Примеры промышленных процессов с использованием катализаторов. Применение катализа в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Получение этилена путем дегидродимеризации метана

Катализатором является всякое вещество, которое, не входя в конечные продукты химической реакции, изменяет ее скорость. В качестве катализатора могут быть использованы самые различные вещества, как в чистом виде, гак и в виде соединений. Промышленные катализаторы должны обладать следующими свойствами: высокой активностью и селективностью по отношению к данной реакции; большой химической устойчивостью к катализаторным ядам; низкой температурой зажигания, большим температурным интервалом работы, термической устойчивостью, повышенной теплопроводностью; высокой механической прочностью; быть дешевыми в изготовлении.

Учитывая эти требования к катализаторам, приходим к заключению, что они не являются индивидуальными веществами, а представляют, обычно, смеси нескольких веществ. Механические смеси, из которых состоит катализатор, называют контактными массами. В состав контактных масс входят три основные части: каталитически активные вещества, активаторы и носители. Каталитически активные вещества - это основа катализатора. Именно они вступают в реакции обменного взаимодействия с атомами и молекулами удаляемого из газовой смеси компонента. В качестве каталитически активных веществ используют чистые металлы, оксиды металлов, а также большое количество самых разнообразных химических элементов и соединений, которые выбирают эмпирическим пугем. Повышенной каталитической активностью обладают катализаторы, в состав которых входят два металла.

Активаторы (промоторы) - это вещества, которые повышают активность катализаторов. Сами активаторы могут не обладать каталитическими свойствами, но способны усиливать действие каталитически активных веществ. Действие активаторов на процесс катализа изучен не полностью. Предполагают, что они вступают в реакцию с катализатором и образуют соединения, обладающие большей по сравнению с чистыми каталитически активными веществами активностью. В качестве активаторов могут быть использованы самые разнообразные вещества, выбор которых также осуществляется эмпирическим путем.

Носителями являются вещества, которые обычно сами не обладают каталитическими свойствами и не усиливают активность катализатора, а служат лишь основанием, на которое наносится катализатор. В ряде случаев носители могут оказывать влияние на активность и селективность катализаторов. Использование носителей позволяет менять структуру катализаторов и уменьшать расход каталитически активных веществ. В качестве носителей чаще всего используют инертные пористые вещества, обладающие развитой поверхностью (активные угли, силикагели, алюмосиликаты, асбест, пемза, кизелыур, цеолиты и др.)

Каталитическая активность катализатора - это мера ускорения реакции под действием катализатора, она является главной и основной характеристикой катализатора.

где Ukи U - скорости каталитической реакции и этой же реакции, проведенной в отсутствии катализаторов.

Селективность катализатора показывает отношение содержания целевого продукта к количеству всех продуктов превращения исходного вещества. При санитарной очистке газов ставится цель - превратить вредные примеси в нейтральные либо легко выделяемые из отходящих газов вещества.

В некоторых случаях может быть поставлена задача о разработке и использовании универсальных катализаторов, обладающих активностью не к одной, а к нескольким реакциям. Такие катализаторы могут быть использованы дня комплексной очистки газов, т.е. в том случае, когда в отходящихгазах присутствует не один, а несколько вредных компонентов.

весьма важной характеристикой катализаторов является их устойчивость к действию различных примесей, т. е. к каталитическим ядам.

Под отравляемостыо подразумевается частичная или полная потеря активности катализаторов под действием примесей, называемых контактными ядами. Для многих катализаторов контактными ядами яадяются соединения S, H 2 S, CS 2 , СО, Н 2 0, NO, As, Р, РЬ, Hg и др. Отравляемость катализатора происходит вследствие сорбции катализаторных ядов на поверхности катализаторов и блокирования их активных центров. Если эти вещества удалить с поверхности катализатора, то он может полностью или частично восстановить свою активность. В соответствии с этим различают обратимую и необратимую отравляемость катализаторов.

Тот бурный промышленный рост, который мы сейчас переживаем, был бы невозможен без развития новых химических технологий. В значительной мере этот прогресс определяется широким применением катализаторов, с помощью которых низкосортное сырье превращается в высокоценные продукты. Образно говоря, катализатор – это философский камень современного алхимика, только он превращает не свинец в золото, а сырье в лекарства, пластмассы, химические реактивы, топливо, удобрения и другие полезные продукты. Пожалуй, самый первый каталитический процесс , который человек научился использовать, – это брожение. Рецепты приготовления алкогольных напитков были известны шумерам еще за 3500 до н.э. См. ВИНО; ПИВО.

Значительной вехой в практическом применении катализа стало производство маргарина каталитическим гидрированием растительного масла. Впервые эта реакция в промышленном масштабе была осуществлена примерно в 1900. А начиная с 1920-х годов один за другим были разработаны каталитические способы получения новых органических материалов , прежде всего пластмасс. Ключевым моментом стало каталитическое получение олефинов, нитрилов, эфиров, кислот и т.д. – «кирпичиков» для химического «строительства» пластмасс. Третья волна промышленного использования каталитических процессов приходится на 1930-е годы и связана с переработкой нефти . По своему объему это производство вскоре оставило далеко позади все другие. Переработка нефти состоит из нескольких каталитических процессов :

Крекинга,

Риформинга,

Гидросульфирования,

Гидрокрекинга,

Изомеризации,

Полимеризации

Алкилирования.

И наконец, четвертая волна в использовании катализа связана с охраной окружающей среды . Наиболее известное достижение в этой области – создание каталитического нейтрализатора выхлопных газов автомобилей . Каталитические нейтрализаторы, которые устанавливают на автомобили с 1975, сыграли большую роль в улучшении качества воздуха и сберегли таким образом много жизней.

За работы в области катализа и смежных областей было присуждено около десятка Нобелевских премий. О практической значимости каталитических процессов свидетельствует тот факт, что на долю азота , входящего в состав полученных промышленным путем азотсодержащих соединений, приходится около половины всего азота, входящего в состав пищевых продуктов. Количество соединений азота, образующихся естественным путем, ограничено, так что производство пищевого белка зависит от количества азота, вносимого в почву с удобрениями. Невозможно было бы прокормить и половину человечества без синтетического аммиака , который получают почти исключительно с помощью каталитического процесса Габера–Боша . Область применения катализаторов постоянно расширяется. Важно и то, что катализ позволяет значительно повысить эффективность ранее разработанных технологий . В качестве примера можно привести усовершенствование каталитического крекинга благодаря использованию цеолитов .

Гидрирование. Большое число каталитических реакций связано с активацией атома водорода и какой-либо другой молекулы, приводящей к их химическому взаимодействию. Этот процесс называется гидрированием и лежит в основе многих этапов переработки нефти и получения жидкого топлива из угля (процесс Бергиуса ). Производство авиационного бензина и моторного топлива из угля было развито в Германии во время Второй мировой войны, поскольку в этой стране нет нефтяных месторождений. Процесс Бергиуса заключается в непосредственном присоединении водорода к углю. Уголь нагревают под давлением в присутствии водорода и получают жидкий продукт, который затем перерабатывают в авиационный бензин и моторное топливо. В качестве катализатора используют оксид железа, а также катализаторы на основе олова и молибдена. Во время войны на 12 заводах Германии с помощью процесса Бергиуса получали примерно 1400 т жидкого топлива в сутки. Другой процесс, Фишера–Тропша , состоит из двух стадий. Вначале уголь газифицируют, т.е. проводят реакцию его с водяным паром и кислородом и получают смесь водорода и оксидов углерода. Эту смесь превращают в жидкое топливо с помощью катализаторов, содержащих железо или кобальт. С окончанием войны производство синтетического топлива из угля в Германии было прекращено. В результате повышения цен на нефть, последовавшего за нефтяным эмбарго в 1973–1974, были предприняты энергичные усилия по разработке экономически выгодного способа получения бензина из угля. Так, прямое ожижение угля можно проводить более эффективно, используя двухстадийный процесс, в котором сначала уголь контактирует с алюмокобальтомолибденовым катализатором при относительно низкой, а затем при более высокой температуре. Стоимость такого синтетического бензина выше, чем получаемого из нефти.

Аммиак. Один из самых простых с химической точки зрения процессов гидрирования – синтез аммиака из водорода и азота. Азот весьма инертное вещество. Для разрыва связи N–N в его молекуле необходима энергия порядка 200 ккал/моль. Однако азот связывается с поверхностью железного катализатора в атомарном состоянии, и для этого нужно всего 20 ккал/моль. Водород связывается с железом еще более охотно. Синтез аммиака протекает следующим образом:

Этот пример иллюстрирует способность катализатора ускорять в равной степени как прямую, так и обратную реакцию , т.е. тот факт, что катализатор не изменяет положение равновесия химической реакции .

Гидрирование растительного масла . Одна из важнейших в практическом отношении реакций гидрирования – неполное гидрирование растительных масел до маргарина, кулинарного жира и других пищевых продуктов. Растительные масла получают из соевых бобов, семян хлопчатника и других культур. В их состав входят эфиры, а именно триглицериды жирных кислот с разной степенью ненасыщенности. Олеиновая кислота СН 3 (СН 2) 7 СН=СН(СН 2) 7 СООН имеет одну двойную связь С=С, линолевая кислота – две и линоленовая – три. Присоединение водорода с разрывом этой связи предотвращает окисление масел (прогоркание). При этом повышается их температура плавления. Твердость большинства получаемых продуктов зависит от степени гидрирования. Гидрирование проводят в присутствии мелкодисперсного порошка никеля, нанесенного на подложку, или никелевого катализатора Ренея в атмосфере водорода высокой степени очистки.

Дегидрирование. Дегидрирование – это тоже важная в промышленном отношении каталитическая реакция, хотя масштабы ее применения несравнимо меньше. С ее помощью получают, например, стирол – важный мономер. Для этого дегидрируют этилбензол в присутствии катализатора, содержащего оксид железа; протеканию реакции способствуют также калий и какой-нибудь структурный стабилизатор. В промышленных масштабах осуществляют дегидрирование пропана, бутана и других алканов. Дегидрированием бутана в присутствии алюмохромового катализатора получают бутены и бутадиен.

Кислотный катализ. Каталитическая активность большого класса катализаторов обусловливается их кислотными свойствами. Согласно И. Бренстеду и Т. Лоури , кислота – это соединение, способное отдавать протон. Сильные кислоты легко отдают свои протоны основаниям. Концепция кислотности получила дальнейшее развитие в работах Г. Льюиса , который дал определение кислоты как вещества, способного принимать электронную пару от вещества-донора с образованием ковалентной связи за счет обобществления этой электронной пары.

Эти идеи вместе с представлениями о реакциях с образованием карбений-ионов помогли понять механизм разнообразных каталитических реакций , особенно тех, в которых участвуют углеводороды. Силу кислоты можно определить с помощью набора оснований, изменяющих цвет при присоединении протона. Оказывается, некоторые промышленно важные катализаторы ведут себя как очень сильные кислоты. К ним относится катализатор процесса Фриделя–Крафтса , такой, как HCl–AlCl 2 O 3 (или HAlCl 4), и алюмосиликаты. Сила кислоты – это очень важная характеристика, поскольку от нее зависит скорость протонирования – ключевого этапа процесса кислотного катализа. Активность таких катализаторов, как алюмосиликаты, применяющихся при крекинге нефти, определяется присутствием на их поверхности кислот Бренстеда и Льюиса. Их структура аналогична структуре кремнезема (диоксида кремния), в котором часть атомов Si 4+ замещена атомами Al 3+ . Лишний отрицательный заряд, возникающий при этом, может быть нейтрализован соответствующими катионами. Если катионами являются протоны, то алюмосиликат ведет себя как кислота Бренстеда :

Активность кислотных катализаторов обусловливается их способностью реагировать с углеводородами с образованием в качестве промежуточного продукта карбений-иона. Алкилкарбений-ионы содержат положительно заряженный углеродный атом, связанный с тремя алкильными группами и/или атомами водорода. Они играют важную роль как промежуточные продукты, образующиеся во многих реакциях с участием органических соединений. Механизм действия кислотных катализаторов можно проиллюстрировать на примере реакции изомеризации н-бутана в изобутан в присутствии HCl–AlCl 3 или Pt–Cl–Al 2 O 3 . Сначала малое количество олефина С 4 Н 8 присоединяет положительно заряженный ион водорода кислотного катализатора с образованием третичного карбений-иона. Затем отрицательно заряженный гидрид-ион Н – отщепляется от н-бутана с образованием изобутана и вторичного бутилкарбений-иона. Последний в результате перегруппировки превращается в третичный карбений-ион. Эта цепочка может продолжаться с отщеплением гидрид-иона от следующей молекулы н-бутана и т.д.:

Существенно, что третичные карбений-ионы более стабильны, чем первичные или вторичные. Вследствие этого на поверхности катализатора присутствуют в основном именно они, а потому основным продуктом изомеризации бутана является изобутан. Кислотные катализаторы широко применяются при переработке нефти – крекинге, алкилировании, полимеризации и изомеризации углеводородов (см. также ХИМИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ).

Установлен механизм действия карбений-ионов , играющих роль катализаторов в этих процессах. При этом они участвуют в целом ряде реакций, включая образование малых молекул путем расщепления больших, соединение молекул (олефина с олефином или олефина с изопарафином), структурную перегруппировку путем изомеризации, образование парафинов и ароматических углеводородов путем переноса водорода. Одно из последних применений кислотного катализа в промышленности – получение этилированных топлив присоединением спиртов к изобутилену или изоамилену. Добавление кислородсодержащих соединений в бензин уменьшает концентрацию оксида углерода в выхлопных газах. Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) с октановым числом смешения 109 тоже позволяет получить высокооктановое топливо, необходимое для работы автомобильного двигателя с высокой степенью сжатия, не прибегая к введению в бензин тетраэтилсвинца. Организовано также производство топлив с октановыми числами 102 и 111.

Основной катализ. Активность катализаторов обусловливается их основными свойствами. Давним и хорошо известным примером таких катализаторов является гидроксид натрия , применяющийся для гидролиза или омыления жиров при получении мыла, а один из последних примеров – катализаторы, используемые при производстве полиуретановых пластиков и пенопластов. Уретан образуется при взаимодействии спирта с изоцианатом, а ускоряется эта реакция в присутствии оснвных аминов. В ходе реакции происходит присоединение основания к атому углерода в молекуле изоцианата, в результате чего на атоме азота появляется отрицательный заряд и его активность по отношению к спирту повышается. Особенно эффективным катализатором является триэтилендиамин. Полиуретановые пластики получают при взаимодействии диизоцианатов с полиолами (полиспиртами). Когда изоцианат реагирует с водой, ранее образовавшийся уретан разлагается с выделением CO 2 . При взаимодействии смеси полиспиртов и воды с диизоцианатами образующийся пенополиуретан вспенивается газообразным CO 2 .

Катализаторы двойного действия . Эти катализаторы ускоряют реакции двух типов и дают лучшие результаты, чем при пропускании реагентов последовательно через два реактора, каждый из которых содержит только один тип катализатора. Это связано с тем, что активные центры катализатора двойного действия находятся очень близко друг к другу , и промежуточный продукт, образующийся на одном из них, тут же превращается в конечный продукт на другом. Хороший результат дает объединение катализатора, активирующего водород, с катализатором, способствующим изомеризации углеводородов. Активацию водорода осуществляют некоторые металлы, а изомеризацию углеводородов – кислоты. Эффективным катализатором двойного действия, который применяется при переработке нефти для превращения нафты в бензин, является мелкодисперсная платина, нанесенная на кислый глинозем . Конверсия таких составляющих нафты, как метилциклопентан (МЦП ), в бензол повышает октановое число бензина. Сначала МЦП дегидрируется на платиновой части катализатора в олефин с тем же углеродным остовом; затем олефин переходит на кислотную часть катализатора, где изомеризуется до циклогексена. Последний переходит на платиновую часть и дегидрируется до бензола и водорода. Катализаторы двойного действия существенно ускоряют риформинг нефти. Их используют для изомеризации нормальных парафинов в изопарафины. Последние, кипящие при тех же температурах, что и бензиновые фракции, ценны тем, что обладают более высоким октановым числом по сравнению с неразветвленными углеводородами. Кроме того, превращение н-бутана в изобутан сопровождается дегидрированием, способствуя получению МТБЭ.

Стереоспецифическая полимеризация . Важной вехой в истории катализа явилось открытие каталитической полимеризации a-олефинов с образованием стереорегулярных полимеров. Катализаторы стереоспецифической полимеризации были открыты К.Циглером, когда он пытался объяснить необычные свойства полученных им полимеров. Другой химик, Дж. Натта, предположил, что уникальность полимеров Циглера определяется их стереорегулярностью. Эксперименты по дифракции рентгеновских лучей показали, что полимеры, полученные из пропилена в присутствии катализаторов Циглера, высококристалличны и действительно имеют стереорегулярную структуру. Для описания таких упорядоченных структур Натта ввел термины «изотактический» и «синдиотактический». В том случае, когда упорядоченность отсутствует, используется термин «атактический»:

Стереоспецифическая реакцияпротекает на поверхности твердых катализаторов, содержащих переходные металлы групп IVA-VIII (такие, как Ti, V, Cr, Zr), находящиеся в неполностью окисленном состоянии, и какое-либо соединение, содержащее углерод или водород, который связан с металлом из групп I-III. Классическим примером такого катализатора является осадок, образующийся при взаимодействии TiCl 4 и Al(C 2 H 5) 3 в гептане, где титан восстановлен до трехвалентного состояния. Эта исключительно активная система катализирует полимеризацию пропилена при обычных температуре и давлении.

Каталитическое окисление. Применение катализаторов для управления химизмом процессов окисления имеет большое научное и практическое значение. В некоторых случаях окисление должно быть полным, например при нейтрализации СО и углеводородных загрязнений в выхлопных газах автомобилей. Однако чаще нужно, чтобы окисление было неполным, например во многих широко применяемых в промышленности процессах превращения углеводородов в ценные промежуточные продукты, содержащие такие функциональные группы, как –СНО, –СООН, –С–СО, –СN. При этом применяются как гомогенные, так и гетерогенные катализаторы. Примером гомогенного катализатора является комплекс переходного металла, который используется для окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, эфиры которой служат основой производства полиэфирных волокон.

Катализаторы гетерогенного окисления. Эти катализаторы обычно являются сложными твердыми оксидами. Каталитическое окисление проходит в два этапа. Сначала кислород оксида захватывается адсорбированной на поверхности оксида молекулой углеводорода. Углеводород при этом окисляется, а оксид восстанавливается. Восстановленный оксид взаимодействует с кислородом и возвращается в исходное состояние. Используя ванадиевый катализатор, неполным окислением нафталина или бутана получают фталевый ангидрид.

Получение этилена путем дегидродимеризации метана. Синтез этилена посредством дегидродимеризации позволяет превращать природный газ в более легко транспортируемые углеводороды. Реакцию

2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2H 2 O

проводят при 850 °С с использованием различных катализаторов; наилучшие результаты получены с катализатором Li-MgO. Предположительно реакция протекает через образование метильного радикала путем отщепления атома водорода от молекулы метана. Отщепление осуществляется неполностью восстановленным кислородом, например О 2 2– . Метильные радикалы в газовой фазе рекомбинируют с образованием молекулы этана и в ходе последующего дегидрирования превращаются в этилен. Еще один пример неполного окисления - превращение метанола в формальдегид в присутствии серебряного или железомолибденового катализатора.

Цеолиты. Цеолиты составляют особый класс гетерогенных катализаторов . Это алюмосиликаты с упорядоченной сотовой структурой, размер ячеек которой сравним с размером многих органических молекул. Их называют еще молекулярными ситами . Наибольший интерес представляют цеолиты, поры которых образованы кольцами, состоящими из 8-12 ионов кислорода (рис. 2). Иногда поры перекрываются, как у цеолита ZSМ-5 (рис. 3), который используется для высокоспецифичного превращения метанола в углеводороды бензиновой фракции. Бензин содержит в значительных количествах ароматические углеводороды и поэтому имеет высокое октановое число. В Новой Зеландии, например, с помощью этой технологии получают треть всего потребляемого бензина. Метанол же получают из импортируемого метана.

Рисунок 2 – Структура цеолитов с большими и малыми порами.

Рисунок 3 – Цеолит ZSM-5. Схематическое представление структуры в виде пересекающихся трубок.

Катализаторы, составляющие группу Y-цеолитов, существенно повышают эффективность каталитического крекинга благодаря в первую очередь своим необычным кислотным свойствам. Замена алюмосиликатов цеолитами позволяет увеличить выход бензина более чем на 20%. Кроме того, цеолиты обладают селективностью в отношении размера реагирующих молекул. Их селективность обусловлена размером пор, через которые могут проходить молекулы лишь определенных размеров и формы. Это касается как исходных веществ, так и продуктов реакции. Например, вследствие стерических ограничений пара-ксилол образуется легче, чем более объемные орто- и мета-изомеры. Последние оказываются «запертыми» в порах цеолита (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема, объясняющая селективность цеолитов в отношении реагентов (а) и продуктов (б).

Применение цеолитов произвело настоящую революцию в некоторых промышленных технологиях – депарафинизации газойля и машинного масла, получении химических полупродуктов для производства пластмасс алкилированием ароматических соединений, изомеризации ксилола, диспропорционировании толуола и каталитическом крекинге нефти. Особенно эффективен здесь цеолит ZSM-5.

Депарафинизация нефтепродуктов – извлечение из нефтяных продуктов (дизельных топлив, масел) парафина и церезина, в результате чего улучшается их качество, в частности снижается температура застывания.

Парафин (нем. Paraffin, от лат. Parum – мало и affinis – родственный), смесь предельных углеводородов C 18 –C 35 , преим. нормального строения с мол. м. 300-400; бесцветные кристаллы с t пл. = 45–65 о C, плотность 0,880–0,915 г/см 3 (15 о C).

Церезин (от лат. cera – воск), смесь твёрдых углеводородов (главным образом алкилцикланов и алканов), получаемая после очистки озокерита. По плотности, цвету (от белого до коричневого), температуре плавления (65–88 °С) и вязкости церезин сходен с воском.

Катализаторы и охрана окружающей среды. Применение катализаторов для уменьшения загрязнения воздуха началось в конце 1940-х годов. В 1952 А. Хаген-Смит установил, что углеводороды и оксиды азота, входящие в состав выхлопных газов, реагируют на свету с образованием оксидантов (в частности, озона), которые оказывают раздражающее действие на глаза и дают другие нежелательные эффекты. Примерно в это же время Ю. Хоудри разработал способ каталитической очистки выхлопных газов путем окисления CO и углеводородов до CO 2 и Н 2 О. В 1970 была сформулирована Декларация о чистом воздухе (уточненная в 1977, расширенная в 1990), согласно которой все новые автомобили, начиная с моделей 1975, должны снабжаться каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов. Были установлены нормы для состава выхлопных газов. Поскольку соединения свинца, добавляемые в бензин, отравляют катализаторы, принята программа поэтапного отказа от них. Обращалось внимание и на необходимость снижения содержания оксидов азота. Специально для автомобильных нейтрализаторов созданы катализаторы, в которых активные компоненты нанесены на керамическую подложку с сотовой структурой, через ячейки которой проходят выхлопные газы. Подложку покрывают тонким слоем оксида металла, например Al2O3, на который наносят катализатор – платину, палладий или родий. Содержание оксидов азота, образующихся при сжигании природных топлив на теплоэлектростанциях, можно уменьшить добавлением в дымовые газы малых количеств аммиака и пропусканием их через титанованадиевый катализатор.

Ферменты. Ферменты – это природные катализаторы, регулирующие биохимические процессы в живой клетке. Они участвуют в процессах энергообмена, расщеплении питательных веществ, реакциях биосинтеза. Без них не могут протекать многие сложные органические реакции. Ферменты функционируют при обычных температуре и давлении, обладают очень высокой селективностью и способны увеличивать скорость реакций на восемь порядков. Несмотря на эти преимущества, лишь около 20 из 15 000 известных ферментов применяются в широких масштабах. Человек тысячелетиями использовал ферменты при выпечке хлеба, получении алкогольных напитков, сыра и уксуса. Сейчас ферменты применяются и в промышленности: при переработке сахара, получении синтетических антибиотиков, аминокислот и белков. Протеолитические ферменты, ускоряющие процессы гидролиза, добавляют в детергенты. С помощью бактерий Clostridium acetobutylicum Х. Вейцман осуществил ферментативное превращение крахмала в ацетон и бутиловый спирт. Этот способ получения ацетона широко использовался в Англии во время Первой мировой войны, а во время Второй мировой войны с его помощью в СССР изготавливали бутадиеновый каучук. Исключительно большую роль сыграло применение ферментов, продуцируемых микроорганизмами, для синтеза пенициллина, а также стрептомицина и витамина B12. Этиловый спирт, получаемый ферментативным путем, широко используют в качестве автомобильного топлива. В Бразилии более трети из примерно 10 млн. автомобилей работают на 96 %-ном этиловом спирте, получаемом из сахарного тростника, а остальные - на смеси бензина и этилового спирта (20 %). Хорошо отработана технология производства топлива, представляющего собой смесь бензина и спирта, в США. В 1987 из зерен кукурузы было получено около 4 млрд. л спирта, из них примерно 3,2 млрд. л было использовано в качестве топлива. Разнообразное применение находят и т.н. иммобилизованные ферменты. Эти ферменты связаны с твердым носителем, например силикагелем, над которым пропускают реагенты. Преимущество этого метода состоит в том, что он обеспечивает эффективное контактирование субстратов с ферментом, разделение продуктов и сохранение фермента. Один из примеров промышленного использования иммобилизованных ферментов - изомеризация D-глюкозы во фруктозу.

Литература

1. Гейтс Б.К. Химия каталитических процессов. М., 1981

2. Боресков Г.К. Катализ. Вопросы теории и практики. Новосибирск, 1987

3. Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В. Новая общая теория катализа. Л., 1991

4. Токабе К. Катализаторы и каталитические процессы. М., 1993

5. Энциклопедия Кольера. – Открытое общество. 2000.

В крекинг-процессе применяются два типа катализаторов, в состав которых входят в основном алюминий и кремний. Один из них представлен искусственными соединениями кремния и алюминия с содержаниями алюминия в пересчете на Al2O9 15-30 %. Роквемор и Стрикленд показали, что состав фракций, получаемых при крекинге нефти, может меняться в зависимости от содержания Al2O3 в катализаторах. Катализаторы другого типа получают из некоторых глин; в таких катализаторах содержание Al2O3 также изменчиво. Псевдосжиженные и гранулированные катализаторы получают как синтетически, так и за счет природных глин. Согласно Милликену и др., производство катализаторов из глин в 1952 г. составляло около 40% от всей продукции катализаторов.

Требования промышленности, предъявляемые к катализаторам, можно охарактеризовать только в общих чертах, поскольку в каждом отдельном производстве они несколько различны в зависимости от природы сырья, необходимого состава продуктов фракционирования и производственных характеристик перерабатывающего агрегата. Катализатор должен обеспечивать определенный уровень переработки нефти и получение продуктов удовлетворительного состава, т. е. катализатор должен обеспечивать получение соответствующего количества бензина высокого качества, некоторого количества газа, особенно газов, наиболее подходящих для использования в восстановительных процессах или в химии, и возможно меньшего количества кокса. Обычно при крекинге желательно получить бензин с наибольшим октановым числом. Однако иногда необходимо, чтобы выход бензина не превышал некоторой величины, так как в противном случае могли бы возникнуть производственные трудности, связанные с конкретной перерабатывающей установкой. Экономические факторы этого типа и состояние рыночных цен могут определять требуемый состав и выход газа.

Катализаторы должны обладать высокой твердостью, чтобы противостоять истиранию в производственном процессе, и устойчивостью при температурах и давлениях пара, имеющих место в процессе, чтобы их каталитическая активность длительно сохранялась в течение дней или месяцев. Кроме того, катализаторы должны быть устойчивы против «отравления», т. е. они должны сохранять свою каталитическую активность при загрязнениях сырья серой, которая реагирует с катализатором, что приводит к уменьшению его каталитической активности и изменению количественного состава продуктов крекинга.

Как явствует из вышесказанного, весьма трудно произвести какую-либо общую оценку качества катализатора. Есть ряд сравнительно простых методов прямой оценки качества катализатора [например, определение каталитической активности (Cat. A. tests)]; однако в каждой лаборатории, заинтересованной в таких катализаторах, обычно их оценка производится по собственной методике. Прямые определения качества катализатора показывают, подходит он или нет для применения на крупной опытной установке или в заводских условиях, которые являются единственным методом, позволяющим окончательно установить, насколько пригоден данный катализатор для промышленного использования. Очевидно, оценка данной глины как сырья для производства катализатора представляет трудную задачу.

Недавно Стоун и Рэйз показали, что дифференциальный термический анализ можно использовать как метод оценки качества некоторых катализаторов; этот метод заключается в определении интенсивности термических реакций катализаторов при различных температурах при адсорбции водяного пара, водорода и газообразных орган-азотных соединений.

Купим промышленные катализаторы в любом объеме в Ростове-на-Дону и Ростовской области.

О катализаторах

Катализатор является химическим веществом, который помогает ускорить реакцию. Он имеет широкое применение в различных отраслях промышленности. Главными потребителями катализатора являются нефтеперерабатывающая отрасль, нефтехимическая, химическая, успешно применяются в сфере экологии и защиты окружающей среды.

Классификация

Все выпускаемые устройства классифицируются:

• По типу реакции катализа – кислотно-основной, окислительно-восстановительный
• По группе процесса катализа – синтез аммиака, крекинг нефтепродукта
• По природе используемой активной основы – металлический, окисный, сульфидный, комплексный и прочие
• По методу изготовления

Во всех катализаторах используются цветные и драгоценные металлы: платина, алюминий, железо, хром, никель, ванадий, кобальт, висмут, серебро, золото и многие другие.

Промышленные катализаторы также бывают гомогенными и гетерогенными. Гомогенный — находится в общей фазе с реагирующим веществом. Катализатором образующим собственную фазу, разделенную от реагирующих веществ – называют гетерогенным. Применяя промышленный и другие виды катализаторов мы можем не только спасти природу от отравляющих веществ, которые существуют на любом производстве, но и сэкономить сырье.

Применение в промышленности

Бурный рост промышленности, который мы сейчас наблюдаем, не был бы возможен без развития и появления новых химических технологических процессов. В большей мере прогрессу способствует широкое использование катализаторов, именно они помогают превратить сырье низкого сорта в продукты высокого сорта. Катализатор можно сравнить с философским камнем, который, считалось, превращает некоторые металлы в золото. Но вот только катализаторы превращают сырье в различные лекарственные препараты, в пластмассу, в химреактивы, в топливо, в полезные и нужные удобрения и прочие полезности.

Применение катализаторов

Значимым событием для практического использования катализатора считается начало производства маргарина методом каталитического гидрирования растительных масел. Впервые это осуществили в самом начале 20-го века, а уже в двадцатых годах ученые разработали каталитические методы с целью получить новые органические материалы. Олефины, нитрилы, эфиры, кислоты стали своего рода «кирпичиками» для производства пластмасс.

Очередной волной, когда стали использовать промышленные катализаторы, стала нефтепереработка. Вскоре, в этой области промышленности без катализатора уже не обходились, так как эти устройства применяются на всех стадиях процесса, таких как:

• Крекинг
• Риформинг
• Гидросульфирование
• Гидрокрекинг
• Изомеризация
• Полимеризация
• Алкилирование

В последние годы широкое применение получили катализаторы в сфере охраны окружающей среды. Самое известное устройство, которое помогает нам сохранить экологию – это катализатор выхлопных газов в автомобилях.

Области применения нейтрализаторов постоянно расширяются, реакция катализа дает возможность улучшить разработанные ранее технологии. Например, каталитический крекинг был усовершенствован благодаря применению цеолитов.

Гидрирование

В основном, каталитические реакции связаны с тем, что активируется атом водорода с какой-нибудь другой молекулой, что и приводит к химическим взаимодействиям. Данный процесс называют гидрированием, и именно он является основой для многих этапов в нефтепереработке, а также при получении из угля жидкого топлива. Во время войны, в Германии широко применялся процесс гидрирования для производства бензина для самолетов и топлива для авто из угля, ведь в Германии нет нефти.

Гидрирование растительных пищевых масел

Еще одно полезное свойство, которое имеют катализаторы в пищевой промышленности – это гидрирование растительного масла в маргарин, кулинарный жир, прочие пищевые продукты. В этом случае на катализатор или подложку наносят мелкодисперсный порошок никеля.

Дегидрирование

Данную химическую реакцию катализа применяют реже, чем гидрирование, но, тем не менее, она также важна, она помогает получить стирол, пропан, бутан, бутен.

Кислотный катализ

Активность большинства катализаторов определяется и зависит от их кислотных свойств. Именно кислотные промышленные катализаторы в большинстве случаев применяют при нефтепереработке, для получения парафинов, углеводородов ароматических. Самое новое в применении катализаторов – это получение этилированного топлива, а также высокооктановых видов бензина.

Необходимо сказать, что до сих пор нет единой каталогизации промышленных катализаторах. Всё идет опытным путем. Классифицируют катализаторы на основе такие параметров:

• Тип реакции катализа
• Природа вещества, который является активным
• Группа каталитического процесса.

Наиболее комплексный вариант – это именно третий, так как именно он наиболее ориентирован на современную промышленность – нефтехимическую, химическую, нефтеперерабатывающую.

История создания

Считается, что первый случай применения катализатора – это производство из спирта при помощи серной кислота в качестве катализатора, этилового эфира. В 18 веке было совершено открытие каталитического действия кислоты для осахаривания крахмала. Здесь, в качестве катализатора были использованы глина и некоторые виды металлов. Но все-таки, еще не существовало понятие «катализ». Только в 1834 году было введено Митчерлихом такое понятие, как «контактная реакция». Название «катализ» было предложено Берцелиусом через год – в 1835 году.

Применение металлической платины для окисления было запатентовано в 1831 году ученым Филлипсом, но промышленного применения данный способ катализа не получил по ряду причин (платина снижала свою активность при соединении с мышьяком и некоторыми другими ядовитыми веществами, содержащимися в газах). После того, как разработали способ очистки различных газов от ядовитых веществ, стало возможно создать первые крупные промышленное устройство. Он был введен в эксплуатацию в России в 1897 году, запатентован в 1902 году. Сегодня самые важные и крупные предприятия различных отраслей применяют промышленные «каты», и для каждого процесса используется свой вид катализатора, который имеет оптимальное сочетание свойств.

Объем производства данных устройств в мире составляет более 800 тысяч тонн в год. Некоторые из катализаторов работают от 6 месяцев до года, у других эксплуатационный срок гораздо выше – до 10-12 лет. После того, как исчерпан лимит работы, катализатор необходимо правильно утилизировать.

Наша компания предлагает вам выгодные условия продажи по оптимальным ценам. Обращайтесь к нам – помните, что в катализаторах содержаться не только драгметаллы, но и вредные вещества. Не выбрасывайте устройства на свалки, лучше спасти природу, да еще плюс к этому и получить неплохую сумму денег за утиль.

Компанией AUTOKAT RECYCLE предоставляет возможность компаниям и частным лицам совершить продажу данных деталей, исчерпавших свой ресурс, за максимальную стоимость в минимальные сроки. Такое решение способствует выгоде клиентов и способствует внесению посильного вклада в сохранение экологии.

Продажа промышленных катализаторов

– отличное решение, позволяющее выручить приличную сумму денег и отправить на «правильную» переработку деталь. AUTOKAT RECYCLE – компания, специализирующаяся на выкупе данных изделий, располагающая всеми необходимыми ресурсами, способствующими высокоточному анализу содержания ценных элементов, благодаря чему, клиенты могут рассчитывать на оперативную оценку стоимости.

Нашей компанией совершается в многочисленных городах России. При отсутствии точки с удобным местонахождением, можно отправить изделие, воспользовавшись услугами почты или курьера.

Ресурс которых был исчерпан или если они по какой-либо причине утратили свою работоспособность в компанию AUTOKAT RECYCLE – процедура, практически не отнимающая времени. После получения изделия специалистами производятся необходимые анализы и расчет суммы выплаты, и если клиента они устраивают, то заключается договор и выдаются деньги (возможен безналичный и иные способы расчета).

Клиентам AUTOKAT RECYCLE гарантированы привлекательные условия, не лишенные выгоды и удобства. Так, лица, принявшие решение сдать катализатор, могут рассчитывать на предоставление грамотных консультаций, высокие расценки, кратчайшие сроки на анализы и выплаты. На сайте посетители могут узнать приблизительную стоимость изделия с помощью специального калькулятора, зная примерное содержание драгметаллов в его составе.