ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Удаление окиси углерода из синтез-газа (Дж. С. Кэмпбелл, П. Крэвен, Ф. У. Янг) из "Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода" Вниманию читателей предлагается Справочное руководство по катализаторам , выпущенное в 1970 г. Сельскохозяйственным отделом известного английского концерна Империал Кемикл Индаст-риз (Ай-Си-Ай). В книге впервые собран и систематизирован ин-женерный опыт более чем 50-летнего применения катализаторов. [c.7] В книге рассмотрены катализаторы для сероочистки исходного сырья, двухстадийного парового риформинга углеводородов, конверсии окиси углерода, для гидрирования кислородсодержащих соединений и синтеза аммиака. В каждом случае подробно рассмотрены вопросы изготовления, испытания и применения конкретного катализатора. Отдельно изложены общие вопросы катализа, имеющие отношение к инженерным проблемам, — каталитическое действие металлов и их соединений, принципы формирования структуры катализаторов н технологии их изготовления. [c.7] В отличие от многих научных изданий, выпущенных за границей, в данном руководстве рассматриваются работы советских исследователей Темкина, Пыжова, Борескова, Бодрова, Аппельбаума, Сидорова, Лившиц, Морозова, Щибри и др., что свидетельствует о большом авторитете советской школы гетерогенного катализа. [c.8] Книга представляет значительный интерес для инженерно-технических работников различных отраслей промышленности, для специалистов, работающих в проектных и исследовательских институтах, конструкторских бюро и других организациях, а также для преподавателей вузов и студентов, специализирующихся по технологии производства катализаторов. [c.8] Эта книга посвящена гетерогенному катализу на твердых веществах. Изложенньщ в ней материал соответствует современному состоянию науки и производства аммиака и водорода. [c.9] В последние несколько лет увеличивающаяся потребность в удобрениях и успехи, достигнутые фирмой Ай-Си-Ай в процессе парового риформинга нафты (т. е. легких погонов нефти), привели к строительству сотен новых химических заводов. Их пришлось укомплектовать, в основном, технологами, не имевшими ранее опыта работы с катализаторами и каталитическими процессами. В то же время размеры единичных промышленных установок угрожающе возрастали — в основном благодаря успехам каталитической химии. Проектировщики и инженеры, занятые эксплуатацией таких установок, довольствовались тем, что рассматривали катализатор как реагент, доставляемый на завод в барабане, на котором есть этикетка с указанием, как его содержимое должно быть использовано и при каких условиях оно должно работать. Потребители были склонны рассматривать химию катализа как таинство, которое лучше оставить специалистам. Такое отношение оправдывалось в то время, когда практика катализа была по преимуществу искусством и основывалась на эмпиризме. Но эти времена прошли. Сейчас известно достаточно о природе и функциях этих химических превращений для того, чтобы возможно было их рациональное проектирование и использование. Одна из целей этой книги — дать каждому специалисту, использующему катализаторы, удобный источник практической информации и научной оценки природы веществ, которые он применяет. [c.9] Авторы хотели бы выразить свою признательность правлению Сельскохозяйственного отдела фирмы Ай-Си-Ай за разрешение опубликовать в этой книге оригинальные работы, большинство из которых выполнено в лабораториях этого отдела, а также редактору Ф. У. Янгу за его работу над текстом. [c.9] Более 150 лет химикам известно, что многие реакции ускоряются в присутствии некоторых веществ, называемых катализаторами. Хорошие катализаторы способны увеличивать скорость реакции, не претерпевая при этом заметных качественных или количественных изменений. Если катализатор находится в той же фазе, что и реагенты, катализ называют гомогенным в противоположном случае имеет место гетерогенный катализ. На практике последний термин обычно применяют для систем, содержащих твердые катализаторы, — основной предмет данной книги. [c.10] В химической промышленности катализаторы используются для того, чтобы в течение возможно более короткого времени приблизить состав продуктов реакции к расчетному, соответствующему термодинамическому равновесию. [c.10] Хотя известны реакции, скорость которых уменьшается с ростом температуры, обычно рост температуры значительно увеличивает скорость реакций, поэтому температура реакции — одна из наиболее важных переменных, которые необходимо контролировать. [c.12] Однако в гетерогенном катализе константы этого уравнения редко связаны непосредственно только с активными промежуточными комплексами на стадиях, определяющих скорость процесса они учитывают также изменения на поверхности и внутри катализатора. [c.12] Константы скорости и к зависят от концентраций ([Ну], [Р, ]), поэтому наилучший катализатор для небольших превращений может оказаться не лучшим для более полных. Поскольку в реакторах редко удается полностью осуществить условие изотермичности, то реальная ситуация оказывается еще более сложной. Учитывая это, необходимо отдать предпочтение полочным реакторам, заполненным катализаторами с различными свойствами. [c.12] Таким образом, скорость каталитической реакции может изменяться с изменением типа катализатора, температуры, концентраций реагентов и конечных продуктов. Хотя эти переменные не являются независимыми, система особенно чувствительна к изменению катализатора, так как каждое твердое вещество оказывает свое особое влияние на кинетику и константы скоростей реакций. [c.13] Синтез аммиака является экзотермической, обратимой реакцией. Для получения более стабильного продукта необходимо максимальное приближение к равновесию. Чтобы использовать преимущество более высоких равновесных констант, соответствующие катализаторы должны иметь наибольшую активность для гидрирования азота при низкой температуре. [c.13] Но в данном случае все промежуточные соединения достаточно стабильны для выделения в качестве продуктов с высоким выходом. Гидрирование ацетилена до этилена — экзотермическая обратимая реакция, но олефины не столь стабильны, как парафины, и поэтому катализатор должен быть активным на первой стадии и менее активным на последующих, т. е. он должен быть селективным . [c.13] Изложенное выше указывает на необходимость использования селективных катализаторов для регулирования последовательных реакций. [c.14] Катализаторы могут быть выбраны так, чтобы направить эту реакцию почти целиком на дегидрирование или дегидратацию, но, поскольку равновесные константы этих реакций при более высоких температурах больше, чем при данных условиях работы, то могут протекать побочные реакции (на этой схеме не показаны). [c.14] Реакции окисления—типичные высокоэкзотермические реакции — могут привести к выходу либо очень стабильных продуктов (например, превращение аммиака в азот и воду), либо промежуточных продуктов — селективное окисление (например, превращение аммиака в окислы азота, метана в формальдегид и пропилена в акролеин). [c.14] Вернуться к основной статье