномасштабное производство серной кислоты [5, 12], аммиака [13, 14] и азот­ной кислоты из аммиака [14] стало возможным только благодаря открытию соответствующих катализаторов (см. табл. 1) и разра­ботке способов их применения.

Для синтеза аммиака и процессов гидрирования органических соединений необходим водород, значительную часть которого производят конверсией природного газа (в основном метана) с водяным паром [13, 14]. Первую стадию этого процесса осуще­
ствляют на никелевом катализаторе с получением синтез-газа, содержащего водород и оксид углерода. Вторую стадию — кон­версию оксида углерода с водяным паром — проводят на оксидах железа и хрома.

Синтез-газ (тСО + пН3), получаемый при конверсии метана с водяным паром, служит сырьем для производства многих цен­ных продуктов: метанола на цинк-хромовых или медьсодержа­щих катализаторах [9, 10], углеводородов для получения синте­тического бензина, синтола и моющих средств с применением железных, кобальтовых, никелевых и других сложных катализа­торов [5—9], высших спиртов на промотированных железных ка­тализаторах. Применяя разные катализаторы и варьируя пара­метры технологического режима, из одного и того же сырья полу­чают разнообразные продукты с различными свойствами.

Большие перспективы открывает применение многокомпонент­ных полифункциональных катализаторов, дающих возможность одновременно ускорить несколько необходимых в данном про­цессе реакций. Первым крупномасштабным процессом такого рода было получение бутадиена одновременным дегидрированием и дегидратацией этилового спирта (см. табл. 1). Открытие и разра­ботка этого процесса профессором Лебедевым с сотрудниками было триумфом советской науки и техники. В 1930 г. в Ленин­граде построен опытный завод по производству синтетического каучука из спирта, а с 1932 г. в Советском Союзе началось крупно­масштабное производство синтетического каучука. Производство синтетического каучука освоено в Германии в 1936 г., в США — лишь в 1942 г.

Другой сложный каталитический процесс — риформинг —• широко применяют в промышленности с пятидесятых годов. Однако основные реакции, происходящие при риформинге, были открыты советскими учеными Молдавским и Камушер, Казанским и Плате еще в 1936 г.

Процессы полимеризации [2, 9] происходят в основном при действии катализаторов или инициаторов. Стереоспецифические катализаторы полимеризации не только возбуждают и ускоряют реакцию, но и направляют ее по пути получения продукта оп­ределенного состава и даже определенного строения. Так, приме­нение твердых стереоспецифических катализаторов полимериза­ции бутадиена позволило получить каучук повышенной механи­ческой прочности.

Растет применение катализаторов для очистки технологиче­ских и отходящих газов [5, 15, 17]. При этом (см. табл. 1) вред­ные компоненты превращаются в безвредные вещества или же легко выделяемые из газовой смеси.

Приведенные примеры составляют лишь небольшую часть применяемых в промышленности каталитических реакций. В по­следние годы свыше 90% вводимых химических производств вклю­чают в качестве важнейшего этапа каталитические процессы.

В будущем наиболее крупномасштабным процессом будет ка­талитическое сжигание топлива, которое резко снизит расход топлива и позволит уменьшить загрязнение атмосферы топоч­ными газами.

ТЕХНОЛОГИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

Как уже отмечалось, к числу важнейших характеристик контакт­ных масс относится их пористая структура — размер поверхности, суммарный обьем пор и их распределение по радиусам [20, 51, 216, 217]. Ниже приведены …

МАШИНЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

К этой группе оборудования катализаторных предприятий от­носят машины для измельчения и классификации твердых ма­териалов, смешения и уплотнения сыпучих и пастообразных полу­продуктов, а также для гранулирования и таблетирования ката­лизаторов. В настоящем …

Методы определения поверхности по изотермам адсорбции

Эти методы делят на три основные группы: объемные, весовые и методы, основанные на измерении теплопроводности (динами­ческие). В объемном методе при данном давлении измеряют изменение объема газа, которое и служит мерой …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.