Катализаторы-металлы, смешанные и полифункциональные катализаторы гетерогенного катализа. Требования к катализатору. Теории гетерогенного катализа. Мультиплексная и электронная теории. Теория активных ансамблей. Катализ в переработке природного газа.
Аннотация к работе
КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Термин "катализ" был введен в 1835 году шведским ученым Йенсом Якобом Берцелиусом. Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными. ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ (контактный катализ), изменение скорости химической реакции при воздействии катализаторов, образующих самостоятельную фазу и отделенных от реагирующих веществ границей раздела.В гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях. Наиболее часто катализатор представляет собой твердое вещество, а реагенты являются газами или жидкостями. При этом катализатором является твердая фаза, а реагирующими веществами зачастую жидкая или газообразная фаза. Поэтому скорость такой каталитической реакции уже не будет пропорциональной массе катализатора, как в гомогенном катализе, а зависеть от удельной площади поверхности катализатора. В промышленности применяют катализаторы в виде цилиндров, гранул диаметром несколько миллиметров, а также катализаторы, получаемые нанесением активного агента (платины, палладия) на пористый посей - активированный уголь, кизельгур, силикагель, алюмогель.Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор.Металлы обычно значительно активнее оксидов и обладают более универсальным каталитическим действием, хотя, как правило, менее селективным. В химическом взаимодействии с молекулами реагирующих на поверхности веществ участвуют только те d-орбитали, которые направлены от поверхности наружу и имеют одинаковую группу симметрии с молекулярными орбиталями реагентов. Металлы, находящиеся в конце переходных периодов, имеют в d-оболочке дырки (отсутствие электронов), что облегчает их участие в каталитическом превращении. В реакциях с участием Н2 наиболее активны металлы, на поверхности которых происходит его хемосорбция с диссоциацией и низкой энергией связи атомарного водорода. По мере уменьшения размера частиц (повышения дисперсности) катализатора его активность в одних реакциях остается неизменной (структурно-нечувствительные или "незатрудненные" реакции), в других реакциях на частицах размером 2-4 нм при общем росте активности наблюдается снижение числа оборотов реакции; это так называемые структурно-чувствительные или "затрудненные" реакции.В реакциях кислотно-основного типа (крекинг, дегидратация, изомеризация и др.) высокой активностью обладают катализаторы, состоящие из нескольких веществ, - оксиды металлов с различным зарядом катиона, аморфные алюмосиликаты и цеолиты, гетерополикислоты, сульфаты, фосфаты и др.Промышленные каталитические процессы часто проводят на катализаторах, сочетающих различные функции. Например, превращения углеводородов в риформинге ускоряются катализаторами, в которых переходные металлы, главным образом Pt или Ni, комбинируются с кислотным оксидом, например алюмосиликатом или А12О3, модифицированным фтором. Катализ протекает вблизи границы раздела фаз или в результате перемещения активной частицы из одной фазы в другую: Полифункциональные катализаторы, как правило, состоят из нескольких фаз, каждая из которых ускоряет одну из стадий сложного процесса.Произволительность катализатора для многотоннажных процессов обычно должна быть выше 20 г/л*ч, в противном случае потребовались бы аппараты слишком большого объема или в слишком большом количестве. Катализатор должен обладать достаточной устойчивостью к травлению каталитическими ядами. В том числе желательно минимизировать отложение кокса на поверхности катализатора в органических реакциях, максимально удлинить период работы катализатора до регенерации. Катализатор должен быть механически прочным таблетки не должны раздавливаться под тяжестью слоя катализатора и разрушаться при свободном падении с высоты, несколько превышающей высоту контактного аппарата. Особенно высокие требования к прочности на истирание предъявляются к катализатору, работающему в условиях подвижного слоя с циркуляцией или в кипящем слое.В теории гетерогенного катализа постулируется наличие на поверхности катализатора особых участков - активных центров, на которых происходит активация реагирующих молекул и их взаимодействие с образованием продуктов реакций и освобождением активных центров для следующих взаимодействий.Мультиплетная теория катализа создает предпосылки для сознательного подбора катализаторов реакций на основе теории строения молекул реагирующих веществ и кристаллических решеток катализаторов. Мультиплетная теория катализа рассматривает геометрическое и энергетическое соответствие между реагирующими молекулами и атомами твердого тела. На основании этой теории Б
План
Содержание
Введение
I. Гетерогенный катализ
II. Катализаторы гетерогенного катализа
2.1 Катализаторы-металлы
2.2 Смешанные катализаторы
2.3 Полифункциональные катализаторы
2.4 Основные требования к катализатору
III. Теории гетерогенного катализа
3.1 Мультиплетная теория
3.2 Теория активных ансамблей
3.3 Электронная теория
IV. Применение катализа в нефтехимической промышленности
4.1 Катализ в переработке природного газа
4.2 Каталитическая очистка природного газа от серы
Введение
КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Термин "катализ" был введен в 1835 году шведским ученым Йенсом Якобом Берцелиусом.
Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными.
Катализ бывает гомогенным и гетерогенным (контактным). Гомогенный катализ в включает в себя содержание одной фазы, то есть реагирующего вещества и катализатора. В гетерогенном катализе каталитическая система включает несколько фаз. В нефтепереработке гетерогенный катализ, особенно с твердым катализатором, распространен значительно больше, чем гомогенный. В данной работе будет рассматриваться гетерогенный катализ.
ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ (контактный катализ), изменение скорости химической реакции при воздействии катализаторов, образующих самостоятельную фазу и отделенных от реагирующих веществ границей раздела.
Применение гетерогенного катализа имеет большое практическое значение и широко внедряется в промышленность. В связи с этим было проведено большое количество исследований для выяснения природы и механизма каталитического процесса на поверхности катализатора. Область применения гетерогенного катализа весьма широка и продолжает расширяться. В связи с заметным повышением стоимости нефти и истощением ее сырьевых ресурсов в недрах Земли ведутся большие исследования по каталитическим процессам химической переработки других горючих ископаемых (уголь, сланцы, природный газ) с целью получения топлив, углеводородов, кислородсодержащих органических соединений и других веществ. Не останавливаясь на других областях применения гетерогенного катализа, на основании изложенного можно сказать, что перспективы применения каталитических процессов чрезвычайно обширны, а их большое значение как прогрессивных промышленных методов бесспорно. гетерогенный катализ катализатор газ