Лекция 18

Тема: Типы катализаторов. Механизмы действия катализаторов.

Стадии катализа:

1. Диффузия реагирующих молекул к поверхности катализатора

2. Активированная адсорбция (хемосорбция) реагирующих веществ на поверхности катализатора

3. Химическая реакция на поверхности катализатора

4. Десорбция ( снятие с поверхности катализатора) продуктов реакции

5. Диффузия продуктов реакции в глубь газовой фазы

Общий принцип действия гетерогенных катализаторов заключается в том. что молекулы реагирующих веществ, сталкиваясь с активными центрами катализатора, могут образовывать различные нестойкие промежуточные соединения ( радикалы или ионы). От реакционной способности и природы этих соединений зависят и скорость протекающих реакций, и состав конечных продуктов. В практике подбора и применения гетерогенных катализаторов необходимо учитывать их селективность, активность и срок службы.

Селективность– избирательность катализатора, это способность катализатора ускорять только одну или несколько химических процессов определенного типа из числа термодинамически вероятных при данных условиях и для данного сырья.

Активность катализатора – это его производительность, чем активнее катализатор, тем меньше его нужно для превращения определенного количества исходных веществ в конечные продукты за единицу времени. Активность катализатора зависит в основном от состояния его поверхности. Катализаторы обычно применяют в виде таблеток, шариков или зерен небольших размеров. Для увеличения поверхности часто катализатор наносят на подложку(носитель),обладающую пористой поверхностью. Спад активности катализатора –утомление или старение – бывает от различных причин. Чаще всего – в результате отложения на его активных центрах продуктов распада – кокса, смолы, парафинов и др. или вследствие воздействия некоторых примесей в сырье, называемыхкаталитическими ядами. Восстановление активности катализатора называетсярегенерацией.

Основные особенности процесса катализа заключаются в следующем:

1. Поскольку катализатор не расходуется в процессе реакции и вблизи состояния равновесия в равной мере ускоряет и прямую и обратную реакции, то он не может влиять на термодинамическое равновесие химических реакций.

2. Действие катализатора специфично. Применяя различные катализаторы можно получить различные продукты. Так, СuиNi- наиболее специфичные катализаторы для реакции гидрирования и дегидрогенизации,Ag- для окисления, катализатор общего действия –Pt.

3. Обычно достаточно очень малого количества катализатора (одна молекула на млн. молекул реагирующих веществ).

4. Скорость гомогенной каталитической реакции пропорциональна концентрации катализаторов.

5. Действие катализатора зависит от его физического состояния (порошок или плотный) и от присутствия посторонних веществ.

6. Смесь катализаторов часто действует значительно сильнее, по сравнению с действием отдельных веществ.

Лекция 19

Тема: Каталитический крекинг

План

1. Процесс кат крекинга

2. Химизм процесса кат крекинга

Каталитический крекинг является одним из основных методов получения высокооктановых бензинов. Преимущества каталитического крекинга в основном состоят из следующих моментов:

1. в результате общего ускорения процесса процесс можно проводить при более низких температурах и при низких давлениях,

2. селективное действие катализатора ускоряет такие процессы, которые приводят к накоплению в крекинг-бензине ароматических, изопарафиновых и изоолефиновых, обладающих большим октановым числом.

Самая крупная в мире установка каталитического крекинга – это нефтеперерабатывающий завод компании «Эксон» в Линдене, штат Нью-Джерси, США. Он перерабатывает в день 19 077 000 лсырой нефти.

Реакции крекинга – это реакции, протекающие с увеличением объема, поскольку при крекинге деструктивное разрушение больших по размеру молекул образует еще большее количество малых молекул. Каталитический крекинг проводят при температуре 450-480⁰С, как правило, при атмосферном давлении и разбавлении водяным паром. Это способствует смещению равновесия реакции (идущей с увеличением объема) в сторону продуктов, а также снижает коксообразование.

Осаждение твердых продуктов реакции на активных центрах катализатора отравляет его, и для очистки поверхности кокс выжигают горячим воздухом.

Как и в случае термодеструкции, при каталитический крекинг повышение температуры приводит к увеличению выхода газообразных углеводородов и снижению выхода жидких углеводородов. При этом средняя молекулярная масса веществ газовой и жидкой фаз снижается, а также увеличивается коксообразование.

Последовательность крекинга отдельных видов углеводородов определяется не скоростями превращений, как при термическом крекинге, а способностью отдельных компонентов адсорбироваться на поверхности катализатора. Последовательность реакций углеводородов при каталитическом крекинге следующая: