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

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

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

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

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

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

4. Ферменты (гомогенные и гетерогенные).

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

СВОЙСТВА И Требования, предъявляемые к катализаторам:

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

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

3) Высокая механическая прочность к сжатию, удару и истиранию

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

5) Простота получения, обеспечивающая воспроизводимость всех свойств катализатора

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

7) Невысокие затраты на производство катализатора

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

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

17 Отравление катализаторов и их регенерация. Периодические и непрерывные процессы.

Отравление катализаторов и их регенерация. Отравление каt - присутствие в реакционной системе некоторых веществ, часто в небольшом количестве, способных снижать, а иногда и полностью подавлять активность каt, такие вещества называются каталитическими ядами. Н₂S, COS, CS₂, сульфиды, дисульфиды, меркаптаны, тиофены, свободные галогены, соединения свинца, мышьяка, селена и металлоорганика. Причина отравления – адсорбция яда на активных центрах каt. Различают 2 вида отравления: обратимое - исходная активность каt может быть восстановлена после удаления яда. Необратимые – каt прочно удерживает яд и активность его не восстанавливается даже после удаления яда из зон реакции. ПЦА, смолы, асфальтены и азотистые соединения приводят к обратимому отравлению каt-ра. К необратимому - металлоорганика. Для их удаления сырье подвергают ГО.

Выжиг кокса - при регенерации каt, когда коксовые отложения вы­горают при контактировании с О₂воздуха, выделяется значительное кол-во тепла, которое необходимо отводить из зоны регенерации, чтобы не пере­греть всю массу каt. При этом продолжительность регенера­ции не должна быть чрезмерно большой, чтобы регенератор имел приемлемые размеры. Содержание кокса на каt после регенерации не должно превышать 0,05%. Для цеолитсодержащих каt необходима глубокая регенерация, так как из-за их высокой активности в первую оче­редь закоксовывается цеолитовый наполнитель, а затем алюмосиликатная матрица.

• Физическая дезактивация (спекание) катализатора происходит под воздействием высокой температуры и водяного пара и при его транспортировке и циркуляции. Этот процесс сопровождается снижением удельной поверхности как носителя (матрицы) катализатора, так и активного компонента .

- Химическая дезактивация катализатора обусловливается:

1) отравлением его активных центров некоторыми содержащимися в сырье примесями, называемыми ядами;

2) блокировкой его активных центров углистыми отложениями (коксом) или металлоорганическими соединениями, содержащимися в нефтяном сырье.

Под отравлением катализатора понимают снижение или полное подавление его активности в присутствии некоторых веществ

Каталитические яды:

Для катализаторов каталитического крекинга – тяжелые металлы

Для катализаторов каталитического риформинга – соединения серы

Обратимое отравление – если возможно восстановление свойств катализатора (регенерация катализатора)

Необратимое отравление – невозможность восстановления свойств катализатора

Изменение свойств катализатора под действием различных веществ

Промоторы - каталитически неактивные вещества, но повышающие его активность

Модификаторы – если при малых добавках вещества в катализаторе его активность растет, достигает максимума, а затем уменьшается