Қазір біз куә болып отырған өнеркәсіптің қарқынды дамуы жаңа химиялық технологиялық процестер дамып, пайда болмайынша мүмкін болмас еді. Көбінесе прогреске катализаторларды кеңінен қолдану ықпал етеді, олар төмен сұрыпты шикізатты жоғары сортты өнімге айналдыруға көмектеседі. кейбір металдарды алтынға айналдыратын философиялық таспен салыстыруға болады. Бірақ шикізатты тек катализаторлар ғана түрлендіреді дәрі-дәрмектер, пластмассада, химиялық заттарда, отындарда, пайдалы және қажетті тыңайтқыштарда және басқа да коммуналдық қызметтерде.
Катализаторларды практикалық қолдану үшін маңызды оқиға өсімдік майларын каталитикалық гидрлеу арқылы маргарин өндірудің басталуы болып табылады. Бұл алғаш рет 20 ғасырдың басында жүзеге асырылды, ал жиырмасыншы жылдардың өзінде ғалымдар жаңа органикалық материалдарды алу үшін каталитикалық әдістерді әзірледі. Олефиндер, нитрилдер, күрделі эфирлер, қышқылдар пластмасса өндірісінің өзіндік «құрылыс материалына» айналды.
Өнеркәсіптік катализаторларды қолдана бастаған келесі толқын мұнай өңдеу болды.
Көп ұзамай катализаторлар бұл салада таптырмас болды, өйткені бұл құрылғылар процестің барлық кезеңдерінде қолданылады, мысалы:
- Крекинг
- Реформалау
- Гидросульфонация
- Гидрокрекинг
- Изомеризация
- Полимерлену
- Алкилдену
Соңғы жылдары катализаторлар қорғаныс саласында кеңінен қолданылуда қоршаған орта. Қоршаған ортаны сақтауға көмектесетін ең танымал құрылғы - автомобильдердегі пайдаланылған газ катализаторы.
Бейтараптандырғыштарды қолдану салалары үнемі кеңеюде, катализдік реакция бұрын жасалған технологияларды жетілдіруге мүмкіндік береді. Мысалы, цеолиттерді қолдану арқылы каталитикалық крекинг жақсарды.
гидрогенизация
Негізінде каталитикалық реакциялар сутегі атомының қандай да бір басқа молекуламен белсендірілуімен байланысты, бұл химиялық әрекеттесулерге әкеледі. Бұл процесс гидрогенизация деп аталады және ол мұнай өңдеудегі, сондай-ақ көмірден сұйық отын алудың көптеген кезеңдерінің негізі болып табылады. Соғыс кезінде Германияда мұнай жоқ болғандықтан, көмірден ұшақтарға бензин және автомобильдерге отын алу үшін Германияда гидрлеу процесі кеңінен қолданылды.
Өсімдіктердің тағамдық майларын гидрогенизациялау
Катализаторлардың тағы бір пайдалы қолданылуы Тамақ өнеркәсібі- өсімдік майын маргаринге, ас майына, басқа тағам өнімдеріне гидрлеу. Бұл жағдайда катализаторға немесе субстратқа жұқа никель ұнтағы қолданылады.
Сутексіздендіру
Катализдің бұл химиялық реакциясы гидрлеуге қарағанда сирек қолданылады, бірақ соған қарамастан ол стирол, пропан, бутан, бутен алуға көмектеседі.
қышқылдық катализ
Көптеген катализаторлардың белсенділігі олардың қышқылдық қасиеттерімен анықталады және тәуелді. Бұл қышқылдық өнеркәсіптік катализаторлар, олар көбінесе мұнай өңдеуде парафиндер мен ароматты көмірсутектерді алу үшін қолданылады. Өнеркәсіптік катализаторларды қолданудың соңғысы қорғасын отындарын, сонымен қатар жоғары октанды бензин түрлерін өндіру болып табылады.
Айта кету керек, өнеркәсіптік катализаторлардың бірыңғай каталогтауы әлі де жоқ.
Барлығы тәжірибеден келеді. Катализаторлар келесі параметрлер бойынша жіктеледі:
- Катализдік реакцияның түрі
- Белсенді заттың табиғаты
- Каталитикалық процестер тобы
Ең жан-жақты нұсқа - дәл үшінші, өйткені ол қазіргі заманғы индустрияға - мұнай-химия, химия, мұнай өңдеуге көбірек бағытталған.
Құрамы бойынша катализаторлар 1) модификацияланған; 2) аралас және 3) тасымалдағышта.
1) Модификацияланған катализаторлар. Модификатор – катализаторға осы реакция үшін каталитикалық белсенді емес, бірақ катализатордың белгілі бір сапаларын (термиялық тұрақтылық, беріктік, улануға төзімділік) жақсартатын басқа заттың аздаған мөлшерін (10 - 12 масса% дейін) қосу.Егер модификатор белсенділікті арттырса, ол промотор болып табылады. Іс-әрекеттің сипаты бойынша промоутерлер а) болып бөлінеді. электронды,катализатордың кристалдық торларының деформациясын тудыратын немесе электрондардың жұмыс функциясын қажетті бағытта өзгертетін. Мысалы, Cl - метанолды тотығу үшін күміс катализаторында қосу: CH 3 OH ® CH 2 O; б) тұрақтандыру, катализатордың дисперсті құрылымының агломерациялануын болдырмайды. Мысалы, Al 2 O 3 және SiO 2 промоторлары аммиак синтезіндегі темір катализаторының бастапқы кристалдарын тұрақтандырады: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3 . Жұмыстың бірінші күнінде кристалдар агломерацияланады, 6-дан 20 нм-ге дейін үлкейтіледі. Кристалдардың интерфейсіндегі бос энергия қоры азайып, белсенділік төмендейді. Енгізілген промоторлар қалпына келтірілмей, синтез температурасында балқиды, кристалдар жұқа қабықпен жабылады, олардың агломерациялануына жол бермейді. Бірақ екі қоспаның да қышқылды беті бар, оның бетінде NH 3 молекуласы күшті адсорбцияланып, азот молекулаларының сорбциялануын болдырмайды, ал катализатордың белсенділігі төмендейді; в) құрылым құрушы,бейтараптандыратын қышқыл орталықтары Al 2 O 3 және SiO 2. Мысалы, K 2 O, CaO және MgO, бірақ олардың мөлшері 4-5 масс.% аспауы керек, өйткені олар минералдандыратын әсерге ие, т. Fe кристалдарының агломерациясына ықпал етеді.
2) Аралас катализаторлар. Аралас катализаторлар белгілі бір реакцияға сәйкес мөлшерде алынған, бірнеше каталитикалық белсенді компоненттері бар катализаторлар деп аталады.Мұндай катализаторлардың белсенділігі қосымша емес, бірақ келесі себептерге байланысты экстремалды мәнге ие болады: үлкенірек фазалық шекарасы бар механикалық қоспалардың түзілуі, т.б. бос энергияның көп мөлшерімен (мысалы, HCºHC + H 2 O ® CH 3 -CHO реакциясы үшін катализатор CdO + CaO / P 2 O 5 \u003d 3-4 қоспасы болып табылады; £3 молярлық қатынаста жоғары селективтілік байқалады, бірақ катализатор түйіршіктерінің беріктігі төмен; ³4 кезінде - түйіршіктердің беріктігі жоғары, бірақ селективтілігі төмен); шпинель типті қатты ерітінділердің түзілуі(мысалы, V 2 O 5 +MoO 3 тотығу катализаторында V 2 O 5 кристалдық торының бос орындарына Mo +6 катионы енгізіледі. Тор деформациясы жүйенің бос энергиясының ұлғаюына әкеледі; жаңа белсенді катализаторлардың реакция жағдайында түзілуі(мысалы, метанол CO + 2H 2 ® CH 3 OH синтезі үшін хром-мырыш катализаторы қолданылады:
ZnO + CrO 3 + H 2 O ® ZnCrO 4 × H 2 O
2ZnCrO 4 × H 2 O + 3H 2 ® + 5H 2 O
Шаршы жақшада катализаторды тотықсыздандырғаннан кейін алынған белсенді фаза көрсетілген, ол жаңа катализатор болып табылады.
3) Қолдау көрсетілетін катализаторлар.Тасымалдаушы түйіршіктердің пішіні мен өлшемін, оңтайлы кеуекті құрылымын, беріктігін, ыстыққа төзімділігін және құнын төмендетуді анықтайды. Кейде белсенділікті арттырады (лиганды өріс теориясын қараңыз). БАҚ классификациясы: синтетикалық– силикагель, белсендірілген көмір, алюминий оксиді (g, a), керамика; табиғи- пемза, диатомды топырақ; кеуектер көлемі бойынша- кеуекті (10% астам), кеуекті емес (10% немесе одан аз); дән мөлшері бойынша- үлкен (1-5 мм), кішкентай (0,1-1,0 мм), ұсақ (0,1 мм-ден аз); нақты бетінің өлшеміне сәйкес- шағын (1 м 2 /г-ден аз), орташа (1-50 м 2 /г), дамыған (50 м 2 /г артық).
Катализ – ғылым мен техниканың ең серпінді және қарқынды дамып келе жатқан салаларының бірі. Жаңа каталитикалық жүйелер үнемі әзірленуде және қолданыстағылары жетілдіріліп отырады, жаңа каталитикалық процестер ұсынылуда, олардың приборлары өзгеруде, катализаторларды зерттеудің жаңа физика-химиялық әдістері жетілдірілуде және пайда болуда. Мұнай-химия және мұнай өңдеу кешенінің кәсіпорындарында жүретін химиялық процестердің көпшілігі каталитикалық болып табылады. Катализ және каталитикалық технологиялардың дамуы негізінен мұнай-химия өнімдерінің нарықтағы бәсекеге қабілеттілігін анықтайды. Сондықтан мұнай химиясы үшін катализ саласында жоғары білікті мамандарды даярлау қажеттілігі туралы өткір мәселе туындап отыр.
Катализ - бұл ерекше құбылыс. Жалпы түрде каталитикалық қасиеттерге ие болатын заттар жоқ. Әрбір реакция өзінің арнайы катализаторын қолдануы керек.
Катализді қолдану химия өнеркәсібі . Каталитикалық процестер аммиак синтезі үшін шикізат ретінде қызмет ететін сутегін алу үшін және басқа да бірқатар химиялық технология салаларында қолданылады. Метанның конверсиясы.Сутегінің ең арзан көзі табиғи газ. Сутегін алудың бірінші кезеңіне 800–1000°С температурада оттегі немесе ауаның ішінара қосылуымен метанның су буымен әрекеттесуі жатады (реакция 2.1). Катализатор ретінде ыстыққа төзімді алюминий тотығы тасушыларында (корунд - a-Al 2 O 3) тіректелген никель қолданылады.
CH 4 + H 2 O ⇄ 3H 2 + CO (2.1)
CO + H 2 O ⇄ CO 2 + H 2 (2.2)
Бұл реакция нәтижесінде сутегімен бірге көміртегі тотығы айтарлықтай мөлшерде түзіледі.
CO түрлендіру.Көміртек тотығының су буымен әрекеттесуі төмендеумен екі кезеңде жүзеге асады температуралық режимоксидті катализаторларды қолданып (реакция 2.2), қосымша сутегі түзіледі. Бірінші кезеңде орташа температуралы (435-475°С) темір-хром катализаторы (Cr 2 O 3 қоспалары бар Fe 3 O 4) пайдаланылды; екіншісінде төмен температуралы (230-280°С) катализатор (алюминий, мыс, хром және мырыш оксидтерінің қоспасы). Оның болуы аммиак синтезі үшін темір катализаторларының белсенділігін күрт төмендететін көміртегі тотығының соңғы мазмұнын пайыздың оннан бір бөлігіне дейін төмендетуге болады.
Қалдық СО-ны кетіру үшін 120-320 атм жоғары қысымда және 5-20°С төмен температурада Cu 2 O аммиак ерітіндісімен газ қоспасын кешенді жууды қолдану қажет болды.
Тәжірибеде өнеркәсіптік өндірісСО-дан газ шығарындыларын тазарту СО-мен күрделі қосылыстар түзу қабілеті бар Cu-аммиак тұздарының (мыс форматтары және карбонаттар) ерітінділерімен сіңіру арқылы жүзеге асырылады. Форматтар өте тұрақты емес болғандықтан, карбонатты ерітінділерге артықшылық беріледі.
Мыстың бастапқы карбонатты-аммиактық кешені келесі құрамға ие (кмоль/м 3): Cu + - 1,0 - 1,4; Cu 2+ - 0,08 - 0,12; NH 3 - 4,0 - 6,0; CO 2 - 2,4 - 2,6.
СО-ға қатысты сіңіру қабілетіне бір валентті мыс тұздары ие. Cu 2+ катиондары, әдетте, абсорбцияға қатыспайды. Дегенмен, Cu 2+ концентрациясы ерітіндіде кем дегенде 10 масса көлемінде сақталуы керек. % Cu + мазмұны. Соңғысы құбырларды бітеп, сіңіргіштің жұмысын бұзуы мүмкін элементтік мыс шөгінділерінің пайда болуын болдырмауға көмектеседі. Ерітіндіде мыс карбонат-аммиак кешені Cu 2+ болуы реакция тепе-теңдігін (1) Cu + түзілуіне қарай жылжытады: Cu 2+ + Cu ⇄ 2 Cu + (1)
CO сіңіру үшін қолданылатын карбонат-аммиакты мыс кешенінің ерітіндісінде 2 CO 3 бар; CO 3 ; (NH 4) 2 CO 3; бос NH 3 және CO 2.
Мыстың карбонатты-аммиакты кешенінің СО-ны сіңіру процесі келесі реакцияға сәйкес жүреді: + + CO + NH 3 ⇄ + - DH (2)
СО-мен бір мезгілде СО2 те теңдеу бойынша жұтылады:
2 NH 3 + H 2 O + CO 2 ⇄ (NH 4) 2 CO 3 - DH 1 (3)
Метанизация.Жаңа белсенді никель катализаторын әзірлеуге байланысты күрделі жуу операциясын 250–350°C температурада көміртегі тотығы қалдығын аммиак синтезінің катализаторы үшін инертті метанға айналдырудың қарапайым процесі арқылы ауыстыруға болады (реакция 2.3). :
CO + 3H 2 ⇄ CH 4 + H 2 O (2.3)
Осылайша, анағұрлым белсенді катализаторды әзірлеу технологиялық схеманы айтарлықтай жеңілдетуге және аммиак өндірісінің тиімділігін арттыруға мүмкіндік берді.
Катализді мұнай өңдеу өнеркәсібінде қолдану. Катализдің тиімділігі соншалықты маңызды болды, бұл бірнеше жылдан кейін нақты болды технологиялық революция, бұл катализаторларды қолдану негізінде алынған мотор отындарының өнімділігін де, сапасын да күрт арттыруға мүмкіндік берді.
Қазіргі уақытта мұнайдың 80%-дан астамы каталитикалық процестерді пайдалана отырып өңделеді: крекинг, риформинг, көмірсутектерді изомерлеу және гидрлеу, құрамында күкірт бар қосылыстардан мұнай фракцияларын гидротазалау, гидрокрекинг. 2.1-кестеде мұнай өңдеудегі ең маңызды заманауи каталитикалық процестер келтірілген.
Крекинг.Мұнайдың немесе оның фракцияларының каталитикалық крекингі – қышқылдық сипаттағы синтетикалық және табиғи алюмосиликатты катализаторларда 490-540°С температурада октан саны 98-92 жоғары сапалы бензин алу үшін жүргізілетін деструктивті процесс. құрамында қаныққан және қанықпаған көмірсутектері бар газдар C 3 - C 4 , керосин-газ мұнай фракциялары, көміртегі қара және кокс.
Октан саны (О.ч.) – карбюраторлы қозғалтқыштарда жану кезінде жеңіл (бензин, керосин) мотор отындарының детонацияға төзімділігінің шартты көрсеткіші. Анықтамалық отын – изооктан (O.p. = 100), қалыпты гептан (O.p. = 0). Бензиннің октандық саны – оның n-гептанмен қоспасындағы изооктанның пайыздық (көлемдік) мөлшері, ол кезде стандартты шарттарарнайы бір цилиндрлі қозғалтқыштағы сынақтар сынақ бензині сияқты жарылады.
Соңғы жылдары кристалды синтетикалық цеолиттер негізіндегі катализаторлар өнеркәсіпте кеңінен қолданыла бастады. Бұл катализаторлардың, әсіресе сирек жер элементтерінің (СеО 2 , La 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Dy 2 O 3 және т.б.) оксидтерінің қоспасы барлардың белсенділігі аморфты алюмосиликатты катализаторларға қарағанда әлдеқайда жоғары.
Катализаторларды қолдану нафтендерден төменгі молекулалық массалық көмірсутектердің түзілу жылдамдығын 500-4000 есе арттыруға ғана емес, сонымен қатар термиялық крекингпен салыстырғанда бағалы фракциялардың шығымдылығын арттыруға мүмкіндік берді.
Каталитикалық крекинг - бұл ең жоғары тонналық өнеркәсіптік каталитикалық процесс. Оның көмегімен қазір жылына 300 миллион тоннадан астам мұнай өңделеді, бұл қажет жылдық шығын 300 мың тоннаға жуық катализатор.
Реформалау.Каталитикалық риформинг 470-520°С температурада және Pt бойынша 0,8-1,5 МПа қысымда жүргізіледі, Рекатализаторлар алюминий оксидіне тіреледі, қышқылдық қасиеттерін арттыру үшін хлорсутекпен өңделеді. Риформинг – жоғары октанды автобензин, хош иісті көмірсутектерді (бензол, толуол) алу мақсатында мұнай өнімдерін, негізінен бензинді және мұнайдың нафталық фракцияларын (үш негізгі кластың С 6 -С 9 көмірсутектер: парафинді, нафтенді және ароматты) өңдеу әдісі. , ксилол, этилбензол) және техникалық сутегі. Риформинг процесінде нафтендердің ароматты көмірсутектерге дегидрленуі, парафиндер мен олефиндердің циклденуі, бес мүшелі циклді көмірсутектердің алты мүшеліге изомерленуі реакциялары жүреді. Қазіргі уақытта каталитикалық риформинг жылына 200 миллион тоннадан астам мұнай өңдеу үшін қолданылады. Оны пайдалану тек мотор отынының сапасын жақсартуға ғана емес, сонымен қатар химия өнеркәсібі үшін ароматты көмірсутектердің едәуір мөлшерін өндіруге мүмкіндік берді. Каталитикалық риформингтің жанама өнімдері негізінен метан мен этаннан тұратын отын газы, сондай-ақ сұйытылған газ– пропан-бутан фракциясы
Мұнай өнімдерін гидротазалау.Сутегі – каталитикалық риформингтің бағалы қосымша өнімі. Арзан сутегінің пайда болуы мұнай өнімдерін күкіртті, азотты және оттегі бар қосылыстардан оңай алынатын H 2 S, NH 3 және H 2 O түзе отырып, каталитикалық гидротазалауды кеңінен қолдануға мүмкіндік берді (реакциялар 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)
Бұл кезде диендердің гидрленуі жүреді, бұл өнімнің тұрақтылығын арттырады. Осы мақсатта кобальт (2–5 масса%) және молибден (10–19 масс.%) оксидтерінен немесе γ-алюминий оксидінде тұндырылған никель мен молибден оксидтерінен дайындалған катализаторлар кеңінен қолданылады.
Гидротазалау жылына 250-300 мың тоннаға дейін элементтік күкірт алуға мүмкіндік береді. Ол үшін Claus процесін орындаңыз:
2H 2 S + 3O 2 ⇄ 2SO 2 + 2H 2 O (2.8)
2H 2 S + SO 2 ⇄ 3S + 2H 2 O (2.9)
H 2 S бөлігі атмосфералық оттегінің әсерінен 200-250°С температурада γ-Al 2 O 3 дейін тотығады (реакция 2,8); H 2 S екінші бөлігі күкірт диоксидімен әрекеттесіп, күкірт түзеді (реакция 2,9).
Гидротазалау шарттары тазартылатын шикізаттың қасиеттеріне байланысты, бірақ көбінесе 330-410°С және 3-5 МПа аралығында болады. Жыл сайын шамамен 300 млн тонна мұнай өнімдері (бензин және керосин фракциялары, дизельдік отын, вакуумды дистилляттар, парафиндер және майлар) гидротазаланады. Мұнай өңдеуде гидротазалау сатысын жүзеге асыру каталитикалық риформингке (бензиндер) және крекингке (вакуумдық дистилляттар) шикізатты дайындауға, күкіртті жарықтандырушы керосин мен отынды алуға, өнімнің (парафиндер мен майлар) сапасын жақсартуға мүмкіндік берді. , сонымен қатар қоршаған ортаға айтарлықтай әсер етеді, өйткені пайдаланылған газдармен атмосфераның ластануы азаяды.. мотор отындарының жануынан пайда болатын газдар.Гидротазалауды енгізу мұнай өнімдерін алу үшін жоғары күкіртті мұнайларды пайдалануға мүмкіндік берді.
Гидрокрекинг.Соңғы уақытта крекинг, изомерлеу және гидротазалау реакциялары бір уақытта жүргізілетін гидрокрекинг процесі айтарлықтай дамыды. Гидрокрекинг – жеңіл мұнай өнімдерін: бензинді, реактивті және дизельдік отынды, сұйытылған газдарды C 3 -C 4 алу үшін сутегінің қатысуымен әртүрлі фракциялық құрамдағы шикізатты терең түрлендірудің каталитикалық процесі.Полифункционалды катализаторларды қолдану бұл процесті 400–450°C температурада және шамамен 5–15 МПа қысымда жүргізуге мүмкіндік береді. Катализаторлар ретінде вольфрам сульфиді, тасымалдаушылардағы аралас вольфрам-никель сульфидті катализаторлар, алюминий тотығындағы кобальт-молибден катализаторлары, аморфты немесе кристалды цеолиттерге Ni, Pt, Pd және басқа металдар қосылған.
2.1-кесте – Мұнай өңдеудің қазіргі каталитикалық процестері
Изомеризация.Бензиннің сапасын жақсарту үшін октан саны жоғары 10-15 масса% изомеризацияны қосады. Изомеризат - алкандардың (қалыпты қаныққан парафиндердің) изомерленуі нәтижесінде алынған қаныққан алифатты (молекулаларда циклдар жоқ) изоқұрылымды көмірсутектердің (мас. 65-тен астам 2-метилбутан; изогександар) қоспасы. Изомерлеуге арналған шикізат 62-85°С аралығында қайнайтын және құрамында негізінен пентан мен гексан бар мұнайды тікелей айдаудың жеңіл бензиндік фракциясы, сонымен қатар каталитикалық крекинг арқылы алынған фракция (75-150°С) болып табылады. Каталитикалық изомерлену процестері бифункционалды катализаторлардың қатысуымен жүреді: платина немесе палладий әртүрлі қышқылды тасымалдаушыларда (γ-Al 2 O 3 , цеолит) галоген (Cl, F) ықпал етеді. Изомерлену – органикалық заттардың құрамы мен молекулалық салмағын өзгертпей, басқа құрылымдағы (құрылымдық изомерия) немесе атомдар немесе топтардың кеңістікте орналасуы әртүрлі (кеңістіктік изомерия) қосылыстарға айналуы.
Осылайша, каталитикалық процестер мұнай өңдеуде жетекші орын алады. Катализдің арқасында мұнайдан алынатын өнімдердің құны бірнеше есеге өсті.
Мұнай өңдеудегі каталитикалық әдістердің неғұрлым перспективалы мүмкіндігі мұнайда кездесетін барлық күрделі қосылыстардың қазіргі заманғы процестеріне тән ғаламдық трансформациядан бас тарту болып табылады. Осылайша, барлық күкірт қосылыстары күкіртті сутегінің бөлінуімен гидрогенолизге ұшырайды. Сонымен қатар, олардың көпшілігі айтарлықтай тәуелсіз құндылыққа ие. Құрамында азот бар, металл-комплексті және басқа да көптеген қосылыстар үшін де солай. Бұл заттарды оқшаулау немесе бағалы өнімдерді алу үшін оларды жеке каталитикалық түрлендіруге ұшырату өте маңызды болар еді. Мысал ретінде мұнай мен қазандық отынының құрамындағы күкірт қосылыстарының каталитикалық тотығуы кезінде түзілетін сульфоксидтер мен сульфондар сияқты құрамында күкірті бар экстрагенттерді өндіруді келтіруге болады. Катализдің бұл жолы мұнай өңдеудің тиімділігін айтарлықтай арттыратыны сөзсіз.
Қазір біз бастан кешіп жатқан өнеркәсіптің қарқынды өсуі жаңа химиялық технологияларды дамытпай мүмкін болмас еді. Көбінесе бұл прогресс катализаторларды кеңінен қолданумен анықталады, олардың көмегімен төмен сұрыпты шикізат жоғары құнды өнімге айналады. Бейнелеп айтқанда, катализатор- бұл қазіргі алхимиктің философиялық тасы, тек ол қорғасынды алтынға емес, шикізатты дәрі-дәрмекке, пластмассаға, химиялық заттарға, отынға, тыңайтқыштарға және басқа да пайдалы өнімдерге айналдырады. Мүмкін, ең бірінші каталитикалық процессадамның пайдалануды үйренгені - ашыту. Алкогольді сусындарды дайындаудың рецепттері шумерлерге біздің эрамызға дейінгі 3500 жылы белгілі болды. WINE қараңыз; СЫРА.
Катализді практикалық қолданудағы маңызды кезеңболды маргарин өндірісіөсімдік майын каталитикалық гидрлеу. Бұл реакция алғаш рет өнеркәсіптік ауқымда шамамен 1900 жылы жүргізілді. Ал 1920 жылдардан бастап каталитикалық әдістерді алу жаңа органикалық материалдарәсіресе пластмассалар. Олефиндердің, нитрилдердің, күрделі эфирлердің, қышқылдардың және т.б. каталитикалық өндірісі негізгі сәт болды. - пластмассадан жасалған химиялық «құрылысқа» арналған «кірпіш». Каталитикалық процестерді өнеркәсіптік қолданудың үшінші толқыны 1930 жылдарға жатады және мұнай өңдеумен байланысты. Көлемі бойынша бұл өндіріс көп ұзамай қалғандарының барлығын артта қалдырды. Мұнай өңдеу бірнеше каталитикалық процестерден тұрады:
крекинг,
реформалау,
Гидросульфонация,
Гидрокрекинг,
изомерлену,
Полимерлену
Алкилдену.
Ақыр соңында, төртінші толқынкатализді қолдануда қоршаған ортаны қорғаумен байланысты. Бұл саладағы ең танымал жетістік автокөліктің пайдаланылған газдары үшін каталитикалық түрлендіргішті құру. 1975 жылдан бері автокөліктерге орнатылған каталитикалық түрлендіргіштер ауаның сапасын жақсартуда үлкен рөл атқарды және осылайша көптеген адамдардың өмірін сақтап қалды.
Он шақты Нобель сыйлығы катализ және онымен байланысты салалардағы жұмысы үшін берілді. О практикалық маңызыкаталитикалық процестер үлесінің болуымен дәлелденеді азотөнеркәсіптік жолмен алынған құрамында азот бар қосылыстардың бөлігі болып табылатын , құрамдас бөлігі болып табылатын жалпы азоттың жартысына жуығын құрайды. азық-түлік өнімдері. Табиғи жолмен алынатын азот қосылыстарының мөлшері шектеулі, сондықтан тағамдық ақуыздың өндірілуі топыраққа тыңайтқыштармен берілген азоттың мөлшеріне байланысты. Онсыз адамзаттың жартысын да тамақтандыру мүмкін емес еді синтетикалық аммиак, ол тек дерлік каталитик арқылы өндіріледі Хабер-Бош процесі. Катализаторлардың қолданылу аясы үнемі кеңеюде. Бұл да маңызды катализ бұрын жасалған технологиялардың тиімділігін айтарлықтай арттыра алады. Мысал ретінде пайдалану арқылы каталитикалық крекингті жақсарту болып табылады цеолиттер.
Гидрогенизация.Каталитикалық реакциялардың үлкен саны сутегі атомының және кейбір басқа молекуланың активтенуімен байланысты, олардың химиялық әрекеттесуіне әкеледі. Бұл процесс гидрогенизация деп аталады және мұнай өңдеудің және көмірден сұйық отын алудың көптеген кезеңдерінің негізінде жатыр ( Бергиус процесі). Көмірден авиациялық бензин мен мотор отынын өндіру Германияда Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде дамыды, өйткені бұл елде жоқ. мұнай кен орындары. Бергиус процесі – көміртегіге сутектің тікелей қосылуы. Көмір сутегінің қатысуымен қысыммен қызады және сұйық өнім алынады, содан кейін ол авиациялық бензинге өңделеді және мотор отыны. Катализатор ретінде темір оксиді, сондай-ақ қалайы мен молибден негізіндегі катализаторлар қолданылады. Соғыс кезінде Германияның 12 зауытында Бергиус процесі арқылы күніне шамамен 1400 тонна сұйық отын алынды. Басқа процесі, Фишер-Тропш, екі кезеңнен тұрады. Біріншіден, көмір газдандырылады, яғни. оның су буы және оттегімен реакциясын жүргізіп, сутегі мен көміртегі оксидтерінің қоспасын алады. Бұл қоспа құрамында темір немесе кобальт бар катализаторлар арқылы сұйық отынға айналады. Соғыстың аяқталуымен Германияда көмірден синтетикалық отын өндіру тоқтатылды. 1973–1974 жылдардағы мұнай эмбаргосынан кейін мұнай бағасының өсуі нәтижесінде көмірден бензин алудың экономикалық тиімді әдісін әзірлеуге күш салынды. Осылайша, көмірді тікелей сұйылтуды көмір алдымен салыстырмалы түрде төмен, содан кейін жоғары температурада глинозем-кобальт-молибден катализаторымен жанасатын екі сатылы процесті қолдану арқылы тиімдірек жүзеге асыруға болады. Мұндай синтетикалық бензиннің құны мұнайдан алынатын бензиннен жоғары.
Аммиак.Химиялық тұрғыдан алғанда қарапайым гидрлеу процестерінің бірі сутегі мен азоттан аммиак синтезі болып табылады. Азот - өте инертті зат. Оның молекуласындағы N-N байланысын үзу үшін 200 ккал/моль ретті энергия қажет. Дегенмен, азот атомдық күйде темір катализаторының бетімен байланысады және бұл үшін небәрі 20 ккал/моль қажет. Сутегі темірмен оңайырақ байланысады. Аммиак синтезі келесідей жүреді:
Бұл мысал көрсетеді катализатордың тура және кері реакцияларды бірдей жылдамдату қабілеті, яғни. бұл факт катализатор химиялық реакцияның тепе-теңдік жағдайын өзгертпейді.
Өсімдік майын гидрогенизациялау. Тәжірибедегі маңызды гидрлеу реакцияларының бірі өсімдік майларының маргаринге, ас майына және басқа да тағам өнімдеріне толық емес гидрленуі болып табылады. Өсімдік майларысоя, мақта тұқымдары және басқа да дақылдардан алынады. Олардың құрамында күрделі эфирлер, атап айтқанда триглицеридтер бар май қышқылдарыәртүрлі қанықтылық дәрежесімен. Олеин қышқылы CH 3 (CH 2) 7 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH бір қос байланысы бар C \u003d C, линол қышқылында екі және линолен қышқылында үш. Бұл байланысты үзу үшін сутегінің қосылуы майлардың тотығуына (қышқылдық) жол бермейді. Бұл олардың балқу температурасын арттырады. Алынған өнімдердің көпшілігінің қаттылығы гидрлеу дәрежесіне байланысты. Гидрогенизация субстратқа немесе никельге жиналған майда дисперсті никель ұнтағының қатысуымен жүзеге асырылады. Рэни катализаторыжоғары тазартылған сутегі атмосферасында.
Сусыздандыру.Дегидрлеу де өнеркәсіптік маңызды каталитикалық реакция болып табылады, бірақ оны қолдану ауқымы салыстырмалы түрде аз. Оның көмегімен, мысалы, маңызды мономер стирол алынады. Ол үшін этилбензолды темір оксиді бар катализатордың қатысуымен дегидрогенизациялайды; калий және кейбір құрылымдық тұрақтандырғыштар да реакцияға ықпал етеді. AT өнеркәсіптік масштабпропанның, бутанның және басқа алкандардың дегидрленуін жүзеге асырады. Алюминий-хром катализаторының қатысуымен бутанды дегидрлеуден бутендер мен бутадиен түзіледі.
қышқылдық катализ.Катализаторлардың үлкен класының каталитикалық белсенділігі олардың қышқылдық қасиеттеріне байланысты. Сәйкес И.Бронстед және Т.ЛоуриҚышқыл - бұл протонды бере алатын қосылыс. Күшті қышқылдар өздерінің протондарын негіздерге оңай береді. Жұмыстарда қышқылдық ұғымы одан әрі дамытылды Г.Льюис, ол қышқылды донорлық заттан электрон жұбын осы электрон жұбының әлеуметтенуіне байланысты коваленттік байланыс түзе отырып қабылдауға қабілетті зат ретінде анықтады.
Бұл идеялар карбений иондарының түзілу реакциялары туралы идеялармен бірге түсінуге көмектесті әртүрлі каталитикалық реакциялардың механизмі, әсіресе көмірсутектерді қамтитындар. Қышқылдың күшін протон қосылғанда түсін өзгертетін негіздер жиынтығы арқылы анықтауға болады. Кейбір өнеркәсіптік маңызды катализаторлар өте күшті қышқылдар сияқты әрекет етеді екен. Оларға катализатор кіреді Фридель-Қолөнер процесі, мысалы, HCl–AlCl 2 O 3 (немесе HAlCl 4) және алюмосиликаттар. Қышқылдың күші- бұл өте маңызды сипаттама, өйткені қышқылдық катализ процесінің негізгі кезеңі болып табылатын протонация жылдамдығы осыған байланысты. Мұнай крекингінде қолданылатын алюмосиликаттар сияқты катализаторлардың белсенділігі олардың бетінде Бронстед және Льюис қышқылдарының болуымен анықталады. Олардың құрылымы кремний диоксиді (кремний диоксиді) құрылымына ұқсас, онда Si 4+ атомдарының бір бөлігі Al 3+ атомдарымен ауыстырылады. Бұл жағдайда пайда болатын артық теріс зарядты сәйкес катиондар арқылы бейтараптандыруға болады. Егер катиондар протондар болса, алюмосиликат өзін-өзі ұстайды Бронст қышқылы:
Қышқылдық катализаторлардың белсенділігі шарттыаралық зат ретінде карбений ионын түзу үшін олардың көмірсутектермен әрекеттесу қабілеті. Алкилкарбений иондарының құрамында үш алкил тобымен және/немесе сутегі атомдарымен байланысқан оң зарядталған көміртек атомы болады. Олар ойнап жатыр маңызды рөлорганикалық қосылыстар қатысатын көптеген реакцияларда түзілетін аралық өнімдер ретінде. Қышқылдық катализаторлардың әсер ету механизмі HCl–AlCl 3 немесе Pt–Cl–Al 2 O 3 қатысуымен n-бутанның изобутанға изомерлену реакциясының мысалы арқылы көрсетуге болады. Біріншіден, C 4 H 8 олефиннің аз мөлшері қышқыл катализаторының оң зарядты сутегі ионын қосып, үшінші карбений ионын түзеді. Содан кейін теріс зарядталған гидрид ионы H - изобутан және екінші бутилкарбений ионының түзілуімен n-бутаннан бөлінеді. Соңғысы қайта реттелу нәтижесінде үшінші карбений ионына айналады. Бұл тізбек келесі n-бутан молекуласынан гидрид ионының жойылуымен және т.б. жалғасуы мүмкін:
Айтарлықтай, үшінші реттік карбений иондары бастапқы немесе қайталама иондарға қарағанда тұрақты. Нәтижесінде олар негізінен катализатор бетінде болады, сондықтан бутан изомерленуінің негізгі өнімі изобутан болып табылады. Қышқылдық катализаторлармұнай өңдеуде кеңінен қолданылады – крекинг, алкилдеу, полимерлеу және көмірсутектерді изомерлеу (сонымен қатар МҰНАЙДЫ ӨҢДЕУДІҢ ХИМИЯСЫ ЖӘНЕ ӘДІСТЕРІН қараңыз).
Орнатылған карбений иондарының әсер ету механизмібұл процестерде катализатор рөлін атқарады. Бұл ретте олар үлкендерін бөлу арқылы кіші молекулалардың түзілуі, молекулалардың қосылысы (олефинмен олефин немесе изопарафинмен олефин), изомерлену жолымен құрылымдық қайта құрылуы, парафиндер мен ароматты көмірсутектердің түзілуі сияқты бірқатар реакцияларға қатысады. сутегінің тасымалдануы арқылы. Қышқылдық катализдің соңғы өнеркәсіптік қолдануларының бірі изобутиленге немесе изоамиленге спирттер қосу арқылы қорғасынды отын алу болып табылады. Бензинге оттегі бар қосылыстарды қосу пайдаланылған газдардағы көміртегі тотығының концентрациясын төмендетеді. Араластырғыш октандық рейтингі 109 болатын метил үшіншілік бутил эфирі (MTBE) сонымен қатар бензинге тетраэтил қорғасынды енгізбестен жоғары сығымдалған автомобиль қозғалтқышын іске қосу үшін қажетті жоғары октанды отынды алуға мүмкіндік береді. Октан саны 102 және 111 болатын жанармай өндірісі де жолға қойылған.
негізгі катализ.Катализатор белсенділігі шарттыолардың негізгі қасиеттері. Ұзақ және жақсы атақты мысалкатализаторлар осындай натрий гидроксиді, сабын өндірісінде майларды гидролиздеу немесе сабындау үшін қолданылады және біреуі соңғы мысалдар– полиуретанды пластмассалар мен көбік өндірісінде қолданылатын катализаторлар. Уретан спирттің изоцианатпен әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі және бұл реакция негіздік аминдердің қатысуымен жылдамдайды. Реакция кезінде негіз изоцианат молекуласындағы көміртегі атомына бекітіледі, соның нәтижесінде азот атомында теріс заряд пайда болып, оның спиртке қатысты белсенділігі артады. Әсіресе тиімді катализатор триэтилендиамин болып табылады. Полиуретанды пластмассаларды диизоцианаттарды полиолдармен (полиалкогольдермен) әрекеттестіру арқылы алады. Изоцианат сумен әрекеттескенде, бұрын пайда болған уретан СО 2 бөліп шығару үшін ыдырайды. Полиалкогольдер мен судың қоспасы диизоцианаттармен әрекеттескенде, алынған полиуретанды көбік газ тәрізді СО 2-мен көбіктенеді.
Екі әрекетті катализаторлар. Бұл катализаторлар реакциялардың екі түрін жылдамдатады және реагенттерді әрқайсысында катализатордың бір ғана түрі бар екі реактор арқылы тізбектей өткізгеннен жақсы нәтиже береді. Бұл осыған байланысты қос әрекетті катализатордың белсенді учаскелері бір-біріне өте жақын, ал олардың бірінде түзілген аралық өнім екіншісінде бірден соңғы өнімге айналады. Сутекті активтендіретін катализаторды көмірсутек изомерленуін көтермелейтін катализатормен біріктіру жақсы нәтиже береді. Сутегінің активтенуікейбір металдарды, ал көмірсутектердің изомерленуін – қышқылдарды жүзеге асырады. Нафтаны бензинге айналдыру үшін мұнай өңдеуде қолданылатын тиімді қос әрекетті катализатор болып табылады. қышқыл алюминий оксидіне тұндырылған майда дисперсті платина. сияқты нафтаның компоненттерін түрлендіру метилциклопентан (ICP), бензолға ену бензиннің октан санын арттырады. Бірінші ICPкатализатордың платина бөлігінде көміртек магистральдары бірдей олефинге дейін дегидрогендейді; содан кейін олефин катализатордың қышқыл бөлігіне өтеді, онда циклогексенге изомерленеді. Соңғысы платина бөлігіне өтіп, бензол мен сутегіге дегидрогенденеді. Қос әрекетті катализаторлар мұнайдың риформингін айтарлықтай жылдамдатады. Олар қалыпты парафиндерді изопарафиндерге изомерлеу үшін қолданылады. Соңғысы бензин фракцияларымен бірдей температурада қайнайды, олар түзу көмірсутектермен салыстырғанда октан саны жоғары болғандықтан құнды. Сонымен қатар, n-бутанның изобутанға айналуы МТБЕ өндірісіне ықпал ете отырып, дегидрлеумен бірге жүреді.
Стереоспецификалық полимерлену. Катализ тарихындағы маңызды кезең а-олефиндердің стереорегулярлы полимерлердің түзілуімен каталитикалық полимерленуінің ашылуы болды. Стереоспецификалық полимерлеу катализаторларын К.Циглер өзі алған полимерлердің әдеттен тыс қасиеттерін түсіндіруге тырысқанда ашты. Басқа химик Дж.Натта Циглер полимерлерінің бірегейлігі олардың стереорегуляциясымен анықталады деген болжам айтты. Рентгендік дифракциялық тәжірибелер Циглер катализаторларының қатысуымен пропиленнен дайындалған полимерлер жоғары кристалды және шын мәнінде стереорегуляциялық құрылымға ие екенін көрсетті. Натта осындай реттелген құрылымдарды сипаттау үшін «изотактикалық» және «синдиотактикалық» терминдерін енгізді. Тәртіп болмаған жағдайда «атактикалық» термині қолданылады:
Стереоспецификалық реакция бетінде пайда боладыішінара тотыққан күйде IVA-VIII топтарының өтпелі металдары (мысалы, Ti, V, Cr, Zr) бар қатты катализаторлар және құрамында көміртегі немесе сутегі бар кез келген қосылыс, олар I-III топтағы металмен байланысты. Мұндай катализатордың классикалық мысалы ретінде гептандағы TiCl 4 және Al(C 2 H 5) 3 әрекеттесуі кезінде пайда болатын тұнбаны келтіруге болады, онда титан үш валентті күйге дейін тотықсызданады. Бұл өте белсенді жүйе қалыпты температура мен қысымда пропиленнің полимерленуін катализдейді.
каталитикалық тотығу.Тотығу процестерінің химиясын басқару үшін катализаторларды қолдану үлкен ғылыми және практикалық құндылығы. Кейбір жағдайларда тотығу толық болуы керек, мысалы, автомобильдің пайдаланылған газдарындағы СО және көмірсутекті ластаушы заттарды бейтараптандыру кезінде. Көбінесе, мысалы, көмірсутектерді құрамында осындай заттар бар құнды аралық өнімдерге айналдыру үшін өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын көптеген процестерде тотығудың толық емес болғаны жөн. функционалдық топтар, -CHO, -COOH, -C-CO, -CN ретінде. Бұл жағдайда біртекті де, гетерогенді де катализаторлар қолданылады. Біртекті катализатордың мысалы ретінде параксилолды терефтал қышқылына дейін тотықтыру үшін қолданылатын өтпелі металл кешенін келтіруге болады, оның күрделі эфирлері полиэфир талшықтарын алу үшін негіз болып табылады.
Гетерогенді тотығу катализаторлары.Бұл катализаторлар әдетте күрделі қатты оксидтер болып табылады. Каталитикалық тотығу екі кезеңде жүреді. Біріншіден, оксидті оттегі оксид бетінде адсорбцияланған көмірсутек молекуласымен ұсталады. Көмірсутек тотығады, ал оксид тотықсызданады. Тотықсызданған оксид оттегімен әрекеттеседі және бастапқы күйіне оралады. Ванадий катализаторын пайдаланып, нафталинді немесе бутанды жартылай тотықтыру арқылы фтал ангидридін алады.
Метан дегидродимеризациясы арқылы этилен алу. Дегидродимеризация арқылы этиленнің синтезі табиғи газды оңай тасымалданатын көмірсутектерге айналдыруға мүмкіндік береді. реакция
2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2H 2 O
әртүрлі катализаторларды қолдану арқылы 850 °C температурада жүзеге асырылады; ең жақсы нәтижелер Li-MgO катализаторымен алынады. Болжам бойынша, реакция метан молекуласынан сутегі атомын бөлу арқылы метил радикалының түзілуі арқылы жүреді. Бөліну толық емес тотықсызданған оттегі арқылы жүзеге асады, мысалы, O 2 2–. Метил радикалдары газ фазасыэтан молекуласын түзу үшін рекомбинацияланады және кейінгі дегидрлеу кезінде этиленге айналады. Толық емес тотығудың тағы бір мысалы - күміс немесе темір-молибден катализаторының қатысуымен метанолдың формальдегидке айналуы.
Цеолиттер.Цеолиттер құрайды гетерогенді катализаторлардың ерекше класы. Бұл ұяшықты құрылымды реттелген алюмосиликаттар, олардың жасуша өлшемі көптеген органикалық молекулалардың өлшемдерімен салыстырылады. Оларды да атайды молекулалық електер. Ең үлкен қызығушылық цеолиттер болып табылады, олардың кеуектері 8-12 оттегі ионынан тұратын сақиналардан тұрады (2-сурет). Кейде кеуектер ZSM-5 цеолитіндегідей (3-сурет) қабаттасады, ол метанолды бензин фракциясының көмірсутектеріне жоғары спецификалық түрлендіру үшін қолданылады. Бензиннің құрамында бар елеулі мөлшерлерхош иісті көмірсутектер, сондықтан жоғары октан саны бар. Мысалы, Жаңа Зеландияда тұтынылатын барлық бензиннің үштен бірі осы технология арқылы алынады. Метанол импорттық метаннан алынады.
2-сурет - Үлкен және кіші кеуектері бар цеолиттердің құрылымы.
3-сурет - цеолит ZSM-5. Қиылысатын түтіктер түріндегі құрылымның схемалық көрінісі.
Y-цеолиттер тобын құрайтын катализаторлар, ең алдымен, олардың әдеттен тыс қышқылдық қасиеттеріне байланысты каталитикалық крекингтің тиімділігін айтарлықтай арттырады. Алюмосиликаттарды цеолиттермен алмастыру бензиннің шығымдылығын 20%-дан астам арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, цеолиттер реакцияға түсетін молекулалардың өлшеміне қатысты селективті. Олардың селективтілігі тек белгілі бір өлшемдер мен пішіндегі молекулалар өтетін тесіктердің көлеміне байланысты. Бұл бастапқы материалдарға да, реакция өнімдеріне де қатысты. Мысалы, стерикалық шектеулерге байланысты пара-ксилол үлкенірек орто және мета изомерлеріне қарағанда оңай түзіледі. Соңғылары цеолиттің кеуектерінде «құлыпталған» (4-сурет).
4-сурет – Реагенттерге (а) және өнімдерге (b) қатысты цеолиттердің селективтілігін түсіндіретін схема.
Цеолиттерді пайдалану кейбір өнеркәсіптік технологияларда нақты революция жасады - депарафинизациягазойль және мотор майы, ароматты алкилдеу, ксилол изомерлеу, толуолды диспропорциялау және мұнайды каталитикалық крекинг арқылы пластмасса алу үшін химиялық аралық өнімдер алу. Мұнда әсіресе цеолит ZSM-5 тиімді.
Мұнай өнімдерін деарафинизациялау- мұнай өнімдерінен (дизельдік отындар, майлар) парафин мен церезин алу, соның нәтижесінде олардың сапасы жақсарады, атап айтқанда құю температурасы төмендейді.
Парафин(неміс парафин, лат. Parum - аз және affinis - байланысты), қаныққан көмірсутектердің C 18 -C 35 қоспасы, басым. мольмен қалыпты құрылым. м 300-400; t pl. бар түссіз кристалдар. \u003d 45–65 o C, тығыздығы 0,880–0,915 г / см 3 (15 o C).
Церезин(лат. cera – балауыз), озокеритті тазартудан кейін алынған қатты көмірсутектердің (негізінен алкилцикландар мен алкандар) қоспасы. Тығыздығы, түсі (ақтан қоңырға дейін), балқу температурасы (65-88 ° C) және тұтқырлығы бойынша церезин балауызға ұқсас.
Катализаторлар және қоршаған ортаны қорғау.Ауаның ластануын азайту үшін катализаторларды қолдану 1940 жылдардың аяғында басталды. 1952 жылы А.Хаген-Смит пайдаланылған газдардың құрамына кіретін көмірсутектер мен азот оксидтері жарықпен әрекеттесіп, көзді тітіркендіретін және басқа да жағымсыз әсерлер беретін тотықтырғыштарды (атап айтқанда, озон) түзетінін анықтады. Шамамен сол уақытта Ю.Гудри СО және көмірсутектерді СО 2 және Н 2 O тотықтыру арқылы пайдаланылған газдарды каталитикалық тазарту әдісін жасады. 1970 жылы «Таза ауа» декларациясы тұжырымдалды (1977 жылы қайта қаралды, 1990 жылы кеңейтілді), оған сәйкес 1975 жылғы үлгілерден бастап барлық жаңа автомобильдер пайдаланылған газды каталитикалық түрлендіргіштермен жабдықталуы керек. Пайдаланылған газдардың құрамы үшін нормалар белгіленді. Бензиннің улану катализаторларына қорғасын қосылыстары қосылғандықтан, оны кезең-кезеңімен тоқтату бағдарламасы қабылданды. Азот оксидтерінің мөлшерін азайту қажеттілігіне де назар аударылды. Катализаторлар арнайы автомобиль түрлендіргіштері үшін жасалған, оларда белсенді ингредиенттерұяшықты құрылымы бар керамикалық субстратқа қойылады, оның жасушалары арқылы пайдаланылған газдар өтеді. Субстрат металл оксидінің жұқа қабатымен жабылған, мысалы, Al2O3, оған катализатор қолданылады - платина, палладий немесе родий. Жылу электр станцияларында табиғи отынды жағу кезінде түзілетін азот оксидтерінің мөлшерін түтін газдарына аз мөлшерде аммиак қосып, титан-ванадий катализаторынан өткізу арқылы азайтуға болады.
Ферменттер.Ферменттер тірі жасушадағы биохимиялық процестерді реттейтін табиғи катализаторлар. Олар энергия алмасу процестеріне, қоректік заттардың ыдырауына, биосинтез реакцияларына қатысады. Көптеген күрделі органикалық реакциялар оларсыз жүре алмайды. Ферменттер кәдімгі температура мен қысымда жұмыс істейді, өте жоғары селективтілікке ие және реакция жылдамдығын сегіз реттік деңгейге арттыруға қабілетті. Осы артықшылықтарға қарамастан, 15000 белгілі ферменттердің 20-ға жуығы ғана кең ауқымда қолданылады. Адам мыңдаған жылдар бойы ферменттерді нан пісіру, алкогольдік сусындар, ірімшік және сірке суын өндіру үшін пайдаланады. Қазір ферменттер өнеркәсіпте де қолданылады: қантты өңдеуде, синтетикалық антибиотиктер, амин қышқылдары мен ақуыздарды өндіруде. Жуғыш заттарға гидролиз процестерін жеделдететін протеолитикалық ферменттер қосылады. Clostridium acetobutylicum бактерияларының көмегімен Х.Вейцман крахмалдың ацетон мен бутил спиртіне ферменттік айналуын жүзеге асырды. Ацетон алудың бұл әдісі бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде Англияда кеңінен қолданылды, ал екінші дүниежүзілік соғыс кезінде КСРО-да оның көмегімен бутадиен каучук жасалды. Пенициллинді, сондай-ақ стрептомицин мен В12 витаминін синтездеу үшін микроорганизмдер шығаратын ферменттерді қолдану ерекше үлкен рөл атқарды. Автокөлік отыны ретінде ферментативті жолмен өндірілген этил спирті кеңінен қолданылады. Бразилияда шамамен 10 миллион автокөліктің үштен бірінен астамы қант қамысынан алынған 96% этил спиртімен, ал қалғандары бензин мен этил спиртінің (20%) қоспасында жұмыс істейді. Бензин мен спирт қоспасы болып табылатын отынды өндіру технологиясы АҚШ-та жақсы дамыған. 1987 жылы жүгері дәнінен шамамен 4 миллиард литр алкоголь алынды, оның шамамен 3,2 миллиард литрі отын ретінде пайдаланылды. Әртүрлі қолданбалар деп аталатындар да кездеседі. иммобилизацияланған ферменттер. Бұл ферменттер силикагель сияқты қатты тасымалдаушымен байланысты, оның үстіне реагенттер өтеді. Бұл әдістің артықшылығы субстраттардың ферментпен тиімді байланысын, өнімдердің бөлінуін және ферменттің сақталуын қамтамасыз етеді. Иммобилизацияланған ферменттерді өнеркәсіпте қолданудың бір мысалы - D-глюкозаның фруктозаға изомерленуі.
Әдебиет
1. Гейтс Б.К. Каталитикалық процестердің химиясы. М., 1981 ж
2. Боресков Г.К. Катализ. Теория және практика сұрақтары. Новосибирск, 1987 ж
3. Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В. Катализдің жаңа жалпы теориясы. Л., 1991 ж
4. Токабе К. Катализаторлар және каталитикалық процестер. М., 1993 ж
5. Коллиер энциклопедиясы. - ашық қоғам. 2000.
Крекинг процесінде негізінен алюминий мен кремнийден тұратын катализаторлардың екі түрі қолданылады. Олардың бірі кремний мен алюминийдің Al2O9 15-30% қатынасында алюминийдің жасанды қосылыстарымен ұсынылған. Рокемор мен Стрикленд мұнай крекингінен алынған фракциялардың құрамы катализаторлардағы Al2O3 мөлшеріне байланысты әртүрлі болуы мүмкін екенін көрсетті. Катализаторлардың басқа түрлері белгілі бір саздардан алынады; мұндай катализаторларда Al2O3 мөлшері де айнымалы болады. Сұйық және түйіршікті катализаторлар синтетикалық жолмен де, табиғи саздар есебінен де алынады. Милликан және т.б. мәліметтері бойынша 1952 жылы саз катализаторының өндірісі барлық катализатор өндірісінің шамамен 40% құрады.
Катализаторларға қойылатын салалық талаптарды тек жалпы түрде сипаттауға болады, өйткені әрбір жеке өндірісте олар шикізаттың табиғатына, фракциялау өнімдерінің қажетті құрамына және өндірістік сипаттамаларыөңдеу блогы. Катализатор қамтамасыз етуі керек белгілі бір деңгеймұнай өңдеу және қанағаттанарлық құрамдағы өнімдерді алу, яғни катализатор бензиннің тиісті мөлшерін қамтамасыз етуі керек. Жоғары сапа, кейбір газдар, әсіресе қалпына келтіру процестерінде немесе химияда пайдалану үшін ең қолайлы газдар, және, мүмкін, кокстың аз мөлшері. Әдетте, крекинг кезінде ең жоғары октандық рейтингі бар бензинді алған жөн. Дегенмен, кейде бензиннің шығуы белгілі бір мәннен аспауы керек, өйткені әйтпесе белгілі бір өңдеу зауытымен байланысты өндірістік қиындықтар туындауы мүмкін. Осы түрдегі және жағдайдағы экономикалық факторлар нарықтық бағаларгаздың қажетті құрамы мен шығымын анықтай алады.
Тозуға қарсы тұру үшін катализаторлардың қаттылығы жоғары болуы керек өндірістік процесс, және процесте пайда болатын температура мен бу қысымындағы тұрақтылық, осылайша олардың каталитикалық белсенділігі күндер немесе айлар бойы ұзақ уақыт сақталады. Сонымен қатар, катализаторлар «улануға» төзімді болуы керек, яғни шикізат күкіртпен ластанған кезде каталитикалық белсенділігін сақтауы керек, ол катализатормен әрекеттеседі, бұл оның каталитикалық белсенділігінің төмендеуіне және сандық құрамының өзгеруіне әкеледі. крекинг өнімдерінен.
Жоғарыда айтылғандардан көрініп тұрғандай, катализатордың сапасына қандай да бір жалпы баға беру өте қиын. Катализатордың сапасын тікелей бағалаудың біршама қарапайым әдістері бар [мысалы, каталитикалық белсенділікті анықтау (Кат. А. сынақтары)]; дегенмен, мұндай катализаторларға қызығушылық танытатын әрбір зертхана әдетте оларды өз әдістемесі бойынша бағалайды. Катализатордың сапасын тікелей анықтау оның ірі тәжірибелік зауытта немесе зауыттық ортада қолдануға жарамдылығын көрсетеді, бұл берілген катализатордың өнеркәсіптік пайдалану үшін қаншалықты қолайлы екенін түпкілікті анықтаудың жалғыз жолы. Бұл сазды катализатор өндірісінің шикізаты ретінде бағалау қиын мәселе екені анық.
Жақында Стоун және Разе дифференциалды термиялық талдауды кейбір катализаторлардың сапасын бағалау әдісі ретінде қолдануға болатындығын көрсетті; бұл әдіс катализаторлардың жылулық реакцияларының қарқындылығын анықтаудан тұрады әртүрлі температураларсу буының, сутегінің және газ тәрізді орган-азот қосылыстарының адсорбциясы кезінде.