ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ПРОМЫШЛЕННЫЙ КАТАЛИЗ ХИМИЯ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ. Б. Лич из "Катализ в промышленности Том 1" Катализ играет центральную роль в прикладных исследованиях, создании технологических процессов, проектировании и работе промышленных предприятий. Успехи химической промышленности базируются главным образом на каталитической технологии. Создание новых катализаторов и их применение определили пути совершенствования химической технологии. Расширение сбыта, экономические и политические факторы в совокупности не только поощряют, но даже требуют постоянного усовершенствования каталитической технологии. [c.9] Совместное действие всех перечисленных факторов и определяет отличия промышленной химии от академической науки. Конечно, в обоих случаях действуют химические принципы и законы термодинамики. Одинаково и определение катализатора как вещества, которое изменяет скорость реакции и при этом не расходуется. Катализаторы не влияют на положение равновесия и не могут обеспечить протекание реакции, запрещенной термодинамикой. При действии катализатора снижается энергетический барьер активации реакций, идущих с уменьшением свободной энергии. В соответствии с законами термодинамики и химии катализаторы обеспечивают энергетически менее затрудненные пути реакции, но это позволяет эффективнее использовать сырье в перерабатывающей и химической промышленности. [c.9] На внешнюю диффузию влияют размер и форма частиц катализатора, соотношение между объемом и диаметром реактора и объемная скорость. От них зависит образование каналов, по которым протекают реагенты, режимы этих потоков, степень обратного перемешивания и время контакта. [c.10] Рекомендации по испытаниям катализатора в лабораторных реакторах даются в гл. 3. [c.10] Другой пример важности размера пор — гидрообессерива-ние тяжелых нефтей. Быстрая дезактивация катализатора связана с определенными размерами пор, и выход был найден в использовании носителей катализаторов либо с малыми [1L либо с большими [2] диаметрами пор. [c.11] В катализе теория нередко возникает после открытия явления. В идеале катализатор должен создаваться на основе теории, но эта цель пока еще не достижима ввиду сложности объекта каталитической науки. Кроме того, следует учитывать осложняющие экономические факторы, крайне важные для промышленности. [c.11] Для нахождения оптимальных путей превращения сырья в ценные продукты необходимы знания и совместное применение химии и экономики. Это особое требование, предъявляемое к ученым и инженерам, работающим в промышленном катализе. И каталитическая наука, и экономика изменяются со временем. Это дает гарантию, что будут разрабатываться новые, более усовершенствованные катализаторы, которые могут быть использованы для переработки как традиционного, так и нового сырья. Перемены, вызываемые новыми катализаторами, новыми и модифицированными процессами, изменениями экономики но-вых источников сырья, политические условия и ограничения, связанные с защитой окружающей среды, ставят перед промышленностью большие и интересные задачи. [c.11] Применение катализа в промышленности охватывает широкую область от теоретического предсказания каталитической активности до искусства приготовления катализаторов. Для обеспечения этого необходимы и исследования на переднем крае каталитической науки, и разработка подробных рекомендаций по созданию промышленного катализатора, перерабатывающе го определенный вид сырья в реакторе данной конструкции Кроме выбора катализатора нужно указать способ его регене рации, методы испытания его активности и контроля качества Особые аналитические и химические задачи возникают вследст вие необходимости обнаружить и удалить каталитический яд, содержание которого в сырье составляет одну миллионную или даже одну миллиардную долю. [c.11] Спектроскопия рассеяния ионов Масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ) Магнитная восприимчивость. [c.12] В настоящее время, когда происходит переход к системе единиц СИ, но старые единицы все еще широко используются, возникают трудности взаимопонимания. Они остались и в данной книге и не исчезнут в течение еще многих лет. Поэтому в приложении к этому тому дана таблица терминов и единиц измерения. Хотя читателю может показаться странным, что в одной и той же главе книги температура указана в градусах Цельсия, Фаренгейта и Кельвина, однако это отражает реальную ситуацию, существующую в промышленности. [c.12] Кекуле, Клайзен, Фиттиг, Зандмейер, Фаворский, Дикон, Дьюар, Фридель и Крафте. [c.14] Промышленность синтеза аммиака работает на промотиро-ванных железных катализаторах. Группой БАСФ был разработан катализатор, позволяющий получать водород путем конверсии водяного газа. [c.15] На БАСФ Бош попытался восстанавливать монооксид углерода водородом при высоких давлениях, чтобы получить спирты и высшие углеводороды. В 1923 г. эта работа привела к синтезу метанола с использованием промотированной щелочью смеси оксидов цинка и хрома. В 1927 г. Фишер и Тропш получили синтетические углеводороды из монооксида углерода и водорода. К заключению о важности адсорбции реагентов на поверхности катализатора впервые пришли в период 1900—1920 гг. Были предложены механизмы Ленгмюра — Хиншелвуда и Ридила — Или. Адсорбция газов твердыми веществами, и в частности адсорбция водорода, была во многом непонятна. Например, было неизвестно, почему изменяется количество адсорбированного водорода или почему такое вещество, как палладий, может адсорбировать так много водорода. [c.15] Основным достижением 20-х гг. было разграничение Г. Тейлором активированной адсорбции, хемосорбции и физической адсорбции. Он же развил концепцию активных центров катализаторов. [c.15] Адсорбционные исследования преобладали в науке о катализе до тех пор, пока не стали доступными новые методы исследования. В 50-е гг. внимание было сосредоточено на взаимодействии между активным центром и адсорбатом, а сегодня спектроскопические методы продолжают давать информацию о типах связей с катализаторами. [c.15] На рис. 3 приведена диаграмма развития катализа. Конец 60-х гг. был временем активной разработки новых каталитических процессов. Перечень более поздних из них составлен фирмой Халкон интернэшнл [5] (табл. 2). Другие важные разработки включают семейство катализаторов ZSM, предложенных фирмой Мобил ойл корпорейшн , карбонилирование метанола в уксусную кислоту, осуществленное фирмой Монсанто , и новое поколение катализаторов переработки нефти, синтеза полиолефинов, оксихлорирования и т. д. [c.19] Состав немногих гетерогенных катализаторов остался неизменным в течение более десяти лет. Хорошим примером могут служить катализаторы на основе трихлорида титана для синте- за полиолефинов. История развития этих катализаторов, называемых катализаторами третьего поколения, кратко суммирована в табл. 3. В каждом поколении катализаторов имеются многие модификации, о чем свидетельствует большое число патентов, опубликованных конкурирующими фирмами. Аналогичные примеры можно было бы привести из области переработки нефти или для других процессов. [c.19] Цели промышленности и университетов во многом совпадают, способствуя развитию науки о катализе. Это находит выражение в подготовке научных работников такого профиля, организации центров по исследованию катализа, публикации книг и статей, консультациях, симпозиумах и конференциях по катализу, выделении субсидий на исследования и разделении расходов на исследовательскую аппаратуру. [c.21] Приблизительно 85 масс. % органических химических веществ, выпускаемых промышленностью, идет на получение пластиков. Роль катализа в синтезе мономеров и полимеров будет рассмотрена в разд. УП. Катализаторы полимеризации — тема гл. 6 настоящего тома и гл. 5 т. 3. [c.22] Промышленный катализ откликнулся на задачи борьбы с загрязнениями окружающей среды. Для удаления углеводородов, монооксида углерода и оксидов азота из газообразных отходов производства и выхлопных газов двигателей автомобилей используются катализаторы. Фундаментальной проблемой является разработка химических процессов, в которых загрязнение окружающей среды сведено к минимуму или полностью исключено. Катализаторы сыграют решающую роль в создании таких безотходных производств. Главной проблемой, потребующей решения в экологическом отношении, станет переход химической промышленности в следующем столетии с нефтяного сырья на угольное. [c.22] Вернуться к основной статье