Различают катализаторы массивные и нанесенные на носитель. Использование носителя основано на том, что в твердом катализаторе «работает» главным образом, тонкий слой поверхности, в котором имеются так называемые активные центры. Поэтому часто каталитически активную массу наносят на носитель, что позволяет снизить затраты на обычно более дорогой активный компонент, увеличить его дисперсность, часто также улучшаются и другие физические свойства, например, механическая прочность, теплопроводность и др.).
Обычно катализатор представляет собой смесь каталитически активного материала (например, металла) с добавкой промотора на носителе. Носитель используется для увеличения дисперсности частиц катализатора, доступности активных центров, улучшению пористой структуры. Носитель не обладает собственной каталитической активностью и не взаимодействует с каталитически активным материалом. Поэтому в качестве носителей обычно используют химически инертные, тугоплавкие оксиды с развитой поверхностью, например, активный углерод, диоксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликаты, оксиды магния, цинка и др. Удельная поверхность носителей обычно заключается в диапазоне от 10 до 400 м2/г.
Кроме того, твердые катализаторы могут содержать промоторы. Промотор, как и носитель, не обладает каталитической активностью, но взаимодействует с каталитически активным материалом и в малых добавках улучшает некоторые эксплуатационные свойства катализатора. Например, добавка 0,2% рения (и хрома) к платине сильно повышает селективность и стабильность катализатора ароматизации в отношении спекания. Добавка 1-2% щелочи (К2О) к железным катализаторам синтеза увеличивает выход аммиака, а в синтезе Фишера-Тропша улучшают селективность по высшим углеводородам и спиртам (подавляют метанирование).
6.3.2 Основные типы твердых катализаторов
Рассмотрим теперь основные типы катализаторов, используемые в различных промышленных процессах. Для процессов кислотно-основного катализа, таких как крекинг, гидратация, дегидратация, изомеризация и др. катализатор должен обладать способностью передавать протоны реагентам. Поэтому лучшими катализаторами будут сильные кислоты, такие как цеолиты в Н-форме, алюмосиликаты, кислоты, в том числе суперкислоты и ГПК.
Для процессов гидро-дегидрогенизации, таких как гидрирование ненасыщенных соединений, гидрообессеривание нефтепродуктов, дегидрирование парафинов в олефины, ароматизации катализатор должен обладать способность к активации водорода. Обычно в качестве катализаторов таких процессов используют металлы VIII группы их оксиды и сульфиды.
В другом важном классе окислительных процессов обычно используют катализаторы – оксиды переходных металлов, например, оксиды ванадия, меди, хрома, молибдена, марганца и др.
6.3.3. Области протекания гетерогенно-каталитических процессов
Общими стадиями гетерогенного катализа являются диффузия реагентов к поверхности и в порах катализатора, затем протекают процессы адсорбции-координации, активации реагентов и собственно реакции, и окончательно продукты десорбируются с поверхности в объем реакционной смеси. В зависимости от условий процесса, каждая из перечисленных стадий может лимитировать суммарный процесс.
Поэтому задача описания процесса дополняется анализом области его протекания. Так, если медленной стадией является диффузия в среде или в порах катализатора, говорят, что реакция протекает во внешне- или внутридиффузионной области. Реже наблюдается десорбционная область, когда процесс лимитирует десорбция. Для полной реализации каталитического действия необходимо, чтобы все эти процессы протекали быстрее, чем собственно реакция на поверхности катализатора. Это особенно важно в случае сильно экзотермических процессов, когда при малой интенсивности процессов переноса тепла и вещества возможно тепловое воспламенение в слое катализатора, приводящее к аварии реактора.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.