रासायनिक आणि तेल शुद्धीकरण उद्योगांमध्ये उत्प्रेरकाचा वापर. उद्योगात उत्प्रेरकांचा वापर रासायनिक उद्योगातील उत्प्रेरकांचे प्रकार

उद्योगाची झपाट्याने वाढ, जी आपण आता पाहत आहोत, ती नवीन रासायनिक तांत्रिक प्रक्रियांचा विकास आणि उदय झाल्याशिवाय शक्य होणार नाही. मोठ्या प्रमाणात, उत्प्रेरकांच्या व्यापक वापरामुळे प्रगती सुलभ होते, तेच कमी-दर्जाच्या कच्च्या मालाला उच्च-दर्जाच्या उत्पादनांमध्ये बदलण्यास मदत करतात. तत्त्वज्ञानाच्या दगडाशी तुलना केली जाऊ शकते, ज्याचा विश्वास होता की काही धातू सोन्यामध्ये बदलतात. परंतु केवळ उत्प्रेरक कच्चा माल विविध बनवतात औषधे, प्लास्टिकमध्ये, रसायनांमध्ये, इंधनात, उपयुक्त आणि आवश्यक खते आणि इतर उपयुक्तता.

उत्प्रेरकांच्या व्यावहारिक वापरासाठी एक महत्त्वपूर्ण घटना म्हणजे वनस्पती तेलांच्या उत्प्रेरक हायड्रोजनेशनद्वारे मार्जरीन उत्पादनाची सुरुवात. हे प्रथम 20 व्या शतकाच्या अगदी सुरूवातीस केले गेले आणि आधीच विसाव्या दशकात, शास्त्रज्ञांनी नवीन सेंद्रिय सामग्री मिळविण्यासाठी उत्प्रेरक पद्धती विकसित केल्या. ओलेफिन, नायट्रिल्स, एस्टर, ऍसिड हे प्लास्टिकच्या उत्पादनासाठी एक प्रकारचे "बिल्डिंग ब्लॉक्स" बनले आहेत.

पुढची लाट, जेव्हा त्यांनी औद्योगिक उत्प्रेरक वापरण्यास सुरुवात केली, ते तेल शुद्धीकरण होते.

लवकरच, या उद्योगात उत्प्रेरक अपरिहार्य होते, कारण ही उपकरणे प्रक्रियेच्या सर्व टप्प्यांवर वापरली जातात, जसे की:

• क्रॅकिंग
• सुधारणा करणे
• हायड्रोसल्फोनेशन
• हायड्रोक्रॅकिंग
• आयसोमरायझेशन
• पॉलिमरायझेशन
• अल्किलेशन

अलिकडच्या वर्षांत, उत्प्रेरकांचा संरक्षण क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे वातावरण. आम्हाला पर्यावरण वाचवण्यास मदत करणारे सर्वात प्रसिद्ध उपकरण म्हणजे कारमधील एक्झॉस्ट गॅस उत्प्रेरक.

न्यूट्रलायझर्सच्या वापराचे क्षेत्र सतत विस्तारत आहे, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया पूर्वी विकसित तंत्रज्ञान सुधारणे शक्य करते. उदाहरणार्थ, जिओलाइट्सच्या वापराद्वारे उत्प्रेरक क्रॅकिंग सुधारले गेले आहे.

हायड्रोजनेशन

मूलतः, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया या वस्तुस्थितीशी संबंधित आहेत की हायड्रोजन अणू काही इतर रेणूसह सक्रिय होतो, ज्यामुळे रासायनिक परस्परसंवाद होतात. या प्रक्रियेला हायड्रोजनेशन म्हणतात आणि तेच तेल शुद्धीकरणाच्या अनेक टप्प्यांसाठी तसेच कोळशापासून द्रव इंधनाच्या निर्मितीसाठी आधार आहे. युद्धादरम्यान, जर्मनीमध्ये कोळशापासून विमानासाठी गॅसोलीन आणि कारसाठी इंधन तयार करण्यासाठी हायड्रोजनेशन प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणावर वापरली गेली, कारण जर्मनीमध्ये तेल नाही.

भाजीपाला खाद्य तेलांचे हायड्रोजनेशन

मध्ये उत्प्रेरकांचा आणखी एक उपयुक्त अनुप्रयोग खादय क्षेत्र- वनस्पती तेलाचे मार्जरीन, स्वयंपाक तेल, इतर खाद्यपदार्थांमध्ये हायड्रोजनेशन. या प्रकरणात, उत्प्रेरक किंवा सब्सट्रेटवर बारीक निकेल पावडर लावली जाते.

निर्जलीकरण

कॅटॅलिसिसची ही रासायनिक प्रतिक्रिया हायड्रोजनेशनपेक्षा कमी वेळा वापरली जाते, परंतु, तरीही, हे देखील महत्त्वाचे आहे, ते स्टायरीन, प्रोपेन, ब्यूटेन, ब्युटेन मिळविण्यास मदत करते.

ऍसिड उत्प्रेरक

बहुतेक उत्प्रेरकांची क्रिया त्यांच्या अम्लीय गुणधर्मांद्वारे निर्धारित केली जाते आणि त्यावर अवलंबून असते. हे अम्लीय औद्योगिक उत्प्रेरक आहेत जे बहुतेक प्रकरणांमध्ये पॅराफिन आणि सुगंधी हायड्रोकार्बन्स तयार करण्यासाठी तेल शुद्धीकरणात वापरले जातात. औद्योगिक उत्प्रेरकांच्या वापरातील नवीनतम म्हणजे लीड इंधन, तसेच उच्च-ऑक्टेन प्रकारच्या गॅसोलीनचे उत्पादन.

असे म्हटले पाहिजे की औद्योगिक उत्प्रेरकांचे अद्याप कोणतेही एकीकृत कॅटलॉगिंग नाही.

सर्व काही अनुभवातून येते. उत्प्रेरकांचे वर्गीकरण खालील पॅरामीटर्सच्या आधारे केले जाते:

• उत्प्रेरक प्रतिक्रिया प्रकार
• क्रियाशील पदार्थाचे स्वरूप
• उत्प्रेरक प्रक्रिया गट

सर्वात व्यापक पर्याय म्हणजे तंतोतंत तिसरा, कारण तोच आधुनिक उद्योग - पेट्रोकेमिकल, रासायनिक, तेल शुद्धीकरणावर सर्वाधिक केंद्रित आहे.

त्यांच्या संरचनेनुसार, उत्प्रेरक 1) मध्ये उपविभाजित आहेत) सुधारित; 2) मिश्रित आणि 3) माध्यमांवर.

1) सुधारित उत्प्रेरक. मॉडिफायर म्हणजे उत्प्रेरकातील एका लहान प्रमाणात (10 - 12 wt.% पर्यंत) या प्रतिक्रियेसाठी उत्प्रेरकपणे सक्रिय नसलेल्या, परंतु उत्प्रेरकाचे काही गुण सुधारतो (औष्णिक स्थिरता, सामर्थ्य, विष प्रतिकार) .जर सुधारक क्रियाकलाप वाढवत असेल तर तो प्रवर्तक आहे. कारवाईच्या स्वरूपानुसार, प्रवर्तकांची विभागणी केली जाते अ) इलेक्ट्रॉनिक,उत्प्रेरकाच्या क्रिस्टल जाळीचे विकृत रूप किंवा इलेक्ट्रॉनचे कार्य इच्छित दिशेने बदलणे. उदाहरणार्थ, मिथेनॉलच्या ऑक्सिडेशनसाठी चांदीच्या उत्प्रेरकामध्ये Cl - जोडणे: CH 3 OH ® CH 2 O; ब) स्थिर करणे, उत्प्रेरकाच्या विखुरलेल्या संरचनेचे सिंटरिंग प्रतिबंधित करते. उदाहरणार्थ, Al 2 O 3 आणि SiO 2 चे प्रवर्तक अमोनियाच्या संश्लेषणात लोह उत्प्रेरकाचे प्राथमिक क्रिस्टल्स स्थिर करतात: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3 . ऑपरेशनच्या पहिल्या दिवशी, क्रिस्टल्स sintered आहेत, 6 ते 20 nm पर्यंत वाढवले ​​​​आहेत. क्रिस्टल्सच्या इंटरफेसमध्ये मुक्त ऊर्जेचा साठा कमी होतो आणि क्रियाकलाप कमी होतो. सादर केलेले प्रवर्तक, कमी न करता, संश्लेषणाच्या तपमानावर वितळतात, क्रिस्टल्स पातळ फिल्मने झाकलेले असतात, त्यांचे सिंटरिंग रोखतात. तथापि, दोन्ही ऍडिटीव्हमध्ये अम्लीय पृष्ठभाग असतो, ज्यावर NH 3 रेणू जोरदारपणे शोषले जाते, नायट्रोजन रेणूंचे शोषण रोखते आणि उत्प्रेरक क्रियाकलाप कमी होतो; मध्ये) रचना तयार करणे,अल 2 O 3 आणि SiO 2 या ऍसिड केंद्रांना तटस्थ करणे. उदाहरणार्थ, K 2 O, CaO आणि MgO, परंतु त्यांची रक्कम 4-5 wt.% पेक्षा जास्त नसावी, कारण त्यांचा खनिज प्रभाव असतो, म्हणजे. Fe क्रिस्टल्सच्या सिंटरिंगमध्ये योगदान द्या.

2) मिश्र उत्प्रेरक. मिश्र उत्प्रेरकांना उत्प्रेरक म्हणतात ज्यामध्ये दिलेल्या प्रतिक्रियेसाठी अनेक उत्प्रेरक सक्रिय घटक असतात, समतुल्य प्रमाणात घेतले जातात.अशा उत्प्रेरकांची क्रिया अतिरिक्त नसते, परंतु खालील कारणांमुळे अत्यंत मूल्य घेते: मोठ्या टप्प्याच्या सीमेसह यांत्रिक मिश्रणांची निर्मिती, म्हणजे. मोठ्या प्रमाणात मुक्त उर्जेसह (उदाहरणार्थ, HCºHC + H 2 O ® CH 3 -CHO प्रतिक्रियेसाठी, उत्प्रेरक हे CdO + CaO / P 2 O 5 \u003d 3-4 चे मिश्रण आहे; £3 च्या मोलर रेशोवर, उच्च निवडकता दिसून येते, परंतु उत्प्रेरक ग्रॅन्यूलची ताकद कमी असते; ³4 वर - ग्रॅन्युलची उच्च शक्ती, परंतु कमी निवडकता); स्पिनल प्रकारच्या सॉलिड सोल्युशनची निर्मिती(उदाहरणार्थ, V 2 O 5 +MoO 3 ऑक्सिडेशन उत्प्रेरक मध्ये, Mo +6 कॅटेशन V 2 O 5 क्रिस्टल जाळीच्या रिक्त स्थानांमध्ये सादर केले जाते. जाळीच्या विकृतीमुळे प्रणालीच्या मुक्त उर्जेमध्ये वाढ होते; नवीन अधिक सक्रिय उत्प्रेरकांच्या प्रतिक्रिया परिस्थितीत निर्मिती(उदाहरणार्थ, मिथेनॉल CO + 2H 2 ® CH 3 OH च्या संश्लेषणासाठी, क्रोमियम-जस्त उत्प्रेरक वापरला जातो:

ZnO + CrO 3 + H 2 O ® ZnCrO 4 × H 2 O

2ZnCrO 4 × H 2 O + 3H 2 ® + 5H 2 O

चौरस कंसात दर्शविलेले हे उत्प्रेरक कमी झाल्यानंतर प्राप्त होणारा सक्रिय टप्पा आहे, जो मूलत: नवीन उत्प्रेरक आहे.

3) समर्थित उत्प्रेरक.वाहक ग्रॅन्यूलचा आकार आणि आकार, इष्टतम सच्छिद्र रचना, ताकद, उष्णता प्रतिरोध आणि खर्च कमी ठरवतो. कधीकधी क्रियाकलाप वाढवते (लिगँड फील्ड सिद्धांत पहा). मीडिया वर्गीकरण: कृत्रिम- सिलिका जेल, सक्रिय कार्बन, अॅल्युमिनियम ऑक्साईड (जी, ए), सिरॅमिक्स; नैसर्गिक- प्यूमिस, डायटोमेशियस पृथ्वी; छिद्र खंडानुसार- सच्छिद्र (10% पेक्षा जास्त), गैर-सच्छिद्र (10% किंवा कमी); धान्य आकारानुसार- मोठे (1-5 मिमी), लहान (0.1-1.0 मिमी), दंड (0.1 मिमी पेक्षा कमी); विशिष्ट पृष्ठभागाच्या आकारानुसार- लहान (1 m 2 /g पेक्षा कमी), मध्यम (1-50 m 2 /g), विकसित (50 m 2 /g पेक्षा जास्त).

कॅटालिसिस हे विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या सर्वात गतिमान आणि वेगाने विकसित होणाऱ्या क्षेत्रांपैकी एक आहे. नवीन उत्प्रेरक प्रणाली सतत विकसित केल्या जात आहेत आणि विद्यमान सुधारित केल्या जात आहेत, नवीन उत्प्रेरक प्रक्रिया प्रस्तावित केल्या जात आहेत, त्यांची उपकरणे बदलत आहेत आणि उत्प्रेरकांचा अभ्यास करण्यासाठी नवीन भौतिक-रासायनिक पद्धती सुधारल्या जात आहेत आणि दिसतात. पेट्रोकेमिकल आणि तेल शुद्धीकरण कॉम्प्लेक्सच्या उपक्रमांमध्ये समाविष्ट असलेल्या बहुतेक रासायनिक प्रक्रिया उत्प्रेरक असतात. उत्प्रेरक आणि उत्प्रेरक तंत्रज्ञानाचा विकास मोठ्या प्रमाणात बाजारपेठेतील पेट्रोकेमिकल उत्पादनांची स्पर्धात्मकता निर्धारित करतो. म्हणून, पेट्रोकेमिस्ट्रीसाठी उत्प्रेरक क्षेत्रात उच्च पात्र तज्ञांना प्रशिक्षित करण्याची गरज आहे.

उत्प्रेरक ही एक विशिष्ट घटना आहे. असे कोणतेही पदार्थ नाहीत ज्यात सामान्य स्वरूपात उत्प्रेरक गुणधर्म असतील. प्रत्येक प्रतिक्रियेने स्वतःचे विशिष्ट उत्प्रेरक वापरणे आवश्यक आहे.

मध्ये उत्प्रेरक अर्ज रासायनिक उद्योग . हायड्रोजन तयार करण्यासाठी उत्प्रेरक प्रक्रियांचा वापर केला जातो, जो अमोनियाच्या संश्लेषणासाठी आणि इतर अनेक रासायनिक तंत्रज्ञान उद्योगांसाठी कच्चा माल म्हणून काम करतो. मिथेन रूपांतरण.हायड्रोजनचा सर्वात स्वस्त स्त्रोत आहे नैसर्गिक वायू. हायड्रोजन उत्पादनाच्या पहिल्या टप्प्यात 800-1000°C (प्रतिक्रिया 2.1) तापमानात ऑक्सिजन किंवा हवेच्या आंशिक जोडणीसह पाण्याच्या वाफेसह मिथेनचा परस्परसंवाद समाविष्ट असतो. उष्णता-प्रतिरोधक अॅल्युमिना वाहकांवर समर्थित निकेल (कोरंडम - a-Al 2 O 3) उत्प्रेरक म्हणून वापरला जातो.

CH 4 + H 2 O ⇄ 3H 2 + CO (2.1)

CO + H 2 O ⇄ CO 2 + H 2 (2.2)

या प्रतिक्रियेच्या परिणामी, हायड्रोजनसह, कार्बन मोनोऑक्साइड लक्षणीय प्रमाणात तयार होतो.

CO रूपांतरण.पाण्याच्या वाफेसह कार्बन मोनोऑक्साइडचा परस्परसंवाद दोन टप्प्यांत कमी होत जातो तापमान व्यवस्थाऑक्साईड उत्प्रेरक वापरून (प्रतिक्रिया 2.2), याव्यतिरिक्त हायड्रोजन तयार होतो. पहिल्या टप्प्यावर, एक मध्यम-तापमान (435-475°C) लोह-क्रोमियम उत्प्रेरक (Cr 2 O 3 additives सह Fe 3 O 4) वापरला गेला; दुसऱ्यावर, कमी-तापमान (230-280°C) उत्प्रेरक (अॅल्युमिनियम, तांबे, क्रोमियम आणि जस्त यांच्या ऑक्साईडचे मिश्रण). कार्बन मोनॉक्साईडची अंतिम सामग्री, ज्याची उपस्थिती अमोनियाच्या संश्लेषणासाठी लोह उत्प्रेरकांची क्रिया झपाट्याने कमी करते, टक्केच्या दहाव्या भागापर्यंत कमी केली जाऊ शकते.

अवशिष्ट CO काढून टाकण्यासाठी, 120-320 एटीएमच्या उच्च दाबावर आणि 5-20 डिग्री सेल्सिअस कमी तापमानावर Cu 2 O च्या अमोनिया द्रावणासह गॅस मिश्रणाची जटिल धुलाई करणे आवश्यक होते.

सरावात औद्योगिक उत्पादन CO पासून वायू उत्सर्जनाचे शुध्दीकरण क्यू-अमोनिया क्षार (तांबे स्वरूप आणि कार्बोनेट) च्या द्रावणासह शोषून केले जाते, ज्यात CO सह जटिल संयुगे तयार करण्याची क्षमता असते. फॉर्मेट फार स्थिर नसल्यामुळे, कार्बोनेट द्रावणांना प्राधान्य दिले जाते.

तांब्याच्या प्रारंभिक कार्बोनेट-अमोनिया कॉम्प्लेक्समध्ये खालील रचना आहे (kmol / m 3): Cu + - 1.0 - 1.4; घन 2+ - 0.08 - 0.12; NH 3 - 4.0 - 6.0; CO 2 - 2.4 - 2.6.

CO च्या संदर्भात शोषण क्षमता मोनोव्हॅलेंट तांबे क्षारांमध्ये असते. Cu 2+ cations, नियमानुसार, शोषणात भाग घेत नाहीत. तथापि, द्रावणात Cu 2+ ची एकाग्रता किमान 10 wt राखली पाहिजे. Cu + सामग्रीचा %. नंतरचे मूलभूत तांबे ठेवींच्या निर्मितीस प्रतिबंध करण्यास मदत करते, जे पाइपलाइन अडकवू शकते आणि शोषकांच्या ऑपरेशनमध्ये व्यत्यय आणू शकते. द्रावणात कॉपर कार्बोनेट-अमोनिया कॉम्प्लेक्स Cu 2+ ची उपस्थिती प्रतिक्रियेचे समतोल (1) Cu + : Cu 2+ + Cu ⇄ 2 Cu + (1) च्या निर्मितीकडे हलवते.

CO शोषणासाठी वापरल्या जाणार्‍या कार्बोनेट-अमोनिया कॉपर कॉम्प्लेक्सच्या द्रावणात 2 CO 3 असते; CO 3; (NH 4) 2 CO 3; मोफत NH 3 आणि CO 2

तांब्याच्या कार्बोनेट-अमोनिया कॉम्प्लेक्सद्वारे CO च्या शोषणाची प्रक्रिया अभिक्रियानुसार पुढे जाते: + + CO + NH 3 ⇄ + - DH (2)

CO सह, CO2 देखील समीकरणानुसार शोषले जाते:

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

मेटानायझेशन.नवीन सक्रिय निकेल उत्प्रेरकाच्या विकासाच्या संदर्भात, अमोनिया संश्लेषण उत्प्रेरक (प्रतिक्रिया 2.3) साठी कार्बन मोनोऑक्साइड अवशेषांचे मिथेन इनर्टमध्ये रूपांतर करण्याच्या सोप्या प्रक्रियेद्वारे जटिल वॉशिंग ऑपरेशन 250-350°C वर बदलले जाऊ शकते:

CO + 3H 2 ⇄ CH 4 + H 2 O (2.3)

अशा प्रकारे, अधिक सक्रिय उत्प्रेरकाच्या विकासामुळे तांत्रिक योजना लक्षणीयरीत्या सुलभ करणे आणि अमोनिया उत्पादनाची कार्यक्षमता वाढवणे शक्य झाले.

तेल शुद्धीकरण उद्योगात उत्प्रेरक वापर. उत्प्रेरकांची कार्यक्षमता इतकी लक्षणीय ठरली की काही वर्षांत एक वास्तविक तांत्रिक क्रांती, ज्यामुळे उत्प्रेरकांच्या वापरावर आधारित परिणामी मोटर इंधनाचे उत्पन्न आणि गुणवत्ता दोन्ही झपाट्याने वाढवणे शक्य झाले.

सध्या, उत्प्रेरक प्रक्रिया वापरून 80% पेक्षा जास्त तेलावर प्रक्रिया केली जाते: हायड्रोकार्बन्सचे क्रॅकिंग, रिफॉर्मिंग, आयसोमरायझेशन आणि हायड्रोजनेशन, सल्फर-युक्त संयुगेपासून तेलाच्या अंशांचे हायड्रोट्रीटमेंट, हायड्रोक्रॅकिंग. तक्ता 2.1 तेल शुद्धीकरणातील सर्वात महत्त्वाच्या आधुनिक उत्प्रेरक प्रक्रियांची सूची देते.

क्रॅकिंग.तेल किंवा त्याच्या अंशांचे उत्प्रेरक क्रॅकिंग ही एक विध्वंसक प्रक्रिया आहे जी 490-540 डिग्री सेल्सिअस तापमानात अम्लीय निसर्गाच्या कृत्रिम आणि नैसर्गिक अॅल्युमिनोसिलिकेट उत्प्रेरकावर 98-92 ऑक्टेन रेटिंगसह उच्च-गुणवत्तेचे गॅसोलीन तयार करण्यासाठी केली जाते, वायूंचे लक्षणीय प्रमाण. ज्यामध्ये संतृप्त आणि असंतृप्त हायड्रोकार्बन्स C 3 - C 4 , केरोसीन-वायू तेलाचे अंश, कार्बन ब्लॅक आणि कोक असतात.

ऑक्टेन क्रमांक (O.ch.) - कार्बोरेटर इंजिनमध्ये ज्वलन दरम्यान प्रकाश (गॅसोलीन, केरोसीन) मोटर इंधनाच्या विस्फोट प्रतिरोधकतेचा सशर्त सूचक. संदर्भ इंधन isooctane (O.p. = 100), सामान्य heptane (O.p. = 0) आहे. गॅसोलीनची ऑक्टेन संख्या म्हणजे एन-हेप्टेनच्या अशा मिश्रणातील आयसोक्टेनची टक्केवारी (व्हॉल्यूमनुसार) सामग्री आहे, जे केव्हा मानक परिस्थितीविशेष सिंगल-सिलेंडर इंजिनवरील चाचण्या चाचणी गॅसोलीन प्रमाणेच विस्फोट करतात.

अलिकडच्या वर्षांत, क्रिस्टलीय सिंथेटिक जिओलाइट्सवर आधारित उत्प्रेरकांचा व्यापक औद्योगिक वापर झाला आहे. या उत्प्रेरकांची क्रिया, विशेषत: दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांच्या ऑक्साईडचे मिश्रण असलेले (СеО 2 , La 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Dy 2 O 3 आणि इतर), आकारहीन अॅल्युमिनोसिलिकेट उत्प्रेरकांच्या तुलनेत खूप जास्त आहे.

उत्प्रेरकांच्या वापरामुळे केवळ नॅफ्थीनपासून कमी आण्विक वजनाच्या हायड्रोकार्बन्सच्या निर्मितीचा दर 500-4000 पट वाढवणे शक्य झाले नाही तर थर्मल क्रॅकिंगच्या तुलनेत मौल्यवान अपूर्णांकांचे उत्पन्न देखील वाढवणे शक्य झाले.

उत्प्रेरक क्रॅकिंग ही सर्वात उच्च-टन क्षमता असलेली औद्योगिक उत्प्रेरक प्रक्रिया आहे. त्याच्या मदतीने, सध्या प्रति वर्ष 300 दशलक्ष टनांहून अधिक तेलावर प्रक्रिया केली जाते, ज्याची आवश्यकता आहे वार्षिक खर्चसुमारे 300 हजार टन उत्प्रेरक.

सुधारणा करणे.उत्प्रेरक सुधारणा 470-520°C तापमानात आणि Pt वर 0.8-1.5 MPa च्या दाबावर चालते, अॅल्युमिनियम ऑक्साईडवर समर्थित री-कॅटलिस्ट, आम्ल गुणधर्म वाढवण्यासाठी हायड्रोजन क्लोराईडने उपचार केले जातात. उच्च-ऑक्टेन मोटर गॅसोलीन, सुगंधी हायड्रोकार्बन्स (बेंझिन, टोल्यूनिन) मिळविण्यासाठी पेट्रोलियम उत्पादनांवर प्रक्रिया करण्याची एक पद्धत आहे, मुख्यतः पेट्रोल आणि तेलाचे नॅफ्था अंश (तीन मुख्य वर्गांपैकी हायड्रोकार्बन्स C 6 -C 9: पॅराफिन, नॅप्थेनिक आणि सुगंधी). , xylene, ethylbenzene) आणि तांत्रिक हायड्रोजन. सुधारणा प्रक्रियेदरम्यान, सुगंधी हायड्रोकार्बन्सवर नॅफ्थीनचे निर्जलीकरण, पॅराफिन आणि ओलेफिनचे चक्रीकरण आणि पाच-सदस्यीय चक्रीय हायड्रोकार्बन्सचे सहा-सदस्यांमध्ये समीकरणाच्या प्रतिक्रिया घडतात. सध्या, उत्प्रेरक सुधारणेचा वापर दरवर्षी 200 दशलक्ष टनांहून अधिक तेलावर प्रक्रिया करण्यासाठी केला जातो. त्याचा वापर केवळ मोटर इंधनाची गुणवत्ता सुधारण्यासाठीच नाही तर रासायनिक उद्योगासाठी लक्षणीय प्रमाणात सुगंधी हायड्रोकार्बन्स तयार करण्यास देखील परवानगी देतो. उत्प्रेरक सुधारणेचे उप-उत्पादने म्हणजे इंधन वायू, ज्यात प्रामुख्याने मिथेन आणि इथेन यांचा समावेश होतो, तसेच द्रवीभूत वायू- प्रोपेन-ब्युटेन अपूर्णांक

पेट्रोलियम उत्पादनांचे हायड्रोट्रीटिंग.हायड्रोजन हे उत्प्रेरक सुधारणांचे एक मौल्यवान उप-उत्पादन आहे. स्वस्त हायड्रोजन दिसल्यामुळे, सल्फर-, नायट्रोजन- आणि ऑक्सिजन-युक्त संयुगे, अनुक्रमे सहज काढता येण्याजोग्या H 2 S, NH 3 आणि H 2 O च्या निर्मितीसह पेट्रोलियम उत्पादनांच्या उत्प्रेरक हायड्रोट्रीटमेंटचा मोठ्या प्रमाणावर वापर करणे शक्य झाले (प्रतिक्रिया 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)

त्याच वेळी, डायनेसचे हायड्रोजनेशन होते, ज्यामुळे उत्पादनाची स्थिरता वाढते. या उद्देशासाठी, कोबाल्ट (2-5 wt.%) आणि मॉलिब्डेनम (10-19 wt.%) च्या ऑक्साईड्सपासून तयार केलेले उत्प्रेरक किंवा γ-अॅल्युमिनियम ऑक्साईडवर जमा केलेले निकेल आणि मॉलिब्डेनमचे ऑक्साइड मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.

हायड्रोट्रेटिंगमुळे दरवर्षी 250-300 हजार टन मूलभूत सल्फर मिळवणे शक्य होते. हे करण्यासाठी, क्लॉज प्रक्रिया लागू करा:

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 चा भाग 200-250°C (प्रतिक्रिया 2.8) वर γ-Al 2 O 3 वर वातावरणातील ऑक्सिजनद्वारे ऑक्सिडाइझ केला जातो; H 2 S चा दुसरा भाग सल्फर डायऑक्साइडवर प्रतिक्रिया देऊन सल्फर तयार करतो (प्रतिक्रिया 2.9).

हायड्रोट्रीटमेंटची परिस्थिती कच्च्या मालाच्या शुद्धीकरणाच्या गुणधर्मांवर अवलंबून असते, परंतु बहुतेकदा 330-410°C आणि 3-5 MPa मध्ये असते. दरवर्षी सुमारे 300 दशलक्ष टन तेल उत्पादने (गॅसोलीन आणि केरोसिनचे अंश, डिझेल इंधन, व्हॅक्यूम डिस्टिलेट्स, पॅराफिन आणि तेल) हायड्रोट्रीट केले जातात. तेल शुद्धीकरणामध्ये हायड्रोट्रीटमेंट स्टेजच्या अंमलबजावणीमुळे उत्प्रेरक सुधारणा (गॅसोलीन) आणि क्रॅकिंग (व्हॅक्यूम डिस्टिलेट्स) साठी कच्चा माल तयार करणे, कमी-सल्फर प्रकाश केरोसीन आणि इंधन मिळवणे, उत्पादनांची गुणवत्ता (पॅराफिन आणि तेल) सुधारणे शक्य झाले. , आणि एक महत्त्वपूर्ण पर्यावरणीय प्रभाव देखील आहे, कारण एक्झॉस्ट गॅससह वातावरणातील प्रदूषण कमी होते. मोटर इंधनाच्या ज्वलनातून वायू.हायड्रोट्रीटमेंटच्या परिचयामुळे पेट्रोलियम उत्पादने मिळविण्यासाठी उच्च-सल्फर तेल वापरणे शक्य झाले.

हायड्रोक्रॅकिंग.अलीकडे, हायड्रोक्रॅकिंग प्रक्रियेस महत्त्वपूर्ण विकास प्राप्त झाला आहे, ज्यामध्ये क्रॅकिंग, आयसोमरायझेशन आणि हायड्रोट्रीटमेंट प्रतिक्रिया एकाच वेळी केल्या जातात. हायड्रोक्रॅकिंग ही हलकी पेट्रोलियम उत्पादने मिळविण्यासाठी हायड्रोजनच्या उपस्थितीत विविध अंशात्मक रचनांच्या कच्च्या मालाच्या खोल रूपांतरणाची उत्प्रेरक प्रक्रिया आहे: गॅसोलीन, जेट आणि डिझेल इंधन, द्रवीभूत वायू C 3 -C 4 .पॉलीफंक्शनल कॅटॅलिस्टच्या वापरामुळे ही प्रक्रिया ४००–४५० डिग्री सेल्सिअस आणि सुमारे ५–१५ एमपीएच्या दाबावर पार पाडणे शक्य होते. टंगस्टन सल्फाइड, वाहकांवर मिश्रित टंगस्टन-निकेल सल्फाइड उत्प्रेरक, अॅल्युमिनावरील कोबाल्ट-मॉलिब्डेनम उत्प्रेरक, नि, पीटी, पीडी आणि अनाकार किंवा स्फटिकासारखे झिओलाइट्सवरील इतर धातूंचे मिश्रण उत्प्रेरक म्हणून वापरले जातात.

तक्ता 2.1 - तेल शुद्धीकरणाच्या आधुनिक उत्प्रेरक प्रक्रिया

आयसोमरायझेशन.गॅसोलीनची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी, उच्च ऑक्टेन क्रमांकासह 10-15 wt.% isomerizate घाला. आयसोमेरिझेट हे अॅल्केन (सामान्य संतृप्त पॅराफिन) च्या आयसोमेरायझेशनद्वारे प्राप्त आयसोमेरिझेट (रेणूंमध्ये कोणतेही चक्र नसलेले) आयसोस्ट्रक्चरच्या हायड्रोकार्बन्सचे मिश्रण आहे (65 wt.% 2-मिथाइलब्युटेन; आयसोहेक्सेनेस). आयसोमरायझेशनसाठी कच्चा माल हा तेलाच्या थेट डिस्टिलेशनचा एक हलका गॅसोलीन अंश आहे, जो 62-85°C च्या श्रेणीत उकळतो आणि त्यात प्रामुख्याने पेंटेन आणि हेक्सेन असतो, तसेच उत्प्रेरक क्रॅकिंगद्वारे प्राप्त केलेला अंश (75-150°C) असतो. उत्प्रेरक आयसोमरायझेशनची प्रक्रिया द्विकार्यात्मक उत्प्रेरकांच्या उपस्थितीत पुढे जाते: प्लॅटिनम किंवा पॅलेडियम विविध अम्लीय वाहकांवर (γ-Al 2 O 3 , zeolite) हॅलोजन (Cl, F) द्वारे प्रोत्साहन दिले जाते. आयसोमेरायझेशन म्हणजे रचना आणि आण्विक वजन न बदलता सेंद्रिय पदार्थांचे वेगळ्या संरचनेच्या (स्ट्रक्चरल आयसोमेरिझम) संयुगांमध्ये किंवा अंतराळातील अणू किंवा गटांच्या भिन्न व्यवस्थेसह (स्थानिक आयसोमेरिझम) रूपांतर.

अशा प्रकारे, उत्प्रेरक प्रक्रिया तेल शुद्धीकरणात अग्रगण्य स्थान व्यापतात. उत्प्रेरकाबद्दल धन्यवाद, तेलापासून मिळविलेल्या उत्पादनांचे मूल्य अनेक वेळा वाढले आहे.

तेल शुद्धीकरणातील उत्प्रेरक पद्धतींची अधिक आशादायक शक्यता म्हणजे तेलांमध्ये आढळणाऱ्या सर्व जटिल संयुगांच्या आधुनिक प्रक्रियेत अंतर्भूत असलेले जागतिक परिवर्तन नाकारणे. अशा प्रकारे, सर्व सल्फर संयुगे हायड्रोजन सल्फाइडच्या प्रकाशासह हायड्रोजेनोलिसिस करतात. दरम्यान, त्यापैकी बरेच स्वतंत्र मूल्याचे आहेत. नायट्रोजन-युक्त, धातू-जटिल आणि इतर अनेक संयुगेसाठी हेच खरे आहे. मौल्यवान उत्पादने मिळविण्यासाठी या पदार्थांना वेगळे करणे किंवा वैयक्तिक उत्प्रेरक परिवर्तनांच्या अधीन करणे खूप महत्वाचे आहे. तेल आणि बॉयलर इंधनामध्ये असलेल्या सल्फर संयुगांच्या उत्प्रेरक ऑक्सिडेशन दरम्यान तयार होणाऱ्या सल्फॉक्साइड्स आणि सल्फोन्स सारख्या सल्फर-युक्त अर्कांचे उत्पादन हे एक उदाहरण आहे. निःसंशयपणे, उत्प्रेरक या मार्गामुळे तेल शुद्धीकरणाची कार्यक्षमता लक्षणीय वाढेल.

आता आपण अनुभवत असलेली जलद औद्योगिक वाढ नवीन रासायनिक तंत्रज्ञानाच्या विकासाशिवाय शक्य झाली नसती. मोठ्या प्रमाणावर, ही प्रगती उत्प्रेरकांच्या व्यापक वापराद्वारे निर्धारित केली जाते, ज्याच्या मदतीने कमी-दर्जाचा कच्चा माल उच्च-मूल्य उत्पादनांमध्ये रूपांतरित केला जातो. लाक्षणिक अर्थाने, उत्प्रेरक- आधुनिक अल्केमिस्टचा हा तत्वज्ञानी दगड आहे, तो फक्त शिसे सोन्यात बदलत नाही, परंतु कच्चा माल औषधे, प्लास्टिक, रसायने, इंधन, खते आणि इतर उपयुक्त उत्पादनांमध्ये बदलतो. कदाचित, पहिली उत्प्रेरक प्रक्रियामाणूस वापरायला शिकला आहे तो म्हणजे किण्वन. अल्कोहोलयुक्त पेये तयार करण्याच्या पाककृती 3500 ईसापूर्व सुमेरियन लोकांना ज्ञात होत्या. WINE पहा; बिअर.

कॅटॅलिसिसच्या व्यावहारिक वापरातील एक मैलाचा दगडझाले मार्जरीन उत्पादनवनस्पती तेलाचे उत्प्रेरक हायड्रोजनेशन. ही प्रतिक्रिया प्रथम 1900 च्या सुमारास औद्योगिक स्तरावर केली गेली. आणि 1920 पासून, प्राप्त करण्यासाठी उत्प्रेरक पद्धती नवीन सेंद्रिय साहित्यविशेषतः प्लास्टिक. मुख्य मुद्दा म्हणजे ऑलेफिन, नायट्रिल्स, एस्टर, ऍसिड इत्यादींचे उत्प्रेरक उत्पादन. - प्लास्टिकच्या रासायनिक "इमारत" साठी "विटा". उत्प्रेरक प्रक्रियेच्या औद्योगिक वापराची तिसरी लहर 1930 चे आहे आणि तेल शुद्धीकरणाशी संबंधित. व्हॉल्यूमच्या बाबतीत, या उत्पादनाने लवकरच इतर सर्व मागे सोडले. तेल शुद्धीकरण अनेक उत्प्रेरक प्रक्रियांचा समावेश होतो:

क्रॅकिंग

सुधारणा करणे,

हायड्रोसल्फोनेशन,

हायड्रोक्रॅकिंग,

समीकरण

पॉलिमरायझेशन

अल्किलेशन.

आणि शेवटी चौथी लहरउत्प्रेरक वापर मध्ये पर्यावरण संरक्षणाशी संबंधित. या क्षेत्रातील सर्वात प्रसिद्ध कामगिरी आहे वाहन एक्झॉस्ट गॅससाठी उत्प्रेरक कनवर्टर तयार करणे. 1975 पासून कारमध्ये स्थापित केलेल्या कॅटॅलिटिक कन्व्हर्टरने हवेची गुणवत्ता सुधारण्यात मोठी भूमिका बजावली आहे आणि अशा प्रकारे अनेकांचे प्राण वाचवले आहेत.

उत्प्रेरक आणि संबंधित क्षेत्रातील कार्यासाठी सुमारे डझनभर नोबेल पारितोषिके देण्यात आली आहेत. ओ व्यावहारिक महत्त्वउत्प्रेरक प्रक्रिया या वस्तुस्थितीचा पुरावा आहे की शेअर नायट्रोजन, जो औद्योगिकरित्या मिळविलेल्या नायट्रोजनयुक्त संयुगेचा भाग आहे, एकूण नायट्रोजनपैकी अर्धा भाग आहे. अन्न उत्पादने. नैसर्गिकरीत्या तयार होणार्‍या नायट्रोजन संयुगांचे प्रमाण मर्यादित असते, ज्यामुळे आहारातील प्रथिनांचे उत्पादन खतांसह जमिनीत नायट्रोजनच्या प्रमाणात अवलंबून असते. त्याशिवाय अर्ध्या मानवतेला खायला घालणे अशक्य आहे कृत्रिम अमोनिया, जे जवळजवळ केवळ उत्प्रेरक द्वारे उत्पादित केले जाते हॅबर-बॉश प्रक्रिया. उत्प्रेरकांची व्याप्ती सतत विस्तारत आहे. हे देखील महत्त्वाचे आहे उत्प्रेरक पूर्वी विकसित तंत्रज्ञानाची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते. च्या वापराद्वारे उत्प्रेरक क्रॅकिंगमध्ये सुधारणा हे एक उदाहरण आहे जिओलाइट्स.

हायड्रोजनेशन.हायड्रोजन अणू आणि इतर काही रेणूंच्या सक्रियतेशी मोठ्या संख्येने उत्प्रेरक प्रतिक्रिया संबंधित आहेत, ज्यामुळे त्यांचे रासायनिक परस्परसंवाद होते. या प्रक्रियेला हायड्रोजनेशन म्हणतात आणि तेल शुद्धीकरण आणि कोळशापासून द्रव इंधन निर्मितीचे अनेक टप्पे अंतर्भूत असतात. बर्जिअस प्रक्रिया). दुसऱ्या महायुद्धाच्या काळात कोळशापासून विमान वाहतूक आणि मोटर इंधनाचे उत्पादन जर्मनीमध्ये विकसित केले गेले होते, कारण या देशाकडे नाही तेल क्षेत्र. बर्जिअस प्रक्रिया म्हणजे कार्बनमध्ये हायड्रोजनची थेट भर. हायड्रोजनच्या उपस्थितीत दाबाखाली कोळसा गरम केला जातो आणि एक द्रवपदार्थ प्राप्त होतो, ज्यावर नंतर एव्हिएशन गॅसोलीनमध्ये प्रक्रिया केली जाते आणि मोटर इंधन. आयर्न ऑक्साईडचा उपयोग उत्प्रेरक म्हणून केला जातो, तसेच टिन आणि मॉलिब्डेनमवर आधारित उत्प्रेरकांचा वापर केला जातो. युद्धादरम्यान, बर्गियस प्रक्रियेचा वापर करून 12 जर्मन कारखान्यांमध्ये दररोज अंदाजे 1,400 टन द्रव इंधन मिळवले गेले. दुसरा प्रक्रिया, फिशर-ट्रॉप्स्च, दोन टप्प्यांचा समावेश आहे. प्रथम, कोळसा गॅसिफाइड आहे, म्हणजे. पाण्याची वाफ आणि ऑक्सिजनसह त्याची प्रतिक्रिया करा आणि हायड्रोजन आणि कार्बन ऑक्साईडचे मिश्रण मिळवा. लोह किंवा कोबाल्ट असलेले उत्प्रेरक वापरून हे मिश्रण द्रव इंधनात रूपांतरित केले जाते. युद्धाच्या समाप्तीनंतर, जर्मनीतील कोळशापासून कृत्रिम इंधनाचे उत्पादन बंद केले गेले. 1973-1974 मध्ये तेल बंदीनंतर तेलाच्या किमती वाढल्याचा परिणाम म्हणून, कोळशापासून गॅसोलीन तयार करण्यासाठी आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य पद्धत विकसित करण्यासाठी जोरदार प्रयत्न केले गेले. अशा प्रकारे, कोळशाचे थेट द्रवीकरण द्वि-चरण प्रक्रियेचा वापर करून अधिक कार्यक्षमतेने केले जाऊ शकते ज्यामध्ये कोळशाचा प्रथम तुलनेने कमी आणि नंतर उच्च तापमानात अॅल्युमिना-कोबाल्ट-मोलिब्डेनम उत्प्रेरकाशी संपर्क साधला जातो. अशा सिंथेटिक गॅसोलीनची किंमत तेलातून मिळणाऱ्या पेट्रोलपेक्षा जास्त असते.

अमोनिया.रासायनिक दृष्टिकोनातून सर्वात सोपी हायड्रोजनेशन प्रक्रिया म्हणजे हायड्रोजन आणि नायट्रोजनपासून अमोनियाचे संश्लेषण. नायट्रोजन हा अतिशय जड पदार्थ आहे. त्याच्या रेणूमधील N–N बंध तोडण्यासाठी, 200 kcal/mol या क्रमाची ऊर्जा आवश्यक आहे. तथापि, नायट्रोजन अणू अवस्थेत लोह उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावर बांधला जातो आणि यासाठी फक्त 20 kcal/mol आवश्यक आहे. लोहासह हायड्रोजन बंध अधिक सहजतेने. अमोनियाचे संश्लेषण खालीलप्रमाणे होते:

हे उदाहरण स्पष्ट करते उत्प्रेरकाची क्षमता पुढे आणि उलट अशा दोन्ही प्रतिक्रियांचा वेग वाढवते, म्हणजे ही वस्तुस्थिति उत्प्रेरक रासायनिक अभिक्रियाची समतोल स्थिती बदलत नाही.

वनस्पती तेलाचे हायड्रोजनेशन. सरावातील सर्वात महत्वाची हायड्रोजनेशन प्रतिक्रिया म्हणजे वनस्पती तेलांचे मार्जरीन, स्वयंपाकाचे तेल आणि इतर खाद्यपदार्थांचे अपूर्ण हायड्रोजनेशन. भाजीपाला तेलेसोयाबीन, कापूस बियाणे आणि इतर पिके पासून प्राप्त. त्यात ट्रायग्लिसराइड्स नावाचे एस्टर असतात चरबीयुक्त आम्लसंपृक्ततेच्या विविध अंशांसह. ओलेइक ऍसिड CH 3 (CH 2) 7 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH मध्ये एक दुहेरी बंध C \u003d C आहे, लिनोलिक ऍसिडमध्ये दोन आणि लिनोलेनिक ऍसिडमध्ये तीन आहेत. हा बंध तोडण्यासाठी हायड्रोजन जोडल्याने तेलांचे ऑक्सिडायझेशन (रंसिडिटी) होण्यास प्रतिबंध होतो. यामुळे त्यांचा वितळण्याचा बिंदू वाढतो. प्राप्त केलेल्या बहुतेक उत्पादनांची कठोरता हायड्रोजनेशनच्या डिग्रीवर अवलंबून असते. सब्सट्रेट किंवा निकेलवर बारीक विखुरलेल्या निकेल पावडरच्या उपस्थितीत हायड्रोजनेशन केले जाते. राणे उत्प्रेरकअत्यंत शुद्ध हायड्रोजन वातावरणात.

निर्जलीकरण.डिहायड्रोजनेशन ही औद्योगिकदृष्ट्या महत्त्वाची उत्प्रेरक प्रतिक्रिया आहे, जरी त्याच्या वापराचे प्रमाण अतुलनीयपणे लहान आहे. त्याच्या मदतीने, उदाहरणार्थ, स्टायरीन, एक महत्त्वपूर्ण मोनोमर, प्राप्त केला जातो. हे करण्यासाठी, आयर्न ऑक्साईड असलेल्या उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत डिहायड्रोजनेट एथिलबेन्झिन; पोटॅशियम आणि काही स्ट्रक्चरल स्टॅबिलायझर देखील प्रतिक्रियामध्ये योगदान देतात. एटी औद्योगिक स्केलप्रोपेन, ब्युटेन आणि इतर अल्केनचे निर्जलीकरण करा. अॅल्युमिना-क्रोमियम उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत ब्युटेनचे डिहायड्रोजनेशन ब्युटीन आणि बुटाडीन तयार करते.

ऍसिड उत्प्रेरक.उत्प्रेरकांच्या मोठ्या वर्गाची उत्प्रेरक क्रिया त्यांच्या अम्लीय गुणधर्मांमुळे होते. त्यानुसार I. ब्रॉन्स्टेड आणि टी. लोरीआम्ल हे एक संयुग आहे जे प्रोटॉन दान करू शकते. सशक्त आम्ल त्यांचे प्रोटॉन सहजपणे तळांना दान करतात. आम्लपित्ताची संकल्पना पुढे कामात विकसित झाली जी. लुईस, ज्याने या इलेक्ट्रॉन जोडीच्या सामाजिकीकरणामुळे सहसंयोजक बंध तयार करून दाता पदार्थापासून इलेक्ट्रॉन जोडी स्वीकारण्यास सक्षम पदार्थ म्हणून आम्लाची व्याख्या केली.

या कल्पना, कार्बेनियम आयनांच्या निर्मितीसह प्रतिक्रियांबद्दलच्या कल्पनांसह, समजण्यास मदत झाली विविध उत्प्रेरक प्रतिक्रियांची यंत्रणा, विशेषत: ज्यामध्ये हायड्रोकार्बन्सचा समावेश आहे. प्रोटॉन जोडल्यावर रंग बदलणार्‍या बेसचा संच वापरून आम्लाची ताकद निश्चित केली जाऊ शकते. असे दिसून आले की काही औद्योगिकदृष्ट्या महत्त्वाचे उत्प्रेरक अतिशय मजबूत ऍसिडसारखे वागतात. यामध्ये उत्प्रेरकांचा समावेश होतो फ्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रक्रिया, जसे की HCl–AlCl 2 O 3 (किंवा HAlCl 4), आणि अॅल्युमिनोसिलिकेट्स. आम्ल शक्ती- हे एक अतिशय महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे, कारण प्रोटोनेशनचा दर, आम्ल उत्प्रेरक प्रक्रियेतील एक महत्त्वाचा टप्पा, त्यावर अवलंबून असतो. ऑइल क्रॅकिंगमध्ये वापरल्या जाणार्‍या अॅल्युमिनोसिलिकेट्ससारख्या उत्प्रेरकांची क्रिया त्यांच्या पृष्ठभागावर ब्रॉन्स्टेड आणि लुईस ऍसिडच्या उपस्थितीद्वारे निर्धारित केली जाते. त्यांची रचना सिलिका (सिलिकॉन डायऑक्साइड) च्या संरचनेसारखी आहे, ज्यामध्ये काही Si 4+ अणू Al 3+ अणूंनी बदलले आहेत. या प्रकरणात उद्भवणारे अतिरिक्त ऋण शुल्क संबंधित केशन्सद्वारे तटस्थ केले जाऊ शकते. जर केशन्स प्रोटॉन असतील तर अॅल्युमिनोसिलिकेट सारखे वागतात ब्रॉन्स्टेड ऍसिड:

ऍसिड उत्प्रेरकांची क्रिया कंडिशन केलेलेमध्यवर्ती म्हणून कार्बेनियम आयन तयार करण्यासाठी हायड्रोकार्बन्सवर प्रतिक्रिया देण्याची त्यांची क्षमता. अल्किलकार्बेनियम आयनमध्ये तीन अल्काइल गट आणि/किंवा हायड्रोजन अणूंना जोडलेले सकारात्मक चार्ज केलेले कार्बन अणू असतात. ते खेळत आहेत महत्वाची भूमिकासेंद्रिय संयुगे समाविष्ट असलेल्या अनेक प्रतिक्रियांमध्ये मध्यवर्ती तयार होतात. ऍसिड उत्प्रेरकांच्या कृतीची यंत्रणा HCl–AlCl 3 किंवा Pt–Cl–Al 2 O 3 च्या उपस्थितीत n-ब्युटेन ते आइसोब्युटेनच्या आयसोमरायझेशन प्रतिक्रियेच्या उदाहरणाद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते. प्रथम, C 4 H 8 olefin ची थोडीशी मात्रा आम्ल उत्प्रेरकाचे सकारात्मक चार्ज केलेले हायड्रोजन आयन जोडते आणि तृतीयक कार्बेनियम आयन तयार करते. नंतर नकारात्मक चार्ज केलेले हायड्राइड आयन एच - आयसोब्युटेन आणि दुय्यम ब्यूटिलकार्बेनियम आयनच्या निर्मितीसह एन-ब्युटेनपासून वेगळे केले जाते. नंतरचे, पुनर्रचनाच्या परिणामी, तृतीयक कार्बेनियम आयनमध्ये बदलते. ही साखळी पुढील एन-ब्युटेन रेणू इ. पासून हायड्राइड आयन काढून टाकून चालू ठेवू शकते:

महत्त्वाचे म्हणजे, तृतीयक कार्बेनियम आयन प्राथमिक किंवा दुय्यम आयनांपेक्षा अधिक स्थिर असतात. परिणामी, ते प्रामुख्याने उत्प्रेरक पृष्ठभागावर उपस्थित असतात आणि म्हणून ब्युटेन आयसोमरायझेशनचे मुख्य उत्पादन आयसोब्युटेन आहे. ऍसिड उत्प्रेरकतेल शुद्धीकरणामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात - क्रॅकिंग, अल्किलेशन, हायड्रोकार्बन्सचे पॉलिमरायझेशन आणि आयसोमरायझेशन (तेल शुद्धीकरणाच्या रसायनशास्त्र आणि पद्धती देखील पहा).

स्थापित केले कार्बेनियम आयनच्या कृतीची यंत्रणाया प्रक्रियांमध्ये उत्प्रेरकांची भूमिका बजावत आहे. त्याच वेळी, ते मोठ्या प्रमाणात विभाजित करून लहान रेणूंची निर्मिती, रेणूंचे संयोजन (ओलेफिनसह ओलेफिन किंवा आयसोपॅराफिनसह ओलेफिन), आयसोमरायझेशनद्वारे संरचनात्मक पुनर्रचना, पॅराफिन आणि सुगंधित हायड्रोकार्बन्सची निर्मिती यासह अनेक प्रतिक्रियांमध्ये भाग घेतात. हायड्रोजन हस्तांतरणाद्वारे. ऍसिड कॅटालिसिसच्या नवीनतम औद्योगिक अनुप्रयोगांपैकी एक म्हणजे आइसोब्युटीलीन किंवा आयसोअमाइलीनमध्ये अल्कोहोल जोडून लीड इंधनाचे उत्पादन. गॅसोलीनमध्ये ऑक्सिजनयुक्त संयुगे जोडल्याने एक्झॉस्ट वायूंमध्ये कार्बन मोनोऑक्साइडचे प्रमाण कमी होते. 109 च्या मिश्रित ऑक्टेन क्रमांकासह मिथाइल टर्शरी ब्यूटाइल इथर (एमटीबीई) गॅसोलीनमध्ये टेट्राइथाइल लीडच्या प्रवेशाचा अवलंब न करता उच्च-कंप्रेशन ऑटोमोबाईल इंजिन चालविण्यासाठी आवश्यक असलेले उच्च-ऑक्टेन इंधन देखील प्राप्त करणे शक्य करते. ऑक्टेन क्रमांक 102 आणि 111 सह इंधनाचे उत्पादन देखील आयोजित केले जाते.

मुख्य उत्प्रेरक.उत्प्रेरक क्रियाकलाप कंडिशन केलेलेत्यांचे मुख्य गुणधर्म. लांब आणि चांगले प्रसिद्ध उदाहरणअसे उत्प्रेरक आहे सोडियम हायड्रॉक्साइड, साबणाच्या उत्पादनात चरबीच्या हायड्रोलिसिस किंवा सॅपोनिफिकेशनसाठी वापरला जातो आणि त्यापैकी एक अलीकडील उदाहरणे- पॉलीयुरेथेन प्लास्टिक आणि फोम्सच्या उत्पादनात वापरलेले उत्प्रेरक. अल्कोहोल आणि आयसोसायनेटच्या परस्परसंवादामुळे युरेथेन तयार होते आणि ही प्रतिक्रिया मूळ अमाइनच्या उपस्थितीत वेगवान होते. प्रतिक्रियेदरम्यान, आयसोसायनेट रेणूमधील कार्बन अणूला आधार जोडला जातो, परिणामी नायट्रोजन अणूवर नकारात्मक शुल्क दिसून येते आणि अल्कोहोलच्या संदर्भात त्याची क्रिया वाढते. विशेषतः प्रभावी उत्प्रेरक म्हणजे ट्रायथिलेनेडायमिन. पॉलीयुरेथेन प्लॅस्टिक हे डायसोसायनेट पॉलीओल्स (पॉलीअल्कोहोल) सोबत विक्रिया करून मिळवले जाते. जेव्हा आयसोसायनेट पाण्यावर प्रतिक्रिया देते, तेव्हा पूर्वी तयार झालेले युरेथेन CO 2 सोडण्यासाठी विघटित होते. जेव्हा पॉलीअल्कोहोल आणि पाण्याचे मिश्रण डायसोसायनेटसह प्रतिक्रिया देते तेव्हा परिणामी पॉलीयुरेथेन फोम वायू CO 2 सह फोम होतो.

दुहेरी क्रिया उत्प्रेरक. हे उत्प्रेरक दोन प्रकारच्या प्रतिक्रियांचा वेग वाढवतात आणि एकच प्रकारचा उत्प्रेरक असलेल्या दोन अणुभट्ट्यांमधून शृंखलातील अभिक्रियाकांना पास करण्यापेक्षा चांगले परिणाम देतात. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे दुहेरी अभिनय उत्प्रेरक सक्रिय साइट्स एकमेकांच्या अगदी जवळ आहेत, आणि त्यांपैकी एकावर तयार झालेले मध्यवर्ती उत्पादन लगेचच दुसऱ्यावर अंतिम उत्पादनात बदलते. हायड्रोजन सक्रिय करणार्‍या उत्प्रेरकाला हायड्रोकार्बन आयसोमरायझेशन प्रमोट करणार्‍या उत्प्रेरकासोबत एकत्रित केल्याने चांगला परिणाम मिळतो. हायड्रोजन सक्रियकरणकाही धातू अमलात आणणे, आणि हायड्रोकार्बन - ऍसिडचे isomerization. एक प्रभावी दुहेरी-अभिनय उत्प्रेरक जो तेल शुद्धीकरणात नॅफ्थाचे गॅसोलीनमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी वापरला जातो बारीक विखुरलेले प्लॅटिनम ऍसिड अॅल्युमिनावर जमा. नाफ्था घटकांचे रूपांतरण जसे की मिथाइलसायक्लोपेंटेन (ICP), बेंझिनमध्ये गॅसोलीनची ऑक्टेन संख्या वाढते. पहिला ICPउत्प्रेरकाच्या प्लॅटिनम भागावरील डिहायड्रोजेनेट्स समान कार्बन पाठीचा कणा असलेल्या ओलेफिनला; नंतर ओलेफिन उत्प्रेरकाच्या आम्ल भागाकडे जाते, जिथे ते सायक्लोहेक्सीनमध्ये आयसोमराइज होते. नंतरचे प्लॅटिनम भागाकडे जाते आणि बेंझिन आणि हायड्रोजनमध्ये डिहायड्रोजन बनते. दुहेरी क्रिया उत्प्रेरक लक्षणीय तेल सुधारणा गती. ते सामान्य पॅराफिन ते आयसोपॅराफिनचे समीकरण करण्यासाठी वापरले जातात. नंतरचे, गॅसोलीन अपूर्णांकांच्या समान तापमानावर उकळणारे, मौल्यवान आहेत कारण त्यांच्याकडे सरळ हायड्रोकार्बन्सच्या तुलनेत जास्त ऑक्टेन संख्या आहे. याव्यतिरिक्त, एन-ब्युटेनचे आयसोब्युटेनमध्ये रूपांतरण डीहायड्रोजनेशनसह होते, जे एमटीबीईच्या उत्पादनात योगदान देते.

स्टिरिओस्पेसिफिक पॉलिमरायझेशन. उत्प्रेरकांच्या इतिहासातील एक महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे स्टिरिओरेग्युलर पॉलिमरच्या निर्मितीसह ए-ओलेफिनच्या उत्प्रेरक पॉलिमरायझेशनचा शोध. स्टिरिओस्पेसिफिक पॉलिमरायझेशन उत्प्रेरक के. झिगलर यांनी शोधून काढले जेव्हा त्यांनी प्राप्त केलेल्या पॉलिमरचे असामान्य गुणधर्म स्पष्ट करण्याचा प्रयत्न केला. आणखी एक रसायनशास्त्रज्ञ जे. नट्टा यांनी सुचवले की झिगलर पॉलिमरचे वेगळेपण त्यांच्या स्टिरिओरेग्युलरिटीद्वारे निर्धारित केले जाते. क्ष-किरण विवर्तन प्रयोगांनी असे दाखवले आहे की झिगलर उत्प्रेरकांच्या उपस्थितीत प्रोपीलीनपासून तयार केलेले पॉलिमर अत्यंत स्फटिकासारखे असतात आणि त्यांची खरोखरच स्टिरिओरेग्युलर रचना असते. अशा क्रमबद्ध संरचनांचे वर्णन करण्यासाठी नट्टाने "आयसोटॅक्टिक" आणि "सिंडिओटॅक्टिक" या शब्दांचा परिचय दिला. ऑर्डर नसलेल्या बाबतीत, "अॅटॅक्टिक" हा शब्द वापरला जातो:

स्टिरीओस्पेसिफिक प्रतिक्रिया पृष्ठभागावर उद्भवतेघन उत्प्रेरक ज्यामध्ये IVA-VIII (जसे की Ti, V, Cr, Zr) गटांचे संक्रमण धातू अंशतः ऑक्सिडाइज्ड अवस्थेत असतात आणि कार्बन किंवा हायड्रोजन असलेले कोणतेही संयुग, जे I-III गटातील धातूशी संबंधित असतात. अशा उत्प्रेरकाचे उत्कृष्ट उदाहरण म्हणजे हेप्टेनमधील TiCl 4 आणि Al(C 2 H 5) 3 च्या परस्परसंवादाच्या वेळी तयार होणारे अवक्षेपण, जेथे टायटॅनियम त्रिसंयोजक अवस्थेत कमी होतो. ही अत्यंत सक्रिय प्रणाली सामान्य तापमान आणि दाबावर प्रोपीलीनचे पॉलिमरायझेशन उत्प्रेरित करते.

उत्प्रेरक ऑक्सीकरण.ऑक्सिडेशन प्रक्रियेच्या रसायनशास्त्रावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी उत्प्रेरकांचा वापर अत्यंत वैज्ञानिक आणि व्यावहारिक मूल्य. काही प्रकरणांमध्ये, ऑक्सिडेशन पूर्ण असणे आवश्यक आहे, उदाहरणार्थ, कार एक्झॉस्ट वायूंमध्ये CO आणि हायड्रोकार्बन दूषित घटकांना तटस्थ करताना. तथापि, बहुतेकदा, ऑक्सिडेशन अपूर्ण असणे इष्ट आहे, उदाहरणार्थ, हायड्रोकार्बन्सचे मूल्यवान मध्यवर्ती उत्पादनांमध्ये रूपांतर करण्यासाठी उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणार्‍या अनेक प्रक्रियांमध्ये कार्यात्मक गट, -CHO, -COOH, -C-CO, -CN म्हणून. या प्रकरणात, एकसंध आणि विषम उत्प्रेरक दोन्ही वापरले जातात. एकसंध उत्प्रेरकाचे उदाहरण म्हणजे ट्रांझिशन मेटल कॉम्प्लेक्स, ज्याचा वापर पॅरा-झिलीन ते टेरेफ्थालिक ऍसिडचे ऑक्सिडाइझ करण्यासाठी केला जातो, ज्याचे एस्टर पॉलिस्टर तंतूंच्या निर्मितीसाठी आधार आहेत.

विषम ऑक्सिडेशनसाठी उत्प्रेरक.हे उत्प्रेरक सहसा जटिल घन ऑक्साईड असतात. उत्प्रेरक ऑक्सिडेशन दोन टप्प्यात होते. प्रथम, ऑक्साईड ऑक्सिजन ऑक्साईड पृष्ठभागावर शोषलेल्या हायड्रोकार्बन रेणूद्वारे कॅप्चर केला जातो. हायड्रोकार्बनचे ऑक्सिडीकरण होते आणि ऑक्साईड कमी होतो. कमी झालेला ऑक्साईड ऑक्सिजनवर प्रतिक्रिया देतो आणि त्याच्या मूळ स्थितीत परत येतो. व्हॅनेडियम उत्प्रेरक वापरून, नॅप्थालीन किंवा ब्युटेनच्या आंशिक ऑक्सिडेशनद्वारे फॅथलिक एनहाइड्राइड प्राप्त केले जाते.

मिथेन डिहाइड्रोडाइमरायझेशनद्वारे इथिलीन उत्पादन. डिहाइड्रोडाइमेरायझेशनद्वारे इथिलीनचे संश्लेषण नैसर्गिक वायूचे अधिक सहजपणे वाहतूक करता येण्याजोग्या हायड्रोकार्बन्समध्ये रूपांतरित होऊ देते. प्रतिक्रिया

2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2H 2 O

विविध उत्प्रेरकांचा वापर करून 850 °C वर चालते; Li-MgO उत्प्रेरक सह सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होतात. संभाव्यतः, प्रतिक्रिया मिथेन रेणूपासून हायड्रोजन अणूचे विभाजन करून मिथाइल रॅडिकलच्या निर्मितीद्वारे पुढे जाते. क्लीव्हेज अपूर्णपणे कमी झालेल्या ऑक्सिजनद्वारे चालते, उदाहरणार्थ, O 2 2–. मध्ये मिथाइल रॅडिकल्स गॅस टप्पाइथेन रेणू तयार करण्यासाठी पुन्हा एकत्र केले जाते आणि त्यानंतरच्या डीहायड्रोजनेशन दरम्यान इथिलीनमध्ये रूपांतरित केले जाते. अपूर्ण ऑक्सिडेशनचे आणखी एक उदाहरण म्हणजे चांदी किंवा लोह-मोलिब्डेनम उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत मिथेनॉलचे फॉर्मल्डिहाइडमध्ये रूपांतरण.

जिओलाइट्स.जिओलाइट्स बनतात विषम उत्प्रेरकांचा एक विशेष वर्ग. हे ऑर्डर केलेल्या हनीकॉम्ब स्ट्रक्चरसह अॅल्युमिनोसिलिकेट आहेत, ज्याचा सेल आकार अनेक सेंद्रिय रेणूंच्या आकाराशी तुलना करता येतो. त्यांनाही म्हणतात आण्विक चाळणी. सर्वात जास्त स्वारस्य आहे जिओलाइट्स, ज्याचे छिद्र 8-12 ऑक्सिजन आयन (चित्र 2) असलेल्या रिंग्सद्वारे तयार होतात. कधीकधी छिद्र ओव्हरलॅप होतात, जसे की ZSM-5 झिओलाइट (चित्र 3) मध्ये, ज्याचा वापर मिथेनॉलचे गॅसोलीन अंश हायड्रोकार्बन्समध्ये अत्यंत विशिष्ट रूपांतरणासाठी केला जातो. गॅसोलीन समाविष्ट आहे लक्षणीय प्रमाणातसुगंधी हायड्रोकार्बन्स आणि म्हणून उच्च ऑक्टेन संख्या आहे. न्यूझीलंडमध्ये, उदाहरणार्थ, वापरल्या जाणार्‍या सर्व गॅसोलीनपैकी एक तृतीयांश हे तंत्रज्ञान वापरून मिळवले जाते. आयात केलेल्या मिथेनपासून मिथेनॉल मिळते.

चित्र 2 - मोठ्या आणि लहान छिद्रांसह झिओलाइट्सची रचना.

चित्र 3 - जिओलाइट ZSM-5. प्रतिच्छेदन नलिकांच्या स्वरूपात संरचनेचे योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व.

उत्प्रेरक जे Y-zeolites गट बनवतात ते प्रामुख्याने त्यांच्या असामान्य अम्लीय गुणधर्मांमुळे उत्प्रेरक क्रॅकिंगची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या वाढवतात. ऍल्युमिनोसिलिकेट्सच्या जागी जिओलाइट्समुळे गॅसोलीनचे उत्पादन 20% पेक्षा जास्त वाढवणे शक्य होते. याव्यतिरिक्त, झिओलाइट्स प्रतिक्रिया देणार्‍या रेणूंच्या आकाराच्या संदर्भात निवडक असतात. त्यांची निवडकता छिद्रांच्या आकारामुळे आहे ज्यामधून केवळ विशिष्ट आकार आणि आकारांचे रेणू जाऊ शकतात. हे प्रारंभिक साहित्य आणि प्रतिक्रिया उत्पादनांना लागू होते. उदाहरणार्थ, स्टेरिक अडथळ्यांमुळे, बल्कियर ऑर्थो आणि मेटा आयसोमर्सपेक्षा पॅरा-जायलीन अधिक सहजपणे तयार होते. नंतरचे झिओलाइटच्या छिद्रांमध्ये "लॉक केलेले" आहेत (चित्र 4).

आकृती 4 - अभिकर्मक (a) आणि उत्पादने (b) च्या संबंधात जिओलाइट्सची निवडकता स्पष्ट करणारी योजना.

झिओलाइट्सच्या वापरामुळे काही औद्योगिक तंत्रज्ञानामध्ये खरी क्रांती झाली आहे - डिवॅक्सिंगगॅस ऑइल आणि इंजिन ऑइल, सुगंधी अल्किलेशन, जाइलीन आयसोमेरायझेशन, टोल्यूइन विषमता आणि तेलाचे उत्प्रेरक क्रॅकिंगद्वारे प्लास्टिकच्या उत्पादनासाठी रासायनिक मध्यवर्ती मिळवणे. जिओलाइट ZSM-5 येथे विशेषतः प्रभावी आहे.

पेट्रोलियम उत्पादनांचे डीवॅक्सिंग- पेट्रोलियम उत्पादनांमधून पॅराफिन आणि सेरेसिन काढणे (डिझेल इंधन, तेल), परिणामी त्यांची गुणवत्ता सुधारते, विशेषतः, ओतण्याचे बिंदू कमी होते.

पॅराफिन(जर्मन पॅराफिन, lat. Parum - थोडे आणि affinis - संबंधित), संतृप्त हायड्रोकार्बन्सचे मिश्रण C 18 -C 35, प्रामुख्याने. मोल सह सामान्य रचना. मी. 300-400; t pl सह रंगहीन क्रिस्टल्स. \u003d 45–65 o C, घनता 0.880–0.915 g/cm 3 (15 o C).

सेरेसिन(lat. cera - wax पासून), घन हायड्रोकार्बन्सचे मिश्रण (प्रामुख्याने अल्काइलसायक्लेन्स आणि अल्केनेस), ओझोसेराइटच्या शुद्धीकरणानंतर प्राप्त होते. घनता, रंग (पांढऱ्या ते तपकिरी), वितळण्याचा बिंदू (65-88 डिग्री सेल्सिअस) आणि स्निग्धता यानुसार सेरेसिन हे मेणासारखेच असते.

उत्प्रेरक आणि पर्यावरण संरक्षण.वायुप्रदूषण कमी करण्यासाठी उत्प्रेरकांचा वापर 1940 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात सुरू झाला. 1952 मध्ये, ए. हेगन-स्मिथ यांना आढळले की हायड्रोकार्बन्स आणि नायट्रोजन ऑक्साईड, जे एक्झॉस्ट वायूंचे भाग आहेत, प्रकाशावर प्रतिक्रिया देऊन ऑक्सिडंट्स (विशेषतः ओझोन) तयार करतात, ज्यामुळे डोळ्यांना त्रास होतो आणि इतर अनिष्ट परिणाम होतात. त्याच वेळी, Y. Houdry यांनी CO आणि हायड्रोकार्बन्सचे CO 2 आणि H 2 O मध्ये ऑक्सिडायझेशन करून एक्झॉस्ट वायूंच्या उत्प्रेरक शुद्धीकरणासाठी एक पद्धत विकसित केली. 1970 मध्ये, स्वच्छ हवा घोषणा तयार करण्यात आली (1977 मध्ये सुधारित, 1990 मध्ये विस्तारित), त्यानुसार 1975 मॉडेल्सपासून सुरू होणाऱ्या सर्व नवीन गाड्या एक्झॉस्ट गॅस कॅटॅलिटिक कन्व्हर्टरने सुसज्ज असाव्यात. एक्झॉस्ट गॅसच्या रचनेसाठी मानदंड स्थापित केले गेले आहेत. गॅसोलीन विष उत्प्रेरकांमध्ये शिसे संयुगे जोडल्यामुळे, एक फेज-आउट कार्यक्रम स्वीकारला गेला आहे. नायट्रोजन ऑक्साईडचे प्रमाण कमी करण्याच्या गरजेकडेही लक्ष वेधण्यात आले. उत्प्रेरक विशेषतः ऑटोमोटिव्ह कन्व्हर्टरसाठी तयार केले गेले आहेत, ज्यामध्ये सक्रिय घटकहनीकॉम्ब स्ट्रक्चरसह सिरेमिक सब्सट्रेटवर जमा केले जाते, ज्या पेशींमधून एक्झॉस्ट वायू जातात. सब्सट्रेट मेटल ऑक्साईडच्या पातळ थराने झाकलेले असते, जसे की Al2O3, ज्यावर एक उत्प्रेरक लावला जातो - प्लॅटिनम, पॅलेडियम किंवा रोडियम. थर्मल पॉवर प्लांट्समधील नैसर्गिक इंधनाच्या ज्वलनाच्या वेळी तयार झालेल्या नायट्रोजन ऑक्साईडची सामग्री फ्ल्यू वायूंमध्ये अमोनियाची थोडीशी मात्रा जोडून आणि त्यांना टायटॅनियम-व्हॅनेडियम उत्प्रेरकातून पास करून कमी करता येते.

एन्झाइम्स.एंजाइम हे नैसर्गिक उत्प्रेरक आहेत जे जिवंत पेशीमध्ये जैवरासायनिक प्रक्रियांचे नियमन करतात. ते ऊर्जा विनिमय प्रक्रियेत भाग घेतात, पोषक घटकांचे विघटन, जैवसंश्लेषण प्रतिक्रिया. अनेक जटिल सेंद्रिय प्रतिक्रिया त्यांच्याशिवाय पुढे जाऊ शकत नाहीत. एन्झाईम्स सामान्य तापमान आणि दाबावर कार्य करतात, त्यांची निवडकता खूप जास्त असते आणि ते प्रतिक्रियेचा दर आठ क्रमाने वाढवण्यास सक्षम असतात. हे फायदे असूनही, 15,000 ज्ञात एन्झाईमपैकी फक्त 20 मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ब्रेड बेक करण्यासाठी, अल्कोहोलयुक्त पेये, चीज आणि व्हिनेगर तयार करण्यासाठी मनुष्य हजारो वर्षांपासून एंजाइम वापरत आहे. आता उद्योगात एन्झाईम्स देखील वापरली जातात: साखरेच्या प्रक्रियेत, कृत्रिम प्रतिजैविक, अमीनो ऍसिड आणि प्रथिने तयार करण्यासाठी. हायड्रोलिसिस प्रक्रियेस गती देणारे प्रोटीओलाइटिक एंजाइम डिटर्जंटमध्ये जोडले जातात. क्लोस्ट्रिडियम एसीटोब्युटिलिकम बॅक्टेरियाच्या मदतीने, एच. वेईझमन यांनी स्टार्चचे एसीटोन आणि ब्यूटाइल अल्कोहोलमध्ये एन्झाइमॅटिक रूपांतर केले. एसीटोन मिळविण्याची ही पद्धत पहिल्या महायुद्धादरम्यान इंग्लंडमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली गेली आणि दुसऱ्या महायुद्धाच्या वेळी, यूएसएसआरमध्ये त्याच्या मदतीने बुटाडीन रबर बनवले गेले. पेनिसिलिन, तसेच स्ट्रेप्टोमायसिन आणि व्हिटॅमिन बी 12 च्या संश्लेषणासाठी सूक्ष्मजीवांद्वारे तयार केलेल्या एन्झाईम्सच्या वापराद्वारे अपवादात्मकपणे मोठी भूमिका बजावली गेली. एंजाइमॅटिकली उत्पादित इथाइल अल्कोहोल मोठ्या प्रमाणावर ऑटोमोटिव्ह इंधन म्हणून वापरले जाते. ब्राझीलमध्ये, अंदाजे 10 दशलक्ष गाड्यांपैकी एक तृतीयांशपेक्षा जास्त कार उसापासून मिळवलेल्या 96% इथाइल अल्कोहोलवर चालतात आणि उर्वरित गॅसोलीन आणि इथाइल अल्कोहोल (20%) च्या मिश्रणावर चालतात. गॅसोलीन आणि अल्कोहोल यांचे मिश्रण असलेल्या इंधनाच्या निर्मितीचे तंत्रज्ञान युनायटेड स्टेट्समध्ये चांगले विकसित झाले आहे. 1987 मध्ये, कॉर्न कर्नलमधून सुमारे 4 अब्ज लिटर अल्कोहोल प्राप्त केले गेले, ज्यापैकी अंदाजे 3.2 अब्ज लिटर इंधन म्हणून वापरले गेले. तथाकथित मध्ये विविध अनुप्रयोग देखील आढळतात. स्थिर एंजाइम. हे एन्झाईम सिलिका जेल सारख्या घन वाहकाशी संबंधित असतात, ज्यावर अभिकर्मक पार केले जातात. या पद्धतीचा फायदा असा आहे की ते एंझाइमसह सब्सट्रेट्सचा कार्यक्षम संपर्क, उत्पादनांचे पृथक्करण आणि एन्झाइमचे संरक्षण सुनिश्चित करते. स्थिर एंझाइमच्या औद्योगिक वापराचे एक उदाहरण म्हणजे डी-ग्लूकोजचे फ्रक्टोजचे आयसोमरायझेशन.

साहित्य

1. गेट्स बी.के. उत्प्रेरक प्रक्रियांचे रसायनशास्त्र. एम., 1981

2. बोरेस्कोव्ह जी.के. उत्प्रेरक. सिद्धांत आणि सराव प्रश्न. नोवोसिबिर्स्क, 1987

3. Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. उत्प्रेरक नवीन सामान्य सिद्धांत. एल., 1991

4. टोकाबे के. उत्प्रेरक आणि उत्प्रेरक प्रक्रिया. एम., 1993

5. कॉलियर्स एनसायक्लोपीडिया. - मुक्त समाज. 2000.

क्रॅकिंग प्रक्रियेत, दोन प्रकारचे उत्प्रेरक वापरले जातात, जे प्रामुख्याने अॅल्युमिनियम आणि सिलिकॉनचे बनलेले असतात. त्यापैकी एक Al2O9 15-30% च्या दृष्टीने अॅल्युमिनियम सामग्रीसह सिलिकॉन आणि अॅल्युमिनियमच्या कृत्रिम संयुगे द्वारे दर्शविले जाते. Roquemore आणि Strickland यांनी दर्शविले की ऑइल क्रॅकिंगपासून प्राप्त झालेल्या अपूर्णांकांची रचना उत्प्रेरकांमधील Al2O3 च्या सामग्रीवर अवलंबून बदलू शकते. इतर प्रकारचे उत्प्रेरक विशिष्ट मातीपासून मिळवले जातात; अशा उत्प्रेरकांमध्ये, Al2O3 ची सामग्री देखील परिवर्तनीय असते. द्रवीकृत आणि दाणेदार उत्प्रेरक दोन्ही कृत्रिम आणि नैसर्गिक चिकणमातीच्या खर्चावर प्राप्त केले जातात. मिलिकन एट अल.च्या मते, 1952 मध्ये चिकणमाती उत्प्रेरक उत्पादन सर्व उत्प्रेरक उत्पादनाच्या सुमारे 40% होते.

उत्प्रेरकांसाठी उद्योगाच्या आवश्यकतांचे वर्णन केवळ सामान्य शब्दात केले जाऊ शकते, कारण प्रत्येक वैयक्तिक उत्पादनात ते कच्च्या मालाचे स्वरूप, अपूर्णांक उत्पादनांची आवश्यक रचना आणि आवश्यक रचना यावर अवलंबून असतात. उत्पादन वैशिष्ट्येप्रक्रिया युनिट. उत्प्रेरक प्रदान करणे आवश्यक आहे एक विशिष्ट पातळीतेल शुद्धीकरण आणि समाधानकारक रचनेची उत्पादने मिळवणे, म्हणजे उत्प्रेरकाने योग्य प्रमाणात गॅसोलीन प्रदान करणे आवश्यक आहे. उच्च गुणवत्ता, काही वायू, विशेषत: कमी करण्याच्या प्रक्रियेत किंवा रसायनशास्त्रात वापरण्यासाठी सर्वात योग्य वायू आणि कदाचित कोकची थोडीशी मात्रा. सामान्यतः, क्रॅक करताना, सर्वोच्च ऑक्टेन रेटिंगसह गॅसोलीन प्राप्त करणे इष्ट आहे. तथापि, कधीकधी हे आवश्यक असते की गॅसोलीनचे उत्पादन एका विशिष्ट मूल्यापेक्षा जास्त नसावे, अन्यथा विशिष्ट प्रक्रिया संयंत्राशी संबंधित उत्पादन अडचणी उद्भवू शकतात. या प्रकारच्या आणि स्थितीचे आर्थिक घटक बाजार भावगॅसची आवश्यक रचना आणि उत्पन्न निर्धारित करू शकते.

उत्प्रेरकांमध्ये उत्तेजकतेचा प्रतिकार करण्यासाठी उच्च कडकपणा असणे आवश्यक आहे उत्पादन प्रक्रिया, आणि प्रक्रियेत उद्भवणारे तापमान आणि बाष्प दाबांची स्थिरता, ज्यामुळे त्यांची उत्प्रेरक क्रिया दिवस किंवा महिने दीर्घकाळ टिकून राहते. याव्यतिरिक्त, उत्प्रेरक "विषबाधा" साठी प्रतिरोधक असले पाहिजेत, म्हणजे, जेव्हा फीडस्टॉक सल्फरने दूषित होते तेव्हा त्यांनी त्यांची उत्प्रेरक क्रिया टिकवून ठेवली पाहिजे, जी उत्प्रेरकाशी प्रतिक्रिया देते, ज्यामुळे त्याची उत्प्रेरक क्रियाकलाप कमी होते आणि परिमाणात्मक रचना बदलते. क्रॅकिंग उत्पादनांचे.

वरीलवरून स्पष्ट झाल्याप्रमाणे, उत्प्रेरकाच्या गुणवत्तेचे कोणतेही सामान्य मूल्यांकन करणे फार कठीण आहे. उत्प्रेरकाच्या गुणवत्तेचे थेट मूल्यांकन करण्यासाठी अनेक तुलनेने सोप्या पद्धती आहेत [उदाहरणार्थ, उत्प्रेरक क्रियाकलापांचे निर्धारण (Cat. A. चाचण्या)]; तथापि, अशा उत्प्रेरकांमध्ये स्वारस्य असलेली प्रत्येक प्रयोगशाळा सहसा त्यांच्या स्वतःच्या पद्धतीनुसार त्यांचे मूल्यांकन करते. उत्प्रेरकाच्या गुणवत्तेचे थेट निर्धारण ते मोठ्या पायलट प्लांटमध्ये किंवा वनस्पतीच्या वातावरणात वापरण्यासाठी योग्य आहे की नाही हे दर्शविते, जो दिलेला उत्प्रेरक औद्योगिक वापरासाठी किती योग्य आहे हे निश्चितपणे स्थापित करण्याचा एकमेव मार्ग आहे. उत्प्रेरक निर्मितीसाठी कच्चा माल म्हणून या चिकणमातीचे मूल्यमापन करणे अवघड काम आहे हे उघड आहे.

अलीकडे, स्टोन आणि रेझने दर्शविले आहे की विभेदक थर्मल विश्लेषणाचा वापर काही उत्प्रेरकांच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक पद्धत म्हणून केला जाऊ शकतो; या पद्धतीमध्ये उत्प्रेरकांच्या थर्मल प्रतिक्रियांची तीव्रता निर्धारित करणे समाविष्ट आहे विविध तापमानपाण्याची वाफ, हायड्रोजन आणि वायू अवयव-नायट्रोजन संयुगे शोषण्याच्या दरम्यान.