Преимущества каталитических процессов и классификация катализаторов. Требования к катализаторам. Краткая характеристика каталитических реакций

В нефтепереработке многие процессы проводят в присутствии катализатора, для повышения эффективности процесса (скорости и глубины).

Наиболее широко используется классификация по типу веществ, которые являются катализаторами. Она включает следующие группы катализаторов:

1. Металлы (массивные, чистые, сплавы, скелетные, нанесенные) – гетерогенные катализаторы.

2. Твердые бинарные соединения металлов МmЭn, где Э – О, S, Se, Te, As, P, C, N, Si, B, гетерогенные катализаторы. Из этой группы чаще всего используются оксиды или халькогениды металлов полупроводникового типа. Катализаторы этого типа широко применяются в процессах гидрирования.

3. Кислоты и основания (гомогенные и гетерогенные катализаторы) – протонные кислоты Бренстеда (НА) в водных и неводных средах, апротонные кислоты Льюиса – Усановича (BF3, RI), протонные и апротонные центры твердых оксидов (оксиды алюминия, алюмосиликаты), любые типы оснований (в том числе твердые – МgO, CaCO3, ионообменные смолы). На таких катализаторах протекают реакции кислотно-основного катализа, а именно крекинг нефтяных фракций (на алюмосиликатах и цеолитах), дегидратация и гидратация, синтез аминов из спиртов (на Al2O3), этерификация спиртов и кислот, конденсация альдегидов и кетонов.

4. Ферменты (гомогенные и гетерогенные).

Ферменты (энзимы) – биологические катализаторы обладают уникальными свойствами: высокой производительностью в расчете на один реакционный центр и селективностью, связанной со специфичностью действия.

СВОЙСТВА И Требования, предъявляемые к катализаторам:

1) Высокая каталитическая активность (разность скоростей химических реакций с и без катализатора с учетом доли объема реакционного пространства)

2) Д остаточно большая селективность (избирательность) в отношении целевой реакции (определяется количеством исходного вещества превращенного в целевой продукт (Gц.п.) и вступившего в побочные реакции (Gп.р.))

3) Высокая механическая прочность к сжатию, удару и истиранию

4) Д остаточная стабильность всех свойств катализатора на протяжении его службы и способность к их восстановлению при том или ином методе регенерации

5) Простота получения, обеспечивающая воспроизводимость всех свойств катализатора

6) Оптимальные форма и геометрические размеры, обусловливающие гидродинамические характеристики реактора

7) Невысокие затраты на производство катализатора

8) В обратимых реакциях катализаторы ускоряют достижение равновесия, но не смещают его

9) Ускоряющее действие катализатора проявляется в уменьшении энергии активации химической реакции (изменяет реакционный путь или инициирование цепного механизма химической реакции).