2.4.4. Требования к промышленным катализаторов

Из истории развития химической технологии известно, что раньше исследователям приходилось испытывать тысячи химических веществ прежде чем выбрать одно, которая действительно обладает достаточно сильным каталитическим действием на определенную реакцию. Ярчайший примером такого эмпирического, "слепого" подбора могут служить поиски катализатора для синтеза аммиака, когда было испытано свыше двух тысяч химических элементов и соединений, пока, в конце концов, нужный катализатор было найден. Им оказалось специально обработанное железо с добавками оксидов калия и алюминия. Современное состояние науки и технологии катализа дает возможность осуществлять направленный выбор катализатора для каждого конкретного химического процесса, который основывается на общих закономерностях каталитических процессов и свойствах катализаторов. Например, для процессов окисления, восстановления, гидрирования, дегидрирования и других, которые осуществляются ло вышеописанным электронным механизмам, катализаторами служат металлы и их соединения (проводники и полупроводники), которые хорошо проводят электрический ток, т.е. обеспечивают электронный обмен между реагентами и катализатором. Как уже отмечалось выше, это - платина, паладий, никель, железо, кобальт, оксиди никеля (II), марганца (IV) хрома (VI), ванадия (V) , оксид цинка и сульфид цинка и т.п..

Типичными катализаторами для процессов каталитического крекинга нефти и нефтепродуктов, гидратации и дегидратации спиртов, конденсации, изомеризации и полимеризации углеводородов, которые большей частью осуществляются по кислотно-основным механизмам, служат такие вещества: гидроксиды металлов со степенью окиснення 3⁺ и больше (гидроксиды алюминия, железа, циркония, тория и т.п.); алюмосиликаты и цирконийсиликаты; неорганические кислоты (в частности, фосфорная), на которых осуществляется ионный обмен.

Итак, существующие теории катализа дают возможность предугадывать каталитическое действие разных соединений. Выбранный на основании теоретических основ катализатор обязательно проверяется экспериментально. Если катализатор для заданного процесса подобран, то прежде чем рекомендовать его для внедрения, нужно выяснить, отвечает ли этот катализатор определенным требованиям, которые прдъявляются к нему промышленностью.

Промышленные катализатори должныобладать:

1. Достаточно высокой активностью относительно реакции

Активность А определяется как соотношение констант скорости реакций с катализатором и без катализатора

(2.166)

где ∆Е=Е-Е_К - снижение энергии активации каталитической реакции по сравнению с некаталитической.

2. Минимальной продолжительностью контактирования

Время контактирования τ определяется по отношению

(2.167)

где V_св - свободный объем катализатора, м³; V_гс - объем газовой смеси, которая проходит через катализатор, м³/с.

Поскольку величину V_св практически определить тяжело, то чаще всего пользуются фиктивным временами контактирования τ_ф

(2.168)

где V_кат - объем катализатора, м³.

Чем активнее катализатор, тем меньшее время контактирования необходимо для достижения заданной степени превращения х, что иллюстрирует рис. 2.34.