2. Какие процессы протекают при взаимодействии катализатора с реакционной средой?

Твердые катализаторы под воздействием реакционной смеси меняют химический состав, структуру поверхности и каталитические свойства. Каждому составу реакционной смеси и температуре отвечает определенное стационарное состояние катализатора, не зависящее от его исходного состояния.

Снижение активности катализатора в процессе его эксплуатации, или дезактивация катализатора, происходит по трем основным причинам: спекание (или термическая дезактивация), отравление и блокировка.

Отравление катализатора — это частичная или полная потеря активности под действием небольшого количества веществ, называемых контактными ядами. Исходя из этого, устойчивость катализатора к действию контактных ядов является важнейшим критерием его применимости в производстве.

Потеря активности происходит вследствие частичного или полного выключения активной поверхности катализатора.

Отравление катализаторов вызывается примесями, присутствующими в исходных реагентах или образующимися в ходе самой реакции. В обоих случаях каталитический яд адсорбируется на активных центрах и снижает активность катализатора.

Спекание

Эксплуатация катализаторов при повышенных температурах вызывает снижение удельной поверхности и пористости и, как следствие, снижение каталитической активности.

На рис. 2.2 схематически показана динамика спекания: увеличение площади соприкосновения мелких частиц, перекрывание перешейков, образование закрытых пор и зарастание последних. В случае нанесенных металлических катализаторов в условиях каталитической реакции происходят исчезновение мелких кристалликов и появление более крупных. Бывают случаи одновременного спекания металла и носителя.

Рис. 2.2. Динамика спекания:

1 — начальная стадия; 2 — промежуточная стадия; 3 — заключительная стадия;

А — закрытая пора; Б — границы зерен

Блокировкой называется уменьшение активности катализатора вследствие изменения структурных характеристик, а также при механическом экранировании поверхности катализатора пылью или твердыми веществами, образующимися при катализе. Для тонкопористых катализаторов, работающих при относительно низких температурах, блокировка контактной поверхности может происходить в результате объемного заполнения микро- и переходных пор в процессе адсорбции, капиллярной конденсации или осаждения микротвердых частиц из реагирующей смеси.

3. Какие факторы влияют на устойчивость катализатора во время работы?

Устойчивость катализатора к отравлению (химическая устойчивость).

Отравление катализатора – снижение каталитической активности при контакте с отдельными хим. реагентами.

Вещества, приводящие к отравлению катализатора, наз. контактными ядами.

Различают обратимое и необратимое отравление. В 1-ом случае активность катализатора можно восстановить, предотвратив доступ контактного яда к поверхности катализатора и путем дальнейшей продувки чистой газовой смеси. Во 2-ом случае производство останавливается, катализатор выгружают, производят регенерацию или загружают новый.

Термическая устойчивость – способность катализатора работать в условиях повышенных температур.

4. От каких факторов зависят основные свойства промышленных катализаторов? (то, что подчеркнуто – факторы)

Физико-химические и технологические характеристики катализаторов и носителей определяются способами их синтеза и приготовления. При синтезе катализаторов необходимо создать на поверхности каталитические центры, обеспечивающие высокую их активность и селективность в химических реакциях. Так как реакции протекают, в основном, на внутренней поверхности зерна, то в большинстве случаев готовят катализаторы с максимально развитой поверхностью. Кроме того, для разных реакций текстура поверхности твердого тела может определяться узкими или, наоборот, широкими порами.

Каталитические и поверхностные свойства зерна, его размер и форма определяют активность и селективность, удельную производительность и гидравлическое сопротивление слоя катализатора. Поэтому операции, связанные с синтезом и грануляцией, являются важным этапом в технологии приготовления катализаторов.

Качество катализаторов определяет основные показатели химических производств, использующих контактные массы: выход продукта, интенсивность процесса, длительность непрерывной работы реакторов. В то же время затраты на производство катализатора, как правило, составляют лишь доли процента в себестоимости целевого продукта производства. Поэтому в производстве катализаторов, в отличие от большинства крупнотоннажных продуктов, определяющей характеристикой является не себестоимость, а активность и устойчивость в работе.