ประเภทของตัวเร่งปฏิกิริยา วัตถุประสงค์ และวิธีการผลิต ตัวเร่งปฏิกิริยา

AUTOKAT RECYCLE ให้โอกาสสำหรับบริษัทและบุคคลในการขายชิ้นส่วนเหล่านี้ ซึ่งใช้ทรัพยากรจนหมดโดยมีค่าใช้จ่ายสูงสุดในเวลาที่สั้นที่สุด โซลูชันนี้ก่อให้เกิดประโยชน์ต่อลูกค้าและมีส่วนสนับสนุนที่เป็นไปได้ในการรักษาสิ่งแวดล้อม

การขายตัวเร่งปฏิกิริยาอุตสาหกรรม

- ทางออกที่ยอดเยี่ยมที่ช่วยให้คุณสามารถประกันตัวเงินจำนวนที่เหมาะสมและส่งชิ้นส่วนสำหรับการประมวลผลที่ "ถูกต้อง" AUTOKAT RECYCLE เป็นบริษัทซื้อกิจการที่มีทรัพยากรทั้งหมดที่จำเป็นเพื่อให้สามารถวิเคราะห์เนื้อหาขององค์ประกอบที่มีค่าได้อย่างแม่นยำสูง เพื่อให้ลูกค้าสามารถพึ่งพาการประเมินมูลค่าได้อย่างรวดเร็ว

บริษัทของเราดำเนินการในหลายเมืองของรัสเซีย ในกรณีที่ไม่มีจุดที่มีที่ตั้งที่สะดวก คุณสามารถส่งสินค้าโดยใช้บริการของไปรษณีย์หรือผู้จัดส่ง

ทรัพยากรที่หมดลงแล้วหรือด้วยเหตุผลใดก็ตามที่พวกเขาสูญเสียประสิทธิภาพการทำงานในบริษัท AUTOKAT RECYCLE ซึ่งเป็นขั้นตอนที่แทบจะใช้เวลาไม่นาน หลังจากได้รับสินค้าแล้ว ผู้เชี่ยวชาญจะทำการวิเคราะห์ที่จำเป็นและคำนวณจำนวนเงินที่ชำระ และหากพวกเขาพอใจกับลูกค้า จะมีการสรุปข้อตกลงและออกเงิน

ลูกค้า AUTOKAT RECYCLE รับประกันเงื่อนไขที่น่าดึงดูดที่ไม่ไร้ประโยชน์และความสะดวกสบาย ดังนั้น ผู้ที่ตัดสินใจมอบตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถวางใจได้ในการให้คำแนะนำที่มีความสามารถ ราคาสูง ระยะเวลาที่สั้นที่สุดสำหรับการวิเคราะห์และการชำระเงิน บนเว็บไซต์ ผู้เข้าชมสามารถค้นหาราคาโดยประมาณของผลิตภัณฑ์โดยใช้เครื่องคิดเลขพิเศษ โดยทราบเนื้อหาโดยประมาณของโลหะมีค่าในองค์ประกอบ

โดยองค์ประกอบ ตัวเร่งปฏิกิริยาจะแบ่งออกเป็น 1) แก้ไข; 2) ผสมและ 3) สื่อ

1) ตัวเร่งปฏิกิริยาดัดแปลง. โมดิฟายเออร์เป็นส่วนเพิ่มเติมของตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็ก (มากถึง 10 - 12 โดยน้ำหนัก%) ปริมาณของสารอื่นที่ไม่ได้ใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยานี้ แต่ปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยา (ความคงตัวทางความร้อน ความแข็งแรง ความทนทานต่อพิษ)หากตัวดัดแปลงเพิ่มกิจกรรม แสดงว่าเป็นโปรโมเตอร์ โดยธรรมชาติของการกระทำโปรโมเตอร์จะแบ่งออกเป็น ก) อิเล็กทรอนิกส์,ทำให้เกิดการเสียรูปของโครงผลึกของตัวเร่งปฏิกิริยาหรือเปลี่ยนฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนไปในทิศทางที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น การเพิ่ม Cl - เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเงินสำหรับการเกิดออกซิเดชันของเมทานอล: CH 3 OH ® CH 2 O; NS) ทรงตัวป้องกันการเผาผนึกโครงสร้างที่กระจัดกระจายของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น โปรโมเตอร์ Al 2 O 3 และ SiO 2 ทำให้ผลึกหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กเสถียรในการสังเคราะห์แอมโมเนีย: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3 ในวันแรกของการผ่าตัด คริสตัลจะถูกเผาและขยายจาก 6 เป็น 20 นาโนเมตร การจ่ายพลังงานอิสระที่ส่วนต่อประสานคริสตัลลดลงและกิจกรรมลดลง โปรโมเตอร์ที่แนะนำโดยไม่มีการลดลง ละลายที่อุณหภูมิการสังเคราะห์ พวกมันห่อหุ้มผลึกด้วยฟิล์มบางเพื่อป้องกันการเผาผนึก อย่างไรก็ตาม สารเติมแต่งทั้งสองมีพื้นผิวที่เป็นกรดซึ่งโมเลกุล NH 3 ถูกดูดซับอย่างแรง ป้องกันการดูดซับของโมเลกุลไนโตรเจน และกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง ใน) การขึ้นรูปโครงสร้าง,การทำให้เป็นกลางศูนย์ที่เป็นกรด Al 2 O 3 และ SiO 2 ตัวอย่างเช่น K 2 O, CaO และ MgO แต่ปริมาณของพวกมันไม่ควรเกิน 4-5 wt.% เนื่องจากพวกมันมีผลทำให้เป็นแร่เช่น ส่งเสริมการเผาผลึก Fe

2) ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผสม. ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผสมเรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีส่วนประกอบหลายอย่างที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาที่กำหนด ซึ่งถ่ายในปริมาณที่ใกล้เคียงกันกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวไม่ใช่สารเติมแต่ง แต่ใช้ค่ามากเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้: การก่อตัวของสารผสมทางกลที่มีขอบเขตเฟสที่ใหญ่ขึ้นเช่น ด้วยพลังงานฟรีจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่น สำหรับปฏิกิริยา НСºНС + Н 2 О ® СН 3 -СНО ตัวเร่งปฏิกิริยาคือส่วนผสมของ CdO + CaO / P 2 O 5 = 3-4; ที่อัตราส่วนโมลาร์ 3 ปอนด์มีการสังเกตการเลือกสูง แต่ความแข็งแรงของเม็ดตัวเร่งปฏิกิริยาต่ำ ที่³4 - เม็ดมีความแข็งแรงสูง แต่หัวกะทิต่ำ); การก่อตัวของสารละลายที่เป็นของแข็ง เช่น สปิเนล(ตัวอย่างเช่น ในตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน V 2 O 5 + MoO 3 ไอออนบวก Mo +6 ถูกรวมไว้ในตำแหน่งว่างของตาข่ายคริสตัล V 2 O 5 การเปลี่ยนรูปของโครงตาข่ายทำให้พลังงานอิสระเพิ่มขึ้น ระบบ; การก่อตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่แอคทีฟมากขึ้นภายใต้สภาวะของปฏิกิริยา(ตัวอย่างเช่น สำหรับการสังเคราะห์เมทานอล CO + 2H 2 ® CH 3 OH จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-สังกะสี:

ZnO + CrO 3 + Н 2 О ® ZnCrO 4 × Н 2 О

2ZnCrO 4 × Н 2 О + 3Н 2 ® + 5Н 2 О

แสดงในวงเล็บเหลี่ยมคือเฟสแอคทีฟที่ได้รับหลังจากการลดตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่โดยพื้นฐานแล้ว

3) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับตัวพาจะกำหนดรูปร่างและขนาดของแกรนูล โครงสร้างรูพรุนที่เหมาะสม ความแข็งแรง ความต้านทานความร้อน และการลดต้นทุน บางครั้งก็เพิ่มกิจกรรม (ดูทฤษฎีสนามลิแกนด์) การจำแนกสื่อ: สังเคราะห์- ซิลิกาเจล, ถ่านกัมมันต์, อะลูมิเนียมออกไซด์ (g, a), เซรามิกส์; เป็นธรรมชาติ- หินภูเขาไฟไดอะตอมไมต์; โดยปริมาตรของรูขุมขน- มีรูพรุน (มากกว่า 10%), ไม่มีรูพรุน (10% หรือน้อยกว่า); ตามขนาดเม็ด- ใหญ่ (1-5 มม.) เล็ก (0.1-1.0 มม.) ละเอียด (น้อยกว่า 0.1 มม.) ตามพื้นที่ผิวจำเพาะ- ขนาดเล็ก (น้อยกว่า 1 ม. 2 / ก.) ขนาดกลาง (1-50 ม. 2 / ก.) พัฒนาแล้ว (มากกว่า 50 ม. 2 / ก.)

เราจะซื้อตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมในปริมาณเท่าใดก็ได้ใน Rostov-on-Don และภูมิภาค Rostov

เกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสารเคมีที่ช่วยเร่งปฏิกิริยา มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ ผู้บริโภคหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาคืออุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน, ปิโตรเคมี, เคมี, พวกมันถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จในด้านนิเวศวิทยาและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

การจัดหมวดหมู่

อุปกรณ์ที่ผลิตขึ้นทั้งหมดถูกจัดประเภท:

• ตามชนิดของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา - กรด-เบส, รีดอกซ์
• โดยกลุ่มของกระบวนการเร่งปฏิกิริยา - การสังเคราะห์แอมโมเนีย, การแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
• โดยธรรมชาติของฐานที่ใช้งาน - โลหะ, ออกไซด์, ซัลไฟด์, คอมเพล็กซ์และอื่น ๆ
• โดยวิธีการผลิต

ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดใช้โลหะที่ไม่ใช่เหล็กและโลหะมีค่า: แพลตตินัม อลูมิเนียม เหล็ก โครเมียม นิกเกิล วาเนเดียม โคบอลต์ บิสมัท เงิน ทอง และอื่นๆ อีกมากมาย

ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมยังเป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน เป็นเนื้อเดียวกัน - อยู่ในระยะร่วมกับสารตั้งต้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สร้างเฟสของตัวเองซึ่งแยกออกจากตัวทำปฏิกิริยาเรียกว่าต่างกัน การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมและประเภทอื่นๆ เราไม่เพียงสามารถรักษาธรรมชาติจากสารพิษที่มีอยู่ในการผลิตใดๆ เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดวัตถุดิบอีกด้วย

งานอุตสาหกรรม

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เราเห็นอยู่ขณะนี้คงเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการพัฒนาและการเกิดขึ้นของกระบวนการทางเทคโนโลยีเคมีแบบใหม่ ในระดับที่มากขึ้น ความก้าวหน้าได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยเปลี่ยนวัตถุดิบคุณภาพต่ำให้เป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูง ตัวเร่งปฏิกิริยานี้เปรียบได้กับศิลาอาถรรพ์ ซึ่งเชื่อกันว่าจะเปลี่ยนโลหะบางชนิดให้เป็นทองคำ แต่มีเพียงตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้นที่เปลี่ยนวัตถุดิบเป็นยาหลายชนิด เป็นพลาสติก เป็นสารทำปฏิกิริยาเคมี เป็นเชื้อเพลิง เป็นปุ๋ยที่มีประโยชน์และจำเป็น และประโยชน์อื่นๆ

การประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

การเริ่มต้นการผลิตมาการีนโดยเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืชถือเป็นเหตุการณ์สำคัญสำหรับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในทางปฏิบัติ เป็นครั้งแรกที่สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และในช่วงอายุ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้วัสดุอินทรีย์ใหม่ โอเลฟินส์ ไนไตรล์ เอสเทอร์ กรด ได้กลายเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" สำหรับการผลิตพลาสติก

คลื่นลูกต่อไปเมื่อเริ่มใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมคือการกลั่นน้ำมัน ในไม่ช้า ในอุตสาหกรรมนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาก็ไม่สามารถทำได้อีกต่อไป เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้ในทุกขั้นตอนของกระบวนการ เช่น:

• แคร็ก
• การปฏิรูป
• ไฮโดรซัลโฟเนชั่น
• Hydrocracking
• ไอโซเมอไรเซชัน
• พอลิเมอไรเซชัน
• Alkylation

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวเร่งปฏิกิริยามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม อุปกรณ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ช่วยให้เรารักษาสิ่งแวดล้อมคือตัวเร่งปฏิกิริยาไอเสียในรถยนต์

ขอบเขตของการใช้ตัวแปลงกำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาทำให้สามารถปรับปรุงเทคโนโลยีที่พัฒนาก่อนหน้านี้ได้ ตัวอย่างเช่น มีการปรับปรุงการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยการใช้ซีโอไลต์

ไฮโดรจีเนชัน

โดยพื้นฐานแล้วปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าอะตอมไฮโดรเจนถูกกระตุ้นด้วยโมเลกุลอื่นซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรจิเนชันและเป็นผู้ที่เป็นพื้นฐานสำหรับการกลั่นน้ำมันหลายขั้นตอนตลอดจนในการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหิน ในช่วงสงคราม กระบวนการไฮโดรจีเนชันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเยอรมนีเพื่อผลิตน้ำมันเบนซินสำหรับเครื่องบิน และเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์จากถ่านหิน เนื่องจากเยอรมนีไม่มีน้ำมัน

ไฮโดรจีเนชันของน้ำมันที่บริโภคได้

คุณสมบัติที่มีประโยชน์อีกประการหนึ่งที่ตัวเร่งปฏิกิริยามีในอุตสาหกรรมอาหารคือการเติมไฮโดรเจนของน้ำมันพืชเป็นมาการีน น้ำมันปรุงอาหาร และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ ในกรณีนี้ จะใช้ผงนิกเกิลละเอียดกับตัวเร่งปฏิกิริยาหรือสารตั้งต้น

ดีไฮโดรจีเนชัน

ปฏิกิริยาเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยานี้มักใช้น้อยกว่าการเติมไฮโดรเจน แต่ถึงกระนั้นก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน เพื่อให้ได้สไตรีน โพรเพน บิวเทน และบิวทีน

ตัวเร่งปฏิกิริยากรด

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะถูกกำหนดและขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของกรด เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมที่เป็นกรดซึ่งใช้ในกรณีส่วนใหญ่ในการกลั่นน้ำมัน สำหรับการผลิตพาราฟิน อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาล่าสุดคือการผลิตเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่วรวมถึงน้ำมันเบนซินประเภทออกเทนสูง

ต้องบอกว่ายังไม่มีการจัดทำรายการตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมแบบครบวงจร ทุกอย่างเป็นไปอย่างประจักษ์ ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกจำแนกตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• ประเภทปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา
• ลักษณะของสารที่ออกฤทธิ์
• กลุ่มกระบวนการเร่งปฏิกิริยา

ตัวเลือกที่ซับซ้อนที่สุดคือตัวเลือกที่สาม เนื่องจากเป็นสิ่งที่เน้นมากที่สุดในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ เช่น ปิโตรเคมี เคมี การกลั่นน้ำมัน

ประวัติความเป็นมาของการสร้าง

เป็นที่เชื่อกันว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาครั้งแรกคือการผลิตเอทิลอีเทอร์จากแอลกอฮอล์โดยใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในศตวรรษที่ 18 มีการค้นพบปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของกรดในการทำให้เป็นน้ำตาลกลูโคสของแป้ง ที่นี่ใช้ดินเหนียวและโลหะบางชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ถึงกระนั้นแนวคิดของ "การเร่งปฏิกิริยา" ก็ยังไม่มีอยู่จริง เฉพาะในปี พ.ศ. 2377 มิตเชอร์ลิชได้แนะนำแนวคิดเช่น "ปฏิกิริยาการติดต่อ" ชื่อ "ตัวเร่งปฏิกิริยา" ถูกเสนอโดย Berzelius ในอีกหนึ่งปีต่อมา - ในปี 1835

การใช้แพลตตินัมโลหะเพื่อออกซิเดชันได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2374 โดยนักวิทยาศาสตร์ฟิลลิปส์ แต่วิธีการเร่งปฏิกิริยานี้ไม่ได้ใช้ในอุตสาหกรรมด้วยเหตุผลหลายประการ (แพลทินัมลดกิจกรรมเมื่อรวมกับสารหนูและสารพิษอื่น ๆ ที่มีอยู่ในก๊าซ) หลังจากที่พัฒนาวิธีการทำความสะอาดก๊าซต่างๆ จากสารพิษแล้ว ก็สามารถสร้างอุปกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่เครื่องแรกได้ ได้รับการว่าจ้างในรัสเซียในปี พ.ศ. 2440 และจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2445 ทุกวันนี้ องค์กรขนาดใหญ่และสำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ใช้ "kats" ทางอุตสาหกรรม และแต่ละกระบวนการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทของตัวเองซึ่งมีส่วนผสมที่เหมาะสมที่สุด

ปริมาณการผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ในโลกมากกว่า 800,000 ตันต่อปี ตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวทำงานได้ตั้งแต่ 6 เดือนถึงหนึ่งปี ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก - มากถึง 10-12 ปี เมื่อถึงขีดจำกัดงานแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาจะต้องถูกกำจัดอย่างเหมาะสม

บริษัทของเราเสนอเงื่อนไขการขายที่ดีในราคาที่ดีที่สุด ติดต่อเรา - จำไว้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เพียงประกอบด้วยโลหะมีค่าเท่านั้น แต่ยังมีสารอันตรายด้วย อย่าทิ้งอุปกรณ์ลงในหลุมฝังกลบ เป็นการดีกว่าที่จะรักษาธรรมชาติ และแม้กระทั่งข้อดีของสิ่งนี้และรับเงินจำนวนมากสำหรับเศษเหล็ก

เนื้อหาของบทความ

ตัวเร่งปฏิกิริยาการเร่งปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของสารจำนวนเล็กน้อย (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ซึ่งตัวเองไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยา กระบวนการเร่งปฏิกิริยามีบทบาทอย่างมากในชีวิตของเรา ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่เรียกว่าเอนไซม์มีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมกระบวนการทางชีวเคมี กระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนมากไม่สามารถดำเนินไปได้หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของตัวเร่งปฏิกิริยาคือหัวกะทิเช่น ความสามารถในการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีบางอย่างเท่านั้นจากหลาย ๆ อย่างที่เป็นไปได้ ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่ภายใต้สภาวะปกติช้าเกินกว่าจะนำไปใช้ได้จริง และก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนทำให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเคมี มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมัน รับผลิตภัณฑ์ต่างๆ สร้างวัสดุใหม่ (เช่น พลาสติก) ซึ่งมักจะถูกกว่าที่เคยใช้ ประมาณ 90% ของปริมาณการผลิตสารเคมีสมัยใหม่นั้นใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยา กระบวนการเร่งปฏิกิริยามีบทบาทพิเศษในการปกป้องสิ่งแวดล้อม

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ดำเนินการที่ความดันและอุณหภูมิจำเพาะ โดยผ่านส่วนผสมของปฏิกิริยาในสถานะก๊าซหรือของเหลวผ่านเครื่องปฏิกรณ์ที่เต็มไปด้วยอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยา คำศัพท์ต่อไปนี้ใช้เพื่ออธิบายสภาวะปฏิกิริยาและคุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ ความเร็วเชิงปริมาตรคือปริมาตรของก๊าซหรือของเหลวที่ไหลผ่านหน่วยปริมาตรของตัวเร่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาคือปริมาณของรีเอเจนต์ที่แปลงเป็นผลิตภัณฑ์โดยตัวเร่งปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา การแปลงเป็นเศษส่วนของสารที่แปลงในปฏิกิริยาที่กำหนด การคัดเลือกคืออัตราส่วนของปริมาณของผลิตภัณฑ์เฉพาะต่อจำนวนผลิตภัณฑ์ทั้งหมด (มักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์) ผลผลิตคืออัตราส่วนของปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่กำหนดต่อปริมาณของวัสดุเริ่มต้น (มักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์) ผลผลิตคือจำนวนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต่อหน่วยปริมาตรต่อหน่วยเวลา

ประเภทตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกจำแนกตามลักษณะของปฏิกิริยาที่พวกมันเร่งตัวขึ้น องค์ประกอบทางเคมีหรือคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมัน องค์ประกอบทางเคมีและสารเกือบทั้งหมดมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง - ไม่ว่าจะด้วยตัวเองหรือบ่อยครั้งขึ้นในรูปแบบต่างๆ ตามคุณสมบัติทางกายภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาจะแบ่งออกเป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกันคือของแข็งที่กระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันในตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือของเหลวเดียวกันกับสารตั้งต้น

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันจำนวนมากประกอบด้วยโลหะ โลหะบางชนิด โดยเฉพาะในกลุ่ม VIII ของตารางธาตุ มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเอง ตัวอย่างทั่วไปคือแพลตตินัม แต่โลหะส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเมื่ออยู่ในองค์ประกอบของสารประกอบ ตัวอย่างคืออลูมินา (อะลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3)

คุณสมบัติที่ผิดปกติของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันจำนวนมากคือพื้นที่ผิวที่ใหญ่ พวกมันเต็มไปด้วยรูขุมขนมากมายซึ่งบางครั้งพื้นที่ทั้งหมดถึง 500 ม. 2 ต่อตัวเร่งปฏิกิริยา 1 กรัม ในหลายกรณี ออกไซด์ที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับซึ่งอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะจะถูกสะสมในรูปของกระจุกขนาดเล็ก สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพของสารตั้งต้นในเฟสแก๊สหรือของเหลวกับโลหะที่เร่งปฏิกิริยา ซีโอไลต์ แร่ธาตุที่เป็นผลึกของกลุ่มอะลูมิโนซิลิเกต (สารประกอบซิลิกอนและอะลูมิเนียม) เป็นกลุ่มพิเศษของตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันจำนวนมากจะมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่ แต่พวกมันมักจะมีไซต์แอคทีฟเพียงเล็กน้อย ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนเพียงเล็กน้อยของพื้นที่ผิวทั้งหมด ตัวเร่งปฏิกิริยาอาจสูญเสียกิจกรรมเมื่อมีสารประกอบทางเคมีจำนวนเล็กน้อยที่เรียกว่าสารพิษจากตัวเร่งปฏิกิริยา สารเหล่านี้จับกับศูนย์ที่ใช้งานอยู่และปิดกั้น การกำหนดโครงสร้างของศูนย์ปฏิบัติการเป็นเรื่องของการวิจัยอย่างเข้มข้น

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันมีลักษณะทางเคมีที่แตกต่างกัน - กรด (H 2 SO 4 หรือ H 3 PO 4) เบส (NaOH) เอมีนอินทรีย์ โลหะ ส่วนใหญ่มักจะเปลี่ยนผ่าน (Fe หรือ Rh) ในรูปแบบของเกลือสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกหรือคาร์บอนิล . ตัวเร่งปฏิกิริยายังรวมถึงเอนไซม์ - โมเลกุลโปรตีนที่ควบคุมปฏิกิริยาทางชีวเคมี บริเวณที่ทำงานของเอนไซม์บางชนิดมีอะตอมของโลหะ (Zn, Cu, Fe หรือ Mo) เอนไซม์ที่ประกอบด้วยโลหะกระตุ้นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลขนาดเล็ก (O 2, CO 2 หรือ N 2) เอนไซม์มีกิจกรรมและความสามารถในการคัดเลือกสูงมาก แต่ทำงานภายใต้สภาวะบางอย่างเท่านั้น เช่น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต ในอุตสาหกรรมที่เรียกว่า เอนไซม์ตรึง

ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานอย่างไร

พลังงาน.

ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ สามารถเกิดขึ้นได้โดยมีเงื่อนไขว่ารีเอเจนต์จะเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงานและด้วยเหตุนี้พวกเขาจะต้องได้รับพลังงานบางอย่าง ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา X ® Y ประกอบด้วยขั้นตอนที่ต่อเนื่องกันจำนวนหนึ่ง แต่ละคนต้องการพลังงานในการไหล อีเรียกว่าพลังงานกระตุ้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานตามพิกัดปฏิกิริยาจะแสดงในรูปที่ หนึ่ง.

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาเส้นทาง "ความร้อน" ที่ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นพลังงานศักย์ของโมเลกุล X ต้องเกินอุปสรรคพลังงาน อีม. ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยสามขั้นตอน ประการแรกคือการก่อตัวของ X-Cat complex (การดูดซับเคมี) ซึ่งเป็นพลังงานกระตุ้นซึ่งก็คือ อีนรก. ขั้นตอนที่สองคือการจัดเรียงใหม่ X-Cat ® วาย-แคท ด้วยพลังงานกระตุ้น อี kat และในที่สุด ที่สาม - desorption ด้วยพลังงานกระตุ้น อีสิบ; อีนรก, อีแคทและ อีน้อยกว่าสิบเท่า อี m. เนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับพลังงานกระตุ้น ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจึงดำเนินไปเร็วกว่าความร้อนที่อุณหภูมิที่กำหนด

ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเปรียบได้กับผู้สอนนำทางที่นำนักปีนเขา (โมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา) ผ่านทิวเขา เขานำกลุ่มหนึ่งผ่านด่านแล้วกลับมาอีก เส้นทางผ่านช่องนั้นต่ำกว่าเส้นทางที่อยู่ด้านบนอย่างมีนัยสำคัญ (ช่องความร้อนของปฏิกิริยา) และกลุ่มทำให้การเปลี่ยนแปลงเร็วกว่าไม่มีตัวนำ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) เป็นไปได้ด้วยซ้ำว่ากลุ่มตัวเองจะไม่สามารถเอาชนะสันเขาได้เลย

ทฤษฎีการเร่งปฏิกิริยา

เพื่ออธิบายกลไกของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ได้มีการเสนอทฤษฎีสามกลุ่ม: เรขาคณิต อิเล็กทรอนิกส์ และเคมี ในทฤษฎีทางเรขาคณิต ความสนใจหลักจะจ่ายให้กับการติดต่อระหว่างโครงร่างทางเรขาคณิตของอะตอมของศูนย์กลางของตัวเร่งปฏิกิริยาและอะตอมของส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีหน้าที่จับกับตัวเร่งปฏิกิริยา ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์มีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดที่ว่าการดูดซับเคมีเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนประจุ กล่าวคือ ทฤษฎีเหล่านี้เชื่อมโยงกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยากับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของตัวเร่งปฏิกิริยา ทฤษฎีเคมีถือว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวซึ่งก่อให้เกิดพันธะเคมีกับรีเอเจนต์ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงซ้อนที่ไม่เสถียร หลังจากการสลายตัวของคอมเพล็กซ์ด้วยการปล่อยผลิตภัณฑ์ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกลับสู่สถานะเดิม ทฤษฎีหลังนี้ถือว่าเหมาะสมที่สุดแล้ว

ที่ระดับโมเลกุล ปฏิกิริยาของเฟสของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ดังนี้ โมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาหนึ่งจะจับกับบริเวณที่ทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่อีกโมเลกุลหนึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลนั้น โดยอยู่ในเฟสของแก๊สโดยตรง กลไกทางเลือกก็เป็นไปได้เช่นกัน: โมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาจะถูกดูดซับบนไซต์แอคทีฟที่อยู่ใกล้เคียงของตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วโต้ตอบซึ่งกันและกัน เห็นได้ชัดว่านี่คือปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ดำเนินไป

แนวคิดอื่นถือว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างการจัดเรียงอะตอมบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยากับกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยา อัตราของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาบางอย่าง รวมถึงปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันจำนวนมาก ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมกันบนพื้นผิว ในทางตรงกันข้ามความเร็วของผู้อื่นเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของอะตอมของพื้นผิว ตัวอย่างคือไอโซเมอไรเซชันของนีโอเพนเทนถึงไอโซเพนเทนและการแตกร้าวพร้อมกันของไอโซบิวเทนและมีเทนบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา Pt-Al 2 O 3

การประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรม

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เรากำลังประสบอยู่ในปัจจุบันคงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีเคมีใหม่ๆ ในวงกว้าง ความก้าวหน้านี้ถูกกำหนดโดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างแพร่หลาย ด้วยความช่วยเหลือซึ่งวัตถุดิบคุณภาพต่ำจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาคือศิลาอาถรรพ์ของนักเล่นแร่แปรธาตุสมัยใหม่ เพียงแต่ไม่เปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำ แต่เป็นวัตถุดิบเป็นยา พลาสติก สารเคมี เชื้อเพลิง ปุ๋ย และผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อื่นๆ

บางทีกระบวนการเร่งปฏิกิริยาแรกที่มนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะใช้คือการหมัก สูตรสำหรับทำเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เป็นที่รู้จักของชาวสุเมเรียนเมื่อ 3500 ปีก่อนคริสตกาล ซม... ไวน์; เบียร์.

ก้าวสำคัญในการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในทางปฏิบัติคือการผลิตมาการีนโดยตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืช ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในระดับอุตสาหกรรมครั้งแรกเมื่อราวปี 1900 และตั้งแต่ปี ค.ศ. 1920 ได้มีการพัฒนาวิธีการเร่งปฏิกิริยาสำหรับการผลิตวัสดุอินทรีย์ชนิดใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลาสติก จุดสำคัญคือการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาของโอเลฟินส์ ไนไตรล์ อีเทอร์ กรด ฯลฯ - "หน่วยการสร้าง" สำหรับ "โครงสร้าง" ทางเคมีของพลาสติก

คลื่นลูกที่สามของการใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และเกี่ยวข้องกับการกลั่นน้ำมัน ในแง่ของปริมาณการผลิตนี้ในไม่ช้าก็ทิ้งคนอื่นไว้เบื้องหลัง การกลั่นน้ำมันประกอบด้วยกระบวนการเร่งปฏิกิริยาหลายอย่าง: การแตกร้าว, การปฏิรูป, การทำไฮโดรซัลเฟอร์ไรเซชัน, การไฮโดรแคร็กกิ้ง, ไอโซเมอไรเซชัน, โพลีเมอไรเซชัน และอัลคิเลชัน

สุดท้าย คลื่นลูกที่สี่ในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการรักษาสิ่งแวดล้อม ความสำเร็จที่มีชื่อเสียงที่สุดในพื้นที่นี้คือการสร้างเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาสำหรับไอเสียรถยนต์ เครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาซึ่งได้รับการติดตั้งในรถยนต์ตั้งแต่ปี 1975 มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพอากาศและช่วยชีวิตผู้คนมากมาย

ได้รับรางวัลโนเบลประมาณโหลสำหรับการทำงานในด้านตัวเร่งปฏิกิริยาและสาขาที่เกี่ยวข้อง

ความสำคัญในทางปฏิบัติของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าไนโตรเจน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบที่ประกอบด้วยไนโตรเจนที่ได้จากอุตสาหกรรม คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของไนโตรเจนทั้งหมดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์อาหาร ปริมาณของสารประกอบไนโตรเจนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นมีจำกัด ดังนั้นการผลิตโปรตีนในอาหารจึงขึ้นอยู่กับปริมาณไนโตรเจนที่ใช้กับดินที่มีการปฏิสนธิ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะเลี้ยงมนุษย์ได้ครึ่งหนึ่งโดยปราศจากแอมโมเนียสังเคราะห์ ซึ่งได้มาเกือบทั้งหมดโดยใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาของ Haber-Bosch

ขอบเขตของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง สิ่งสำคัญคือตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่พัฒนาก่อนหน้านี้ได้อย่างมาก ตัวอย่างคือการปรับปรุงการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้ซีโอไลต์

ไฮโดรจีเนชั่น

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นอะตอมไฮโดรเจนและโมเลกุลอื่นๆ ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมีของพวกมัน กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรจิเนชันและรองรับหลายขั้นตอนในการกลั่นน้ำมันและการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหิน (กระบวนการเบอร์จิอุส)

การผลิตน้ำมันเบนซินสำหรับการบินและเชื้อเพลิงยานยนต์จากถ่านหินได้รับการพัฒนาในประเทศเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากประเทศนี้ไม่มีแหล่งน้ำมัน กระบวนการเบอร์จิอุสเกี่ยวข้องกับการเติมไฮโดรเจนลงในถ่านหินโดยตรง ถ่านหินถูกทำให้ร้อนภายใต้แรงกดดันต่อหน้าไฮโดรเจนเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว ซึ่งจะถูกแปรรูปเป็นน้ำมันเบนซินสำหรับการบินและเชื้อเพลิงยานยนต์ ออกไซด์ของเหล็กถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาตามดีบุกและโมลิบดีนัม ในช่วงสงคราม โรงงาน 12 แห่งในเยอรมนีที่ใช้กระบวนการเบอร์จิอุสผลิตเชื้อเพลิงเหลวได้ประมาณ 1,400 ตันต่อวัน

กระบวนการอื่น Fischer-Tropsch ประกอบด้วยสองขั้นตอน ประการแรกถ่านหินถูกทำให้เป็นแก๊สเช่น มันทำปฏิกิริยากับไอน้ำและออกซิเจนและได้รับส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนออกไซด์ ส่วนผสมนี้จะถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีธาตุเหล็กหรือโคบอลต์ เมื่อสิ้นสุดสงคราม การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์จากถ่านหินก็หยุดผลิตในเยอรมนี

เป็นผลมาจากราคาน้ำมันที่สูงขึ้นหลังจากการห้ามส่งน้ำมันในปี 2516-2517 จึงมีความพยายามอย่างมากในการพัฒนาวิธีการผลิตน้ำมันเบนซินจากถ่านหินที่ประหยัดได้ ดังนั้นการทำให้ถ่านหินเป็นของเหลวโดยตรงสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้กระบวนการสองขั้นตอน ซึ่งในขั้นแรกถ่านหินจะถูกสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียม-โคบอลต์-โมลิบดีนัมที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำและจากนั้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น ค่าใช้จ่ายของน้ำมันเบนซินสังเคราะห์นั้นสูงกว่าน้ำมันที่ได้จากน้ำมัน

แอมโมเนีย

กระบวนการไฮโดรจิเนชันที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งจากมุมมองทางเคมีคือการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไฮโดรเจนและไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นสารเฉื่อยมาก ในการทำลายพันธะ N – N ในโมเลกุลนั้น ต้องใช้พลังงานประมาณ 200 kcal / mol อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนจับกับพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กในสถานะอะตอม และต้องใช้เพียง 20 กิโลแคลอรีต่อโมล ไฮโดรเจนจับกับเหล็กได้ง่ายกว่า การสังเคราะห์แอมโมเนียดำเนินการดังนี้:

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาในการเร่งปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับอย่างเท่าเทียมกัน i. E. ความจริงที่ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนตำแหน่งสมดุลของปฏิกิริยาเคมี

ไฮโดรจีเนชันของน้ำมันพืช

ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในทางปฏิบัติคือการเติมไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ของน้ำมันพืชเป็นมาการีน น้ำมันปรุงอาหาร และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ น้ำมันพืชได้มาจากถั่วเหลือง เมล็ดฝ้าย และพืชผลอื่นๆ พวกเขารวมถึงเอสเทอร์คือไตรกลีเซอไรด์ของกรดไขมันที่มีระดับความอิ่มตัวต่างกัน กรดโอเลอิก CH 3 (CH 2) 7 CH = CH (CH 2) 7 COOH มีพันธะคู่หนึ่ง C = C กรดไลโนเลอิก - สองและกรดลิโนเลนิก - สาม การเติมไฮโดรเจนในการทำลายพันธะนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันออกซิไดซ์ (หืน) สิ่งนี้จะเพิ่มจุดหลอมเหลว ความแข็งของผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ที่ได้รับขึ้นอยู่กับระดับของไฮโดรเจน ไฮโดรจิเนชันจะดำเนินการในที่ที่มีผงนิกเกิลที่กระจายตัวอย่างละเอียดที่ฝากไว้บนพื้นผิวหรือตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลของ Raney ในบรรยากาศไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง

ดีไฮโดรจีเนชัน

ดีไฮโดรจีเนชันยังเป็นปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม แม้ว่าขนาดของการใช้งานจะเล็กลงอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ ด้วยความช่วยเหลือเช่นสไตรีนซึ่งเป็นโมโนเมอร์ที่สำคัญ สำหรับสิ่งนี้ เอทิลเบนซีนจะถูกดีไฮโดรจีเนตในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กออกไซด์ โพแทสเซียมและสารทำให้คงตัวของโครงสร้างบางชนิดก็มีส่วนทำให้เกิดปฏิกิริยาเช่นกัน การดีไฮโดรจีเนชันของโพรเพน บิวเทน และอัลเคนอื่นๆ ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรม บิวทีนและบิวทาไดอีนได้มาจากการดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-อลูมินา

ตัวเร่งปฏิกิริยาของกรด

กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทใหญ่เกิดจากคุณสมบัติที่เป็นกรด จากข้อมูลของ I. Brønsted และ T. Lowry กรดเป็นสารประกอบที่สามารถให้โปรตอนได้ กรดแก่สามารถบริจาคโปรตอนไปยังเบสได้อย่างง่ายดาย แนวคิดเรื่องความเป็นกรดได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในผลงานของ G. Lewis ผู้กำหนดกรดเป็นสารที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนจากสารผู้บริจาคด้วยการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการขัดเกลาทางสังคมของอิเล็กตรอนคู่นี้ แนวคิดเหล่านี้ร่วมกับแนวคิดเกี่ยวกับปฏิกิริยากับการก่อตัวของคาร์บีเนียมไอออน ช่วยให้เข้าใจกลไกของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรคาร์บอน

ความแข็งแรงของกรดสามารถกำหนดได้โดยใช้ชุดของเบสที่เปลี่ยนสีเมื่อติดโปรตอน ปรากฎว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญทางอุตสาหกรรมบางตัวทำตัวเหมือนกรดที่แรงมาก ซึ่งรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาของ Friedel-Crafts เช่น HCl-AlCl 2 O 3 (หรือ HAlCl 4) และอะลูมิโนซิลิเกต ความแรงของกรดเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมาก เนื่องจากเป็นตัวกำหนดอัตราการโปรตอน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของกรด

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น อะลูมิโนซิลิเกตที่ใช้ในการแตกร้าวของน้ำมันนั้นพิจารณาจากการมีอยู่ของกรดบรูนสเต็ดและลิวอิสบนผิวของพวกมัน โครงสร้างของมันคล้ายกับซิลิกา (ซิลิกอนไดออกไซด์) ซึ่งอะตอม Si 4+ บางตัวจะถูกแทนที่ด้วยอะตอม Al 3+ ประจุลบส่วนเกินที่เกิดขึ้นในกรณีนี้สามารถถูกทำให้เป็นกลางด้วยไอออนบวกที่เกี่ยวข้อง ถ้าไพเพอร์เป็นโปรตอน อะลูมิโนซิลิเกตจะมีพฤติกรรมเหมือนกรดบรอนสเตด:

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยากรดถูกกำหนดโดยความสามารถในการทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์บีเนียมไอออนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง ไอออนของอัลคิลคาร์บีเนียมประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีประจุบวกถูกพันธะกับหมู่อัลคิลสามกลุ่มและ/หรืออะตอมของไฮโดรเจน พวกมันมีบทบาทสำคัญในฐานะตัวกลางที่เกิดขึ้นในหลายปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์ กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยากรดสามารถแสดงให้เห็นได้โดยตัวอย่างของปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน NS-บิวเทนเป็นไอโซบิวเทนต่อหน้า HCl-AlCl 3 หรือ Pt-Cl-Al 2 O 3 ประการแรก โอเลฟิน C 4 H 8 จำนวนเล็กน้อยจับไฮโดรเจนไอออนที่มีประจุบวกของตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อสร้างคาร์บีเนียมไอออนในระดับอุดมศึกษา จากนั้นไฮไดรด์ไอออนที่มีประจุลบ H - จะถูกแยกออกจาก NS-บิวเทนที่มีการก่อตัวของไอโซบิวเทนและบิวทิลคาร์บีเนียมไอออนทุติยภูมิ อันเป็นผลมาจากการจัดเรียงใหม่จะถูกแปลงเป็นคาร์บีเนียมไอออนระดับอุดมศึกษา สายโซ่นี้สามารถดำเนินต่อไปได้ด้วยการกำจัดไฮไดรด์ไอออนออกจากโมเลกุลถัดไป NS-บิวเทน ฯลฯ :

จำเป็นที่คาร์บีเนียมไอออนในระดับอุดมศึกษาจะมีความเสถียรมากกว่าไอออนปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ เป็นผลให้ส่วนใหญ่มีอยู่บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นไอโซบิวเทนจึงเป็นผลิตภัณฑ์หลักของบิวเทนไอโซเมอไรเซชัน

ตัวเร่งปฏิกิริยากรดใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมัน - การแตกร้าว, ด่าง, โพลีเมอไรเซชันและไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน กลไกการออกฤทธิ์ของคาร์บีเนียมไอออนซึ่งมีบทบาทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเหล่านี้ได้รับการจัดตั้งขึ้น ในเวลาเดียวกัน พวกมันมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาจำนวนหนึ่ง รวมถึงการก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็กโดยการแยกโมเลกุลขนาดใหญ่ การรวมกันของโมเลกุล (โอเลฟินกับโอเลฟินหรือโอเลฟินกับไอโซพาราฟิน) การจัดเรียงโครงสร้างใหม่โดยการสร้างไอโซเมอไรเซชัน การก่อตัวของพาราฟินและอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดย การถ่ายโอนไฮโดรเจน

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดในอุตสาหกรรมล่าสุดอย่างหนึ่งคือการผลิตเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่วโดยการเติมแอลกอฮอล์ลงในไอโซบิวทิลีนหรือไอโซเอมิลีน การเติมสารประกอบออกซิเจนลงในน้ำมันเบนซินช่วยลดความเข้มข้นของคาร์บอนมอนอกไซด์ในไอเสีย เมทิล- ถู-บิวทิลอีเทอร์ (MTBE) ที่มีค่าออกเทนผสม 109 ยังช่วยให้คุณได้รับเชื้อเพลิงออกเทนสูงที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์รถยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูง โดยไม่ต้องใช้ตะกั่วเตตระเอทิลในน้ำมันเบนซิน ยังได้จัดการผลิตเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทน 102 และ 111 อีกด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นฐาน

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมัน ตัวอย่างที่มีมาอย่างยาวนานและเป็นที่รู้จักกันดีของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งใช้ในการไฮโดรไลซ์หรือสร้างไขมันในการผลิตสบู่ และตัวอย่างล่าสุดคือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตพลาสติกโพลียูรีเทนและโฟม ยูรีเทนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับไอโซไซยาเนต และปฏิกิริยานี้จะถูกเร่งเมื่อมีเอมีนเป็นเบส ในระหว่างการทำปฏิกิริยา เบสจะถูกเติมลงในอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลไอโซไซยาเนต อันเป็นผลมาจากการที่มีประจุลบปรากฏบนอะตอมไนโตรเจนและกิจกรรมของมันที่มีต่อแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น Triethylenediamine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะ พลาสติกโพลียูรีเทนผลิตโดยปฏิกิริยาของไดไอโซไซยาเนตกับโพลิออล (โพลิแอลกอฮอล์) เมื่อไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับน้ำ ยูรีเทนที่ก่อตัวก่อนหน้านี้จะสลายตัวเพื่อปล่อย CO 2 เมื่อส่วนผสมของพอลิแอลกอฮอล์และน้ำทำปฏิกิริยากับไดไอโซไซยาเนต โฟมโพลียูรีเทนที่ได้ก็จะเกิดฟองด้วยก๊าซ CO 2

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบคู่

ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้เร่งปฏิกิริยาสองประเภทและให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการส่งผ่านสารตั้งต้นอย่างเป็นลำดับผ่านเครื่องปฏิกรณ์สองเครื่อง แต่ละเครื่องมีตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงประเภทเดียว นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าไซต์ที่ใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ double-acting อยู่ใกล้กันมากและผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่เกิดขึ้นจากตัวใดตัวหนึ่งจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายในอีกด้านหนึ่งทันที

ผลลัพธ์ที่ดีได้มาจากการรวมตัวเร่งปฏิกิริยาที่กระตุ้นไฮโดรเจนกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ส่งเสริมไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจนถูกกระตุ้นโดยโลหะบางชนิด และไฮโดรคาร์บอนจะถูกไอโซเมอร์ด้วยกรด แพลตตินั่มชั้นดีที่รองรับบนอลูมินาที่เป็นกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ double-acting ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้ในการกลั่นน้ำมันเพื่อเปลี่ยนแนฟทาเป็นน้ำมันเบนซิน การเปลี่ยนองค์ประกอบของแนฟทา เช่น เมทิลไซโคลเพนเทน (MCP) เป็นเบนซีนจะเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน ประการแรก MCP ถูกดีไฮโดรจีเนตบนส่วนแพลตตินัมของตัวเร่งปฏิกิริยาไปเป็นโอเลฟินที่มีแกนหลักคาร์บอนเดียวกัน จากนั้นโอเลฟินจะถูกถ่ายโอนไปยังส่วนที่เป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนหลังจะผ่านไปยังส่วนแพลตตินั่มและถูกดีไฮโดรจิเนตเป็นเบนซีนและไฮโดรเจน

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ Double-acting ช่วยเร่งการปฏิรูปน้ำมันอย่างมีนัยสำคัญ ใช้เพื่อแยกพาราฟินปกติให้เป็นไอโซพาราฟิน การต้มที่อุณหภูมิเดียวกับเศษส่วนของน้ำมันเบนซิน มีค่าเนื่องจากมีค่าออกเทนที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรคาร์บอนที่ไม่มีการแยกย่อย นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลง NS-บิวเทนเป็นไอโซบิวเทนจะมาพร้อมกับดีไฮโดรจีเนชัน ซึ่งมีส่วนช่วยในการผลิต MTBE

พอลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะ

เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน NSα-olefins กับการก่อตัวของพอลิเมอร์ stereoregular K. Ziegler ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบ Stereospecific เมื่อเขาพยายามอธิบายคุณสมบัติที่ผิดปกติของโพลีเมอร์ที่เขาได้รับ นักเคมีอีกคนหนึ่งชื่อ J. Natta ได้แนะนำว่าเอกลักษณ์ของโพลีเมอร์ Ziegler นั้นพิจารณาจากความสม่ำเสมอของพวกมัน การทดลองการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ได้แสดงให้เห็นว่าพอลิเมอร์ที่เตรียมจากโพรพิลีนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler นั้นเป็นผลึกสูงและมีโครงสร้างแบบสเตอริโอเรกูลาร์ เพื่ออธิบายโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งดังกล่าว นัตตะจึงบัญญัติศัพท์คำว่า isotactic และ syndiotactic ในกรณีที่ไม่มีความเป็นระเบียบ จะใช้คำว่า "อาถรรพ์":

ปฏิกิริยาความจำเพาะแบบสเตอริโอเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งที่มีโลหะทรานซิชันของหมู่ IVA – VIII (เช่น Ti, V, Cr, Zr) ซึ่งอยู่ในสถานะออกซิไดซ์ที่ไม่สมบูรณ์ และสารประกอบใดๆ ที่มีคาร์บอนหรือไฮโดรเจนซึ่งถูกผูกไว้กับ โลหะจากกลุ่ม I – III ตัวอย่างคลาสสิกของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวคือการตกตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานร่วมกันของ TiCl 4 และ Al (C 2 H 5) 3 ในเฮปเทน โดยที่ไททาเนียมจะลดสถานะเป็นไตรวาเลนต์ ระบบที่แอคทีฟอย่างยิ่งนี้จะเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของโพรพิลีนที่อุณหภูมิและความดันแวดล้อม

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อควบคุมเคมีของกระบวนการออกซิเดชันมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และทางปฏิบัติอย่างมาก ในบางกรณี การเกิดออกซิเดชันจะต้องสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น เมื่อทำให้ CO และสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอนเป็นกลางในก๊าซไอเสียรถยนต์ อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งมีความจำเป็นมากขึ้นที่การเกิดออกซิเดชันไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ในหลายกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสำหรับการแปลงไฮโดรคาร์บอนให้เป็นตัวกลางที่มีค่าซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเช่น –CHO, –COOH, –C – CO, –CN ในกรณีนี้จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันคือสารเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชัน ซึ่งใช้ในการออกซิไดซ์ คู่-ไซลีนถึงกรดเทเรฟทาลิก ซึ่งเป็นเอสเทอร์ที่เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตเส้นใยโพลีเอสเตอร์

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ต่างกัน

ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้มักจะเป็นของแข็งออกไซด์ที่ซับซ้อน ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นในสองขั้นตอน อย่างแรก ออกซิเจนของออกไซด์ถูกจับโดยโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ดูดซับบนผิวของออกไซด์ ในกรณีนี้ ไฮโดรคาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ และออกไซด์จะลดลง ออกไซด์ที่ลดลงทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและกลับสู่สภาพเดิม การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียม phthalic anhydride ได้มาจากการออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ของแนฟทาลีนหรือบิวเทน

การผลิตเอทิลีนด้วยก๊าซมีเทนดีไฮโดรไดเมอไรเซชัน

การสังเคราะห์เอทิลีนผ่านกระบวนการดีไฮโดรไดเมอไรเซชันช่วยให้ก๊าซธรรมชาติถูกแปลงเป็นไฮโดรคาร์บอนที่เคลื่อนย้ายได้ง่ายกว่า ปฏิกิริยา 2CH 4 + 2O 2 ® C 2 H 4 + 2H 2 O ดำเนินการที่ 850 ° C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Li-MgO สันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการก่อตัวของเมทิลเรดิคัลโดยการกำจัดอะตอมไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลมีเทน ความแตกแยกเกิดจากออกซิเจนที่ลดลงอย่างไม่สมบูรณ์ เช่น O 2 2– เมทิลแรดิคัลในเฟสของแก๊สจะรวมตัวกันอีกครั้งเพื่อสร้างโมเลกุลอีเทนและถูกแปลงเป็นเอทิลีนในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชันที่ตามมา อีกตัวอย่างหนึ่งของการเกิดออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์คือการเปลี่ยนเมทานอลไปเป็นฟอร์มัลดีไฮด์โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเงินหรือเหล็ก-โมลิบดีนัม

ซีโอไลต์

ซีโอไลต์เป็นชั้นพิเศษของตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน เหล่านี้เป็นอะลูมิโนซิลิเกตที่มีโครงสร้างแบบรังผึ้งซึ่งมีขนาดเซลล์ซึ่งเทียบได้กับขนาดของโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด พวกเขาจะเรียกว่าตะแกรงโมเลกุล สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือซีโอไลต์ซึ่งรูขุมขนที่เกิดจากวงแหวนที่ประกอบด้วยออกซิเจนไอออน 8-12 (รูปที่ 2) บางครั้งรูพรุนทับซ้อนกัน เช่นเดียวกับในซีโอไลต์ ZSM-5 (รูปที่ 3) ซึ่งใช้สำหรับการแปลงเมทานอลที่เฉพาะเจาะจงสูงเป็นไฮโดรคาร์บอนของเศษน้ำมันเบนซิน น้ำมันเบนซินประกอบด้วยอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีค่าออกเทนสูง ตัวอย่างเช่น ในนิวซีแลนด์ หนึ่งในสามของการใช้น้ำมันเบนซินทั้งหมดได้มาจากการใช้เทคโนโลยีนี้ เมทานอลได้มาจากมีเทนที่นำเข้า

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบกันเป็นกลุ่ม Y-zeolite เพิ่มประสิทธิภาพของการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นกรดผิดปกติของพวกมันเป็นหลัก การแทนที่อะลูมิโนซิลิเกตด้วยซีโอไลต์จะเพิ่มผลผลิตน้ำมันเบนซินมากกว่า 20%

นอกจากนี้ ซีโอไลต์ยังได้รับการคัดเลือกสำหรับขนาดของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา การเลือกของพวกเขาเกิดจากขนาดของรูขุมขนที่โมเลกุลที่มีขนาดและรูปร่างที่แน่นอนเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น เนื่องจากข้อจำกัดที่เข้มงวด คู่-ไซลีนเกิดขึ้นง่ายกว่าเทอะทะ ortho- และ เมต้า-ไอโซเมอร์ หลังถูก "ล็อค" ในรูขุมขนของซีโอไลต์ (รูปที่ 4)

การใช้ซีโอไลต์ทำให้เกิดการปฏิวัติอย่างแท้จริงในเทคโนโลยีอุตสาหกรรมบางอย่าง - การล้างน้ำมันแก๊สและน้ำมันเครื่อง การได้รับสารเคมีตัวกลางสำหรับการผลิตพลาสติกโดยอัลคิเลชันของสารประกอบอะโรมาติก ไอโซเมอไรเซชันของไซลีน ความไม่สมส่วนของโทลูอีนและการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาของน้ำมัน ซีโอไลต์ ZSM-5 มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษที่นี่

ตัวเร่งปฏิกิริยาและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดมลพิษทางอากาศเริ่มขึ้นในปลายทศวรรษ 1940 ในปี 1952 A. Hagen-Smith ได้ก่อตั้งว่าไฮโดรคาร์บอนและไนโตรเจนออกไซด์ในก๊าซไอเสียทำปฏิกิริยากับแสงด้วยการก่อตัวของสารออกซิไดซ์ (โดยเฉพาะโอโซน) ซึ่งทำให้ระคายเคืองตาและก่อให้เกิดผลที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ในช่วงเวลาเดียวกัน J. Howdrey ได้พัฒนาวิธีการทำความสะอาดตัวเร่งปฏิกิริยาของก๊าซไอเสียโดยออกซิไดซ์ CO และไฮโดรคาร์บอนให้เป็น CO 2 และ H 2 O ในปี 1970 ปฏิญญาว่าด้วยอากาศสะอาดได้รับการกำหนดขึ้น (ปรับปรุงในปี 2520 ขยายในปี 2533) ตามที่รถยนต์ใหม่ทั้งหมดจากรุ่นปี 1975 จะต้องติดตั้งเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยา มีการกำหนดมาตรฐานสำหรับองค์ประกอบของก๊าซไอเสีย เนื่องจากสารประกอบตะกั่วที่เติมลงในตัวเร่งปฏิกิริยาพิษของน้ำมันเบนซิน จึงได้มีการนำโปรแกรมการเลิกใช้ชั่วคราวมาใช้ ยังให้ความสนใจกับความจำเป็นในการลดเนื้อหาของไนโตรเจนออกไซด์

ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับคอนเวอร์เตอร์ยานยนต์ ซึ่งส่วนประกอบแอคทีฟจะถูกสะสมไว้บนพื้นผิวเซรามิกที่มีโครงสร้างแบบรังผึ้ง ผ่านเซลล์ที่ก๊าซไอเสียผ่านเข้าไป ส่วนรองรับเคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของโลหะออกไซด์เช่น Al 2 O 3 ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา - แพลตตินัมแพลเลเดียมหรือโรเดียม เนื้อหาของไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงธรรมชาติในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มแอมโมเนียจำนวนเล็กน้อยลงในก๊าซไอเสียแล้วส่งผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาไททาเนียม-วานาเดียม

เอ็นไซม์.

เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาตามธรรมชาติที่ควบคุมกระบวนการทางชีวเคมีในเซลล์ที่มีชีวิต พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงาน การสลายสารอาหาร และปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ปฏิกิริยาอินทรีย์ที่ซับซ้อนหลายอย่างไม่สามารถดำเนินต่อไปได้หากไม่มีพวกมัน เอ็นไซม์ทำงานที่อุณหภูมิและความดันปกติ มีการคัดเลือกอย่างมาก และสามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ถึงแปดลำดับความสำคัญ แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ จากเอนไซม์ที่รู้จัก 15,000 ชนิด มี 20 ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

เป็นเวลาหลายพันปีที่มนุษย์ใช้เอนไซม์ในการอบขนมปัง ทำเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ชีส และน้ำส้มสายชู ปัจจุบันมีการใช้เอนไซม์ในอุตสาหกรรม: ในการแปรรูปน้ำตาล ในการผลิตยาปฏิชีวนะสังเคราะห์ กรดอะมิโนและโปรตีน เอนไซม์โปรตีโอไลติกที่เร่งกระบวนการไฮโดรไลซิสจะถูกเติมลงในผงซักฟอก

ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรีย Clostridium acetobutylicum H. Weizmann ดำเนินการเปลี่ยนแป้งด้วยเอนไซม์เป็นอะซิโตนและบิวทิลแอลกอฮอล์ วิธีการผลิตอะซิโตนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอังกฤษในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ยางบิวทาไดอีนถูกผลิตขึ้นด้วยความช่วยเหลือในสหภาพโซเวียต

บทบาทที่สำคัญอย่างยิ่งคือการใช้เอ็นไซม์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์สำหรับการสังเคราะห์เพนิซิลลิน เช่นเดียวกับสเตรปโตมัยซินและวิตามินบี 12

เอนไซม์เอทิลแอลกอฮอล์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ ในบราซิล รถยนต์มากกว่าหนึ่งในสามของประมาณ 10 ล้านคันใช้เอทิลแอลกอฮอล์ 96% ซึ่งมาจากอ้อย และส่วนที่เหลือใช้น้ำมันเบนซินและเอทิลแอลกอฮอล์ (20%) เทคโนโลยีสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและแอลกอฮอล์ในสหรัฐอเมริกาได้รับการพัฒนาอย่างดี ในปี 2530 ประมาณ แอลกอฮอล์ 4 พันล้านลิตร ซึ่งใช้ประมาณ 3.2 พันล้านลิตรเป็นเชื้อเพลิง พบการใช้งานต่างๆและที่เรียกว่า เอนไซม์ตรึง เอ็นไซม์เหล่านี้ถูกผูกไว้กับการสนับสนุนที่แข็งแกร่ง เช่น ซิลิกาเจล ซึ่งรีเอเจนต์จะถูกส่งผ่าน ข้อดีของวิธีนี้คือให้การสัมผัสพื้นผิวกับเอนไซม์อย่างมีประสิทธิภาพ การแยกผลิตภัณฑ์ และการเก็บรักษาเอนไซม์ ตัวอย่างหนึ่งของการใช้เอ็นไซม์ที่ทำให้เคลื่อนที่ไม่ได้ในอุตสาหกรรมคือการสร้างไอโซเมอไรเซชันของดี-กลูโคสให้เป็นฟรุกโตส

ด้านเทคโนโลยี

เทคโนโลยีสมัยใหม่ไม่สามารถจินตนาการได้หากปราศจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 650 ° C และความดัน 100 atm หรือมากกว่า ทำให้จำเป็นต้องแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสระหว่างสารที่เป็นก๊าซและของแข็งและการถ่ายโอนอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบใหม่ เพื่อให้กระบวนการมีประสิทธิภาพ การสร้างแบบจำลองต้องคำนึงถึงด้านจลนศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ และอุทกพลศาสตร์ การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายที่นี่ เช่นเดียวกับอุปกรณ์และวิธีการใหม่ในการตรวจสอบกระบวนการทางเทคโนโลยี

ในปี 1960 มีความก้าวหน้าอย่างมากในการผลิตแอมโมเนีย การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แอคทีฟมากขึ้นทำให้สามารถลดอุณหภูมิของการผลิตไฮโดรเจนระหว่างการสลายตัวของไอน้ำได้ เนื่องจากสามารถลดความดันลงได้ ดังนั้นจึงช่วยลดต้นทุนการผลิตได้ เช่น โดยการใช้ของที่ถูกกว่า คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง เป็นผลให้ต้นทุนของแอมโมเนียลดลงมากกว่าครึ่งหนึ่งมีการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมากและในเรื่องนี้การผลิตอาหารเพิ่มขึ้นเนื่องจากแอมโมเนียเป็นปุ๋ยที่มีคุณค่า

วิธีการ

การวิจัยในด้านตัวเร่งปฏิกิริยาดำเนินการโดยใช้ทั้งวิธีการแบบเดิมและแบบพิเศษ ใช้ฉลากกัมมันตภาพรังสี, เอ็กซ์เรย์, อินฟราเรดและรามัน (Raman) สเปกโตรสโคปี, วิธีการด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน; มีการวัดจลนศาสตร์และกำลังศึกษาอิทธิพลของวิธีการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาต่อกิจกรรมของพวกเขา สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคือการกำหนดพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยวิธี Brunauer - Emmett - Teller (วิธี BET) โดยอิงจากการวัดการดูดซับไนโตรเจนทางกายภาพที่ความดันต่างๆ สำหรับสิ่งนี้ ปริมาณไนโตรเจนที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของโมโนเลเยอร์บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกกำหนด และเมื่อทราบขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล N 2 แล้ว พื้นที่ทั้งหมดจะถูกคำนวณ นอกเหนือจากการกำหนดพื้นที่ผิวทั้งหมดแล้ว ยังมีการดูดซับเคมีของโมเลกุลต่างๆ ซึ่งทำให้สามารถประมาณจำนวนศูนย์ปฏิบัติการและรับข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของพวกมันได้

นักวิจัยมีวิธีการต่างๆ ในการศึกษาโครงสร้างพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาในระดับอะตอม วิธี EXAFS ให้ข้อมูลเฉพาะ ในบรรดาวิธีการทางสเปกโทรสโกปี UV, X-ray และ Auger photoelectron spectroscopy มีการใช้กันมากขึ้น ไอออนแมสสเปกโตรเมตรีรองและสเปกโตรสโคปีการกระเจิงไอออนเป็นที่สนใจอย่างมาก การวัด NMR ใช้เพื่อศึกษาธรรมชาติของสารเชิงซ้อนของตัวเร่งปฏิกิริยา กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนช่วยให้คุณเห็นการจัดเรียงของอะตอมบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา

อนาคต

ขนาดของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นทุกปี มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามากขึ้นเพื่อต่อต้านมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม บทบาทของตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตไฮโดรคาร์บอนและเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่มีออกซิเจนจากก๊าซและถ่านหินกำลังเติบโตขึ้น การสร้างเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อการแปลงพลังงานเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างประหยัดดูเหมือนจะมีแนวโน้มที่ดี

แนวคิดใหม่ของการเร่งปฏิกิริยาจะทำให้ได้วัสดุโพลีเมอร์และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่มีคุณสมบัติอันมีค่ามากมาย ปรับปรุงวิธีการผลิตพลังงาน และเพิ่มการผลิตอาหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โดยการสังเคราะห์โปรตีนจากอัลเคนและแอมโมเนียโดยใช้จุลินทรีย์ อาจเป็นไปได้ที่จะพัฒนาวิธีการดัดแปลงพันธุกรรมสำหรับการผลิตเอนไซม์และสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกที่เข้าใกล้กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาและการคัดเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีววิทยาตามธรรมชาติ

วรรณกรรม:

เกทส์ บี.เค. เคมีของกระบวนการเร่งปฏิกิริยา... ม., 1981
Boreskov G.K. ตัวเร่งปฏิกิริยา คำถามเกี่ยวกับทฤษฎีและการปฏิบัติ... โนโวซีบีสค์, 1987
กันคิน วี.ยู. กันคิน หยู.วี. ทฤษฎีทั่วไปใหม่ของตัวเร่งปฏิกิริยา... L., 1991
โทคาเบะ เค ตัวเร่งปฏิกิริยาและกระบวนการเร่งปฏิกิริยา... ม., 1993

การเร่งปฏิกิริยาเป็นหนึ่งในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและรวดเร็วที่สุด ระบบเร่งปฏิกิริยาใหม่ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และปรับปรุงระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอยู่ มีการเสนอกระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่ การออกแบบฮาร์ดแวร์กำลังเปลี่ยนแปลง วิธีทางเคมีกายภาพใหม่สำหรับการศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยากำลังได้รับการปรับปรุงและปรากฏขึ้น กระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับปิโตรเคมีและการกลั่นน้ำมันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การพัฒนาเทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาในวงกว้างกำหนดความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมีในตลาด ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติสูงในด้านตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปิโตรเคมี

ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นปรากฏการณ์เฉพาะ ไม่มีสารที่มีคุณสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบทั่วไป แต่ละปฏิกิริยาต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเฉพาะของตัวเอง

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมี... กระบวนการเร่งปฏิกิริยาใช้ในการผลิตไฮโดรเจน ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียและอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งในเทคโนโลยีเคมี การแปลงก๊าซมีเทนแหล่งไฮโดรเจนที่ถูกที่สุดคือก๊าซธรรมชาติ ขั้นตอนแรกของการผลิตไฮโดรเจนรวมถึงปฏิกิริยาของมีเทนกับไอน้ำด้วยการเติมออกซิเจนหรืออากาศบางส่วนที่อุณหภูมิ 800 - 1,000 ° C (ปฏิกิริยา 2.1) นิกเกิลที่รองรับบนตัวรองรับอลูมินาทนความร้อน (คอรันดัม - a-Al 2 O 3) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

CH 4 + H 2 O ⇄ 3H 2 + CO (2.1)

CO + H 2 O ⇄ CO 2 + H 2 (2.2)

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานี้พร้อมกับไฮโดรเจนทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ในปริมาณมาก

การแปลง COปฏิกิริยาของคาร์บอนมอนอกไซด์กับไอน้ำจะดำเนินการในสองขั้นตอนที่อุณหภูมิลดลงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์ (ปฏิกิริยา 2.2) ในขณะที่ไฮโดรเจนจะถูกสร้างขึ้นเพิ่มเติม ในระยะแรกใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก - โครเมียมที่อุณหภูมิปานกลาง (435-475 ° C) (Fe 3 O 4 พร้อมการเพิ่ม Cr 2 O 3) ในวินาที - ตัวเร่งปฏิกิริยาอุณหภูมิต่ำ (230-280 ° C) (ส่วนผสมของออกไซด์ของอลูมิเนียม, ทองแดง, โครเมียมและสังกะสี) เนื้อหาสุดท้ายของคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งลดกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียลงอย่างรวดเร็วสามารถลดลงเหลือหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์

ในการกำจัด CO ที่ตกค้าง จำเป็นต้องใช้การล้างส่วนผสมของแก๊สที่ซับซ้อนด้วยสารละลายแอมโมเนียของ Cu 2 O ที่ความดันสูง 120-320 atm และอุณหภูมิต่ำ 5-20 ° C

ในทางปฏิบัติของการผลิตเชิงอุตสาหกรรม การทำให้บริสุทธิ์ของการปล่อยก๊าซจาก CO นั้นดำเนินการโดยวิธีการดูดซับโดยสารละลายของเกลือ Cu-ammonium (รูปแบบและคอปเปอร์คาร์บอเนต) ซึ่งมีความสามารถในการสร้างสารประกอบที่ซับซ้อนด้วย CO เนื่องจากรูปแบบไม่เสถียรมาก จึงให้ความพึงพอใจกับสารละลายคาร์บอเนต

คอมเพล็กซ์คาร์บอเนต - แอมโมเนียของทองแดงดั้งเดิมมีองค์ประกอบดังต่อไปนี้ (kmol / m 3): Cu + - 1.0 - 1.4; ลูกบาศ์ก 2+ - 0.08-0.12; เอ็นเอช 3 4.0-6.0; CO 2 - 2.4 - 2.6.

ความสามารถในการดูดซับที่สัมพันธ์กับ CO นั้นถูกครอบครองโดยเกลือของทองแดงที่เป็นถ้วย ตามกฎแล้ว Cu 2+ ไพเพอร์จะไม่มีส่วนร่วมในการดูดซึม อย่างไรก็ตาม ในสารละลาย จำเป็นต้องรักษาความเข้มข้นของ Cu 2+ อย่างน้อย 10 โดยน้ำหนัก % ของเนื้อหา Cu + หลังป้องกันการก่อตัวของการสะสมของธาตุทองแดงซึ่งสามารถอุดตันท่อและขัดขวางการทำงานของตัวดูดซับ การปรากฏตัวของสารประกอบคาร์บอเนตแอมโมเนียของทองแดง Cu 2+ ในสารละลายจะเปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยา (1) ไปสู่การก่อตัวของ Cu +: Cu 2+ + Cu ⇄ 2 Cu + (1)

สารละลายของคอปเปอร์คาร์บอเนต - แอมโมเนียที่ใช้ในการดูดซับ CO ประกอบด้วย 2 CO 3; CO 3; (NH 4) 2 CO 3; ฟรี NH 3 และ CO 2

กระบวนการดูดซับ CO โดยคอมเพล็กซ์ทองแดงคาร์บอเนต - แอมโมเนียดำเนินการตามปฏิกิริยา: + + CO + NH 3 ⇄ + - DH (2)

ควบคู่ไปกับ CO, CO 2 จะถูกดูดซับตามสมการ:

2 NH 3 + H 2 O + CO 2 ⇄ (NH 4) 2 CO 3 - DH 1 (3)

มีเทนในการเชื่อมต่อกับการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลที่ใช้งานใหม่ การดำเนินการล้างที่ซับซ้อนสามารถเปลี่ยนได้ที่ 250-350 ° C โดยกระบวนการที่ง่ายกว่าในการแปลงกากคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นมีเทน เฉื่อยสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนีย (ปฏิกิริยา 2.3):

CO + 3H 2 ⇄ CH 4 + H 2 O (2.3)

ดังนั้นการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานมากขึ้นทำให้สามารถลดความซับซ้อนของรูปแบบเทคโนโลยีและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตแอมโมเนียได้

การประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน... ประสิทธิภาพของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีความสำคัญมากจนเป็นเวลาหลายปีที่การปฏิวัติทางเทคนิคที่แท้จริงเกิดขึ้นในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน ซึ่งทำให้เป็นไปได้บนพื้นฐานของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อเพิ่มทั้งผลผลิตและ คุณภาพของเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ที่ได้

ในปัจจุบัน น้ำมันมากกว่า 80% ถูกแปรรูปโดยใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยา: การแตกร้าว การปฏิรูป ไอโซเมอไรเซชัน และไฮโดรจิเนชันของไฮโดรคาร์บอน การทำไฮโดรทรีตติ้งเศษส่วนของน้ำมันจากสารประกอบที่มีกำมะถัน ตารางที่ 2.1 แสดงกระบวนการกลั่นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทันสมัยที่สำคัญที่สุด

แคร็กการแตกร้าวของน้ำมันหรือเศษส่วนของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นกระบวนการทำลายล้างที่อุณหภูมิ 490-540 ° C กับตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิโนซิลิเกตสังเคราะห์และธรรมชาติที่มีลักษณะเป็นกรดเพื่อให้ได้น้ำมันเบนซินคุณภาพสูงที่มีค่าออกเทน 98-92 จำนวนมาก ก๊าซที่มีไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว C 3 - C 4 เศษส่วนของน้ำมันก๊าซก๊าด คาร์บอนแบล็คและโค้ก

ค่าออกเทน (RH) เป็นตัวบ่งชี้แบบมีเงื่อนไขของความต้านทานการระเบิดของเชื้อเพลิงมอเตอร์แบบเบา (น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด) ระหว่างการเผาไหม้ในเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์ เชื้อเพลิงอ้างอิงคือไอโซออกเทน (r.p. = 100), heptane ปกติ (r.h. = 0) ค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินคือเปอร์เซ็นต์ (ตามปริมาตร) ของไอโซออกเทนในส่วนผสมดังกล่าวกับเอ็น-เฮปเทน ซึ่งภายใต้สภาวะการทดสอบมาตรฐานของเครื่องยนต์สูบเดียวแบบพิเศษ จะจุดชนวนในลักษณะเดียวกับน้ำมันเบนซินที่ทดสอบ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่อิงจากซีโอไลต์สังเคราะห์ที่เป็นผลึกอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีส่วนผสมของแรร์เอิร์ธออกไซด์ (CeO 2, La 2 O 3, Ho 2 O 3, Dy 2 O 3 และอื่นๆ) สูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิโนซิลิเกตอย่างมีนัยสำคัญ

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้ไม่เพียงแต่จะเพิ่มอัตราการก่อตัวของไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าจากแนฟเทเนสโดยปัจจัย 500-4000 แต่ยังเพิ่มผลผลิตของเศษส่วนที่มีค่าเมื่อเปรียบเทียบกับการแตกร้าวด้วยความร้อน

การแคร็กด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมที่มีน้ำหนักมากที่สุด ด้วยความช่วยเหลือ ขณะนี้มีการประมวลผลน้ำมันมากกว่า 300 ล้านตันต่อปี ซึ่งต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาประมาณ 300,000 ตันต่อปี

ปฏิรูป.การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาดำเนินการที่อุณหภูมิ 470-520 ° C และความดัน 0.8-1.5 MPa บน Pt, Re-catalysts ที่รองรับบนอลูมินา บำบัดด้วยไฮโดรเจนคลอไรด์เพื่อเพิ่มคุณสมบัติที่เป็นกรด การปฏิรูปเป็นวิธีการกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ส่วนใหญ่เป็นน้ำมันเบนซินและเศษส่วนของแนฟทาของน้ำมัน (ไฮโดรคาร์บอน C 6 -C 9 ของสามประเภทหลัก: พาราฟิน แนฟเทนิก และอะโรมาติก) เพื่อให้ได้น้ำมันเบนซินออกเทนสูง อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (เบนซีน โทลูอีน , ไซลีน, เอทิลเบนซีน) และไฮโดรเจนทางเทคนิค ในกระบวนการปฏิรูป ปฏิกิริยาของแนฟเทนดีไฮโดรจีเนชันต่ออะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ไซไคลเซชันของพาราฟินและโอเลฟินส์ และไอโซเมอไรเซชันของไซคลิกไฮโดรคาร์บอนที่มีห้าอะตอมเป็นองค์ประกอบหกอะตอม ปัจจุบันมีการใช้ปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อแปรรูปน้ำมันมากกว่า 200 ล้านตันต่อปี การใช้งานทำให้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันเชื้อเพลิงรถยนต์เท่านั้น แต่ยังสามารถผลิตอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนในปริมาณมากสำหรับอุตสาหกรรมเคมีด้วย ผลพลอยได้จากการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา ได้แก่ ก๊าซเชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วยมีเทนและอีเทนเป็นส่วนใหญ่ ตลอดจนก๊าซเหลว - เศษโพรเพน-บิวเทน

Hydrotreating ของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมไฮโดรเจนเป็นผลพลอยได้จากการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา การถือกำเนิดของไฮโดรเจนราคาถูกทำให้สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรทรีตติ้งของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมจากสารประกอบที่มีกำมะถัน ไนโตรเจน และออกซิเจนได้อย่างกว้างขวาง ด้วยการก่อตัวของ Н 2 S, NH 3 และ H 2 O ที่ถอดออกได้ง่าย ตามลำดับ (ปฏิกิริยา 2.4 - 2.7):

CS 2 + 4H 2 ⇄ 2H 2 S + CH 4 (2.4)

RSH + H 2 ⇄ H 2 S + RH (2.5)

COS + 4H 2 ⇄ H 2 S + CH 4 + H 2 O (2.6)

RNH + 3 / 2H 2 ⇄ NH 3 + RH (2.7)

ในเวลาเดียวกัน ไฮโดรจิเนชันของ dienes เกิดขึ้น ซึ่งจะเพิ่มความเสถียรของผลิตภัณฑ์ เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แพร่หลายที่สุดคือออกไซด์ของโคบอลต์ (2–5 wt.%) และโมลิบดีนัม (10–19 wt.%) หรือออกไซด์ของนิกเกิลและโมลิบดีนัมที่รองรับ γ-alumina

Hydrotreating ทำให้สามารถรับธาตุกำมะถันได้มากถึง 250-300,000 ตันต่อปี สำหรับสิ่งนี้ กระบวนการของ Klaus ถูกนำไปใช้:

2H 2 S + 3O 2 ⇄ 2SO 2 + 2H 2 O (2.8)

2H 2 S + SO 2 ⇄ 3S + 2H 2 O (2.9)

ส่วนหนึ่งของ H 2 S ถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในบรรยากาศเป็น γ-Al 2 O 3 ที่ 200-250 ° C (ปฏิกิริยา 2.8); อีกส่วนหนึ่งของ H 2 S ทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไดออกไซด์เพื่อสร้างกำมะถัน (ปฏิกิริยา 2.9)

สภาวะไฮโดรทรีตติ้งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุดิบที่ถูกทำให้บริสุทธิ์ แต่ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในช่วง 330-410 ° C และ 3-5 MPa ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมประมาณ 300 ล้านตัน (เศษส่วนของน้ำมันเบนซินและน้ำมันก๊าด เชื้อเพลิงดีเซล เครื่องกลั่นสุญญากาศ พาราฟิน และน้ำมัน) จะถูกบำบัดด้วยไฮโดรเจนทุกปี การใช้ขั้นตอนการบำบัดด้วยไฮโดรเจนในการกลั่นน้ำมันทำให้สามารถเตรียมวัตถุดิบสำหรับการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา (น้ำมันเบนซิน) และการแตกร้าว (การกลั่นด้วยสุญญากาศ) เพื่อให้ได้น้ำมันก๊าดและเชื้อเพลิงที่มีกำมะถันต่ำ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ (พาราฟินและน้ำมัน) และยังมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากมลพิษในชั้นบรรยากาศจากก๊าซไอเสียจะลดลง ก๊าซเมื่อเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์การนำไฮโดรทรีตติ้งมาใช้ทำให้สามารถใช้น้ำมันที่มีกำมะถันสูงในการผลิตผลิตภัณฑ์น้ำมันได้

ไฮโดรแคร็กเมื่อเร็ว ๆ นี้ กระบวนการไฮโดรแครกกิ้งได้รับการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำปฏิกิริยาของการแตกร้าว ไอโซเมอไรเซชัน และไฮโดรทรีตติ้งพร้อมกัน Hydrocracking เป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของการแปลงวัตถุดิบที่มีองค์ประกอบเศษส่วนต่างๆ ในที่ที่มีไฮโดรเจนอย่างลึกซึ้ง เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์น้ำมันเบา: น้ำมันเบนซิน น้ำมันเจ็ทและดีเซล ก๊าซเหลว C 3 -C 4การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา polyfunctional ช่วยให้กระบวนการนี้ดำเนินการได้ที่ 400-450 ° C ความดันประมาณ 5-15 MPa ทังสเตนซัลไฟด์, ตัวเร่งปฏิกิริยาทังสเตน-นิกเกิลผสมซัลไฟด์บนฐานรองรับ, ตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์-โมลิบดีนัมบนอลูมินาที่เติม Ni, Pt, Pd และโลหะอื่นๆ บนซีโอไลต์ที่ไม่มีรูปร่างหรือเป็นผลึกถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ตารางที่ 2.1 - กระบวนการกลั่นตัวเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่

ไอโซเมอไรเซชันเพื่อปรับปรุงคุณภาพ น้ำมันเบนซินจะเติมไอโซเมอร์ 10-15% มวล% ที่มีค่าออกเทนสูง ไอโซเมอไรเซทเป็นส่วนผสมของอะลิฟาติกอิ่มตัว (ไม่มีวัฏจักรในโมเลกุล) ไฮโดรคาร์บอนของโครงสร้างไอโซโครงสร้าง (มากกว่า 65 % โดยน้ำหนัก 2-เมทิลบิวเทน; ไอโซเฮกเซน) ได้มาจากไอโซเมอไรเซชันของอัลเคน (พาราฟินอิ่มตัวปกติ) วัตถุดิบสำหรับไอโซเมอไรเซชันคือน้ำมันเบนซินแบบเบาของการกลั่นน้ำมันโดยตรง โดยเดือดในช่วง 62-85 ° C และประกอบด้วยเพนเทนและเฮกเซนเป็นหลัก รวมถึงเศษส่วน (75-150 ° C) ที่ได้จากการแตกตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการไอโซเมอไรเซชันของตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชัน: แพลตตินัมหรือแพลเลเดียมบนตัวรองรับกรดต่างๆ (γ-Al 2 O 3, ซีโอไลต์) เสริมด้วยฮาโลเจน (Cl, F) ไอโซเมอไรเซชันคือการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์ให้เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างต่างกัน (ไอโซเมอร์เชิงโครงสร้าง) หรือการจัดเรียงอะตอมหรือกลุ่มที่แตกต่างกันในอวกาศ (ไอโซเมอร์เชิงพื้นที่) โดยไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและน้ำหนักโมเลกุล

ดังนั้น กระบวนการเร่งปฏิกิริยาจึงครองตำแหน่งผู้นำในการกลั่นน้ำมัน ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา มูลค่าของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากน้ำมันจึงเพิ่มขึ้นหลายเท่า

ความเป็นไปได้ที่มีแนวโน้มมากขึ้นของวิธีการเร่งปฏิกิริยาในการกลั่นน้ำมันคือการปฏิเสธการเปลี่ยนแปลงทั่วโลกที่มีอยู่ในกระบวนการสมัยใหม่ของสารประกอบที่ซับซ้อนทั้งหมดที่พบในน้ำมัน ดังนั้นสารประกอบกำมะถันทั้งหมดจึงผ่านกระบวนการไฮโดรจิโนไลซิสด้วยการปล่อยไฮโดรเจนซัลไฟด์ ในขณะเดียวกัน หลายคนก็มีคุณค่าที่เป็นอิสระอย่างมีนัยสำคัญ เช่นเดียวกันกับสารประกอบไนโตรเจน โลหะเชิงซ้อน และสารประกอบอื่นๆ อีกมาก การแยกสารเหล่านี้ออกจากกันหรือเปลี่ยนสภาพด้วยตัวเร่งปฏิกิริยานั้นมีความสำคัญมาก เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่า ตัวอย่างคือการผลิตสารสกัดที่มีกำมะถัน เช่น ซัลฟอกไซด์และซัลโฟนที่เกิดขึ้นระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารประกอบกำมะถันที่มีอยู่ในน้ำมันและเชื้อเพลิงหม้อไอน้ำ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าวิธีนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกลั่นน้ำมันได้อย่างมาก