AUTOKAT RECYCLE предоставя възможност на компании и физически лица да продават тези излезли от употреба части за максимална ценав минимално време. Такова решение допринася за ползата на клиентите и допринася за постижим принос за опазването на околната среда.
Продажба на индустриални катализатори
- отлично решение, което ви позволява да спечелите прилична сума пари и да изпратите частта за „правилната“ обработка. AUTOKAT RECYCLE е фирма, специализирана в изкупуването на тези продукти, с всички необходими ресурсиулесняване на високоточен анализ на съдържанието на ценни елементи, така че клиентите да могат да разчитат на бърза оценка на разходите.
Нашата компания се намира в много градове на Русия. При липса на пункт с удобно местоположение, можете да изпратите продукта, като използвате услугите на пощата или куриер.
Ресурсът на които е изчерпан или по някаква причина са загубили работоспособност в AUTOKAT RECYCLE е процедура, която не отнема почти никакво време. След получаване на продукта, специалистите извършват необходимите анализи и изчисляват размера на плащането и ако са доволни от клиента, тогава се сключва споразумение и се издават пари (възможни са безкасови и други методи на плащане).
На клиентите на AUTOKAT RECYCLE са гарантирани атрактивни условия, не без предимства и удобства. Така че тези, които решат да предадат катализатора, могат да разчитат на предоставянето на компетентни съвети, високи цени, възможно най-скороза анализ и плащания. На сайта посетителите могат да разберат приблизителната цена на продукта с помощта на специален калкулатор, като знаят приблизителното съдържание на благородни метали в неговия състав.
Според състава си катализаторите се подразделят на 1) модифицирани; 2) на смесена и 3) на медия.
1) Модифицирани катализатори. Модификаторът е добавка към катализатора на малко (до 10 - 12 тегл.%) количество друго вещество, което не е каталитично активно за тази реакция, но подобрява определени качества на катализатора (термична стабилност, якост, устойчивост на отрова) .Ако модификаторът повишава активността, той е промотор. Според характера на действието промоторите се делят на а) електронен,причинявайки деформация на кристалните решетки на катализатора или променяйки работата на изхода на електроните в желаната посока. Например добавянето на Cl - в сребърен катализатор за окисление на метанол: CH 3 OH ® CH 2 O; б) стабилизиращ, предотвратявайки синтероването на дисперсната структура на катализатора. Например промоторите на Al 2 O 3 и SiO 2 стабилизират първичните кристали на железния катализатор при синтеза на амоняк: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3 . В първия ден на работа кристалите се синтероват, уголемени от 6 до 20 nm. Запасът от свободна енергия на повърхността на кристалите намалява и активността пада. Въведените промотори, без да се редуцират, се стопяват при температурата на синтеза, кристалите се покриват с тънък филм, предотвратяващ тяхното синтероване. И двете добавки обаче имат киселинна повърхност, върху която молекулата на NH3 е силно адсорбирана, предотвратявайки сорбцията на азотни молекули и активността на катализатора намалява; V) структурообразуващи,неутрализиращи киселинни центрове Al 2 O 3 и SiO 2 . Например K 2 O, CaO и MgO, но тяхното количество трябва да бъде не повече от 4-5 тегл.%, тъй като те имат минерализиращ ефект, т.е. допринасят за синтероването на Fe кристали.
2) Смесени катализатори. Смесени катализатори се наричат катализатори, съдържащи няколко каталитично активни компонента за дадена реакция, взети в съизмерими количества.Активността на такива катализатори не е адитивна, но придобива изключителна стойност поради следните причини: образуването на механични смеси с по-голяма фазова граница, т.е. с голямо количество свободна енергия (например, за реакцията HCºHC + H 2 O ® CH 3 -CHO, катализаторът е смес от CdO + CaO / P 2 O 5 \u003d 3-4; при моларно съотношение £3 се наблюдава висока селективност, но силата на гранулите на катализатора е ниска; при ³4 - висока якост на гранулите, но ниска селективност); образуване на твърди разтвори от тип шпинел(например, в катализатора на окисление V 2 O 5 + MoO 3, катионът Mo +6 се въвежда в свободните позиции на кристалната решетка V 2 O 5. Деформацията на решетката води до увеличаване на свободната енергия на системата; образуване при условията на реакция на нови по-активни катализатори(например за синтеза на метанол CO + 2H 2 ® CH 3 OH се използва хром-цинков катализатор:
ZnO + CrO 3 + H 2 O ® ZnCrO 4 × H 2 O
2ZnCrO 4 × H 2 O + 3H 2 ® + 5H 2 O
Показана в квадратни скоби е активната фаза, получена след редукция на катализатора, която по същество е нов катализатор.
3) Поддържани катализатори.Носителят определя формата и размера на гранулите, оптималната пореста структура, здравина, устойчивост на топлина и намаляване на разходите. Понякога повишава активността (виж теорията на лигандното поле). Класификация на медиите: синтетичен– силикагел, активен въглен, алуминиев оксид (g, a), керамика; естествено- пемза, диатомит; по обем на порите- порести (повече от 10%), непорести (10% или по-малко); по размер на зърното- големи (1-5 mm), малки (0,1-1,0 mm), фини (под 0,1 mm); според размера на конкретната повърхност- малки (по-малко от 1 m 2 / g), средни (1-50 m 2 / g), развити (повече от 50 m 2 / g).
Ние ще закупим индустриални катализатори във всякакъв обем в Ростов на Дон и Ростовска област.
Относно катализаторите
Катализаторът е химикал, който помага за ускоряване на реакцията. Има широко приложение в различни индустрии. Основните потребители на катализатора са нефтопреработвателната, нефтохимическата, химическата промишленост, те се използват успешно в областта на екологията и защитата. заобикаляща среда.
Класификация
Всички произведени устройства са класифицирани:
- Според вида на катализната реакция - киселинно-основна, редокс
- Според групата на катализния процес - синтез на амоняк, крекинг на нефтопродукти
- По естеството на използваната активна основа - метални, оксидни, сулфидни, комплексни и др
- Според метода на производство
Всички катализатори използват цветни и благородни метали: платина, алуминий, желязо, хром, никел, ванадий, кобалт, бисмут, сребро, злато и много други.
Индустриалните катализатори също са хомогенни и хетерогенни. Хомогенен – намира се в обща фаза с реагиращото вещество. Катализатор, който образува своя собствена фаза, отделена от реагиращите вещества, се нарича хетерогенен. Използвайки промишлени и други видове катализатори, ние можем не само да спасим природата от отровни вещества, които съществуват във всяка индустрия, но и да спестим суровини.
Приложение в индустрията
Бързият растеж на промишлеността, на който сме свидетели сега, не би бил възможен без развитието и появата на нови химически технологични процеси. В по-голяма степен прогресът се улеснява от широкото използване на катализатори, именно те помагат да се превърнат нискокачествените суровини във висококачествени продукти. Катализаторът може да се сравни с философския камък, за който се смяташе, че превръща някои метали в злато. Но само катализаторите превръщат суровините в различни лекарства, пластмаси, химикали, горива, полезни и необходими торове и други полезни неща.
Приложение на катализатори
значимо събитие за практическа употребаКатализаторът се счита за началото на производството на маргарин по метода на каталитично хидрогениране на растителни масла. Това е извършено за първи път в самото начало на 20-ти век, а още през 20-те години учените разработват каталитични методи за получаване на нови органични материали. Олефини, нитрили, естери, киселини са се превърнали в един вид "градивни елементи" за производството на пластмаси.
Следващата вълна, когато започнаха да използват индустриални катализатори, беше рафинирането на нефт. Скоро в тази индустрия катализаторът вече не е необходим, тъй като тези устройства се използват на всички етапи от процеса, като например:
- Напукване
- Реформиране
- Хидросулфониране
- Хидрокрекинг
- Изомеризация
- Полимеризация
- Алкилиране
През последните години катализаторите се използват широко в областта на опазването на околната среда. Най-известното устройство, което ни помага да опазваме околната среда, е катализаторът на изгорелите газове в автомобилите.
Областите на приложение на неутрализаторите непрекъснато се разширяват, катализната реакция позволява да се подобрят предварително разработените технологии. Например, каталитичният крекинг е подобрен чрез използването на зеолити.
хидрогениране
По принцип каталитичните реакции са свързани с факта, че водороден атом се активира с друга молекула, което води до химични взаимодействия. Този процеснаречено хидрогениране, и именно той е в основата на много етапи в рафинирането на нефт, както и в производството на течно гориво от въглища. По време на войната процесът на хидрогениране се използва широко в Германия за производство на бензин за самолети и гориво за автомобили от въглища, тъй като в Германия няма петрол.
Хидрогениране на растителни хранителни масла
Друг полезно свойство, които катализаторите имат в Хранително-вкусовата промишленост- това е хидрогенирането на растително масло в маргарин, олио за готвене и други хранителни продукти. В този случай фин никелов прах се нанася върху катализатора или субстрата.
Дехидрогениране
Тази химическа реакция на катализа се използва по-рядко от хидрогенирането, но въпреки това е важна, помага за получаването на стирен, пропан, бутан, бутен.
киселинна катализа
Активността на повечето катализатори се определя и зависи от техните киселинни свойства. Това са киселинни индустриални катализатори, които в повечето случаи се използват в рафинирането на нефт за получаване на парафини и ароматни въглеводороди. Най-новото в използването на катализатори е производството на оловни горива, както и на високооктанови бензини.
Трябва да се каже, че все още няма унифицирана каталогизация на индустриалните катализатори. Всичко върви емпирично. Катализаторите се класифицират въз основа на следните параметри:
- Вид каталитична реакция
- Естеството на веществото, което е активно
- Група каталитичен процес.
Най-всеобхватният вариант е именно третият, тъй като той е най-фокусиран върху съвременната индустрия - нефтохимическа, химическа, нефтопреработваща.
История на създаването
Смята се, че първото използване на катализатор е производството на етилов етер от алкохол с използване на сярна киселина като катализатор. През 18-ти век е направено откритието за каталитичното действие на киселината за озахаряването на нишестето. Тук глина и някои видове метали са използвани като катализатор. Но все пак концепцията за "катализа" все още не съществува. Едва през 1834 г. Мичерлих въвежда такова понятие като "контактна реакция". Името "катализа" е предложено от Берцелиус година по-късно - през 1835 г.
Използването на платиновия метал за окисление е патентовано през 1831 г. от учения Филипс, но индустриалните приложения този методне получи катализа поради редица причини (платината намали активността си, когато се комбинира с арсен и някои други токсични вещества, съдържащи се в газовете). След като бъде разработен метод за почистване различни газовеот токсични вещества стана възможно създаването на първия голям индустриално устройство. Пуснат е в експлоатация в Русия през 1897 г. и е патентован през 1902 г. Днес най-важното големи предприятияРазлични индустрии използват индустриална "ката", като всеки процес използва свой собствен тип катализатор, който има оптималната комбинация от свойства.
Обемът на производство на тези устройства в света е повече от 800 хиляди тона годишно. Някои от катализаторите работят от 6 месеца до една година, а други имат много по-дълъг експлоатационен живот - до 10-12 години. След като работният лимит е изчерпан, катализаторът трябва да се изхвърли правилно.
Нашата компания Ви предлага изгодни условия за продажба на най-добри цени. Свържете се с нас - не забравяйте, че катализаторите съдържат не само благородни метали, но и вредни вещества. Не изхвърляйте устройства на сметища, по-добре е да спасите природата и дори плюс към това и да получите добра сума пари за скрап.
Катализата е една от най-динамично и бързо развиващите се области на науката и технологиите. Постоянно се разработват нови каталитични системи и се усъвършенстват съществуващите, предлагат се нови каталитични процеси, променя се оборудването им, подобряват се и се появяват нови физикохимични методи за изследване на катализатори. Повечето от химическите процеси, участващи в предприятията на нефтохимическия и нефтопреработвателния комплекс, са каталитични. Развитието на катализата и каталитичните технологии до голяма степен определят конкурентоспособността на нефтохимическите продукти на пазара. Ето защо остро стои въпросът за необходимостта от подготовка на висококвалифицирани специалисти в областта на катализата за нефтохимията.
Катализата е специфично явление. Няма вещества, които да имат каталитични свойства в обща форма. Всяка реакция трябва да използва свой собствен специфичен катализатор.
Приложение на катализа в химическа индустрия . Каталитичните процеси се използват за производството на водород, който служи като суровина за синтеза на амоняк и редица други химически технологични индустрии. Конверсия на метан.Най-евтиният източник на водород е природният газ. Първият етап от производството на водород включва взаимодействието на метан с водна пара с частично добавяне на кислород или въздух при температура 800–1000 ° C (реакция 2.1). Като катализатор се използва никел, нанесен върху топлоустойчиви алуминиеви носители (корунд - a-Al 2 O 3).
CH 4 + H 2 O ⇄ 3H 2 + CO (2.1)
CO + H 2 O ⇄ CO 2 + H 2 (2.2)
В резултат на тази реакция заедно с водорода се образува значително количество въглероден окис.
CO преобразуване.Взаимодействието на въглероден оксид с водна пара се извършва на два етапа при понижаваща се температура с помощта на оксидни катализатори (реакция 2.2), докато допълнително се образува водород. На първия етап се използва среднотемпературен (435-475 ° C) желязо-хромов катализатор (Fe 3 O 4 с добавки Cr 2 O 3); на втория, нискотемпературен (230-280 ° C) катализатор (смес от оксиди на алуминий, мед, хром и цинк). Крайното съдържание на въглероден оксид, чието присъствие рязко намалява активността на железните катализатори за синтеза на амоняк, може да бъде намалено до десети от процента.
За отстраняване на остатъчния CO е необходимо да се приложи комплексно промиване на газовата смес с амонячен разтвор на Cu 2 O при високо налягане от 120-320 atm и ниска температура от 5-20 ° C.
На практика промишлено производствопречистването на газовите емисии от CO се извършва чрез абсорбция с разтвори на Cu-амонячни соли (медни формиати и карбонати), които имат способността да образуват комплексни съединения с CO. Тъй като форматите не са много стабилни, предпочитание се дава на карбонатни разтвори.
Първоначалният карбонатно-амонячен комплекс на медта има следния състав (kmol / m 3): Cu + - 1,0 - 1,4; Cu 2+ - 0,08 - 0,12; NH3 - 4,0 - 6,0; CO 2 - 2,4 - 2,6.
Капацитетът на абсорбция по отношение на CO се притежава от соли на едновалентна мед. Cu 2+ катиони, като правило, не участват в абсорбцията. Въпреки това, концентрацията на Cu 2+ трябва да се поддържа в разтвора най-малко 10 тегл. % съдържание на Cu +. Последното помага да се предотврати образуването на елементарни медни отлагания, които могат да запушат тръбопроводите и да нарушат работата на абсорбера. Наличието на комплекс меден карбонат-амоняк Cu 2+ в разтвора измества равновесието на реакцията (1) към образуването на Cu + : Cu 2+ + Cu ⇄ 2 Cu + (1)
Разтворът на карбонатно-амонячния меден комплекс, използван за абсорбция на CO, съдържа 2 CO 3 ; CO 3; (NH4)2CO3; свободен NH3 и CO2.
Процесът на абсорбция на CO от карбонатно-амонячния комплекс на медта протича по реакцията: + + CO + NH 3 ⇄ + - DH (2)
Едновременно с CO се абсорбира и CO2 съгласно уравнението:
2 NH 3 + H 2 O + CO 2 ⇄ (NH 4) 2 CO 3 - DH 1 (3)
Метанизация.Във връзка с разработването на нов активен никелов катализатор, сложната операция на измиване може да бъде заменена при 250–350°C с по-прост процес на превръщане на остатъка от въглероден окис в инертен метан за катализатора за синтез на амоняк (реакция 2.3):
CO + 3H 2 ⇄ CH 4 + H 2 O (2,3)
По този начин разработването на по-активен катализатор направи възможно значително опростяване технологична схемаи подобряване на ефективността на производството на амоняк.
Приложение на катализа в нефтопреработвателната промишленост. Ефективността на катализата се оказа толкова значителна, че след няколко години реална технологична революция, което позволи рязко да се повиши както добивът, така и качеството на получените моторни горива въз основа на използването на катализатори.
Понастоящем над 80% от нефта се преработва с помощта на каталитични процеси: крекинг, реформинг, изомеризация и хидрогениране на въглеводороди, хидротретиране на нефтени фракции от съдържащи сяра съединения, хидрокрекинг. Таблица 2.1 изброява най-важните съвременни каталитични процеси в нефтопреработката.
Напукване.Каталитичният крекинг на нефт или неговите фракции е разрушителен процес, извършван при температури от 490-540 ° C върху синтетични и естествени алумосиликатни катализатори с кисела природа за получаване на висококачествен бензин с октаново число 98-92, значително количество газове съдържащи наситени и ненаситени въглеводороди C 3 - C 4 , керосин-газьол фракции, сажди и кокс.
Октаново число (O.ch.) - условен показател за детонационната устойчивост на леки (бензин, керосин) моторни горива при изгаряне в карбураторни двигатели. Еталонното гориво е изооктан (O.p. = 100), нормален хептан (O.p. = 0). Октановото число на бензина е процентното (обемно) съдържание на изооктан в такава смес от него с n-хептан, която при стандартни условия на изпитване на специален едноцилиндров двигател детонира по същия начин като изпитвания бензин.
През последните години катализаторите, базирани на кристални синтетични зеолити, получиха широко индустриално приложение. Активността на тези катализатори, особено тези, съдържащи смес от оксиди на редкоземни елементи (СеО 2, La 2 O 3, Ho 2 O 3, Dy 2 O 3 и други), е много по-висока от тази на аморфните алумосиликатни катализатори.
Използването на катализатори позволи не само да се увеличи скоростта на образуване на въглеводороди с по-ниско молекулно тегло от нафтени с 500-4000 пъти, но и да се увеличи добивът на ценни фракции в сравнение с термичния крекинг.
Каталитичният крекинг е най-високотонажният промишлен каталитичен процес. В момента преработва над 300 милиона тона нефт годишно, което изисква годишно потребление на около 300 хиляди тона катализатори.
Реформиране.Каталитичното реформиране се извършва при температура от 470-520 ° C и налягане от 0,8-1,5 MPa върху Pt, Re-катализаторите се поддържат върху алуминиев оксид, обработени с хлороводород за повишаване на киселинните свойства. Реформингът е метод за преработка на петролни продукти, главно бензинови и нафтови фракции от нефт (въглеводороди C 6 -C 9 от три основни класа: парафин, нафтен и ароматни), за да се получи високооктаново число моторен бензин, ароматни въглеводороди (бензен, толуен, ксилен, етилбензен) и индустриален водород. По време на процеса на реформиране протичат реакциите на дехидрогениране на нафтени до ароматни въглеводороди, циклизация на парафини и олефини и изомеризация на петчленни циклични въглеводороди в шестчленни. В момента каталитичният реформинг се използва за преработка на повече от 200 милиона тона нефт годишно. Използването му позволи не само да се подобри качеството на моторното гориво, но и да се произвеждат значителни количества ароматни въглеводороди за химическата промишленост. Страничните продукти на каталитичното реформиране са горивен газ, състоящ се главно от метан и етан, както и втечнен газ– пропан-бутанова фракция
Хидрообработка на петролни продукти.Водородът е ценен страничен продукт от каталитичен реформинг. Появата на евтин водород направи възможно широкото използване на каталитичното хидротретиране на нефтопродукти от сяра, азот и кислородсъдържащи съединения, с образуването съответно на лесно отстраними H 2 S, NH 3 и H 2 O (реакции 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)
В същото време се получава хидрогениране на диените, което повишава стабилността на продукта. За тази цел най-широко се използват катализатори, приготвени от оксиди на кобалт (2–5 тегл.%) и молибден (10–19 тегл.%) или оксиди на никел и молибден, нанесени върху γ-алуминиев оксид.
Хидроочистването позволява да се получат до 250-300 хиляди тона елементарна сяра годишно. За да направите това, внедрете процеса на Claus:
2H 2 S + 3O 2 ⇄ 2SO 2 + 2H 2 O (2,8)
2H 2 S + SO 2 ⇄ 3S + 2H 2 O (2,9)
Част от H 2 S се окислява от атмосферен кислород до γ-Al 2 O 3 при 200-250 ° C (реакция 2.8); другата част от H 2 S реагира със серен диоксид, за да образува сяра (реакция 2.9).
Условията за хидрообработка зависят от свойствата на пречистваната суровина, но най-често са в рамките на 330-410°C и 3-5 MPa. Около 300 милиона тона нефтопродукти (бензинови и керосинови фракции, дизелово гориво, вакуумни дестилати, парафини и масла) се хидроочистват годишно. Прилагането на етапа на хидротретиране при рафинирането на нефт позволи да се подготвят суровини за каталитичен реформинг (бензин) и крекинг (вакуумни дестилати), да се получи керосин и гориво с ниско съдържание на сяра, да се подобри качеството на продуктите (парафини и масла) , а също така има значителен ефект върху околната среда, тъй като се намалява замърсяването на атмосферата с изгорели газове от изгарянето на моторни горива.Въвеждането на хидротретиране направи възможно използването на масла с високо съдържание на сяра за получаване на петролни продукти.
Хидрокрекинг. IN напоследъкЗначително развитие получи процесът на хидрокрекинг, при който реакциите на крекинг, изомеризация и хидротретиране се извършват едновременно. Хидрокрекингът е каталитичен процес на дълбоко превръщане на суровини с различен фракционен състав в присъствието на водород с цел получаване на леки нефтопродукти: бензин, реактивно и дизелово гориво, втечнени газове C 3 -C 4 .Използването на полифункционални катализатори дава възможност за провеждане на този процес при 400-450 ° C и налягане от около 5-15 MPa. Като катализатори се използват волфрамов сулфид, смесени волфрам-никелови сулфидни катализатори върху носители, кобалтово-молибденови катализатори върху алуминиев оксид, с добавки на Ni, Pt, Pd и други метали върху аморфни или кристални зеолити.
Таблица 2.1 - Съвременни каталитични процеси на нефтопреработка
Изомеризация.За да подобрите качеството на бензина, добавете 10-15 тегл.% изомеризат с високо октаново число. Изомеризатът е смес от наситени алифатни (няма цикли в молекулите) въглеводороди с изоструктура (повече от 65 тегл.% 2-метилбутан; изохексани), получени чрез изомеризация на алкани (нормални наситени парафини). Суровината за изомеризация е лека бензинова фракция от директна дестилация на масло, кипяща в диапазона 62-85 ° C и съдържаща главно пентан и хексан, както и фракция (75-150 ° C), получена чрез каталитичен крекинг. Процесите на каталитична изомеризация протичат в присъствието на бифункционални катализатори: платина или паладий върху различни киселинни носители (γ-Al 2 O 3 , зеолит), стимулирани от халоген (Cl, F). Изомеризацията е трансформацията органична материяв съединения с различна структура (структурна изомерия) или с различно разположение на атомите или групите в пространството (пространствена изомерия), без да се променя съставът и молекулното тегло.
По този начин каталитичните процеси заемат водеща позиция в рафинирането на нефт. Благодарение на катализа стойността на продуктите, получени от нефт, се е увеличила няколко пъти.
По-обещаваща възможност за каталитични методи в рафинирането на нефт е отхвърлянето на глобалната трансформация, присъща на съвременните процеси на всички сложни съединения, открити в маслата. По този начин всички серни съединения се подлагат на хидрогенолиза с освобождаване на сероводород. Междувременно много от тях имат значителна независима стойност. Същото важи и за азотсъдържащите, металокомплексните и много други съединения. Би било много важно да се изолират тези вещества или да се подложат на отделни каталитични трансформации, за да се получат ценни продукти. Пример за това е производството на съдържащи сяра екстрагенти като сулфоксиди и сулфони, които се образуват по време на каталитичното окисляване на серни съединения, съдържащи се в маслото и котелното гориво. Несъмнено този начин на катализа значително ще повиши ефективността на нефтопреработката.
Бързият индустриален растеж, който преживяваме сега, не би бил възможен без развитието на нови химични технологии. До голяма степен този напредък се определя от широкото използване на катализатори, с помощта на които нискокачествените суровини се превръщат в продукти с висока стойност. Образно казано, катализатор- това е философският камък на съвременния алхимик, само че той не превръща оловото в злато, а суровините в лекарства, пластмаси, химикали, горива, торове и други полезни продукти. може би, първият каталитичен процескоето човекът се е научил да използва е ферментацията. Рецепти за приготвяне на алкохолни напитки са били известни на шумерите още през 3500 г. пр.н.е. Вижте ВИНО; БИРА.
Важен крайъгълен камък в практическо приложениекатализастана производство на маргаринкаталитично хидрогениране на растително масло. Тази реакция е извършена за първи път в промишлен мащаб около 1900 г. А от 1920 г. каталитичните методи за получаване нов органични материали особено пластмаси. Ключовият момент беше каталитичното производство на олефини, нитрили, естери, киселини и др. - "тухли" за химическо "изграждане" на пластмаси. Третата вълна на промишлено използване на каталитични процесипринадлежи към 1930 г. и свързани с рафинирането на нефт. По отношение на обема това производство скоро изостави всички останали. Рафиниране на нефт се състои от няколко каталитични процеса:
напукване,
реформиране,
Хидросулфониране,
Хидрокрекинг,
изомеризация,
Полимеризация
Алкилиране.
И накрая четвърта вълнапри използването на катализа свързани с опазването на околната среда. Най-известното постижение в тази област е създаване на каталитичен конвертор за изгорели газове на превозни средства. Катализаторите, които се монтират в автомобили от 1975 г., изиграха голяма роля за подобряване на качеството на въздуха и по този начин спасиха много животи.
Около дузина Нобелови награди са присъдени за работа в областта на катализата и свързаните с нея области. Практическото значение на каталитичните процеси се доказва от факта, че делът азот, който е част от азотсъдържащите съединения, получени промишлено, представлява около половината от общия азот, който е част от хранителни продукти. Количеството азотни съединения, произведени естествено, е ограничено, така че производството на диетичен протеин зависи от количеството азот, приложен към почвата с торове. Без него би било невъзможно да се изхрани дори половината човечество синтетичен амоняк, който се произвежда почти изключително каталитично Процес на Хабер-Бош. Обхватът на катализаторите непрекъснато се разширява. Също така е важно, че катализата може значително да повиши ефективността на предварително разработените технологии. Пример е подобряването на каталитичния крекинг чрез използването на зеолити.
Хидрогениране. Голямо числоКаталитичните реакции се свързват с активирането на водороден атом и някаква друга молекула, което води до тяхното химично взаимодействие. Този процес се нарича хидрогениране и е в основата на много етапи от рафинирането на нефт и производството на течни горива от въглища ( Процес на Бергиус). Производството на авиационен бензин и моторно гориво от въглища е развито в Германия по време на Втората световна война, тъй като тази страна няма нефтени полета. Процесът на Бергиус е директно добавяне на водород към въглерод. Въглищата се нагряват под налягане в присъствието на водород и се получава течен продукт, който след това се преработва в авиационен бензин и моторно гориво. Като катализатор се използва железен оксид, както и катализатори на базата на калай и молибден. По време на войната около 1400 тона течно гориво на ден се получават в 12 германски фабрики, използвайки процеса на Бергиус. Друг процес, Фишер-Тропш, се състои от два етапа. Първо се газифицират въглищата, т.е. осъществява реакцията си с водна пара и кислород и получава смес от водород и въглеродни оксиди. Тази смес се превръща в течно гориво с помощта на катализатори, съдържащи желязо или кобалт. С края на войната производството на синтетично гориво от въглища в Германия е прекратено. В резултат на покачването на цените на петрола, което последва петролното ембарго през 1973-1974 г., бяха положени енергични усилия за разработване на икономически жизнеспособен метод за производство на бензин от въглища. По този начин директното втечняване на въглища може да се извърши по-ефективно, като се използва двуетапен процес, при който първо въглищата влизат в контакт с алуминиев оксид-кобалт-молибденов катализатор при относително ниска, а след това при по-висока висока температура. Цената на такъв синтетичен бензин е по-висока от тази, получена от нефт.
Амоняк.Един от най-простите процеси на хидрогениране от химическа гледна точка е синтезът на амоняк от водород и азот. Азотът е много инертно вещество. За разрушаване на връзката N–N в неговата молекула е необходима енергия от порядъка на 200 kcal/mol. Но азотът се свързва с повърхността на железния катализатор в атомно състояние и това изисква само 20 kcal/mol. Водородните връзки с желязото се свързват още по-лесно. Синтезът на амоняк протича по следния начин:
Този пример илюстрира способността на катализатора да ускорява еднакво както правата, така и обратната реакция, т.е. фактът че катализаторът не променя равновесното положение на химичната реакция.
Хидрогениране на растително масло. Един от най-важните в в практически планреакции на хидрогениране - непълно хидрогениране на растителни масла до маргарин, готварско олио и други хранителни продукти. Растителни маслаполучени от соя, семена от памук и други култури. Те включват естери, а именно триглицериди на мастни киселини с различна степен на ненаситеност. Олеиновата киселина CH 3 (CH 2) 7 CH \u003d CH (CH 2) 7 COOH има една двойна връзка C \u003d C, линоловата киселина има две и линоленовата киселина има три. Добавянето на водород за прекъсване на тази връзка предотвратява окисляването на маслата (гранясване). Това повишава тяхната точка на топене. Твърдостта на повечето от получените продукти зависи от степента на хидрогениране. Хидрогенирането се извършва в присъствието на фино диспергиран никелов прах, нанесен върху субстрат или никел. Катализатор Ренейв високо пречистена водородна атмосфера.
Дехидрогениране.Дехидрогенирането също е промишлено важна каталитична реакция, въпреки че мащабът на нейното приложение е несравнимо по-малък. С негова помощ се получава например важен мономер стирен. За да направите това, дехидрогенирайте етилбензен в присъствието на катализатор, съдържащ железен оксид; калий и някои структурни стабилизатори също допринасят за реакцията. В индустриален мащаб пропанът, бутанът и другите алкани се дехидрогенират. При дехидрогениране на бутан в присъствието на алуминиев хромов катализатор се получават бутени и бутадиен.
киселинна катализа.Каталитичната активност на голям клас катализатори се дължи на техните киселинни свойства. Според И. Бронстед и Т. ЛоуриКиселината е съединение, което може да отдаде протон. Силните киселини лесно отдават своите протони на основи. Концепцията за киселинност получена по-нататъчно развитиев произведения Г. Луис, който дефинира киселина като вещество, способно да приеме електронна двойка от донорно вещество с образуването на ковалентна връзка поради социализацията на тази електронна двойка.
Тези идеи, заедно с идеи за реакции с образуването на карбениеви йони, помогнаха да се разбере механизъм на различни каталитични реакции, особено тези, които включват въглеводороди. Силата на киселина може да се определи с помощта на набор от основи, които променят цвета си, когато се добави протон. Оказва се, че някои промишлено важни катализатори се държат като много силни киселини. Те включват катализатора Процес на Friedel-Crafts, като HCl–AlCl 2 O 3 (или HAlCl 4), и алумосиликати. Сила на киселината- това е много важна характеристика, тъй като скоростта на протониране, ключова стъпка в процеса на киселинна катализа, зависи от него. Активността на катализатори като алуминосиликати, използвани при крекинг на нефт, се определя от наличието на киселини на Bronsted и Lewis на тяхната повърхност. Тяхната структура е подобна на структурата на силициевия диоксид (силициев диоксид), в който някои от Si 4+ атомите са заменени с Al 3+ атоми. Излишният отрицателен заряд, който възниква в този случай, може да бъде неутрализиран от съответните катиони. Ако катионите са протони, тогава алумосиликатът се държи като Бронстед киселина:
Активност на киселинните катализатори обусловенитяхната способност да реагират с въглеводороди, за да образуват карбениев йон като междинен продукт. Алкилкарбениевите йони съдържат положително зареден въглероден атом, свързан с три алкилови групи и/или водородни атоми. Те играят важна ролякато междинни продукти, образувани в много реакции, включващи органични съединения. Механизмът на действие на киселинните катализаториможе да се илюстрира с примера на реакцията на изомеризация на n-бутан до изобутан в присъствието на HCl–AlCl 3 или Pt–Cl–Al 2 O 3 . Първо, малко количество C4H8 олефин свързва положително заредения водороден йон на киселинния катализатор, за да образува третичен карбениев йон. След това отрицателно зареденият хидриден йон H - се отделя от n-бутан с образуването на изобутан и вторичен бутилкарбениев йон. Последният, в резултат на пренареждането, се превръща в третичен карбениев йон. Тази верига може да продължи с елиминирането на хидридния йон от следващата молекула n-бутан и т.н.:
Показателно е, че третичните карбениеви йони са по-стабилни от първичните или вторичните. В резултат на това те присъстват главно на повърхността на катализатора и следователно основният продукт от изомеризацията на бутан е изобутанът. Киселинни катализаторинамират широко приложение в нефтопреработването - крекинг, алкилиране, полимеризация и изомеризация на въглеводороди (виж също ХИМИЯ И МЕТОДИ ЗА РАФИНИРАНЕ НА НЕФТ).
Инсталиран Механизъм на действие на карбениевите йонииграещи ролята на катализатори в тези процеси. В същото време те участват в редица реакции, включително образуването на малки молекули чрез разцепване на големи, комбинацията на молекули (олефин с олефин или олефин с изопарафин), структурно пренареждане чрез изомеризация, образуването на парафини и ароматни въглеводороди чрез пренос на водород. Едно от най-новите промишлени приложения на киселинната катализа е производството на оловни горива чрез добавяне на алкохоли към изобутилен или изоамилен. Добавянето на кислородни съединения към бензина намалява концентрацията на въглероден окис в отработените газове. Метил третичният бутилов етер (MTBE) със смесено октаново число 109 също прави възможно получаването на високооктаново гориво, необходимо за работа на автомобилен двигател с висока компресия, без да се прибягва до въвеждането на тетраетил олово в бензина. Организирано е и производство на горива с октаново число 102 и 111.
основна катализа.Катализаторна активност обусловенитехните основни свойства. Дълго и добре известен примертакива катализатори е натриев хидроксидизползвани за хидролизиране или осапунване на мазнини при производството на сапун и един скорошен пример са катализаторите, използвани в производството на полиуретанови пластмаси и пени. Уретанът се образува при взаимодействието на алкохол с изоцианат и тази реакция се ускорява в присъствието на основни амини. По време на реакцията основата се свързва с въглеродния атом в молекулата на изоцианата, в резултат на което се появява отрицателен заряд на азотния атом и неговата активност по отношение на алкохола се увеличава. Особено ефективен катализатор е триетилендиаминът. Полиуретановите пластмаси се получават чрез взаимодействие на диизоцианати с полиоли (полиалкохоли). Когато изоцианатът реагира с вода, образуваният преди това уретан се разлага, за да се освободи CO 2 . Когато смес от полиалкохоли и вода реагира с диизоцианати, получената полиуретанова пяна се разпенва с газообразен CO 2 .
Катализатори с двойно действие. Тези катализатори ускоряват два типа реакции и дават по-добри резултати от преминаването на реагентите последователно през два реактора, всеки от които съдържа само един тип катализатор. Това се дължи на факта, че активните центрове на двойно действащия катализатор са много близо едно до друго, а междинният продукт, образуван на един от тях, веднага се превръща в краен продукт на другия. Комбинирането на катализатор, активиращ водород, с катализатор, насърчаващ изомеризацията на въглеводороди, дава добър резултат. Активиране на водородизвършват някои метали, а изомеризацията на въглеводороди - киселини. Ефективен катализатор с двойно действие, който се използва при рафинирането на нефт за превръщане на нафтата в бензин, е фино диспергирана платина, отложена върху кисел алуминиев оксид. Преобразуване на компоненти на нафта като напр метилциклопентан (ICP), в бензен повишава октановото число на бензина. Първо ICPдехидрогенира върху платинената част на катализатора до олефин със същия въглероден скелет; след това олефинът преминава към киселинната част на катализатора, където се изомеризира до циклохексен. Последният преминава към платинената част и се дехидрогенира до бензен и водород. Катализаторите с двойно действие значително ускоряват реформирането на маслото. Те се използват за изомеризиране на нормалните парафини до изопарафини. Последните, кипящи при същите температури като бензиновите фракции, са ценни, защото имат по-високо октаново число в сравнение с чистите въглеводороди. В допълнение, превръщането на n-бутан в изобутан е придружено от дехидрогениране, което допринася за производството на MTBE.
Стереоспецифична полимеризация. Важен крайъгълен камък в историята на катализата е откриването на каталитичната полимеризация на а-олефини с образуването на стереоправилни полимери. Стереоспецифичните полимеризационни катализатори са открити от K. Ziegler, когато той се опитва да обясни необичайните свойства на получените от него полимери. Друг химик, J. Natta, предполага, че уникалността на полимерите на Ziegler се определя от тяхната стереорегулярност. Експериментите с рентгенова дифракция показват, че полимерите, получени от пропилен в присъствието на катализатори на Ziegler, са силно кристални и наистина имат стереоправилна структура. Ната въвежда термините "изотактичен" и "синдиотактичен", за да опише такива подредени структури. В случай, че няма ред, се използва терминът "атаксичен":
Стереоспецифична реакция възниква на повърхносттатвърди катализатори, съдържащи преходни метали от групи IVA-VIII (като Ti, V, Cr, Zr) в частично окислено състояние и всяко съединение, съдържащо въглерод или водород, което е свързано с метал от групи I-III. Класически пример за такъв катализатор е утайката, образувана по време на взаимодействието на TiCl 4 и Al (C 2 H 5) 3 в хептан, където титанът се редуцира до тривалентно състояние. Тази изключително активна система катализира полимеризацията на пропилей при нормална температура и налягане.
каталитично окисление.Използването на катализатори за контролиране на химията на окислителните процеси е от голямо научно значение практическа стойност. В някои случаи окисляването трябва да е пълно, например при неутрализиране на CO и въглеводородни замърсители в автомобилните отработени газове. По-често обаче е необходимо окислението да е непълно, например в много процеси, широко използвани в индустрията за превръщане на въглеводороди в ценни междинни продукти, съдържащи такива функционални групи като -CHO, -COOH, -C-CO, -CN . В този случай се използват както хомогенни, така и хетерогенни катализатори. Пример за хомогенен катализатор е комплекс от преходен метал, който се използва за окисляване на пара-ксилен до терефталова киселина, чиито естери са в основата на производството на полиестерни влакна.
Катализатори за хетерогенно окисление.Тези катализатори обикновено са сложни твърди оксиди. Каталитичното окисление протича на два етапа. Първо, оксидният кислород се улавя от въглеводородна молекула, адсорбирана върху повърхността на оксида. Въглеводородът се окислява, а оксидът се редуцира. Редуцираният оксид реагира с кислорода и се връща в първоначалното си състояние. Използвайки ванадиев катализатор, фталов анхидрид се получава чрез частично окисление на нафталин или бутан.
Производство на етилен чрез дехидродимеризация на метан. Синтезът на етилен чрез дехидродимеризация позволява природният газ да бъде превърнат в по-лесно преносими въглеводороди. реакция
2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2H 2 O
провежда се при 850 °C с използване на различни катализатори; най-добри резултати се получават с Li-MgO катализатор. Предполага се, че реакцията протича чрез образуването на метилов радикал чрез отделяне на водороден атом от молекула метан. Разцепването се извършва от непълно редуциран кислород, например O 2 2–. Метиловите радикали в газовата фаза се рекомбинират, за да образуват молекула етан и се превръщат в етилен по време на последващо дехидрогениране. Друг пример за непълно окисление е превръщането на метанол във формалдехид в присъствието на сребърен или желязо-молибденов катализатор.
Зеолити.Зеолитите съставляват специален клас хетерогенни катализатори. Това са алумосиликати с подредена структура на пчелна пита, чийто размер на клетките е сравним с размера на много органични молекули. Те също се наричат молекулярни сита. Най-голям интерес представляват зеолитите, чиито пори са образувани от пръстени, състоящи се от 8–12 кислородни йона (фиг. 2). Понякога порите се припокриват, както в зеолита ZSM-5 (фиг. 3), който се използва за високоспецифичното превръщане на метанола в въглеводороди от бензинова фракция. Бензинът съдържа значителни количества ароматни въглеводороди и следователно има високо октаново число. В Нова Зеландия, например, една трета от целия консумиран бензин се получава чрез тази технология. Метанолът се получава от вносен метан.
Снимка 2 - Структурата на зеолитите с големи и малки пори.
Снимка 3 - Зеолит ZSM-5. Схематично представяне на структурата под формата на пресичащи се тръби.
Катализаторите, които съставляват групата на Y-зеолитите, значително повишават ефективността на каталитичния крекинг поради техните необичайни киселинни свойства. Замяната на алумосиликатите със зеолити дава възможност да се увеличи добивът на бензин с повече от 20%. В допълнение, зеолитите са селективни по отношение на размера на реагиращите молекули. Тяхната селективност се дължи на размера на порите, през които могат да преминат молекули само с определени размери и форми. Това се отнася както за изходните материали, така и за реакционните продукти. Например, поради пространствени ограничения, пара-ксилолът се образува по-лесно от по-обемистите орто и мета изомери. Последните са „заключени” в порите на зеолита (фиг. 4).
Фигура 4 - Схема, обясняваща селективността на зеолитите по отношение на реагенти (а) и продукти (б).
Използването на зеолити революционизира някои индустриални технологии – депарафинизациягазьол и двигателно масло, получаване на химични междинни продукти за производство на пластмаси чрез ароматно алкилиране, изомеризация на ксилен, диспропорциониране на толуен и каталитичен крекинг на масло. Зеолитът ZSM-5 е особено ефективен тук.
Депарафинизация на петролни продукти- извличане на парафин и церезин от петролни продукти (дизелови горива, масла), в резултат на което се подобрява тяхното качество, по-специално, температурата на течливост намалява.
Парафин(Немски Paraffin, от лат. Parum - малко и affinis - свързан), смес от наситени въглеводороди C 18 -C 35, предимно. нормална структура с мол. м. 300-400; безцветни кристали с t pl. \u003d 45–65 o C, плътност 0,880–0,915 g / cm 3 (15 o C).
Церезин(от лат. cera - восък), смес от твърди въглеводороди (главно алкилциклани и алкани), получена след пречистване на озокерита. По плътност, цвят (от бяло до кафяво), точка на топене (65-88 ° C) и вискозитет церезинът е подобен на восък.
Катализатори и опазване на околната среда.Използването на катализатори за намаляване на замърсяването на въздуха започва в края на 40-те години на миналия век. През 1952 г. А. Хаген-Смит установи, че въглеводородите и азотните оксиди, които са част от отработените газове, реагират на светлината, за да образуват оксиданти (по-специално озон), които дразнят очите и дават други нежелани ефекти. Приблизително по същото време Y. Houdry разработи метод за каталитично пречистване на отработени газове чрез окисляване на CO и въглеводороди до CO 2 и H 2 O. През 1970 г. беше формулирана Декларацията за чист въздух (преработена през 1977 г., разширена през 1990 г.), според който всички нови автомобили, като се започне от моделите от 1975 г., трябва да бъдат оборудвани с каталитични конвертори на отработените газове. Установени са норми за състава на отработените газове. Тъй като оловните съединения, добавени към бензиновите отровни катализатори, е приета програма за постепенно премахване. Обърнато е внимание и на необходимостта от намаляване на съдържанието на азотни оксиди. Катализаторите са създадени специално за автомобилни конвертори, в които активни съставкисе отлагат върху керамичен субстрат със структура на пчелна пита, през чиито клетки преминават отработените газове. Субстратът е покрит тънък слойметален оксид, например Al2O3, върху който се нанася катализатор - платина, паладий или родий. Съдържанието на азотни оксиди, образувани при изгарянето на природни горива в топлоелектрическите централи, може да бъде намалено чрез добавяне на малки количества амоняк към димните газове и преминаването им през титаниево-ванадиев катализатор.
Ензими.Ензимите са естествени катализатори, които регулират биохимичните процеси в живата клетка. Те участват в процесите на енергиен обмен, разграждане на хранителни вещества, реакции на биосинтеза. Много сложни органични реакции не могат да протичат без тях. Ензимите функционират при обикновена температура и налягане, имат много висока селективност и са в състояние да увеличат скоростта на реакциите с осем порядъка. Въпреки тези предимства, само около 20 от 15 000 известни ензими се използват в голям мащаб. Човекът използва ензими от хиляди години, за да пече хляб, да произвежда алкохолни напитки, сирене и оцет. Сега ензимите се използват и в промишлеността: при преработката на захар, при производството на синтетични антибиотици, аминокиселини и протеини. Към детергентите се добавят протеолитични ензими, които ускоряват процесите на хидролиза. С помощта на бактерията Clostridium acetobutylicum Х. Вайцман извършва ензимно превръщане на нишестето в ацетон и бутилов алкохол. Този метод за получаване на ацетон е широко използван в Англия по време на Първата световна война, а по време на Втората световна война бутадиеновият каучук се произвежда с негова помощ в СССР. Изключително голяма роля играе използването на ензими, произведени от микроорганизми за синтеза на пеницилин, както и стрептомицин и витамин В12. Ензимно произведеният етилов алкохол се използва широко като автомобилно гориво. В Бразилия повече от една трета от около 10 милиона коли работят с 96% етилов алкохол, получен от захарна тръстика, а останалите със смес от бензин и етилов алкохол (20%). Технологията за производство на гориво, което представлява смес от бензин и алкохол, е добре развита в САЩ. През 1987 г. около 4 милиарда литра алкохол са получени от царевични зърна, от които приблизително 3,2 милиарда литра са използвани като гориво. Различни приложения намират и т.нар. имобилизирани ензими. Тези ензими са свързани с твърд носител, като силикагел, върху който преминават реагентите. Предимството на този метод е, че осигурява ефективен контакт на субстратите с ензима, отделяне на продуктите и запазване на ензима. Един пример за промишлена употреба на имобилизирани ензими е изомеризацията на D-глюкоза до фруктоза.
Литература
1. Gates B.K. Химия на каталитичните процеси. М., 1981
2. Боресков Г.К. Катализа. Въпроси на теорията и практиката. Новосибирск, 1987
3. Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В. Нов обща теориякатализа. Л., 1991
4. Токабе К. Катализатори и каталитични процеси. М., 1993
5. Енциклопедия на Collier. - отворено общество. 2000.
