Катализаторы контактно-каталитических реакций

Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении смесей газов или паров, в частности при извлечении летучих растворителей из их смеси с воздухом или другими газами (рекуперация летучих растворителей) и т. д. Еще сравнительно недавно адсорбция применялась в основном для осветления растворов и очистки воздуха в противогазах в настоящее время ее используют для очистки аммиака перед контактным окислением, осушки природного газа, выделения и очистки мономеров в производствах синтетического каучука, смол и пластических масс, выделения ароматических углеводородов из коксового газа и для многих других целей. В ряде случаев после адсорбции поглощенные вещества выделяют (десорбируют) из поглотителя. Процессы адсорбции часто сопутствуют гетерогенному катализу, когда исходные реагенты адсорбируются на катализаторе, а продукты реакции десорбируются, например при каталитическом окислении двуокиси серы в трехокись на поверхности платинового катализатора и др. [c.563]

Предлагаемая книга представляет собой попытку сведения воедино основных проблем, лежащих в основе практического применения гетерогенно-каталитических реакций в химической промышленности. В связи с этим материал, рассматриваемый в книге, достаточно разнообразен и охватывает как вопросы научных основ подбора и производства катализатора, так и кинетику гетерогенно-каталитических реакций, расчеты контактных аппаратов, лабораторные методы исследования катализаторов и каталитических реакций. Все эти вопросы авторы старались рассматривать с точки зрения их практического использования на разных стадиях разработки промышленных каталитических процессов. На изложение материала не могли не отразиться личный опыт и личные научные интересы авторов, вследствие чего не все материалы и теоретические положения, затрагиваемые в книге, освещены с одинаковой полнотой. Естественно, что столь обширный материал, как основы технического катализа, не мог быть изложен без заметных упущений. Поэтому авторы будут весьма благодарны всем, кто поможет их устранить. [c.4]

Трубчатый реактор с неподвижным слоем катализатора. Реакторы с заполнением используются преимущественно для проведения каталитических реакций (контактные аппараты). [c.466]

Так, например, в одном из производств формалина при направлении ветра со . тороны ТЭЦ было отмечено значительное снижение выхода формальдегида при контактно-каталитическом процессе его получения из метанола окислением воздухом. В данном случае фактором, замедляющим реакцию, оказался тоже сернистый ангидрид, содержащийся в дымовых газах ТЭЦ, который, попадая с атмосферным воздухом, подаваемым воздуходувками в систему контактирования, отравлял катализатор. [c.168]

Катализаторы контактно-каталитических реакций [c.306]

Количество загруженного катализатора, высота, число слоев и расположение их в аппарате зависят от активности катализатора, характера каталитической реакции, условий теплообмена. Нетрудно видеть, что чем активнее катализатор и больше равновесный выход и скорость реакции, тем меньще контактной массы нужно загружать в аппарат и тем меньще высота слоя катализатора. [c.182]

Явление изменения скорости протекания химической реакции, вызываемое различными катализаторами, называется катализом. Различают однородный (гомогенный) и неоднородный (гетерогенный) катализы. При неоднородном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в разных состояниях (фазах), при эюм часто катализатор является твердым телом, а реагирующее вещество находится в жидкой или газовой фазе. К последнему типу катализа относится и каталитический крекинг иногда такие каталитические процессы называют контактными, а твердые катализаторы контактными веществами или просто контактами. [c.44]

Особое место занимают контактно-каталитические реакции. протекающие на поверхности твердых веществ—катализаторов. [c.196]

Существенное различие между гомогенными и гетерогенными реакциями заключается в следующем. В гомогенных каталитических реакциях катализатор, будучи равномерно распределен среди реагирующих веществ, участвует в реакции всей своей массой. В контактно-каталитических реакциях взаимодействие между реагентами и катализатором происходит лишь на поверхности катализатора. [c.306]

Катализаторы, применяемые при контактно-каталитических реакциях, разнообразны по химическому составу. Чаще всего применяются окиси металлов—алюминия, железа, меди, никеля [c.306]

На протекание процессов в кипящем слое, в частности на ход контактно-каталитических реакций, существенное влияние оказывают перемешивание и агрегация взаимодействующих фаз. Смешение поступающих исходных реагентов с продуктами реакции уменьшает движущую силу процесса вследствие выравнивания концентрационного поля в реакционной зоне аппарата. Проскок части ожижающего газа в виде пузырей без достаточно полного контакта с катализатором уменьшает степень превращения исходных реагентов. [c.201]

При температуре ниже 400 °С степень окисления диоксида серы близка к 100 %, однако при этом скорость реакции даже в присутствии катализатора очень мала. Температура, при которой начинается каталитическая реакция окисления диоксида серы в триоксид, это — температура зажигания контактной массы (для данного катализатора составляет 440 °С) при меньшей температуре активность катализатора резко падает. С увеличением кислорода в газе температура зажигания несколько снижается. В связи с обогащением газа кислородом по мере прохождения слоев катализатора (за счет подачи воздуха на охлаждение) температура газа на входе в IV слой может быть снижена до 425 °С. Максимальная температура газа на выходе из слоя контактной массы не должна превышать 580—600 °С во избежание спекания массы и потери ее активности. [c.114]

Контактно-каталитические процессы характеризуются высокой температурой, высокой скоростью реакции и, как правило, значительным тепловым эффектом. Особенностью контактно-каталитических процессов является наличие катализатора. Катализаторами служат самые разнообразные вещества металлы, окислы металлов, природные минералы и др. [c.192]

К аппаратуре для контактно-каталитических и термических процессов в газовой фазе относят аппараты для процессов каталитического окисления, гидрирования, хлорирования и ряда других газовых реакций, идущих в присутствии катализатора. Контактные аппараты делят на аппараты с неподвижным и движущимся слоем катализатора. Аппараты с неподвижным слоем, в свою оче-ред >, подразделяются на адиабатные н аппараты с теплообменом. [c.202]

Разработка современного высокоэффективного контактно-каталитического промышленного процесса немыслима без реализации разветвленной многоэтапной процедуры принятия решений многоцелевого характера, начиная с исследования элементарных актов химического взаимодействия, установления механизма и кинетики каталитических реакций на элементах твердой поверхности катализатора и кончая созданием технологически и экономически оптимальных контактных аппаратов большой мощности. [c.9]

Прокаливание — одна из важных операций приготовления контактных масс. При прокаливании, вследствие термической диссоциации, получается собственно активное вещество катализатора. Условия прокаливания (температура, время, среда) в значительной степени определяют средний диаметр пор и величину поверхности, полученной контактной массы [35—37]. Прокаливание обычно проводят при температурах, райны или выше температур проведения каталитической реакции. В крупнотоннажных производствах катализаторов применяют прокалочные печи с непосредственным обогревом катализатора нагретым воздухом или дымовыми газами (в частности, вращающиеся печи), реакторы шахтного типа, взвешенного слоя и др. В малотоннажных производствах катализаторов часто используют муфельные печи с электрическим нагревом. [c.105]

Скоростью химической реакции называется количество вещества, которое реагирует или образуется в единицу времени в единице объема для гомогенных реакций и на единице внутренней поверхности катализатора для контактных реакций. Скорость реакции зависит от состава, температуры и давления реагирующей смеси, а для каталитических реакций — также от применяемого катализатора. Примем, что функциональные зависимости скорости от указанных переменных или кинетические уравнения известны. [c.32]

Газовые реакции на твердом катализаторе распространены в химической промышленности. В частности, производство азотных удобрений было бы невозможным без каталитических реакций конверсии метана и моноксида углерода, синтеза аммиака и окисления его до моноксида азота. Серную кислоту, необходимую для производства фосфорных удобрений, в настоящее время получают почти исключительно контактным способом, основанным на каталитическом окислении сернистого ангидрида в серный. Примеры таких процессов в нефтехимических и органических производствах — каталитический крекинг и риформинг нефтепродуктов, а также синтез метанола и других спиртов и углеводородов. Реакторы для таких процессов обычно называют контактными аппаратами или колоннами синтеза. [c.285]

При реакции катализатор входит в соприкосновение, или контакт, с реагентами, поэтому, по терминологии Е. Митчерлиха, катализатор называют контактом, а каталитические реакции—контактными. Катализаторами могут быть самые разнообразные вещества всех трех агрегатных состояний—газы, жидкости, твердые окислы, соли, кислоты, основания и другие минеральные или органические соединения. Каталитическое действие могут оказывать и всевозможные случайные примеси, пыль, поверхность стенок сосудов, промежуточные продукты реакции и т. д. Каталитические реакции очень распространены и часто их трудно отличить от некаталитических. [c.21]

При гетерогенных каталитических реакциях промежуточные соединения образуются на поверхности катализатора. В этом случае вопрос значительно усложняется структурой поверхности, характером сорбции и т. д. Можно, однако, считать, что при гетерогенном катализе при взаимодействии реагентов с поверхностными атомами катализатора образуются вещества, мало отличающиеся от обычных химических соединений. При контактном окислении SO. воздухом над Fe. Oy протекают реакции [c.26]

Каталитические процессы и катализаторы. Катализаторы в зависимости от их природы и условий применения оказывают разное действие на направление реакций крекинга 1) катализаторы контактного типа больше способствуют реакциям циклизации (в частности, ароматизации) и дегидрогенизации углеводородов 2) комплексообразующие катализаторы больше содействуют реакциям перераспределения водорода в молекулах (в частности, реакциям изомеризации). [c.201]

Аппараты с периодическим подводом и отводом теплоты применяются главным образом для эндотермических каталитических реакций. Они, как правило, однослойны (см. рис. 104). Снаружи они покрыты слоем изоляции. Принцип их работы состоит в том, что аппарат, в котором на решетке расположен слой катализатора, попеременно подают то реагирующие вещества, то теплоноситель (топочные газы, перегретый пар, воздух). Теплоноситель разогревает слой катализатора, решетку и футеровку до температуры реакции, после чего вновь пропускается реагирующая газовая смесь. Катализатор, решетка и футеровка являются аккумуляторами теплоты. Иногда на решетку под катализатор насыпают слой инертного материала — теплоносителя, увеличивая общую теплоемкость аппарата и период его работы. Такие аппараты применялись для дегидрирования углеводородов, каталитического крекинга и других эндотермических процессов, в которых необходима регенерация катализатора вследствие блокировки его поверхности продуктами побочных реакций. Аппараты этого типа малопроизводительны и вытесняются более совершенными и эффективными контактными аппаратами со взвешенным слоем катализатора. [c.240]

В контактных аппаратах с внешними теплообменниками теплообмен производится между стадиями контактирования для поддержания температурного режима, близкого к оптимальному. На рис. 106 приведена принципиальная схема контактирования с промежуточным теплообменом во внешних теплообменниках такая схема характерна для обратимых экзотермических реакций. Свежий газ нагревается в теплообменнике в за счет теплоты продуктов реакции, прошедших контактирование, и затем последовательно проходит межтрубное пространство теплообменников б и а, подогреваясь до температуры начала каталитической реакции (температуры зажигания 4). Затем газ последовательно проходит через слои катализатора в контактных аппаратах и внутри труб соответствующих теплообменников. [c.240]

При протекании гетерогенных каталитических реакций в контактных аппаратах скорость процессов определяется истинной скоростью реакции на поверхности катализатора и скоростью диффузии реагируюш,их веществ к контакту. Точное решение кинетических уравнений было предложено рядом авторов [228, 229]. Приведем наиболее простое решение этих уравнений с использованием теории подобия (подробнее см. Д. А. Франк-Каменецкий Диффузия и теплопередача в химической кинетике . Изд. АН СССР, 1947). [c.128]

Уравнения Хоугена — Уотсона. Метод Хиншельвуда для определения кинетики контактно-каталитических реакций был расширен Хоугеном и Уотсоном и в таком виде довольно часто используется в настоящее время. Хоуген и Уотсон вывели простые уравнения как для скорости адсорбции компонентов, которые участвуют в реакции, так и для скорости реакции, протекающей на поверхности катализатора. Объединив уравнение, определяющее скорость самого медленного этапа, с уравнениями, выражающими равновесия остальных этапов, и с уравнением баланса активных центров на катализаторе, получим уравнение скорости каталитического процесса. Такое уравнение может быть записано в общей форме следующим образом [c.218]

Пример 3. Нестационарный контактно-каталитический процесс на единичном зерне катализатора с равномерной неоднороднопористой структурой. В приближении квазигомогенной модели для сл чая реакции, протекающей без изменения5объема диаграммный портрет процесса, созданный на на основе инфинитезимальных операторных элементов, принимает вид, изображенный на рис. 5.10. [c.228]

В ранних работах [16 17] для изучения кинетики изомеризации н-олефинов применяли статический метод. Позднее стали использовать проточный [18] и проточно-циркуляционный [19] методы. Последние два метода наиболее эффективны тогда, когда время реакции невелико, когда возникновение побочных продуктов зависит от времени контакта реагентов с катализатором и когда необходимо ограничить реакционную зону только длиной слоя катализатора. Большинство непрерывных промышленных процессов осуществляется в контактных системах проточного типа. Однако для исследования реакций всеми перечисленными методами необходимы большие количества реагентов, что не всегда удобно в лабораторной практике. В последние годы для изучения ряда каталитических реакций с успехом применяются импульсные установки [20—23]. Преимуществами этих установок являются использование небольших количеств катализатора и исследуемь1х веществ, а также малое время контакта катализатора с углеводородами. Кроме того, импульсный метод позволяет проводить опыты при высокой активности свежего катализатора. [c.45]

Ирокаливание — одна из катализаторов. При прокаливании циации, получается собственно активное вещество катализатора и происходит ею упрочненпе и окончательно формируется их пористая структура. Условия прокаливания (температура, время, сырье) в значительной степени определяют средний диаметр пор и величину поверхности полученной контактной массы. Прокаливание обычно проводят при температурах равных илп выше температур проведения каталитической реакции. [c.196]

М. И. Темкин, изучая синтез аммиака, пришел к выводу, что ускорение этого процесса в присутствии железа определяется активированной адсорбцией азота на поверхности катализатора. Тейлор установил, что не вся поверхность катализатора однородна и что каталитические реакции происходят только на отдельных местах, называемых активными центрами. На этих центрах и происходит активированная адсорбция. Э и центры могут отличаться друг от друга своей активностью. На разных центрах одного и того же катализатора могут катализироваться разные реакции. Например, никель ускоряет реакции Н2 + С02==Н20 + С0 и Ы02 + Н2 = Н0Ч-Н20. Введение метанасильно замедляет первую реакцию, но не замедляет вторую. Это объясняется тем, что молекулы СП/, адсорбируются на активнь1х центрах никеля, которые катализируют первую реакцию. Поэтому адсорбция метана тормозит процесс. Активные центры, на которых катализируется вторая реакция, остаются не отравленными метаном. Давно известно отравление платинового катализатора соединениями мыщьяка при контактном получении серной кислоты и другие случаи действия ядов. [c.64]

Успехи катализа неразрывно связаны с развитием теории каталитических процессов, хотя и сейчас еще практические его достижения значительно опережают наши теоретические познания и представления. Первые представления о сущности каталитических явлений относятся к началу XIX в. Уже в 1833 г. Е. Митчерлих пытался объяснить схему реакции получения эфира из спирта в присутствии серной кислоты тем, что под влиянием последней спирт разлагается в эфир так же, как сахар при брожении под действием ферментов или как перекись водорода под действием металлов . Все аналогичные каталитические явления он объединил под названием контактных реакций, при которых вещества химически изменяются лишь в присутствии контактов (катализаторов), остающихся (по Е. Митчерлиху) неизл4ененными. Примерно в это же время была обоснована теория промежуточных соединений, т. е. учение о том, что катализатор принима ет активное участие в катализируемом им процессе, образуя с реагентами нестойкие промежуточные соединения, которые получаются и распадаются, облегчая протекание каталитических реакций. Это особенно ясно было сформулировано Л. Плэйфейром в 1848 i . и окончательно развито П. Сабатье и другими в XX в. [c.16]

А. В. Фрост [10], проводя аналогию в поведении алюмосиликатов и А1С1з, подчеркивает, что в обоих случаях получающиеся продукты одинаковы, и часто имеет место перераспределение водорода, вследствие чего образуются смолы, содержащие поликонденсиро-ванные ароматические углеводороды. По мнению А. В. Фроста, под влиянием силового поля катализатора происходит деформация молекул олефина, и при десорбции получается смесь олефинов, отличающихся лишь положением С==С-связи в цепи. При каталитическом крекинге, как и при всякой каталитической реакции, имеется стадия десорбции продуктов с катализатора. Против такого положения возражает С. Н. Обрядчиков [8], не допускающий десорбции смолистых веществ с катализатора. В результате отсутствия десорбции процесс каталитического крекинга, по данным автора, резко отличается от других контактных реакций. [c.320]

Все многообразие каталитических процессов целесообразно свести к двум общим случаям катализа гол огвнного и гетерогенного. Первый характеризуется принадлежностью реагирующих веществ и катализатора к одной и той же фазе, второй — к разным. Например, если вся система газообразна или представляет собой раствор, имеем случай гомогенного катализа. Сюда относится, в частности, получение серной кислоты по нитрозному методу. Напротив, контактный метод является случаем гетерогенного катализа, так как твердый катализатор ускоряет здесь реакцию между газообразными веществами. [c.345]

Кроме контактно-каталитического получения карбоновых кислот за последние годы большое промышленное применение нашел одностадийный синтез нитрилов сопряженным окислением кислородом соответствующего углеводорода и аммиака, так называемый окислительный аммонолиз. Реакцию проводят в газовой фазе над катализатором из оксидов металлов — висмута, ванадия, молибдена, титана, при 500—550 °С, Пары воды, галогены, органические галогенпроизводные и серусодержащие соединения способствуют реакции. Этим путем из толуола или этилбензола получают бензонитрил с выходом более 90 %, из о-ксилола или нафталина — фталодинитрил с выходом 80%. Из м- и л-ксилолов образуются изофтало- и терефталодинитрилы, которые можно гидролизовать в дикарбоновые кислоты или восстанавливать в ксилилендиамины, применяемые в синтезе полимеров. Крупнейший промышленный процесс на основе этого метода — получение акрилонитрила из пропилена и аммиака. [c.319]

Особого внимания засл живают исследования каталитических превращений ОСС в щэис тствии промышленных катализаторов гидроочистки, ппатформинга и крекинга, которые генетически связаны с превращениями углеводородов, выполненных ранее Р.Д. Оболенцевым. На основании результатов исследований термодинамики, кинетики и механизма реакций гид-рогенолиза ОСС дано теоретическое обоснование процесса гидроочистки. Выявлена возможность гидрообессеривания высокосернистых нефтей, В результате этих исследований впервые показана возможность применения гетерогсшных катализаторов для ускорения реакций ОСС. Распространенное мнение, что ОСС в основном являются контактными ядами, не подтвердилось, что оказалось чрезвычайно важным для разработки новых технологических процессов с участием соединений серы. [c.197]

Свен ую и возвратную непрореагировавшую терефталевую кислоту из бункеров 1 дозируют в линию потока паров метилового спирта, нагретых До 315—400 °С. Скорость потока метанола регулируют гак, чтобы количество спирта значительно превышало стехиометрическое. При проходе через нагреватель 2 змеевикового типа смесь нагревают до первоначальной температуры паров метанола (315—400 °С), при этом терефталевая кислота полностью сублимируется. Далее паровую смесь метанола и терефталевой кислоты пропускают через фильтр 3, отделяя твердые зольные частицы, и направляют в контактный аппарат 4, заполненный частицами мелко измельченного катализатора. Каталитическую реакцию этерификации проводят при 350— 360 °С. Выходящие из аппарата 4 пары охлаждают, твердые продукты конденсируют в первичном конденсаторе 5, а избыток метилового спирта — во вторичном конденсаторе 6. Осадок из конденсатора 5 обрабатывают метиловым спиртом, раствор нагревают в аппарате 7, затем на вакуумном барабанном фильтре отделяют смесь терефталевой кислоты с небольшим содержанием [c.183]

В трубчатых контактных аппаратах теплообмен происходит непрерывно и одновременно с каталитической реакцией. Катализ происходит при политермическом режиме тепловой эффект реакции частично компенсируется подводом или отводом теплоты. Аппараты с катализатором в трубах используются для эндотермических и экзотермических реакций. При проведении эндотермических реакций в межтрубное пространство аппарата подаются горячие топочные газы, омывающие трубы с катализатором. Иногда такие аппараты устроены по типу трубчатого теплообменника, заключенного в обмуровку, в трубках которого находится катализатор (рис, 109), а иногда, как пе ь, по окружности которой расположены трубки с катализатором, а в центре циркулируют топочные газы. Реагирующая газовая смесь проходит ка-тализаторные трубки противотоком теплоносителю, непрерывно нагреваясь до температуры реакции теплота отходящих топочных газов используется для подогрева реагентов и в котлах-утилизаторах. По такому принципу устроены контактные аппараты для дегидрирования бутана, каталитической конверсии метана (]-я стадия)и других процессов. При проведении экзотермических реакций в трубчатых аппаратах теплообмен производится между [c.242]

При равномерной подаче яда и полном его поглощении катализатором кривые к = f (х) и А =[ %) подобны кривым й = / (Ся) и Д = / (Ся). На отравление влияет также температура, давление и метод изготовления контактов. Повышение температуры, как лравило, снижает действие ядов, что отчетливо видно на рис. 2.24. Иногда контактный яд в очень малых количествах активирует катализатор. Так, анион АзОз в небольших дозах увеличивает активность платины в каталитической реакции гидрирования коричной кислоты, а в больших количествах — отравляет ее (рис. 2.25). [c.88]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология