Хемосорбция на катализаторе углеводородов

Устойчивые ионы карбония были идентифицированы по их спектрам поглощения в УФ- и видимой областях при хемосорбции исходных углеводородов на кислотных катализаторах. [c.56]

Необходимо отметить, что водород, присутствующий в реакционной среде, оказывает существенное влияние на скорость и механизм превращения углеводородов. Замечено, что добавление водорода в реакционную среду приводит к подавлению диссоциативной хемосорбции насыщенных углеводородов и, таким образом, препятствует самоотравлению и зауглероживанию поверхности катализаторов. В то же время водород в относительно высоких концентрациях в газовой фазе способствует как гидрированию олефинов, так и расщеплению М—С-связи. Прочно удерживаемая на поверхности катализатора форма водорода (Н -форма) изолирует поверхностные атомы металла от прямых контактов с молекулами реагентов, что может привести к изменению механизма их превращения. Например, на поверхности платино-оловянного катализатора, не содержащего адсорбированного водорода, превращение к-гексана протекает неселективно с образованием легких предельных углеводородов. Е сли поверхность катализатора покрыта водородом, то селективность по олефинам возрастает. [c.699]

Можно сделать предположение, что направление реакции каталитического расщепления углеводородов в присутствии воды и водорода зависит прежде всего от структуры самого углеводорода и ее соответствия (структурного и энергетического) с поверхностью катализатора. Вода и водород реагируют с активированным комплексом, образующимся при хемосорбции молекулы углеводорода. [c.211]

Хемосорбция ацетиленовых углеводородов на поверхности металлов изучена еще не достаточно. Исследование инфракрасных спектров [56] показало, что на поверхности катализаторов, полученных нанесением никеля на силикагель, присутствуют адсорбированные этильные радикалы. В рабо- [c.342]

Роль химической адсорбции в катализе установлена давно. В общем случае первой стадией каталитического процесса является хемосорбция по меньшей мере одного из реагирующих веществ. Опыт показывает, что обычно оба реагирующих вещества претерпевают (или же способны претерпеть) химическую адсорбцию на поверхности катализатора в тех же самых температурных условиях, в каких реакция имеет место. Исключением из этого правила ранее считали рассмотренную нами [27] реакцию крекинга углеводородов на алюмосиликатном катализаторе. Найдено, например, что при температуре, когда начинается крекинг, хемосорбция иа этом катализаторе чрезвычайно незначительна [27]. На основании всех данных, которые удалось получить различными способами, следует предположить, что активные центры, на которых может происходить хемосорбция предельных углеводородов, составляют только 0,01% от всей поверхности типичного крекирующего катализатора. Поэтому представляется вероятным, что и указанная реакция крекинга подчиняется изложенному выше общему правилу, но применяемые в этих случаях типичные катализаторы имеют весьма малое количество активных центров [10], способных осуществлять крекирующее действие. [c.728]

Механизм отравления Pt-катализатора в ходе превращений 3-метилпентана исследован с помощью изотопных методов [117]. Показано, что в ходе протекания реакций Сз-дегидроциклизации и изомеризации происходит необратимое удерживание части молекул углеводорода на катализаторе, следствием чего является селективное отравление активной поверхности катализатора. Предполагают, что реакции Сз-дегидроциклизации и изомеризации алканов протекают на участках поверхности Pt-черни, представляющих собой определенную геометрическую комбинацию атомов металла. При этом из участия в реакциях дегидроциклизации — изомеризации выводится весь активный центр, если этому предшествует хотя бы частичное блокирование атомов в ансамбле. В то же время реакция дегидрирования может успешно протекать на оставшейся незанятой части ансамбля. В соответствии с этим на рис. 42 изображены возможная схема хемосорбции 3-метилпентана при его Сз-дегидроциклизации и схема хемосорбции метилциклопентана при гидрогенолизе на грани Pt (111) [118]. Таким образом становится очевидным определенное сходство в строении промежуточных комплексов реакций Сз-дегидроциклизации алканов, гидрогенолиза циклопентанов и изомеризации алканов [63, 82, 101, 118]. [c.224]

В работе [123] обсуждаются условия, в которых проявляется положительное и ингибирующее влияние водорода на реакции дегидроциклизации, гидрогенолиза, скелетной изомеризации и D—Н-обмена в присутствии Pt- и Ni-катализаторов. Показано, что скорость и направление превращений углеводородов, катализируемых металлами, зависят от содержания водорода в системе. Небольшие количества адсорбированного на поверхности катализатора водорода положительно влияют на превращение углеводородов (см. рис. 43). Так, водород, по мнению авторов [123], замедляет процесс диссоциативной хемосорбции углеводородов на поверхности металла [c.228]

При этом атомарный (или ионный) водород, предварительно адсорбированный на катализаторе в непосредственной близости от реагирующей молекулы углеводорода, входит в состав переходного комплекса и далее, после перераспределения электронной плотности, регенерируется уже в молекулярном виде. Наличие поляризованного (и даже ионного) водорода на поверхности металлов в условиях реакции подтверждается работами различных авторов [129—131]. Так, после анализа экспериментальных данных, полученных при изучении адсорбции водорода на Pt, Ni и других металлах в условиях глубокого вакуума, сделан вывод [130] о существовании двух основных видов хемосорбции водорода слабой (обратимой) и прочной (необратимой). Слабо хемосорбированный водород находится, как правило, в молекулярной форме и несет при этом положительный заряд (М —Hj). При прочной хемосорбции водород диссоциирован и заряжен отрицательно (М+—Н-). При анализе состояния водорода в гидридах различных металлов [131] сделан вывод, что в гидридах большей части переходных металлов водород находится в двух формах Н+ и Н при этом форма (М+—Н ) является основной. [c.231]

Эти скорости зависят также от природы катализатора. Например, они заметно различаются в присутствии платинового или палладиевого катализаторов. Соотношение между скоростями, установленное для чистых углеводородов, не сохраняется прп гидрировании их смесей. Поэтому, несмотря на то, что скорости гидрирования чистого бутадиена в бутен и чистого бутена в бутан практически являются теми же, в смеси этих соединений гидрирование бутадиена (с образованием бутена) протекает намного быстрее. Возможно, это объясняется большей величиной коэффициента хемосорбции бутадиена. [c.240]

Оксидные катализаторы ведут себя подобным же образом, но их способность к хемосорбции водорода и углеводородов меньше, чем у металлов. Органические кислородсодержащие и азотистые соединения лучше сорбируются на оксидных катализаторах, чем на металлах. [c.466]

В присутствии алюмосиликатного катализатора на термограмме предельных гибридных структур углеводородов Сзг появляется экзотермический эффект в интервале температур 220—245° С. Этот эффект свидетельствует, вероятно, о протекании экзотермического процесса хемосорбции. [c.183]

ДО дает восстановленный катализатор и продукты реакции. Этот механизм возможен при взаимодействии одной молекулы окисляемого ве-и ества с одной молекулой кислорода, однако при глубоком окислении, когда по стехиометрии для реализации процесса необходимо участие в реакции большого числа молекул кислорода, механизм становится маловероятным (например, для окисления одной молекулы этилена в элементарном каталитическом акте должны одновременно участвовать три молекулы кислорода, для окисления более сложных молекул необходимы десятки молекул кислорода). Стадийный механизм включает по крайней мере две стадии процесса, при этом вначале происходит стадия диссоциативной хемосорбции кислорода на катализаторе с образованием активированного комплекса. На второй стадии молекула окисляемого вещества взаимодействует одновременно с несколькими активированными комплексами с образованием продуктов реакции и восстановлением катализатора. При гетерогенно-гомогенном радикально-цепном механизме катализатор облегчает наиболее энергоемкий этап цепного процесса - зарождение цепей. Образовавшиеся радикалы органических веществ десорбируются в газовую фазу, давая начало объемному развитию цепи. Гомогенные стадии в гетерогенно-гомогенном катализе изучены пока недостаточно глубоко. Многочисленные экспериментальные данные по глубокому окислению углеводородов часто проти- [c.11]

Отметим, что образуюш,ийся в ходе каталитических реакций превращения углеводородов (дегидрирования, гидрокрекинга и т. д.) кокс может снижать активность катализатора в отношении основной реакции как за счет хемосорбции самого кокса на активных центрах и их дезактивации, так и в результате изменения макроструктуры катализатора, блокирования устьев пор и активной поверхности. Открыт новый вид разрушения катализатора при дендритном механизме образования кокса, названный каталитической эрозией [24] при росте дендритов на никелевой пластине последняя подвергается разрушению. Частицы никеля уносятся первичными дендритами, а пластина убывает в массе вплоть до полного разрушения. Унос отдельных компонентов обнаружен также в случае эрозии алюмохромового катализатора дегидрирования бутана. Однако пока еще не доказано, что этот механизм влияния кокса на наблюдаемую активность катализаторов является доминирующим более вероятно, что роль кокса сводится к усилению диффузионного торможения основной реакции в порах и на поверхности зерна (см. 5.4). [c.108]

Относительно природы активных центров, ответственных за хемосорбцию и катализ в реакциях окислительного дегидрирования, в литературе пока мало данных. Полагают, что катализатор должен иметь окисленное (дублет 20) и восстановленное (2) места на поверхности. Адсорбция молекулы углеводорода (ее аллиль-ного фрагмента) происходит на катионитах Мо + или В1 + за счет л-связывания, а атом водорода связывается с кислородным анионом приповерхностного слоя. Атом кислорода решетки должен обладать определенной подвижностью для осуществления селективного окисления, достижения прочности связи углеводорода (и продуктов его превращения) с поверхностью катализатора и т. п. [c.181]

На основании многочисленных исследований механизма и кинетики (с использованием кинетических, адсорбционных, изотопных и других методов) установлено, что в процессе ПКК углеводородов протекают 2 типа гомолитических реакций через хемосорбцию реактантов на поверхности катализатора [c.506]

Значительно многообразнее причины снижения активности твердых катализаторов. Твердые катализаторы претерпевают как физические, так и химические изменения. При длительном воздействии температуры происходит рекристаллизация металлов, приводящая к изменению удельной поверхности катализа тора или числа активных центров. Для повышения устойчивости катализаторов к рекристаллизации в его состав вводят небольшие добавки веществ — структурообразующих промоторов, снижающих скорость рекристаллизации. Механические и термические воздействия приводят также к постепенному разрушению гранул катализатора. Химические изменения катализаторов вызваны хемосорбцией на их поверхности примесей к сырью или продуктов их разложения. Примеси, отравляющие катализатор, называются ядами. В процессах нефтепереработки ими обычно являются соединения серы, азота и других гетероатомов, а также металлорганические соединения, содержащиеся в сырье. При каталитической переработке углеводородов на поверхности катализатора постепенно накапливается кокс. Отложения кокса, покрывая активную поверхность катализатора, прекращают доступ к ней молекул сырья. Удаление коксовых отложений с поверхности катализатора Осуществляют [c.328]

Синтез метанола под давлением сопровождается образованием побочных продуктов, влияние которых на скорость образования метанола учесть весьма трудно. В то же время побочные продукты — вода, сложные эфиры, высшие спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, углеводороды и др. — влияют на хемосорбцию исходных и промежуточных продуктов, образование активированных комплексов и в итоге — на кинетику образования метанола. Эти факторы являются одними из основных причин разнообразия применяемых лимитирующих стадий и получаемых кинетических закономерностей, поскольку условия исследований процесса практически всегда в чем-то отличались друг от друга. В исследованиях по кинетике синтеза метанола взаимодействие катализатора с компонентами реакции учитывалось также недостаточно. [c.64]

В работе [104] предполагалось, что катализатор синтеза метанола под воздействием реакционной среды в процессе формирования приобретает две формы — окисленную и восстановленную. При адсорбции оксида углерода на окисленных центрах образуется метанол, а при адсорбции на восстановленных центрах— спирты и углеводороды. Действительно, состояние оксида цинка в цинк-хромовом катализаторе в значительной степени определяет производительность и селективность процессов гидрирования оксидов углерода, причем суш,ественную роль оказывает отношение стехиометрического (окисленная поверхность) к нестехиометрическому цинку (восстановленная поверхность). В процессе формирования и эксплуатации, а также под воздействием реакционной среды на поверхности катализатора меняется соотношение окисленных и восстановленных активных центров. В зависимости от их соотношения меняется и селективность процесса синтеза метанола и спиртов Сг—С4. Так, при дозировании диоксида углерода в восстановительную среду Нг—СО резко увеличивается производительность цинк-хромового катализатора по метанолу, что, по-видимому, связано с образованием дополнительных окисленных активных центров и ускорением лимитирующей стадии — хемосорбции водорода [87]. [c.205]

Отсутствие взаимного влияния хемосорбированиого оксида углерода может быть объяснено разбавлением электрондефицитных платиновых центров неактивными частицами платины, связанной с серой, а также распределением их по ее поверхности среди акцепторных центров носителя. Повышение электронной дефицитности платины вследствие промотирования катализатора серой приводит к ослаблению связи Р1- С при хемосорбции молекул углеводорода и к подавлению реакций, для которых такая хемосорбция определяет скорость, например для реакции гидрогенолиза. [c.57]

При рассмотрении хемосорбции насыщеных углеводородов на поверхности гетертгенных катализаторов наряду с С—Н-связью активируется и С—С-связь, что приводит в конечном итоге к гидрокрекингу углеводородов. Активация С—С-связи является структурно-чувствительной реакхщей и происходит на парных координационно-ненасыщенных атомах d-металлов. Например, способностью кобальта и иридия образовывать многоцентровые связи объясняется их высокая активность в процессах гидрогенолиза. [c.698]

На практике в некоторых случаях очистку газовых смесей от органических веществ необходимо, проводить при низких температурах. Для понижения температуры процесса глубокого окисления углеводородов предложено использовать реакцию разложения озона [209, 210]. Смысл введения озона состоит в том, что активный атомный кислород, образующийся при каталитическом разложении озона при комнатной или близкой к ней температурах, может окислять до продуктов полного превращения молекулы углеводорода, активированные при этих температурах на поверхности катализатора. На палладиймарганцевом катализаторе разложение озона и необратимая хемосорбция ненасыщенных углеводородов происходят при температурах, близких к комнатной. В частности, при введении в реакционную смесь озона в количестве, близком к стехиометрическому, каталитическое окисление ароматических и олефи- [c.174]

То, что наблюдаемый спектр являлся результатом химической реакции между углеводородом и каталитически активными центрами поверхности алюмосиликата (хемосорбция) и не обусловлен обычным спектральным сурфатохромным сдвигом, явствовало из спектра этого соединения, адсорбированного на некислотном или очень слабо кислотном силикагеле [29]. Спектр (рис. 30, кривая В) силикагеля, обработанного парами трифенилметана в течение 1000 час при 100°, идентичен спектру (кривая А) этого углеводорода в спиртовом растворе. Хорошее совпадение этих спектров давало возможность предположить, что на силикагеле трифенилметан адсорбирован физически. Этот вывод получил дальнейшее подтверждение в заметном уменьшении спектральной интенсивности (кривая С) по мере откачки в продолжении 4 час при 100°. Напротив, на алюмосиликате, где углеводород хемосорбирован в виде иона карбония, не было отмечено уменьшения в поглощении даже после 48 час откачки при 275°. Эти данные представляли собой первое прямое доказательство образования ионов карбония как следствие хемосорбции третичного углеводорода на поверхности катализатора крекинга по реакции, сопровождающейся разрывом алифатической С—Н-связи. Общее значение процесса образования иона карбония при хемосорбции парафинов на алюмосиликате было показано сравнением спектров хемосорбированного 1,1-ди-фенилэтана и кумола (рис. 31) со спектрами ионов метилдифенил-и диметилфенилкарбония, наблюдаемыми для растворов соответствующих спиртов в серной кислоте. На основе вышеприведенных результатов общий ход реакции, имеющий место при хемосорбции углеводородов с третичным атомом углерода, должен быть следующим [c.68]

В пользу представлений об основной роли Сг +-ионов как активных центров дегидрирования свидетельствуют также данные недавно опубликованных работ Дельмона и др. [30, 31]. Исследовалась активность и селективность ряда твердых растворов СгаОз—AI2O3 различного состава и разной кристаллической структуры в реакции дегидрирования изобутана в изобутилен. Авторы приходят к заключению, что нормальными активными центрами дегидрирования служат Сг +-ионы, возможно, с неполной координацией. Сг +-ионы считаются ответственными за начальную высокую активность и быструю дезактивацию алюмо-хромового катализатора, что согласуется с данными Рубинштейна и Словецкой [21] о соответствии количества хемосорбированного на поверхности катализатора углеводорода количеству ионов Сг +. Действительно, адсорбция парафина на Сг +-ионах происходит с участием одного электрона из катализатора, что обусловливает сильную хемосорбцию и, следовательно, большое время жизни поверхностных комплексов. Последние успевают, таким образом, реагировать с адсорбированными или свободными молекулами парафина, образуя полимерные цепи, прикрепленные к поверхности катализатора [32] это объясняет быструю частичную дезактивацию катализатора в начале реакции. При адсорбции на Сг +-ионах электроны проводника участия не принимают и поэтому осуществляется только слабая хемосорбция. Таким образом, ответственными за процесс дегидрирования должны быть медленно дезактивирующиеся Сг +-ионы (или пары ионов Сг—Сг, Сг—А1, Сг—О, в состав которых входит Сг +-ион). [c.151]

К этому же циклу работ близко примыкает исследование влияния добавок к алюмохромовым катализаторам различных щелочных и щелочноземельных элементов. Совместно с М. И. Розенгартом было показано [341, 344, 383], что большинство этих элементов (за исключением лития, бериллия и магния) промотируют алюмохромовый катализатор в реакциях дегидрогенизации циклогексана и дегидроциклизации к-гептана. Максимальное промотирующее действие среди элементов первой группы в реакции дегидроциклизации отмечено у рубидия, среди элементов второй группы — у стронция. Противоположное де1тетвие оказала добавка калия к катализатору, состоящему из чистой окиси хрома [383]. Введение этого элемента (0,23% вес. КдО) подавило реакции дегидроциклизации к-гептана и дегидрогенизации циклогексана, но всего лишь в 2,5 раза уменьшило выход ароматики из гептена-1. Такое же действие оказала добавка эквивалентного количества фосфорной кислоты. Совокупность найденных фактов заставляет предположить, что введение этих добавок в хромовый катализатор влияет на первую стадию каталитического процесса — хемосорбцию насыщенных углеводородов на окиси хрома. [c.21]

Присоединение протона к атому серы тиофена затруднено. Вследствие повышенной электронной плотности у а-атомов углерода тиофенового. кольца протон, находящийся на поверхности катализатора, может присоединяться к а-атому углерода, образуя поверхностный комплекс, аналогичный существующему в ряду алкилбензолов. Подобный комплекс, вероятно, может возникать в результате взаимодействия атомов углерода тиофена и с анротонным центром поверхности катализатора. Эти комплексы в определенных условиях нестойки и, распадаясь, приводят к появлению на поверхности различных хемосорбированных форм. Гомологи тиофена кроме приведенных форм могут также образовывать на поверхности катализатора дополнительные связи с участием алкильных и алкенильных групп. Можно предположить, что в этих случаях, так же как и при хемосорбции ароматических углеводородов, алкильный радикал сильнее возбуждается, чем тиофеновое кольцо. [c.33]

Равновесие устанавливается также и при температурах (250°) метанообразования. Если синтез Фишера — Тропша направлен на получение высших углеводородов, превращения параводорода над катализатором не происходит и метанообразование также очень незначительно. Отсюда следует, что в случае блокировки активных центров катализатора в результате образования карбидов и присутствия ненасыщенных углеводородов водород не подвергается хемосорбции. [c.87]

Если в процессе синтеза газы и пары долго находятся в реакционном объеме, метанообразование усиливается. Это явление можно объяснить тем, что в этом случае значительное количество водорода все же подвергается хемосорбции, что и приводит к деструктивному гидрированию углеродных цепей. Эксперименты Краксфорда хорошо согласуются с тем фактом, что при воздействии водорода на парафиновые углеводороды в присутствии, катализатора Фишера — Тропша уже при 200° проходят гидрокрекинг и одновременно превращение параводорода. Это показывает наличие условий для хемосорбции водорода. [c.87]

В работах Ройтера, а также Голодца с сотрудниками [38—411 рассмотрены результаты но применению ЛССЭ к реакциям гетерогенно-каталитического окисления. Авторы установили наличие хорошей линейной взаимосвязи между теплотой хемосорбции кислорода на катализаторе и активностью последнего в реакциях полного окисления углеводородов, а также наличие восходящей и нисходящей ветвей в такой зависимости. Аналогичные результаты получены Боресковым и сотрудниками для реакции окисления СН4 и На в отношении теплоты десорбции кислорода для ряда окисных катализаторов [421. [c.162]

Ароматические углеводороды являются одним из основных источников образования кокса при каталитическом крекинге вследствие реакций конденсации и алкилирования олефи-нами с последующей циклизацией и конденсацие Склонность ароматических углеводородов к образованию кокса возрастает с повышением их основности [22]. Приведенные на рис. 4.10 зависимости показывают рост содержания кокса на цирконийалюмосиликатном катализаторе (температура крекинга 500°С) с повышением основности и фиктивного времени реагирования крекируемого ароматического углеводорода. Основность ароматических углеводородов, по-видимому, отражает склонность к хемосорбции на поверхности и влияет аналогично фиктивному времени реагирования. [c.96]

Наиболее успешно используется этот метод для исследования алюмосиликатных катализаторов крекинга и окисных катализаторов в связи с возможностью возникновения на них в процессе хемосорбции заряженных форм адсорбированных веществ. Исследования спектров поглощения адсорбированных молекулярных ионов ароматических аминов и ароматических углеводородов с конденсированными ядрами показали присутствие на поверхности алюмосиликатных катализаторов сильных кислотных центров двух типов электроноакцепторных (льюисовских) и протонодонорных (брен-стедовских). При адсорбции молекул на кислотных центрах образуются молекулярные ионы в результате контакта молекул с поверхностью при комнатной температуре. При этом возникали молекулярные ионы двух типов МН+ — в результате присоединения к молекуле поверхностного протона (бренстедовские центры), и М+ — при отрыве одного электрона от молекул (льюисовские центры). Появлялась возможность устанавливать не только заряженные формы адсорбированных молекул, но и распределение двух типов активных центров на поверхности. [c.180]

По аналогии с механизмами реакций, осуществляемых в процессах каталитического риформинга на платине (см. 10.2.2) и паровой конверсии углеводородов ( 9.1), можно предположить, что реакции гидрогенолиза гетероатомных углеводородов на АКМ и АНМ катализаторах протекают также многостадийно через хемосорбцию реактантов на активных центрах как кобальта (никеля), так и молибдена. При этом на кобальте (никеле) осуществляются активация Н2 и спилловер атомарного активного водорода, а на молибдене протекают сульфирование (осернение), азотирование и окисление с образованием поверхностных соединений Мо(8), Мо(М) и Мо(0), которые под действием активированного водорода подвергаются десульфированию (обессериванию), деазотированию и восстановлению [c.569]

Из всего многообразия катализаторов четко выделяются металлы VIII группы — железо, кобальт, никель и рутений, которые оказались наиболее активными в синтезе углеводородов. И это не случайно. Синтез, по-видимому, включает хемосорбцию СО и Н2 на поверхности катализатора, поэтому образованию хемосорбционной связи должно способствовать наличие у метал ла незаполненной -орбитали. Только при этом электронном состоянии каталитически активные металлы могут взаимодействовать с синтез-газом и адсорбировать или хемосорбировать его компоненты. [c.280]

С2Н4 и С2Н2 на серебре, возможно, объясняется большой энергией возбуждения (с и. ) уровня. Однако прямой перепое этих закономерностей иа металлические окислительные катализаторы вряд ли возможен. Обычно кислород покрывает всю металлическую поверхность, и хемосорбция углеводородов осуществляется либо иа образующемся в виде отдельной фазы тонком слое окисла данного металла, либо на кислороде., адсорбированном на поверхности и заполнившем прилежащие к поверхности слои. В этих случаях с известным основанием можно использовать данные по хемосорбции углеводородов на окислах этих металлов. [c.47]