Состав промышленных катализаторов. Применение катализа в химической и нефтеперерабатывающей промышленности Применение катализаторов 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. 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.
Значимым событием для практического использования катализаторов 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 катализаторов 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 - 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 применение катализаторов в пищевой промышленности - 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 промышленных - 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 - именно третий, так как именно он наиболее ориентирован на современную промышленность - нефтехимическую, химическую, нефтеперерабатывающую.
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.
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.
Гетерогенные катализаторы должны удовлетворять определенным требованиям технологии каталитического процесса , основные из которых следующие:
1) высокая каталитическая активность;
2) достаточно большая селективность (избирательность) в отношении целевой реакции;
3) высокая механическая прочность к сжатию, удару и истиранию;
4) достаточная 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) небольшие экономические затраты на производство катализатора.
- Активность катализатора определяется удельной скоростью данной каталитической реакции, т. е. количеством продукта, образующегося в единицу времени на единицу объема катализатора или реактора.
В подавляющем большинстве случаев в присутствии данного катализатора, помимо основной реакции, протекает еще ряд побочных параллельных или последовательных реакций. Доля прореагировавших исходных веществ с образованием целевых продуктов характеризует селективность катализатора . Она зависит не только от природы катализатора, но и от параметров каталитического процесса, поэтому ее следует относить к определенным условиям проведения реакции. Селективность зависит также от термодинамического равновесия. В нефтепереработке иногда селективность условно выражают как отношение выходов целевого и побочного продуктов, например таких, как бензин/газ, бензин/кокс или бензин/газ + кокс.
- Стабильность является одним из важнейших показателей качества катализатора, характеризует его способность сохранять свою активность во времени. От нее зависят стабильность работы установок, продолжительность их межремонтного пробега, технологическое оформление, расход катализатора, материальные и экономические затраты, вопросы охраны окружающей среды и технико-экономические показатели процесса и др.
В процессе длительной эксплуатации катализаторы с определенной интенсивностью претерпевают физико-химические изменения, приводящие к снижению или потере их каталитической активности (иногда селективности), т. е. катализаторы подвергаются физической и химической дезактивации.
- Физическая дезактивация (спекание) катализатора происходит под воздействием высокой температуры (в некоторых каталитических процессах) и водяного пара и при его транспортировке и циркуляции. Этот процесс сопровождается снижением удельной поверхности как носителя (матрицы) катализатора, так и активного компонента (в результате рекристаллизации - коалесценции нанесенного металла с потерей дисперсности).
- Химическая дезактивация катализатора обусловливается:
1) отравлением его активных центров некоторыми содержащимися в сырье примесями, называемыми ядом (например, сернистыми соединениями в случае алюмоплатиновых катализаторов риформинга);
2) блокировкой его активных центров углистыми отложениями (коксом) или металлоорганическими соединениями, содержащимися в нефтяном сырье.
В зависимости от того, восстанавливается или не восстанавливается каталитическая активность после регенерации катализатора, различают соответственно обратимую и необратимую дезактивации. Однако даже в случае обратимой дезактивации катализатор в конечном счете «стареет» и приходится выгружать его из реактора.
Гетерогенные катализаторы редко применяются в виде индивидуальных веществ и, как правило, содержат носитель и различные добавки, получившие название модификаторов. Цели их введения разнообразны:
Повышение активности катализатора (промоторы),
Повышение его избирательности и стабильности,
Улучшение механических и структурных свойств.