3.4.1. Катализаторы

Каталитические взаимодействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз газовой смеси и поверхности катализатора.

В качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества – платину, палладий, рутений; используют и более дешевые – никель, хром, медь, но они менее эффективны. В процессах санитарной каталитической очистки отходящих газов высокой активностью обладают катализаторы на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а также оксидные контактные массы, активированные благородными металлами (1,0...1,5 %).

Твердые катализаторы, которые наиболее распространены, чаще всего выпускают в виде зерен, таблеток, гранул. Это в основном металлы и их оксиды, например медь, серебро, платина, платиноиды, хром, молибден, железо, никель, кобальт и др. Часто металлы используют в виде дисперсий на поверхности носителей.

Катализаторы должны обладать высокой активностью и тепло-проводимостью, развитой пористой структурой, стойкостью к каталитическим ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, иметь низкие температуры «зажигания», обладать низким гидравлическим сопротивлением.

Очень важным показателем катализатора является температура зажигания – это минимальная температура реагирующей смеси, при которой процесс начинает протекать с достаточной скоростью. Чем активнее катализатор, тем ниже температура зажигания. Повышение температуры благоприятно сказывается на скорости протекания большинства каталитических реакций, однако при температурах выше допустимых возможно нарушение адсорбционно-структурных свойств катализатора и снижение его активности.

Важной особенностью катализаторов является их избирательность (селективность) по отношению к определенным реакциям. Селективность катализатора состоит в том, что во многих случаях он избирательно увеличивает скорость только определенной реакции, не влияя заметно на скорость других, возможных в данной системе. При этом температура протекания катализируемой реакции понижается, вследствие чего другие возможные реакции не идут.

В процессе эксплуатации катализаторы в той или иной степени подвергаются постепенной дезактивации или деструкции, которые вызываются химическими отравлениями, каталитическими ядами, механическим истиранием, спеканием, агрегатированием, что приводит к необходимости периодической регенерации (активации) или замены катализаторов.

На эффективность действия катализаторов зачастую влияют другие вещества (каталитические яды и промоторы).

Отравление катализатора – это частичная или полная потеря его активности в результате действия посторонних примесей – контактных ядов. Отравление может быть обратимым и необратимым. При обратимом отравлении примеси снижают активность катализатора только при их присутствии в зоне катализа, при удалении ядов катализатор восстанавливает свою прежнюю активность. При необратимом отравлении активность катализатора не восстанавливается и после удаления контактных ядов из зоны реакции.

Каталитические яды – это вещества, снижающие или полностью уничтожающие активность катализаторов. К ним относятся, например, соединения мышьяка, ртути, свинца, цианиды, отравляющие платиновые катализаторы. В производственных условиях реагирующие вещества стараются очищать от каталитических ядов, а отравленные катализаторы регенерируют.

Промоторы – вещества, усиливающие действие катализаторов. Например, платиновые катализаторы промотируют добавками железа, алюминия и др.