Mga uri ng catalstre, kanilang layunin at mga pamamaraan sa paggawa. Catalysis

Ang AUTOKAT RecYCLE ay nagbibigay ng isang pagkakataon para sa mga kumpanya at indibidwal na ibenta ang mga bahaging ito na naubos ang kanilang mapagkukunan sa pinakamataas na gastos sa pinakamaikling panahon. Ang solusyon na ito ay nag-aambag sa pakinabang ng mga customer at nag-aambag sa paggawa ng isang magagawa na kontribusyon sa pangangalaga ng kapaligiran.

Pagbebenta ng mga pang-industriya na catalista

- isang mahusay na solusyon na nagbibigay-daan sa iyo upang makapagpiyansa ng disenteng halaga ng pera at magpadala ng isang bahagi para sa "tamang" pagproseso. Ang AUTOKAT RECYCLE ay isang kumpanya ng buyout na may lahat ng mga mapagkukunang kinakailangan upang paganahin ang lubos na tumpak na pagtatasa ng nilalaman ng mga mahahalagang elemento, upang ang mga customer ay umasa sa isang mabilis na pagtatantya ng halaga.

Ang aming kumpanya ay nagpapatakbo sa maraming mga lungsod ng Russia. Sa kawalan ng isang punto na may isang maginhawang lokasyon, maaari mong ipadala ang produkto gamit ang mga serbisyo ng isang mail o courier.

Ang mapagkukunan na kung saan ay naubos o kung sa anumang kadahilanan nawala ang kanilang pagganap sa kumpanya ng AUTOKAT RecYCLE - isang pamamaraan na tumatagal ng halos walang oras. Matapos matanggap ang produkto, isinasagawa ng mga dalubhasa ang kinakailangang mga pagsusuri at kalkulahin ang halaga ng pagbabayad, at kung nasiyahan sila sa kliyente, pagkatapos ay ang isang kasunduan ay natapos at ang pera ay naibigay (posible na hindi cash at iba pang mga paraan ng pagbabayad).

Ang mga kliyente ng AUTOKAT RECYCLE ay ginagarantiyahan ng mga kaakit-akit na kundisyon na walang wala ng mga benepisyo at kaginhawaan. Kaya, ang mga taong nagpasyang ibigay ang catalyst ay maaaring umasa sa pagkakaloob ng karampatang payo, mataas na presyo, ang pinakamaikling posibleng oras para sa mga pagsusuri at pagbabayad. Sa site, maaaring malaman ng mga bisita ang tinatayang gastos ng isang produkto gamit ang isang espesyal na calculator, alam ang tinatayang nilalaman ng mga mahalagang riles sa komposisyon nito.

Sa pamamagitan ng komposisyon, ang mga catalista ay nahahati sa 1) binago; 2) halo-halong at 3) media.

1) Binago ang mga catalista. Ang isang modifier ay isang karagdagan sa isang catalyst ng isang maliit (hanggang sa 10 - 12 wt.%) Halaga ng isa pang sangkap na hindi catalytically aktibo para sa isang naibigay na reaksyon, ngunit nagpapabuti ng ilang mga katangian ng katalista (thermal katatagan, lakas, paglaban ng lason ). Kung ang isang modifier ay nagdaragdag ng aktibidad, ito ay isang tagataguyod. Sa likas na katangian ng pagkilos, ang mga tagapagtaguyod ay nahahati sa a) electronic, na nagiging sanhi ng pagpapapangit ng mga kristal na lattice ng catalyst o pagbabago ng paggana ng trabaho ng mga electron sa nais na direksyon. Halimbawa, ang pagdaragdag ng Cl - sa isang pilak na katalista para sa oksihenasyon ng methanol: CH 3 OH ® CH 2 O; b) nagpapatatag pinipigilan ang sintering ng dispersed na istraktura ng catalyst. Halimbawa, ang mga tagapagtaguyod ng Al 2 O 3 at SiO 2 ay nagpapatatag ng pangunahing mga kristal ng iron catalyst sa synthesis ng ammonia: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3. Sa unang araw ng operasyon, ang mga kristal ay sinter at pinalaki mula 6 hanggang 20 nm. Ang supply ng libreng enerhiya sa interface ng kristal ay bumababa at bumabawas ang aktibidad. Ang ipinakilala na mga tagapagtaguyod, nang hindi nabawasan, natunaw sa temperatura ng pagbubuo, binabalot nila ang mga kristal na may isang manipis na pelikula, na pumipigil sa kanilang pagkasensitibo. Gayunpaman, ang parehong mga additives ay may isang acidic ibabaw kung saan ang NH 3 na Molekyul ay masidhi na nakakalat, na pumipigil sa sorption ng mga nitrogen Molekyul, at ang aktibidad ng catalyst ay bumababa; sa) pagbubuo ng istraktura, pag-neutralize ng mga acidic center na Al 2 O 3 at SiO 2. Halimbawa, K 2 O, CaO at MgO, ngunit ang kanilang halaga ay dapat na hindi hihigit sa 4-5 wt.%, Dahil mayroon silang isang epekto sa mineralizing, i. itaguyod ang sinterting ng mga kristal ng Fe.

2) Halo-halong mga catalista. Ang mga halo-halong katalista ay tinatawag na mga catalista na naglalaman ng maraming mga aktibong sangkap ng catalytically para sa reaksyong ito, na kinunan sa maihahambing na halaga. Ang aktibidad ng naturang mga catalista ay hindi additive, ngunit kumukuha ng matinding halaga dahil sa mga sumusunod na dahilan: ang pagbuo ng mga mekanikal na halo na may isang mas malaking hangganan ng bahagi, ibig sabihin na may isang malaking supply ng libreng enerhiya ( halimbawa, para sa reaksyon sa isang ratio ng molar na £ 3, sinusunod ang mataas na selectivity, ngunit ang lakas ng catalyst granules ay mababa; sa ³4 - mataas na lakas ng granules, ngunit mababang selectivity); ang pagbuo ng mga solidong solusyon tulad ng mga spinel(halimbawa, sa V 2 O 5 + MoO 3 oxidation catalyst, ang Mo +6 cation ay isinasama sa mga bakanteng posisyon ng V 2 O 5. crystal lattice. Ang pagpapapangit ng lattice ay humahantong sa isang pagtaas ng libreng enerhiya ng sistema; pagbuo ng mga bagong aktibong catalista sa ilalim ng mga kundisyon ng reaksyon(halimbawa, para sa pagbubuo ng methanol CO + 2H 2 ® CH 3 OH, ginagamit ang isang chromium-zinc catalyst:

ZnO + CrO 3 + Н 2 О ® ZnCrO 4 × Н 2 О

2ZnCrO 4 × Н 2 О + 3Н 2 ® + 5Н 2 О

Ipinakita sa square bracket ay ang aktibong yugto na nakuha pagkatapos ng pagbawas ng catalyst, na mahalagang isang bagong katalista.

3) Mga sinusuportahang katalista. Tinutukoy ng carrier ang hugis at sukat ng mga granula, ang pinakamainam na istrukturang puno ng butas, lakas, paglaban sa init, pagbabawas ng gastos. Minsan pinapataas nito ang aktibidad (tingnan ang ligand na larangan ng teorya). Pag-uuri ng media: gawa ng tao- silica gel, activated carbon, aluminium oxide (g, a), keramika; natural- pumice, diatomite; sa pamamagitan ng dami ng pore- porous (higit sa 10%), non-porous (10% o mas mababa); sa laki ng butil- malaki (1-5 mm), maliit (0.1-1.0 mm), multa (mas mababa sa 0.1 mm); sa pamamagitan ng tiyak na lugar sa ibabaw- maliit (mas mababa sa 1 m 2 / g), daluyan (1-50 m 2 / g), binuo (higit sa 50 m 2 / g).

Bibili kami ng mga pang-industriya na catalista sa anumang dami ng Rostov-on-Don at ang rehiyon ng Rostov.

Tungkol sa mga catalista

Ang isang katalista ay isang kemikal na makakatulong mapabilis ang reaksyon. Malawak ang aplikasyon nito sa iba`t ibang industriya. Ang pangunahing mga mamimili ng catalyst ay ang industriya ng pagpino ng langis, petrochemical, kemikal, matagumpay silang ginamit sa larangan ng ekolohiya at proteksyon sa kapaligiran.

Pag-uuri

Ang lahat ng mga aparato na gawa ay nauuri:

Sa pamamagitan ng uri ng reaksyon ng catalysis - acid-base, redox
Sa pamamagitan ng pangkat ng proseso ng catalysis - pagbubuo ng ammonia, pag-crack ng mga produktong petrolyo
Sa pamamagitan ng likas na katangian ng aktibong base na ginamit - metallic, oxide, sulfide, complex at iba pa
Sa pamamagitan ng pamamaraan ng pagmamanupaktura

Ang lahat ng mga catalista ay gumagamit ng mga di-ferrous at mahalagang metal: platinum, aluminyo, iron, chromium, nickel, vanadium, cobalt, bismuth, pilak, ginto at marami pang iba.

Ang mga pang-industriya na catalista ay magkakauri at magkakaiba rin. Homogenous - ay nasa isang karaniwang bahagi ng reactant. Ang isang katalista na bumubuo ng sarili nitong yugto, na pinaghiwalay mula sa mga reactant, ay tinatawag na heterogeneous. Gamit ang pang-industriya at iba pang mga uri ng catalstre, hindi lamang natin mai-save ang kalikasan mula sa mga nakakalason na sangkap na umiiral sa anumang produksyon, ngunit nakakatipid din ng mga hilaw na materyales.

Mga aplikasyon sa industriya

Ang mabilis na paglago ng industriya na nakikita natin ngayon ay hindi posible kung wala ang pag-unlad at paglitaw ng mga bagong proseso ng teknolohikal na kemikal. Sa isang mas malawak na lawak, ang pag-unlad ay pinadali ng malawakang paggamit ng mga catalista, sila ang makakatulong na gawing mga produktong mataas ang grade ang mga hilaw na materyales. Ang katalista ay maihahambing sa Philosopher's Stone, na pinaniniwalaang ginto ang ilang mga metal. Ngunit ang mga catalista lamang ang nagko-convert ng mga hilaw na materyales sa iba't ibang mga gamot, sa plastik, sa mga kemikal na reagent, sa gasolina, sa mga kapaki-pakinabang at kinakailangang pataba at iba pang mga benepisyo.

Paglalapat ng mga catalista

Ang pagsisimula ng paggawa ng margarin sa pamamagitan ng catalytic hydrogenation ng mga langis ng halaman ay itinuturing na isang makabuluhang kaganapan para sa praktikal na paggamit ng catalyst. Sa kauna-unahang pagkakataon na ito ay isinagawa sa simula pa lamang ng ika-20 siglo, at nasa dekada na, ang mga siyentista ay nakabuo ng mga pamamaraan na catalytic upang makakuha ng mga bagong organikong materyales. Ang mga Olefin, nitrile, ester, acid ay naging isang uri ng "mga bloke ng gusali" para sa paggawa ng mga plastik.

Ang susunod na alon, nang magsimulang magamit ang mga pang-industriya na catalista, ay ang pagpino ng langis. Di-nagtagal, sa lugar na ito ng industriya, ang isang katalista ay hindi na posible, dahil ang mga aparatong ito ay ginagamit sa lahat ng mga yugto ng proseso, tulad ng:

Basag
Reporma
Hydrosulfonation
Hydrocracking
Isomerization
Polimerisasyon
Alkylation

Sa mga nagdaang taon, ang mga catalista ay malawakang ginamit sa larangan ng proteksyon sa kapaligiran. Ang pinakatanyag na aparato na makakatulong sa amin na mapangalagaan ang kapaligiran ay ang cat gas exhaust sa mga kotse.

Ang mga lugar ng aplikasyon ng mga converter ay patuloy na lumalawak, ang reaksyon ng catalysis ay ginagawang posible upang mapabuti ang dati nang binuo mga teknolohiya. Halimbawa, ang catalytic cracking ay napabuti sa paggamit ng zeolites.

Hydrogenation

Karaniwan, ang mga reaksiyong catalytic ay naiugnay sa ang katunayan na ang isang hydrogen atom ay naaktibo sa ilang iba pang mga molekula, na humahantong sa mga pakikipag-ugnayan ng kemikal. Ang prosesong ito ay tinatawag na hydrogenation, at siya ang siyang batayan para sa maraming yugto sa pagpino ng langis, pati na rin sa paggawa ng likidong gasolina mula sa karbon. Sa panahon ng giyera, ang proseso ng hydrogenation ay malawakang ginamit sa Alemanya upang makabuo ng gasolina para sa sasakyang panghimpapawid at gasolina para sa mga kotse mula sa karbon, sapagkat walang langis sa Alemanya.

Hydrogenation ng nakakain na mga langis

Ang isa pang kapaki-pakinabang na pag-aari na mayroon ang mga catalista sa industriya ng pagkain ay ang hydrogenation ng langis ng halaman sa margarine, langis ng pagluluto, at iba pang mga produktong pagkain. Sa kasong ito, ang pinong pulbos na nickel ay inilalapat sa catalyst o suporta.

Pag-aalis ng tubig

Ang reaksyong kemikal ng catalysis na ito ay ginagamit nang mas madalas kaysa hydrogenation, ngunit, gayunpaman, mahalaga din ito, nakakatulong ito upang makakuha ng styrene, propane, butane, at butene.

Catalysis ng acid

Ang aktibidad ng karamihan sa mga catalista ay natutukoy at nakasalalay sa kanilang mga acidic na katangian. Ito ay mga acidic na pang-industriya na catalista na ginagamit sa karamihan ng mga kaso sa pagpino ng langis, para sa paggawa ng mga paraffin, mabangong hydrocarbons. Ang pinakahuli sa paggamit ng mga catalista ay ang paggawa ng leaded fuel, pati na rin ang mga high-octane na uri ng gasolina.

Dapat sabihin na wala pa ring pinag-isang katalogo ng mga pang-industriya na catalista. Ang lahat ay nagpapatuloy sa empirically. Ang mga catalista ay inuri batay sa mga sumusunod na parameter:

Uri ng reaksyon ng Catalysis
Ang likas na katangian ng sangkap na aktibo
Pangkat ng proseso ng catalytic.

Ang pinaka-kumplikadong pagpipilian ay ang pangatlo, dahil ito ang higit na nakatuon sa modernong industriya - petrochemical, kemikal, pagpipino ng langis.

Kasaysayan ng paglikha

Pinaniniwalaan na ang unang paggamit ng isang katalista ay ang paggawa ng etil eter mula sa alkohol na gumagamit ng suluriko acid bilang isang katalista. Noong ika-18 siglo, natuklasan ang pagkilos ng catalytic ng acid para sa saccharification ng starch. Dito, ang luwad at ilang mga uri ng metal ay ginamit bilang isang katalista. Ngunit gayon pa man, ang konsepto ng "catalysis" ay wala pa. Noong 1834 lamang ipinakilala ng Mitscherlich ang naturang konsepto bilang "contact reaction". Ang pangalang "catalysis" ay iminungkahi ni Berzelius isang taon mamaya - noong 1835.

Ang paggamit ng metalikong platinum para sa oksihenasyon ay na-patent noong 1831 ng siyentista na si Phillips, ngunit ang pamamaraang ito ng catalysis ay hindi ginamit pang-industriya sa maraming kadahilanan (binawasan ng platinum ang aktibidad nito kapag isinama sa arsenic at ilang iba pang mga nakakalason na sangkap na nilalaman ng mga gas). Matapos ang pagbuo ng isang pamamaraan para sa paglilinis ng iba't ibang mga gas mula sa mga nakakalason na sangkap, naging posible upang lumikha ng unang malalaking mga pang-industriya na aparato. Ito ay kinomisyon sa Russia noong 1897 at nag-patente noong 1902. Ngayon, ang pinakamahalaga at malalaking negosyo sa iba't ibang mga industriya ay gumagamit ng pang-industriya na "kats", at ang bawat proseso ay gumagamit ng sarili nitong uri ng catalyst, na may pinakamainam na kumbinasyon ng mga pag-aari.

Ang dami ng produksyon ng mga aparatong ito sa mundo ay higit sa 800 libong tonelada bawat taon. Ang ilan sa mga catalista ay nagtatrabaho mula 6 na buwan hanggang isang taon, habang ang iba ay may mas mahabang buhay sa serbisyo - hanggang sa 10-12 taon. Kapag naabot na ang limitasyon sa trabaho, ang katalista ay dapat na itapon nang maayos.

Nag-aalok sa iyo ang aming kumpanya ng kanais-nais na mga tuntunin ng pagbebenta sa pinakamahusay na mga presyo. Makipag-ugnay sa amin - tandaan na ang mga catalista ay naglalaman ng hindi lamang mahalagang mga metal, kundi pati na rin ang mga nakakapinsalang sangkap. Huwag magtapon ng mga aparato sa mga landfill, mas mahusay na i-save ang kalikasan, at kahit isang dagdag dito at makakuha ng isang mahusay na halaga ng pera para sa scrap.

Ang nilalaman ng artikulo

CATALYSIS, pagpapabilis ng mga reaksyong kemikal sa ilalim ng impluwensya ng maliit na halaga ng mga sangkap (catalst), na kung saan ang kanilang mga sarili ay hindi nagbabago habang ang reaksyon. Ang mga proseso ng catalytic ay may malaking papel sa ating buhay. Ang mga biological catalist na tinatawag na mga enzyme ay kasangkot sa regulasyon ng mga proseso ng biochemical. Maraming mga proseso ng industriya ay hindi maaaring magpatuloy nang walang mga catalista.

Ang pinakamahalagang pag-aari ng mga catalista ay ang selectivity, ibig sabihin ang kakayahang taasan ang rate ng ilang mga tiyak na reaksyong kemikal mula sa maraming posible. Pinapayagan nito ang mga reaksyon na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay masyadong mabagal upang makahanap ng praktikal na paggamit, at nagbibigay ng pagbuo ng mga nais na produkto.

Ang paggamit ng mga catalista ay nag-ambag sa mabilis na pag-unlad ng industriya ng kemikal. Malawakang ginagamit ang mga ito sa pagpino ng langis, pagkuha ng iba't ibang mga produkto, paglikha ng mga bagong materyales (halimbawa, mga plastik), na madalas na mas mura kaysa sa ginamit dati. Tinatayang 90% ng dami ng modernong paggawa ng kemikal ay batay sa mga proseso ng catalytic. Ang mga proseso ng Catalytic ay may gampanan na espesyal sa proteksyon ng kapaligiran.

Ang karamihan sa mga reaksiyong catalytic ay isinasagawa sa isang tiyak na presyon at temperatura, na ipinapasa ang pinaghalong reaksyon sa isang puno ng gas o likidong estado sa pamamagitan ng isang reaktor na puno ng mga partikulo ng catalyst. Ang mga sumusunod na term ay ginagamit upang ilarawan ang mga kundisyon ng reaksyon at mga katangian ng produkto. Ang volumetric velocity ay ang dami ng isang gas o likidong dumadaan sa dami ng yunit ng isang katalista bawat yunit ng oras. Ang aktibidad na Catalytic ay ang dami ng mga reagent na na-convert sa mga produkto ng catalyst bawat yunit ng oras. Ang conversion ay ang maliit na bahagi ng isang sangkap na na-convert sa isang naibigay na reaksyon. Ang pagpili ay ang ratio ng halaga ng isang tukoy na produkto sa kabuuang halaga ng mga produkto (karaniwang ipinahiwatig bilang isang porsyento). Ang ani ay ang ratio ng halaga ng isang naibigay na produkto sa dami ng panimulang materyal (karaniwang ipinahiwatig bilang isang porsyento). Ang pagiging produktibo ay ang bilang ng mga produktong reaksyon na nabuo bawat dami ng yunit bawat oras ng yunit.

CATALYST TYPES

Ang mga catalista ay inuri batay sa likas na katangian ng reaksyon na binibilis nila, ang kanilang sangkap na kemikal o mga katangiang pisikal. Halos lahat ng mga sangkap ng kemikal at sangkap ay may mga katangian ng catalytic sa isang degree o iba pa - alinman sa kanilang sarili o, mas madalas, sa iba't ibang mga kumbinasyon. Ayon sa kanilang mga katangiang pisikal, ang mga catalista ay nahahati sa homogenous at heterogeneous. Ang mga heterogenous catalista ay mga solido na homogenous na nakakalat sa parehong gas o likidong daluyan ng mga reactant.

Maraming magkakaibang mga catalista ang naglalaman ng mga metal. Ang ilang mga metal, lalo na ang mga kabilang sa pangkat ng VIII ng pana-panahong talahanayan ng mga elemento, ay mayroong aktibidad na catalytic na nag-iisa; isang tipikal na halimbawa ay platinum. Ngunit ang karamihan sa mga metal ay nagpapakita ng mga katangian ng catalytic kapag sila ay nasa komposisyon ng mga compound; isang halimbawa ay alumina (aluminyo oksido Al 2 O 3).

Ang isang hindi pangkaraniwang pag-aari ng maraming magkakaibang mga catalista ay ang kanilang malaking lugar sa ibabaw. Ang mga ito ay puno ng maraming mga pores, ang kabuuang lugar na kung minsan ay umaabot sa 500 m 2 bawat 1 g ng catalyst. Sa maraming mga kaso, ang mga oxide na may isang malaking lugar sa ibabaw ay nagsisilbing isang suporta kung saan ang mga maliit na butil ng isang metal catalyst ay idineposito sa anyo ng maliliit na kumpol. Tinitiyak nito ang mahusay na pakikipag-ugnayan ng mga reactant sa gas o likidong bahagi na may catalytically active metal. Ang Zeolites, mga mala-kristal na mineral ng grupo ng aluminosilicate (mga compound ng silikon at aluminyo), ay bumubuo ng isang espesyal na klase ng mga magkakaiba ng catalista. Bagaman maraming mga magkakaibang mga catalista ay may isang malaking lugar sa ibabaw, kadalasan sila ay may lamang isang maliit na bilang ng mga aktibong site, na kung saan para sa isang maliit na bahagi ng kabuuang lugar sa ibabaw. Ang mga catalista ay maaaring mawala ang kanilang aktibidad sa pagkakaroon ng maliit na halaga ng mga kemikal na compound na tinatawag na mga lason ng catalyst. Ang mga sangkap na ito ay nagbubuklod sa mga aktibong sentro, na hinaharangan ang mga ito. Ang pagtukoy ng istraktura ng mga aktibong sentro ay ang paksa ng masinsinang pananaliksik.

Ang mga homogenous catalista ay may magkakaibang likas na kemikal - mga asido (H 2 SO 4 o H 3 PO 4), mga base (NaOH), mga organikong amina, metal, madalas na palampas (Fe o Rh), sa anyo ng mga asing-gamot, mga organometallic compound o carbonyl . Kasama rin sa mga catalista ang mga enzyme - mga molekulang protina na kumokontrol sa mga reaksyon ng biochemical. Ang aktibong site ng ilang mga enzyme ay naglalaman ng isang metal atom (Zn, Cu, Fe, o Mo). Ang mga enzyme na naglalaman ng metal ay nagpapalitan ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng maliliit na mga molekula (O 2, CO 2 o N 2). Ang mga enzim ay may napakataas na aktibidad at pagpili, ngunit gumagana lamang sila sa ilalim ng ilang mga kundisyon, tulad ng kung saan nagaganap ang mga reaksyon sa mga nabubuhay na organismo. Sa industriya, ang tinaguriang. hindi gumagalaw na mga enzyme.

PAANO TUMATAKOT ANG MGA CATALYST

Enerhiya.

Ang anumang reaksyon ng kemikal ay maaaring magpatuloy lamang sa kondisyon na mapagtagumpayan ng mga reagent ang hadlang sa enerhiya, at para dito kailangan silang makakuha ng isang tiyak na enerhiya. Tulad ng nasabi na namin, ang catalytic reaksyon X ® Y ay binubuo ng isang bilang ng mga sunud-sunod na yugto. Ang bawat isa sa kanila ay nangangailangan ng lakas upang dumaloy. E tinatawag na enerhiya sa pag-activate. Ang pagbabago ng enerhiya kasama ang reaksyon ng coordinate ay ipinapakita sa Fig. isa

Isaalang-alang muna natin ang di-catalytic, "thermal" na landas. Upang maganap ang reaksyon, ang potensyal na enerhiya ng mga molekula X ay dapat lumampas sa hadlang sa enerhiya E m. Ang reaksyon ng catalytic ay binubuo ng tatlong yugto. Ang una ay ang pagbuo ng X-Cat complex. (chemisorption), ang enerhiya ng pagsasaaktibo na kung saan ay E impyerno Ang pangalawang yugto ay ang muling pagsasaayos ng X-Cat. ® Y-Cat. na may enerhiya naaktibo E kat, at sa wakas, ang pangatlo - desorption na may lakas naaktibo E sampu; E impyerno, E kat at E sampung mas kaunti E m. Dahil ang rate ng reaksyon ay exponentially depende sa enerhiya ng pagsasaaktibo, ang catalytic reaksyon ay nagpapatuloy nang mas mabilis kaysa sa thermal sa isang naibigay na temperatura.

Ang katalista ay maihahalintulad sa isang gabay na magtuturo na humantong sa mga umaakyat (na tumutugon sa mga molekula) sa pamamagitan ng isang saklaw ng bundok. Pinamunuan niya ang isang pangkat sa pamamagitan ng pass at pagkatapos ay babalik para sa susunod. Ang daanan sa pamamagitan ng pass ay namamalagi nang makabuluhang mas mababa kaysa sa isa na namamalagi sa tuktok (ang heat channel ng reaksyon), at ginagawang mas mabilis ng paglipat kaysa sa walang conductor (catalyst). Posible rin na ang pangkat nang mag-isa ay hindi maaaring mapagtagumpayan ang tagaytay.

Mga teoryang Catalysis.

Upang ipaliwanag ang mekanismo ng mga reaksiyong catalytic, tatlong pangkat ng mga teorya ang iminungkahi: geometric, electronic, at kemikal. Sa mga teoryang geometriko, ang pangunahing pansin ay binabayaran sa mga sulat sa pagitan ng pagsasaayos ng geometriko ng mga atomo ng mga aktibong sentro ng catalyst at ng mga atom ng bahaging iyon ng mga tumutugon na mga molekula na responsable para sa pagbubuklod sa catalyst. Ang mga teoryang elektroniko ay batay sa ideya na ang chemisorption ay dahil sa elektronikong pakikipag-ugnay na nauugnay sa paglilipat ng singil, ibig sabihin ang mga teoryang ito ay nag-uugnay sa aktibidad na catalytic sa mga elektronikong katangian ng catalyst. Isinasaalang-alang ng teorya ng kemikal ang isang katalista bilang isang compound ng kemikal na may mga katangian na katangian na bumubuo ng mga bono ng kemikal na may mga reagent, na nagreresulta sa pagbuo ng isang hindi matatag na kumplikadong paglipat. Matapos ang agnas ng complex sa paglabas ng mga produkto, ang katalista ay bumalik sa orihinal nitong estado. Ang huling teorya ngayon ay itinuturing na pinaka-sapat.

Sa antas ng molekula, ang isang reaksiyong catalytic gas-phase ay maaaring kinatawan bilang mga sumusunod. Ang isang tumutugong molekula ay nagbubuklod sa aktibong lugar ng catalyst, habang ang iba ay nakikipag-ugnay dito, na direktang nasa yugto ng gas. Posible rin ang isang alternatibong mekanismo: ang mga tumutugon na mga molekula ay na-adorno sa mga kalapit na aktibong site ng catalyst, at pagkatapos ay nakikipag-ugnay sa bawat isa. Tila, ito ang paraan kung paano nagpatuloy ang karamihan sa mga reaksiyong catalytic.

Ipinapalagay ng isa pang konsepto na mayroong isang ugnayan sa pagitan ng spatial na pag-aayos ng mga atomo sa ibabaw ng catalyst at ng aktibidad na catalytic nito. Ang rate ng ilang mga proseso ng catalytic, kabilang ang maraming mga reaksyon ng hydrogenation, ay hindi nakasalalay sa pag-aayos ng kapwa ng mga catalytically na aktibong atomo sa ibabaw; ang bilis ng iba, sa kabaligtaran, ay nagbabago nang malaki sa isang pagbabago sa spatial na pagsasaayos ng mga ibabaw na atomo. Ang isang halimbawa ay ang isomerization ng neopentane hanggang isopentane at ang sabay-sabay na pag-crack ng huli sa isobutane at methane sa ibabaw ng catalyst ng Pt-Al 2 O 3.

APLIKASYON NG CATALYSIS SA INDUSTRY

Ang mabilis na paglago ng industriya na kasalukuyan nating nararanasan ay imposible kung wala ang pagbuo ng mga bagong teknolohiya ng kemikal. Sa isang malaking lawak, ang pag-unlad na ito ay natutukoy ng laganap na paggamit ng mga catalista, sa tulong ng mga mababang-grade na hilaw na materyales ay ginawang mga produktong may mataas na halaga. Sa matalinhagang pagsasalita, ang katalista ay bato ng pilosopo ng modernong alchemist, ito lamang ay hindi humantong sa ginto, ngunit ang mga hilaw na materyales sa mga gamot, plastik, kemikal, gasolina, pataba at iba pang mga kapaki-pakinabang na produkto.

Marahil ang pinakaunang proseso ng catalytic na natutunan na gamitin ng mga tao ay pagbuburo. Ang mga resipe para sa paggawa ng mga inuming nakalalasing ay kilala ng mga taga-Sumerian simula pa noong 3500 BC. Cm... WINA; BEER.

Ang isang makabuluhang milyahe sa praktikal na aplikasyon ng catalysis ay ang paggawa ng margarine ng catalytic hydrogenation ng langis ng halaman. Sa kauna-unahang pagkakataon, ang reaksyong ito sa isang pang-industriya na sukat ay natupad sa paligid ng 1900. At simula sa 1920s, sunud-sunod, ang mga catalytic na pamamaraan para sa paggawa ng mga bagong organikong materyales, lalo na ang mga plastik, ay binuo. Ang pangunahing punto ay ang produksyon ng catalytic ng olefins, nitriles, ether, acid, atbp. - "mga bloke ng gusali" para sa kemikal na "konstruksyon" ng mga plastik.

Ang pangatlong alon ng paggamit ng industriya ng mga proseso ng catalytic ay nangyayari noong 1930s at nauugnay sa pagpino ng langis. Sa mga tuntunin ng dami, ang produksyon na ito kaagad naiwan ang lahat ng iba pang malayo sa likuran. Ang pagpino ng langis ay binubuo ng maraming proseso ng catalytic: pag-crack, reporma, hydrosulfurization, hydrocracking, isomerization, polymerization, at alkylation.

Sa wakas, ang ika-apat na alon sa paggamit ng catalysis ay nauugnay sa proteksyon sa kapaligiran. Ang pinakatanyag na tagumpay sa lugar na ito ay ang paglikha ng isang catalytic converter para sa mga gas na maubos ng sasakyan. Ang mga catalytic converter, na na-install sa mga kotse mula pa noong 1975, ay may malaking papel sa pagpapabuti ng kalidad ng hangin at sa gayon ay nai-save ang maraming buhay.

Halos isang dosenang Nobel Prize ang iginawad para sa pagtatrabaho sa larangan ng catalysis at mga kaugnay na larangan.

Ang praktikal na kahalagahan ng mga proseso ng catalytic ay pinatunayan ng ang katunayan na ang nitrogen, na bahagi ng pang-industriya na nakuha na mga compound na naglalaman ng nitrogen, ay nagkakaloob ng halos kalahati ng lahat ng nitrogen na bahagi ng mga produktong pagkain. Ang dami ng mga natural na nagaganap na nitrogen compound ay limitado, kaya ang paggawa ng dietary protein ay nakasalalay sa dami ng nitrogen na inilapat sa lupa na may pagpapabunga. Imposibleng pakainin kahit ang kalahati ng sangkatauhan nang walang synthetic ammonia, na kung saan ay eksklusibong nakuha sa pamamagitan ng proseso ng catalytic ng Haber-Bosch.

Ang saklaw ng aplikasyon ng mga catalista ay patuloy na lumalawak. Mahalaga rin na ang catalysis ay maaaring makabuluhang taasan ang kahusayan ng mga dating binuo teknolohiya. Ang isang halimbawa ay ang pagpapabuti sa catalytic cracking sa pamamagitan ng paggamit ng zeolites.

Hydrogenation.

Ang isang malaking bilang ng mga catalytic na reaksyon ay nauugnay sa pag-aktibo ng isang hydrogen atom at ilang iba pang mga molekula, na humahantong sa kanilang pakikipag-ugnayan sa kemikal. Ang prosesong ito ay tinatawag na hydrogenation at pinagbabatayan ang maraming mga hakbang sa pagpino ng langis at ang paggawa ng likidong gasolina mula sa karbon (proseso ng Bergius).

Ang paggawa ng aviation gasolina at motor fuel mula sa karbon ay binuo sa Alemanya noong World War II, dahil walang mga bukirin ng langis sa bansang ito. Ang proseso ng Bergius ay nagsasangkot ng direktang pagdaragdag ng hydrogen sa karbon. Ang uling ay pinainit sa ilalim ng presyon sa pagkakaroon ng hydrogen upang makabuo ng isang likidong produkto, na pagkatapos ay naproseso sa aviation gasolina at fuel ng motor. Ginagamit ang iron oxide bilang isang katalista, pati na rin ang mga catalista batay sa lata at molibdenum. Sa panahon ng giyera, 12 pabrika sa Alemanya gamit ang proseso ng Bergius na gumawa ng halos 1400 toneladang likidong gasolina bawat araw.

Ang isa pang proseso, ang Fischer-Tropsch, ay binubuo ng dalawang yugto. Una, ang gasolina ay napang-gas, ibig sabihin ito ay nag-react sa singaw at oxygen at isang halo ng hydrogen at carbon oxides ang nakuha. Ang halo na ito ay ginawang likidong gasolina gamit ang mga catalista na naglalaman ng iron o kobalt. Sa pagtatapos ng giyera, ang paggawa ng mga synthetic fuel mula sa karbon ay hindi na ipinagpatuloy sa Alemanya.

Bilang resulta ng pagtaas ng presyo ng langis kasunod ng embargo ng langis noong 1973-1974, masiglang pagsisikap na ginawa upang makabuo ng isang mabubuhay na ekonomikong paraan ng paggawa ng gasolina mula sa karbon. Kaya, ang direktang pagkatunaw ng karbon ay maaaring maisagawa nang mas mahusay gamit ang isang dalawang yugto na proseso, kung saan unang nakikipag-ugnay ang karbon sa isang aluminium-cobalt-molibdenum catalyst sa isang medyo mababa at pagkatapos ay sa isang mas mataas na temperatura. Ang gastos ng naturang gawa ng tao gasolina ay mas mataas kaysa sa nakuha mula sa langis.

Ammonia.

Ang isa sa pinakasimpleng proseso ng hydrogenation mula sa isang kemikal na pananaw ay ang pagbubuo ng amonya mula sa hydrogen at nitrogen. Ang Nitrogen ay isang napaka-inert na sangkap. Upang masira ang bono ng N - N sa molekula nito, kinakailangan ng lakas na halos 200 kcal / mol. Gayunpaman, ang nitrogen ay nagbubuklod sa ibabaw ng iron catalyst sa isang atomic state, at nangangailangan lamang ito ng 20 kcal / mol. Ang hydrogen ay nagbubuklod sa bakal na mas kaagad. Nagpapatuloy ang pagbubuo ng Ammonia tulad ng sumusunod:

Ang halimbawang ito ay naglalarawan ng kakayahan ng isang katalista upang mapabilis ang parehong pasulong at baligtarin ang mga reaksyon nang pantay, i E. ang katunayan na ang katalista ay hindi nagbabago sa posisyon ng balanse ng reaksyong kemikal.

Hydrogenation ng langis ng halaman.

Ang isa sa pinakamahalaga sa mga praktikal na termino na reaksyon ng hydrogenation ay hindi kumpleto ang hydrogenation ng mga langis ng halaman sa margarine, langis ng pagluluto at iba pang mga produktong pagkain. Ang mga langis ng gulay ay nakuha mula sa mga soybeans, cotton seed at iba pang mga pananim. Nagsasama sila ng mga esters, lalo na ang mga triglyceride ng fatty acid na may iba't ibang antas ng unsaturation. Oleic acid CH 3 (CH 2) 7 CH = CH (CH 2) 7 Ang COOH ay mayroong isang dobleng bond C = C, linoleic acid - dalawa at linolenic acid - tatlo. Ang pagdaragdag ng hydrogen sa pagkasira ng bond na ito ay pumipigil sa mga langis mula sa oxidizing (rancid). Ito ay nagdaragdag ng kanilang natutunaw na punto. Ang tigas ng karamihan sa mga produktong nakuha ay nakasalalay sa antas ng hydrogenation. Isinasagawa ang hydrogenation sa pagkakaroon ng makinis na dispersed nickel pulbos na idineposito sa isang substrate o isang Raney nickel catalyst sa isang lubos na nalinis na kapaligiran ng hydrogen.

Pag-aalis ng tubig

Ang Dehydrogenation ay isang mahalagang pang-industriya na catalytic reaksyon, kahit na ang sukat ng aplikasyon nito ay walang kapantay na mas maliit. Sa tulong nito, halimbawa, ang styrene, isang mahalagang monomer, ay nakuha. Para sa mga ito, ang ethylbenzene ay inalis ang tubig sa pagkakaroon ng isang katalista na naglalaman ng iron oxide; Ang potassium at ilang istruktura na pampatatag ay nag-aambag din sa reaksyon. Ang dehydrogenation ng propane, butane at iba pang mga alkalena ay isinasagawa sa isang pang-industriya na sukat. Ang butenes at butadiene ay nakuha sa pamamagitan ng dehydrogenation ng butane sa pagkakaroon ng isang chromium-alumina catalyst.

Catalysis ng acid.

Ang aktibidad na catalytic ng isang malaking klase ng mga catalista ay dahil sa kanilang mga acidic na katangian. Ayon kina I. Brønsted at T. Lowry, ang isang acid ay isang compound na may kakayahang magbigay ng isang proton. Ang mga malalakas na acid ay madaling magbigay ng kanilang mga proton sa mga base. Ang konsepto ng kaasiman ay karagdagang nabuo sa mga gawa ni G. Lewis, na tinukoy ang isang acid bilang isang sangkap na may kakayahang tumanggap ng isang pares ng electron mula sa isang sangkap ng donor na may pagbuo ng isang covalent bond dahil sa pagsasapanlipunan ng pares ng electron na ito. Ang mga ideyang ito, kasama ang mga ideya tungkol sa mga reaksyon na may pagbuo ng mga ion ng karbenium, ay nakatulong upang maunawaan ang mekanismo ng iba`t ibang mga reaksiyong catalytic, lalo na ang mga kinasasangkutan ng hydrocarbons.

Ang lakas ng isang acid ay maaaring matukoy gamit ang isang hanay ng mga base na nagbabago ng kulay kapag ang isang proton ay nakakabit. Ito ay lumalabas na ang ilang mga mahahalagang pang-industriya na catalista ay kumikilos tulad ng napakalakas na mga asido. Kasama rito ang Friedel-Crafts catalyst tulad ng HCl-AlCl 2 O 3 (o HAlCl 4) at aluminosilicates. Ang lakas ng acid ay isang napaka-importanteng katangian, dahil tinutukoy nito ang rate ng protonation - isang pangunahing hakbang sa proseso ng acid catalysis.

Ang aktibidad ng mga catalista tulad ng aluminosilicates na ginamit sa oil cracking ay natutukoy ng pagkakaroon ng Brønsted at Lewis acid sa kanilang ibabaw. Ang kanilang istraktura ay katulad ng silica (silicon dioxide), kung saan ang ilan sa Si 4+ atoms ay pinalitan ng Al 3+ atoms. Ang labis na negatibong singil na nagmumula sa kasong ito ay maaaring i-neutralize sa mga kaukulang cation. Kung ang mga cation ay proton, kung gayon ang aluminosilicate ay kumikilos tulad ng isang Brønsted acid:

Ang aktibidad ng mga catalista ng acid ay natutukoy ng kanilang kakayahang mag-react sa mga hydrocarbons upang mabuo ang isang carbenium ion bilang isang intermediate na produkto. Ang mga ion ng Alkylcarbenium ay naglalaman ng isang positibong sisingilin ng carbon atom na nakagapos sa tatlong mga grupo ng alkyl at / o mga hydrogen atoms. Ginampanan nila ang isang mahalagang papel bilang mga tagapamagitan na nabuo sa maraming mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga organikong compound. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga acid catalst ay maaaring mailarawan sa pamamagitan ng halimbawa ng reaksyon ng isomerization n-butane hanggang isobutane sa pagkakaroon ng HCl-AlCl 3 o Pt-Cl-Al 2 O 3. Una, ang isang maliit na halaga ng C 4 H 8 olefin ay nakakabit ng positibong sisingilin na hydrogen ion ng acid catalyst upang mabuo ang isang tersiaryong carbenium ion. Pagkatapos ang negatibong sisingilin na hydride ion H - ay pinaghiwalay mula sa n-butane na may pagbuo ng isobutane at pangalawang butylcarbenium ion. Ang huli, bilang isang resulta ng muling pagsasaayos, ay ginawang isang tertiary carbenium ion. Ang kadena na ito ay maaaring magpatuloy sa pag-aalis ng hydride ion mula sa susunod na molekula n-butane, atbp.:

Mahalaga na ang mga tersiyaryo na karbon na ions ay mas matatag kaysa sa pangunahin o pangalawang. Bilang isang resulta, higit sa lahat ang mga ito ay nasa ibabaw ng catalyst, at samakatuwid ang isobutane ay ang pangunahing produkto ng butane isomerization.

Ang mga acid catalst ay malawakang ginagamit sa pagpino ng langis - pag-crack, alkylation, polimerisasyon at isomerization ng mga hydrocarbons. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga ion ng karbenium, na gumaganap ng papel ng mga catalista sa mga prosesong ito, ay naitatag. Kasabay nito, lumahok sila sa isang bilang ng mga reaksyon, kabilang ang pagbuo ng maliliit na mga molekula sa pamamagitan ng cleavage ng malalaki, ang kombinasyon ng mga molekula (olefin na may olefin o olefin na may isoparaffin), muling pagsasaayos ng istruktura ng isomerization, pagbuo ng paraffins at mabangong hydrocarbons sa pamamagitan ng paglipat ng hydrogen.

Ang isa sa pinakabagong pang-industriya na aplikasyon ng acid catalysis ay ang paggawa ng mga lead na fuel sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga alkohol sa isobutylene o isoamylene. Ang pagdaragdag ng oxygenated compound sa gasolina ay binabawasan ang konsentrasyon ng carbon monoxide sa exhaust gas. Methyl- kuskusin-butyl ether (MTBE) na may bilang ng paghahalo ng octane na 109 ay nagpapahintulot din sa iyo na makakuha ng fuel na may mataas na oktano, na kinakailangan para sa pagpapatakbo ng isang awtomatikong engine na may mataas na compression ratio, nang hindi ginagamit ang pagpapakilala ng tetraethyl lead sa gasolina. Ang paggawa ng mga fuel na may mga numero ng oktano na 102 at 111 ay naayos din.

Pangunahing catalysis.

Ang aktibidad ng mga catalista ay natutukoy ng kanilang pangunahing mga pag-aari. Ang isang matagal na at kilalang halimbawa ng mga naturang catalstre ay sodium hydroxide, na ginagamit upang hydrolyze o saponify fats sa paggawa ng sabon, at ang isang kamakailang halimbawa ay ang mga catalista na ginamit sa paggawa ng mga polyurethane plastik at foam. Ang Urethane ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng alkohol sa isocyanate, at ang reaksyong ito ay pinabilis sa pagkakaroon ng pangunahing mga amin. Sa panahon ng reaksyon, ang isang base ay idinagdag sa carbon atom sa isocyanate Molekyul, bilang isang resulta kung saan ang isang negatibong pagsingil ay lilitaw sa atom ng nitrogen at ang aktibidad nito patungo sa alkohol ay nagdaragdag. Ang Triethylenediamine ay isang partikular na mabisang katalista. Ang mga polyurethane plastik ay ginawa ng pakikipag-ugnay ng diisocyanates sa mga polyol (polyalcohols). Kapag ang isocyanate ay tumutugon sa tubig, ang dating nabuo na urethane ay nabubulok upang palabasin ang CO 2. Kapag ang isang halo ng polyalcohols at tubig ay nakikipag-ugnay sa diisocyanates, ang nagresultang polyurethane foam ay pinapausok sa gas na CO 2.

Mga dobel na catalista sa pag-arte.

Ang mga catalista na ito ay nagpapabilis ng dalawang uri ng reaksyon at nagbibigay ng mas mahusay na mga resulta kaysa sa pagpasa sa mga reaktibo nang sunud-sunod sa dalawang reaktor, bawat isa ay naglalaman lamang ng isang uri ng katalista. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga aktibong site ng dobleng pagkilos na katalista ay napakalapit sa bawat isa, at ang intermediate na produkto na nabuo sa isa sa kanila ay agad na naging pangwakas na produkto sa isa pa.

Ang isang mahusay na resulta ay nakuha sa pamamagitan ng pagsasama ng isang katalista na nagpapagana ng hydrogen sa isang catalyst na nagtataguyod ng isomerization ng mga hydrocarbons. Ang hydrogen ay naaktibo ng ilang mga metal, at ang mga hydrocarbons ay isomerized ng mga acid. Ang pinong platinum na suportado sa acidic alumina ay isang mabisang dobel na katalista na ginamit sa pagpipino ng langis upang gawing gasolina ang naphtha. Ang pag-convert ng mga napthth constituents tulad ng methylcyclopentane (MCP) sa benzene ay nagdaragdag ng octane na bilang ng gasolina. Una, ang MCP ay inalis ang tubig sa bahagi ng platinum ng catalyst sa isang olefin na may parehong gulugod ng carbon; pagkatapos ang olefin ay inililipat sa acidic na bahagi ng catalyst, kung saan ito ay isomerized sa cyclohexene. Ang huli ay napupunta sa bahagi ng platinum at inalis ang tubig sa benzene at hydrogen.

Ang mga doble na kumikilos na catalista ay makabuluhang nagpapabilis sa pag-aayos ng langis. Ginagamit ang mga ito upang isomerize ang normal na paraffins sa isoparaffins. Ang huli, na kumukulo sa parehong temperatura tulad ng mga praksiyong gasolina, ay mahalaga sa pagkakaroon ng mas mataas na bilang ng oktano kumpara sa mga hindi nabuong mga hydrocarbon. Bukod dito, ang pagbabago n-butane hanggang isobutane ay sinamahan ng dehydrogenation, na nag-aambag sa paggawa ng MTBE.

Stereospecific polymerization.

Ang isang mahalagang milyahe sa kasaysayan ng catalysis ay ang pagtuklas ng catalytic polymerization aα-olefins na may pagbuo ng stereoregular polymers. Ang mga katalista ng Stereospecific polymerization ay natuklasan ni K. Ziegler nang sinubukan niyang ipaliwanag ang mga hindi pangkaraniwang katangian ng mga polymer na nakuha niya. Ang isa pang kimiko, si J. Natta, ay nagmungkahi na ang pagiging natatangi ng Ziegler polymers ay natutukoy ng kanilang stereoregularity. Ipinakita ng mga eksperimento sa pag-diffraction ng X-ray na ang mga polimer na ginawa mula sa propylene sa pagkakaroon ng mga catalista ng Ziegler ay lubos na mala-kristal at talagang mayroong isang stereoregular na istraktura. Upang ilarawan ang mga nasabing kaayusang istraktura, nilikha ni Natta ang mga term na isotactic at syndiotactic. Sa kaso kung saan walang kaayusan, ginagamit ang salitang "atactic":

Ang isang reaksyon ng stereospecific ay nangyayari sa ibabaw ng mga solidong katalista na naglalaman ng mga metal na paglipat ng mga pangkat IVA - VIII (tulad ng Ti, V, Cr, Zr), na nasa isang hindi kumpletong estado na na-oxidize, at anumang compound na naglalaman ng carbon o hydrogen, na kung saan ay nakasalalay sa isang metal mula sa mga pangkat I - III. Ang isang klasikong halimbawa ng naturang isang katalista ay ang namuo na namuo sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng TiCl 4 at Al (C 2 H 5) 3 sa heptane, kung saan ang titanium ay nabawasan sa trivalent na estado. Ang labis na aktibong sistemang ito ay nagpapasabog sa polimerisasyon ng propylene sa temperatura at presyon ng paligid.

Catalytic oxidation.

Ang paggamit ng mga catalista para sa pagkontrol ng kimika ng mga proseso ng oksihenasyon ay may malaking pang-agham at praktikal na kahalagahan. Sa ilang mga kaso, ang oksidasyon ay dapat na kumpleto, halimbawa, kapag na-neutralize ang mga kontaminadong CO at hydrocarbon sa mga gas na maubos ng sasakyan. Gayunpaman, mas madalas na kinakailangan na ang oksihenasyon ay hindi kumpleto, halimbawa, sa maraming mga proseso na malawakang ginagamit sa industriya para sa pag-convert ng mga hidrokarbon sa mga mahalagang tagapamagitan na naglalaman ng naturang mga grupo ng pag-andar tulad ng –CHO, –COOH, –C - CO, –CN. Sa kasong ito, ginagamit ang parehong homogenous at heterogeneous catalysts. Ang isang halimbawa ng isang homogenous catalyst ay isang transition metal complex, na ginagamit upang mag-oxidize pares-xylene sa terephthalic acid, ang mga esters na kung saan ay ang batayan para sa paggawa ng mga polyester fibers.

Mga cateterista ng heeterogeneous oxidation.

Ang mga catalista na ito ay karaniwang kumplikado solidong oksido. Ang catalytic oxidation ay nagaganap sa dalawang yugto. Una, ang oxygen ng oxide ay nakunan ng isang hydrocarbon Molekyul na naka-ad sa ibabaw ng oksido. Sa kasong ito, ang hydrocarbon ay oxidized, at ang oxide ay nabawasan. Ang nabawasan na oksido ay tumutugon sa oxygen at bumalik sa orihinal nitong estado. Gamit ang isang vanadium catalyst, ang phthalic anhydride ay nakuha sa pamamagitan ng hindi kumpletong oksihenasyon ng naphthalene o butane.

Ang paggawa ng ethylene ng methane dehydrodimerization.

Ang pagbubuo ng ethylene sa pamamagitan ng dehydrodimerization ay nagbibigay-daan sa natural gas na ma-convert sa mas madaling transportable hydrocarbons. Ang reaksyon na 2CH 4 + 2O 2 ® C 2 H 4 + 2H 2 O ay isinasagawa sa 850 ° C gamit ang iba't ibang mga catalista; ang pinakamahusay na mga resulta ay nakuha sa Li-MgO catalyst. Marahil, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng pagbuo ng isang methyl radical sa pamamagitan ng pag-aalis ng isang hydrogen atom mula sa isang methane Molekyul. Isinasagawa ang cleavage ng hindi kumpletong nabawasan na oxygen, halimbawa O 2 2–. Ang Methyl radicals sa phase ng gas ay muling pagsasama upang bumuo ng isang ethane Molekyul at na-convert sa ethylene habang kasunod na pag-aalis ng tubig. Ang isa pang halimbawa ng hindi kumpletong oksihenasyon ay ang pagbabago ng methanol sa formaldehyde sa pagkakaroon ng isang catalyento ng pilak o bakal-molibdenum.

Zeolites.

Ang Zeolites ay bumubuo ng isang espesyal na klase ng magkakaiba ng mga catalista. Ang mga ito ay mga aluminosilicate na may isang nakaayos na istruktura ng gata, na ang laki ng cell ay maihahambing sa laki ng maraming mga organikong molekula. Tinatawag din itong mga molekular sieves. Sa pinakadakilang interes ay ang mga zeolite, ang mga pores na kung saan ay nabuo ng mga singsing na binubuo ng 8-12 oxygen ions (Larawan 2). Minsan ang mga pores ay nagsasapawan, tulad ng zeolite ZSM-5 (Larawan 3), na ginagamit para sa lubos na tiyak na pagbabago ng methanol sa mga hydrocarbons ng bahagi ng gasolina. Naglalaman ang gasolina ng makabuluhang halaga ng mga mabangong hydrocarbons at samakatuwid ay may isang mataas na bilang ng oktano. Halimbawa, sa New Zealand, isang third ng lahat ng natupok na gasolina ang nakuha gamit ang teknolohiyang ito. Ang methanol ay nakuha mula sa na-import na methane.

Ang mga catalista na bumubuo sa pangkat na Y-zeolite ay makabuluhang nagdaragdag ng kahusayan ng catalytic cracking dahil sa pangunahin sa kanilang hindi pangkaraniwang mga acidic na katangian. Ang pagpapalit ng mga aluminosilicate sa zeolites ay nagdaragdag ng ani ng gasolina ng higit sa 20%.

Bilang karagdagan, ang mga zeolite ay pumipili para sa laki ng mga tumutugon na mga molekula. Ang kanilang pagiging pili ay dahil sa laki ng mga pores kung saan dumadaan ang mga molekula ng ilang mga sukat at hugis lamang. Nalalapat ito sa parehong mga panimulang materyal at mga produktong reaksyon. Halimbawa, dahil sa mga paghihigpit sa steric pares-xylene ay nabuo nang mas madali kaysa sa napakalaki ortho- at meta-isomers. Ang huli ay "naka-lock" sa mga pores ng zeolite (Larawan 4).

Ang paggamit ng zeolites ay gumawa ng isang tunay na rebolusyon sa ilang mga teknolohiyang pang-industriya - dewaxing ng langis ng gas at langis ng makina, pagkuha ng mga intermediate ng kemikal para sa paggawa ng mga plastik sa pamamagitan ng alkylation ng mga mabangong compound, isomerization ng xylene, disproportionation ng toluene at catalytic cracking ng langis. Ang Zeolite ZSM-5 ay lalong epektibo dito.

Mga Catalista at proteksyon sa kapaligiran.

Ang paggamit ng mga catalista upang mabawasan ang polusyon sa hangin ay nagsimula noong huling bahagi ng 1940. Noong 1952, itinatag ni A. Hagen-Smith na ang mga hydrocarbons at nitrogen oxides sa mga gas na maubos ay tumutugon sa ilaw sa pagbuo ng mga oxidant (lalo na, ozone), na nakakainis ng mga mata at nagbibigay ng iba pang hindi kanais-nais na mga epekto. Sa parehong oras, nakabuo si J. Howdrey ng isang pamamaraan para sa catalytic paglilinis ng mga gas na maubos sa pamamagitan ng pag-oksiheno ng CO at mga hydrocarbons sa CO 2 at H 2 O. Noong 1970, ang Deklarasyon sa Malinis na Hangin ay nabuo (na-update noong 1977, pinalawak noong 1990), alinsunod sa kung saan ang lahat ng mga bagong kotse mula sa mga modelo ng 1975 ay dapat na nilagyan ng mga catalytic converter. Ang mga pamantayan ay itinatag para sa komposisyon ng mga gas na maubos. Sapagkat idinagdag ang mga compound ng tingga sa mga catalista na lason ng gasolina, isang programa ng phase-out ang pinagtibay. Ang pansin ay iginuhit din sa pangangailangan na bawasan ang nilalaman ng nitrogen oxides.

Ang mga catalista ay nilikha lalo na para sa mga converter ng sasakyan, kung saan ang mga aktibong sangkap ay idineposito sa isang ceramic substrate na may istraktura ng gata, sa pamamagitan ng mga cell na kung saan dumadaan ang mga gas na maubos. Ang suporta ay pinahiran ng isang manipis na layer ng isang metal oxide, halimbawa Al 2 O 3, kung saan inilalapat ang isang katalista - platinum, palladium o rhodium. Ang nilalaman ng nitrogen oxides na nabuo sa panahon ng pagkasunog ng natural na mga fuel sa mga thermal power plant ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng maliit na halaga ng ammonia sa mga tambutso na gas at ipasa ang mga ito sa pamamagitan ng isang titan-vanadium catalyst.

Mga enzim.

Ang mga enzim ay natural na catalista na kumokontrol sa mga proseso ng biochemical sa isang buhay na cell. Nakikilahok sila sa mga proseso ng pagpapalitan ng enerhiya, pagkasira ng mga sustansya, at mga reaksyon ng biosynthesis. Maraming mga kumplikadong organikong reaksyon ang hindi maaaring magpatuloy nang wala ang mga ito. Gumagana ang mga enzim sa ordinaryong temperatura at presyon, napakapili, at maaaring dagdagan ang rate ng mga reaksyon ng walong mga order ng lakas. Sa kabila ng mga kalamangan na ito, humigit-kumulang lamang. Sa 15,000 kilalang mga enzyme, 20 ang malawakang ginagamit.

Sa loob ng libu-libong taon, ang mga tao ay gumagamit ng mga enzyme sa pagluluto sa tinapay, paggawa ng mga inuming nakalalasing, keso at suka. Ginagamit din ang mga enzyme sa industriya: sa pagproseso ng asukal, sa paggawa ng mga synthetic antibiotics, amino acid at protina. Ang mga proteolytic enzyme na nagpapabilis sa mga proseso ng hydrolysis ay idinagdag sa mga detergent.

Sa tulong ng bakterya Clostridium acetobutylicum Isinasagawa ni H. Weizmann ang pagbabagong enzymatic ng starch sa acetone at butyl alkohol. Ang pamamaraang ito ng paggawa ng acetone ay malawakang ginamit sa Inglatera noong Unang Digmaang Pandaigdig, at sa panahon ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang goma ng butadiene ay ginawa kasama ng tulong nito sa USSR.

Ang isang napakahalagang papel ay ginampanan ng paggamit ng mga enzyme na ginawa ng mga mikroorganismo para sa pagbubuo ng penicillin, pati na rin ang streptomycin at bitamina B 12.

Ang enzymatic ethyl alkohol ay malawakang ginagamit bilang isang fuel fuel. Sa Brazil, higit sa isang katlo ng humigit-kumulang 10 milyong mga sasakyan ang tumatakbo sa 96% na ethyl alkohol, na nagmula sa asukal, at ang natitira ay tumatakbo sa isang pinaghalong gasolina at etil na alkohol (20%). Ang teknolohiya para sa paggawa ng gasolina, na kung saan ay isang halo ng gasolina at alkohol, sa Estados Unidos ay mahusay na binuo. Noong 1987, tinatayang 4 bilyong litro ng alkohol, kung saan humigit-kumulang na 3.2 bilyong litro ang ginamit bilang gasolina. Ang iba't ibang mga application ay matatagpuan, at tinatawag na. hindi gumagalaw na mga enzyme. Ang mga enzyme na ito ay nakasalalay sa isang matibay na suporta, tulad ng silica gel, kung saan naipasa ang mga reagents. Ang bentahe ng pamamaraang ito ay nagbibigay ito ng mahusay na pakikipag-ugnay sa mga substrates na may enzyme, paghihiwalay ng mga produkto at pagpapanatili ng enzyme. Ang isang halimbawa ng pang-industriya na paggamit ng mga immobilized na enzyme ay ang isomerization ng D-glucose sa fructose.

Mga ASPEKTONG Teknikal

Ang mga modernong teknolohiya ay hindi maiisip kung wala ang paggamit ng mga catalista. Ang mga reaksiyong catalytic ay maaaring magpatuloy sa temperatura hanggang sa 650 ° C at mga presyon na 100 atm o higit pa. Ito ay humahantong sa mga bagong solusyon sa mga problemang nauugnay sa pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga gas at solidong sangkap at sa paglipat ng mga maliit na bahagi ng catalyst. Upang maging mabisa ang proseso, dapat isaalang-alang ng pagmomodelo nito ang mga aspeto ng kinetic, thermodynamic at hydrodynamic. Ang simulation ng computer ay malawakang ginagamit dito, pati na rin mga bagong aparato at pamamaraan para sa pagsubaybay sa mga proseso ng teknolohikal.

Noong 1960, makabuluhang pag-unlad ang nagawa sa paggawa ng amonya. Ang paggamit ng isang mas aktibong katalista ay ginawang posible upang mapababa ang temperatura ng paggawa ng hydrogen sa panahon ng agnas ng singaw ng tubig, dahil kung saan posible na babaan ang presyon at, samakatuwid, upang mabawasan ang mga gastos sa produksyon, halimbawa, sa pamamagitan ng paggamit ng mas murang mga centrifugal compressor. Bilang isang resulta, ang halaga ng ammonia ay bumagsak ng higit sa kalahati, mayroong isang napakalaking pagtaas sa paggawa nito, at sa bagay na ito, isang pagtaas sa produksyon ng pagkain, dahil ang amonya ay isang mahalagang pataba.

Paraan.

Ang pananaliksik sa larangan ng catalysis ay isinasagawa gamit ang parehong tradisyunal at espesyal na pamamaraan. Ang mga radioactive label, X-ray, infrared at Raman (Raman) spectroscopy, electron microscopic pamamaraan ay ginagamit; isinasagawa ang mga pagsukat ng kinetiko, at pinag-aaralan ang impluwensya ng mga pamamaraan para sa paghahanda ng mga catalista sa kanilang aktibidad. Sa labis na kahalagahan ay ang pagpapasiya ng lugar ng catalyst sa pamamagitan ng pamamaraang Brunauer - Emmett - Teller (pamamaraan ng BET), batay sa pagsukat ng pisikal na adsorption ng nitrogen sa iba't ibang mga presyon. Para sa mga ito, ang halaga ng kinakailangang nitrogen para sa pagbuo ng isang monolayer sa ibabaw ng catalyst ay natutukoy, at, alam ang diameter ng molekula N 2, ang kabuuang lugar ay kinakalkula. Bilang karagdagan sa pagtukoy ng kabuuang lugar sa ibabaw, isinasagawa ang chemisorption ng iba't ibang mga molekula, na ginagawang posible na tantyahin ang bilang ng mga aktibong sentro at makakuha ng impormasyon sa kanilang mga pag-aari.

Ang mga mananaliksik ay nasa kanilang pagtatapon ng iba't ibang mga pamamaraan para sa pag-aaral ng istraktura ng ibabaw ng mga catalstre sa antas ng atomic. Nagbibigay ang pamamaraang EXAFS ng natatanging impormasyon. Kabilang sa mga pamamaraang spectroscopic, UV, X-ray at Auger photoelectron spectroscopy ay lalong ginagamit. Ang pangalawang spectrometry ng masa ng ion at ang pagsabog ng spectroscopy ng ion ay may malaking interes. Ginagamit ang mga pagsukat ng NMR upang pag-aralan ang likas na katangian ng mga catalytic complex. Pinapayagan ka ng isang pag-scan ng tunneling microscope na makita ang pag-aayos ng mga atom sa ibabaw ng catalyst.

PROSPEKS

Ang laki ng mga proseso ng catalytic sa industriya ay tumataas bawat taon. Ang mga catalista ay lalong ginagamit upang ma-neutralize ang mga pollutant sa kapaligiran. Ang papel na ginagampanan ng mga catalista sa paggawa ng mga hydrocarbons at oxygenated synthetic fuels mula sa gas at karbon ay dumarami. Ang paglikha ng mga fuel cell para sa matipid na pagbabago ng enerhiya ng gasolina patungo sa elektrikal na enerhiya ay tila napaka promising.

Ang mga bagong konsepto ng catalysis ay magiging posible upang makakuha ng mga materyal na polymeric at iba pang mga produkto na may maraming mahalagang katangian, mapabuti ang mga pamamaraan ng paggawa ng enerhiya, at dagdagan ang produksyon ng pagkain, sa partikular, sa pamamagitan ng pagbubuo ng mga protina mula sa mga alkalina at amonya na gumagamit ng mga mikroorganismo. Maaaring posible na bumuo ng mga genetically engineered na pamamaraan para sa paggawa ng mga enzyme at organometallic compound na papalapit sa kanilang catalytic na aktibidad at pagpili sa mga natural na biological catalst.

Panitikan:

Gates B.K. Chemistry ng mga proseso ng catalytic... M., 1981
Boreskov G.K. Catalysis Mga katanungan ng teorya at kasanayan... Novosibirsk, 1987
Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Bagong pangkalahatang teorya ng catalysis... L., 1991
Tokabe K. Mga catalista at proseso ng catalytic... M., 1993

Ang Catalysis ay isa sa pinakasikat at mabilis na pagbuo ng mga lugar ng agham at teknolohiya. Ang mga bagong sistema ng catalytic ay patuloy na binuo at ang mga kasalukuyang sistema ng catalytic ay pinapabuti, ang mga bagong proseso ng catalytic ay iminungkahi, ang kanilang disenyo ng hardware ay nagbabago, ang mga bagong pamamaraan ng physicochemical para sa pag-aaral ng mga catalista ay pinapabuti at lumilitaw. Karamihan sa mga proseso ng kemikal na kasangkot sa petrochemical at oil refining complex ay catalytic. Ang pagpapaunlad ng mga teknolohiya ng catalysis at catalytic sa isang malaking lawak ay tumutukoy sa pagiging mapagkumpitensya ng mga produktong petrochemical sa merkado. Samakatuwid, mayroong isang matinding isyu ng pangangailangan na sanayin ang mga kwalipikadong dalubhasa sa larangan ng catalysis para sa petrochemistry.

Ang Catalysis ay isang tiyak na kababalaghan. Walang mga sangkap na may mga katangian ng catalytic sa pangkalahatang porma. Ang bawat reaksyon ay dapat gumamit ng sarili nitong tiyak na katalista.

Ang paggamit ng catalysis sa industriya ng kemikal... Ang mga proseso ng catalytic ay ginagamit upang makabuo ng hydrogen, na nagsisilbing isang hilaw na materyal para sa pagbubuo ng ammonia at isang bilang ng iba pang mga industriya sa teknolohiyang kemikal. Pagbabago ng methane. Ang pinakamurang mapagkukunan ng hydrogen ay natural gas. Kasama sa unang yugto ng produksyon ng hydrogen ang pakikipag-ugnayan ng methane na may singaw ng tubig na may bahagyang pagdaragdag ng oxygen o hangin sa temperatura na 800 - 1000 ° C (reaksyon 2.1). Sinuportahan ng Nickel ang mga suportang alumina na lumalaban sa init (corundum - a-Al 2 O 3) ay ginagamit bilang isang katalista.

CH 4 + H 2 O ⇄ 3H 2 + CO (2.1)

CO + H 2 O ⇄ CO 2 + H 2 (2.2)

Bilang resulta ng reaksyong ito, kasama ang hydrogen, ang carbon monoxide ay nabuo sa isang makabuluhang halaga.

Pagbabago ng CO Ang pakikipag-ugnay ng carbon monoxide na may singaw ng tubig ay isinasagawa sa dalawang yugto sa isang pagbawas ng temperatura ng rehimen gamit ang mga oxide catalstre (reaksyon 2.2), habang ang hydrogen ay karagdagan na nabuo. Sa unang yugto, isang medium-temperatura (435-475 ° C) iron-chromium catalyst (Fe 3 O 4 na may mga karagdagan ng Cr 2 O 3) ang ginamit; sa pangalawa - isang mababang temperatura (230-280 ° C) katalista (isang halo ng mga oksido ng aluminyo, tanso, chromium at sink). Ang pangwakas na nilalaman ng carbon monoxide, kung saan ang pagkakaroon nito ay mahigpit na binabawasan ang aktibidad ng mga iron catalst para sa pagbubuo ng amonya, ay maaaring mabawasan hanggang sa ikasampu ng isang porsyento.

Upang alisin ang natitirang CO, kinakailangan na gumamit ng isang kumplikadong pag-flush ng pinaghalong gas na may solusyon na ammonia ng Cu 2 O sa isang mataas na presyon ng 120-320 atm at isang mababang temperatura ng 5-20 ° C.

Sa pagsasagawa ng produksyong pang-industriya, ang paglilinis ng mga emissions ng gas mula sa CO ay isinasagawa ng pamamaraan ng pagsipsip ng mga solusyon ng mga Cu-ammonium salts (formates at copper carbonates), na may kakayahang bumuo ng mga kumplikadong compound na may CO. Dahil ang formates ay hindi masyadong matatag, ang kagustuhan ay ibinibigay sa mga solusyon sa carbonate.

Ang orihinal na carbonate-ammonia complex ng tanso ay may sumusunod na komposisyon (kmol / m 3): Cu + - 1.0 - 1.4; Cu 2+ - 0.08-0.12; NH 3 4.0-6.0; CO 2 - 2.4 - 2.6.

Ang kapasidad ng pagsipsip na may kaugnayan sa CO ay tinataglay ng mga asing-gamot ng cuprous na tanso. Ang Cu 2+ cations, bilang panuntunan, ay hindi makikilahok sa pagsipsip. Gayunpaman, sa solusyon, kinakailangan upang mapanatili ang konsentrasyon ng Cu 2+ kahit 10 wt. % ng nilalaman na Cu +. Pinipigilan ng huli ang pagbuo ng mga elemental na deposito ng tanso, na maaaring barado ang mga pipeline at makagambala sa pagpapatakbo ng absorber. Ang pagkakaroon ng carbonate-ammonia complex ng tanso na Cu 2+ sa solusyon ay naglilipat ng balanse ng reaksyon (1) patungo sa pagbuo ng Cu +: Cu 2+ + Cu ⇄ 2 Cu + (1)

Ang solusyon ng carbonate-ammonia copper complex na ginamit para sa pagsipsip ng CO ay naglalaman ng 2 CO 3; CO 3; (NH 4) 2 CO 3; libreng NH 3 at CO 2.

Ang proseso ng pagsipsip ng CO ng carbonate-ammonia na tanso na kumplikado ay nagpapatuloy ayon sa reaksyon: + + CO + NH 3 ⇄ + - DH (2)

Kasabay ng CO, ang CO 2 ay hinihigop din ayon sa equation:

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

Methanation. Kaugnay sa pagbuo ng isang bagong aktibong nickel catalyst, ang kumplikadong operasyon sa paghuhugas ay maaaring mapalitan sa 250-350 ° C ng isang mas simpleng proseso ng pag-convert ng residu ng carbon monoxide sa methane, hindi gumagalaw para sa catalyte ng amonya ng ammonia (reaksyon 2.3):

CO + 3H 2 ⇄ CH 4 + H 2 O (2.3)

Kaya, ang pagpapaunlad ng isang mas aktibong katalista ay ginagawang posible upang makabuluhang gawing simple ang teknolohikal na pamamaraan at dagdagan ang kahusayan ng paggawa ng ammonia.

Paglalapat ng catalysis sa industriya ng pagpino ng langis... Ang kahusayan ng paggamit ng catalysis ay naging napakahalaga na sa paglipas ng maraming taon isang tunay na teknikal na rebolusyon ang naganap sa industriya ng pagpino ng langis, na naging posible, batay sa paggamit ng mga catalista, upang madagdagan ang parehong ani at ang kalidad ng mga nagresultang fuel ng motor.

Sa kasalukuyan, higit sa 80% ng langis ang naproseso gamit ang mga proseso ng catalytic: pag-crack, reporma, isomerization at hydrogenation ng mga hydrocarbons, hydrotreating ng mga fraksiyon ng langis mula sa mga compound na naglalaman ng asupre, hydrocracking. Inililista ng talahanayan 2.1 ang pinakamahalagang modernong proseso ng pagpino ng catalytic.

Basag Ang catalytic cracking ng langis o mga praksyon nito ay isang mapanirang proseso na isinasagawa sa temperatura ng 490-540 ° C sa gawa ng tao at likas na mga catalina ng aluminosilicate ng isang likas na acidic upang makakuha ng de-kalidad na gasolina na may bilang na oktano na 98-92, isang malaking halaga ng mga gas na naglalaman ng saturated at unsaturated hydrocarbons C 3 - C 4, mga petrolyo-gas oil fractions, carbon black at coke.

Ang numero ng oktano (RH) ay isang kondisyong tagapagpahiwatig ng pagkatok ng paglaban ng ilaw (gasolina, petrolyo) na mga fuel ng motor habang nasusunog ang mga carburetor engine. Ang fuel fuel ay isooctane (r.p. = 100), normal heptane (r.h. = 0). Ang bilang ng oktano ng gasolina ay ang porsyento (ayon sa dami) ng isooctane sa gayong halo ng n-heptane, na, sa ilalim ng karaniwang mga kundisyon ng pagsubok sa isang espesyal na solong-silindro na makina, ay nagpaputok sa parehong paraan tulad ng nasubok na gasolina.

Sa mga nagdaang taon, ang mga catalista batay sa mala-kristal na synthetic zeolites ay malawakang ginamit sa industriya. Ang aktibidad ng mga catalista na ito, lalo na ang mga naglalaman ng pinaghalong mga bihirang mga oxygen sa lupa (CeO 2, La 2 O 3, Ho 2 O 3, Dy 2 O 3, at iba pa), ay mas mataas kaysa sa mga amorphous na aluminosilicate catalista.

Ang paggamit ng mga catalista ay naging posible hindi lamang upang madagdagan ang rate ng pagbuo ng mas mababang molekular na mga hydrocarbons mula sa naphthenes ng isang kadahilanan na 500-4000, ngunit din upang madagdagan ang ani ng mga mahahalagang praksyon sa paghahambing sa thermal cracking.

Ang catalytic cracking ay ang pinaka-high-tonnage na pang-industriya na proseso ng catalytic. Sa tulong nito, higit sa 300 milyong toneladang langis bawat taon ang kasalukuyang naproseso, na nangangailangan ng taunang pagkonsumo ng halos 300 libong toneladang mga catalista.

Reporma Ang catalytic reforming ay isinasagawa sa temperatura ng 470-520 ° C at presyon ng 0.8-1.5 MPa sa Pt, Re-catalysts na suportado sa alumina, ginagamot ng hydrogen chloride upang madagdagan ang mga acidic na katangian. Ang reporma ay isang pamamaraan ng pagpino ng mga produktong petrolyo, higit sa lahat ang mga gasolina at naphtha na mga praksiyon ng langis (C 6 -C 9 hydrocarbons ng tatlong pangunahing klase: paraffinic, naphthenic at mabango) upang makakuha ng high-octane motor gasolines, aromatikong hydrocarbons (benzene, toluene , xylene, ethylbenzene) at teknikal na hydrogen. Sa proseso ng reporma, ang mga reaksyon ng naphthenes dehydrogenation sa mga aromatikong hydrocarbons, ang cyclization ng paraffins at olefins, at ang isomerization ng five-membered cyclic hydrocarbons sa anim na membered ones ay nagaganap. Sa kasalukuyan, ang catalytic reforming ay ginagamit upang maproseso ang higit sa 200 milyong toneladang langis bawat taon. Ang paggamit nito ay naging posible hindi lamang upang mapagbuti ang kalidad ng fuel ng motor, kundi pati na rin upang makabuo ng mga makabuluhang halaga ng mga mabangong hydrocarbons para sa industriya ng kemikal. Ang mga by-product ng catalytic reforming ay fuel gas, na binubuo pangunahin ng methane at ethane, pati na rin ang liquefied gas - propane-butane fraction

Hydrotreating ng mga produktong petrolyo. Ang hydrogen ay isang mahalagang by-product ng catalytic reforming. Ang pag-usbong ng murang hydrogen ay naging posible upang malawakang magamit ang catalytic hydrotreating ng mga produktong petrolyo mula sa sulfur-, nitrogen- at mga sangkap na naglalaman ng oxygen, na may pagbuo ng madaling maalis na H 2 S, NH 3 at H 2 O, ayon sa pagkakabanggit (reaksyon 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)

Sa parehong oras, ang hydrogenation ng mga dienes ay nagaganap, na nagdaragdag ng katatagan ng produkto. Para sa hangaring ito, ang pinakalaganap ay mga catalista na inihanda mula sa mga oxide ng cobalt (2-5 wt.%) At molibdenum (10-19 wt.%) O mga oxide ng nickel at molibdenum na sinusuportahan sa alum-alumina.

Ginagawang posible ng Hydrotreating na makakuha ng hanggang sa 250-300 libong tonelada ng elemental na asupre bawat taon. Para sa mga ito, ipinapatupad ang proseso ng Klaus:

2H 2 S + 3O 2 ⇄ 2SO 2 + 2H 2 O (2.8)

2H 2 S + KAYA 2 ⇄ 3S + 2H 2 O (2.9)

Ang bahagi ng H 2 S ay na-oxidize ng atmospheric oxygen sa γ-Al 2 O 3 sa 200-250 ° C (reaksyon 2.8); ang iba pang bahagi ng H 2 S ay tumutugon sa sulfur dioxide upang mabuo ang asupre (reaksyon 2.9).

Ang mga kundisyon para sa pagsasagawa ng hydrotreating ay nakasalalay sa mga pag-aari ng hilaw na materyal na nalinis, ngunit kadalasang namamalagi sa saklaw na 330-410 ° C at 3-5 MPa. Halos 300 milyong tonelada ng mga produktong petrolyo (mga praksiyong gasolina at petrolyo, diesel fuel, vacuum distillates, paraffins at langis) ang na-hydrotreated taun-taon. Ang pagpapatupad ng yugto ng hydrotreating sa pagpino ng langis ay naging posible upang maghanda ng feedstock para sa catalytic reforming (gasolines) at pag-crack (vacuum distillates), upang makakuha ng low-sulfur na ilaw na petrolyo at gasolina, upang mapabuti ang kalidad ng mga produkto (paraffins at langis) , at mayroon ding isang makabuluhang epekto sa kapaligiran, dahil ang polusyon sa atmospera ng mga gas na maubos ay nabawasan.mga gas kapag nasusunog ang gasolina ng motor. Ang pagpapakilala ng hydrotreating ay ginagawang posible na gumamit ng mga high-sulfur na langis para sa paggawa ng mga produktong petrolyo.

Hydrocracking. Kamakailan lamang, ang proseso ng hydrocracking ay nakatanggap ng makabuluhang pag-unlad, kung saan ang mga reaksyon ng pag-crack, isomerization at hydrotreating ay isinasagawa nang sabay-sabay. Ang Hydrocracking ay isang proseso ng catalytic ng malalim na pagbabago ng mga hilaw na materyales ng iba't ibang mga praksyonal na praksyonal sa pagkakaroon ng hydrogen upang makakuha ng mga produktong magaan na langis: gasolina, jet at diesel fuel, mga likidong gas C 3 -C 4. Pinapayagan ng paggamit ng mga polyunctional catalist ang prosesong ito na maisagawa sa 400-450 ° C, isang presyon ng halos 5-15 MPa. Ang Tungsten sulfide, halo-halong tungsten-nickel sulfide catalysts sa mga suporta, cobalt-molybdenum catalysts sa alumina na may mga karagdagan ng Ni, Pt, Pd at iba pang mga metal sa amorphous o crystalline zeolites ay ginagamit bilang mga catalista.

Talahanayan 2.1 - Modernong proseso ng pagpino ng catalytic

Isomerization. Upang mapabuti ang kalidad, 10-15 masa% ng isomerate na may mataas na numero ng oktano ay idinagdag sa mga gasoline. Ang isomerizate ay isang halo ng mga puspos na aliphatic (walang mga siklo sa mga molekula) hydrocarbons ng isostrukturural na istraktura (higit sa 65 wt% 2-methylbutane; isohexanes) na nakuha sa pamamagitan ng isomerization ng alkanes (normal na saturated paraffins). Ang hilaw na materyal para sa isomerization ay isang maliit na maliit na bahagi ng gasolina ng direktang paglilinis ng langis, kumukulo sa saklaw na 62-85 ° C at naglalaman ng pangunahin na pentane at hexane, pati na rin isang maliit na bahagi (75-150 ° C) na nakuha ng catalytic cracking. Ang mga proseso ng catalytic isomerization ay nagaganap sa pagkakaroon ng bifunctional catalysts: platinum o palladium sa iba't ibang mga acid support (γ-Al 2 O 3, zeolite), na na-promosyon ng halogen (Cl, F). Ang Isomerization ay ang pagbabago ng mga organikong sangkap sa mga compound ng iba't ibang istraktura (istruktura isomerism) o may iba't ibang pag-aayos ng mga atomo o mga grupo sa kalawakan (spatial isomerism) nang hindi binabago ang komposisyon at bigat ng molekula.

Samakatuwid, ang mga proseso ng catalytic ay sumasakop sa isang nangungunang posisyon sa pagpino ng langis. Salamat sa catalysis, ang halaga ng mga produktong nakuha mula sa langis ay nadagdagan nang maraming beses.

Ang isang mas promising posibilidad ng mga catalytic na pamamaraan sa pagpino ng langis ay ang pagtanggi ng pandaigdigang pagbabago na likas sa mga modernong proseso ng lahat ng mga kumplikadong compound na matatagpuan sa mga langis. Kaya, ang lahat ng mga compound ng asupre ay sumasailalim sa hydrogenolysis sa paglabas ng hydrogen sulfide. Samantala, marami sa kanila ay may makabuluhang independiyenteng halaga. Totoo rin ito para sa naglalaman ng nitrogen, kumplikadong metal at maraming iba pang mga compound. Napakahalaga na ihiwalay ang mga sangkap na ito o isailalim sa mga indibidwal na pagbabago ng catalytic upang makakuha ng mga mahahalagang produkto. Ang isang halimbawa ay ang paggawa ng mga suludyong naglalaman ng asupre tulad ng suloxides at sulfones na nabuo sa panahon ng catalytic oxidation ng mga sulfur compound na nilalaman ng langis at boiler fuel. Walang alinlangan, sa ganitong paraan ang catalysis ay makabuluhang taasan ang kahusayan ng pagpino ng langis.