Свойства твердых катализаторов. Контактные массы

К твердым катализаторам предъявляется ряд требований: активность, стойкость к действию контактных ядов, низкая стои­мость, термостойкость, механическая прочность и т.д. Поэтому чаще всего на производстве используют в качестве катализаторов не индивидуальные соединения, а сложные механические смеси, называемые контактными массами.

В состав контактной массы входят, главным образом, 3 со­ставляющие:

- собственно катализатор;

- активатор (промотор);

- носитель (трегер).

Промоторы добавляются для повышения активности катализатора, хотя сами они не обладают каталитическими свойствами. Механизм действия промоторов заключается в том, что они образуют соеди­нения с катализатором, которые обладают повышенной каталитичес­кой активностью. Промотор может увеличивать поверхность ката­литически активного вещества, повышать термостойкость катали­затора, а также иногда уменьшать обновляемость катализатора.

Носители (трегеры) - термостойкие инертные пористые вещества, на которые наносят катализатор. Носители создают пористость контактной массы, увеличивают её механическую прочность и термо­стойкость, экономят расход дорогого катализатора. Наиболее рас­пространены носители: окись Al, силикагель, алюмосиликат, пемза, кизельгур, уголь и т.д.

Основным методом приготовления контактных масс является осаждение металлов в виде гидроокисей на носители с последующей термической обработкой.

Так как каталитический гетерогенный процесс протекает на поверхности контактной мессы, поэтому основной характеристикой контактным масс является величина удельной поверхности S уд., т.е. поверхность единицы веса или объема катализатора. Для промышленных катализаторов S_уд составляет от нескольких десятков до сотен м²/г.

Контактную массу выпускают в виде таблеток, зерен, цилиндриков, колец и т.д. В ряде случаев контактные массы готовят в виде сеток из сплавов различных металлов.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ КАТАЛИТИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Каталитические процессы, протекающие в кинетической области, в первую очередь зависят от активности катализатора и температуры. Диффузионные процессы зависят от температуры в меньшей степени.

Повышение концентрации реагирующих компонентов и давления ускоряет как диффузионные, так и кинетические стадии катализа.

Большое значение для каталитических процессов имеет время нахождения реакционной смеси в зоне катализатора (время контакта).

Температура при катализаторе определенной активности боль­ше других параметров влияет на скорость каталитического процесса. Для процессов, протекающих в кинетической области, повышение t° увеличивает скорость достижения равновесия, но равновесный выход с ростом t° зависит от знака теплового эффекта реакции (принцип Ле-Шателье).

В эндотермической каталитической реакции повышение действует по принципу Ле-Шателье: с повышением t^о увеличивается максимальный выход продукта. Однако повышать температуру можно до предела, при котором t° сказывается на стойкости сырья, продуктов реакции, конструкционных материалов и т.д. На примере конверсии метана:

Для обратимых экзотермических реакций с повышением tо равновесный выход продукта уменьшается, а действительный имеет максимум в области оптимальных температур. И абсолютный максимальный выход, и соответствующая ему оптимальная температура зависят от условий проведения процесса (активности катализатора, концентрации реагирующих веществ и времени контактирования). Но при этом оптимальная температура всегда понижается с увеличением степени превращения.

Зависимость выхода продукта (х) от температуры для экзотермической реакции при различном времени контактирования: τ₁>τ₂>τ₃ (P, T,C = const).

Давление влияет на выход продукта согласно принципу Ле-Шателье. Поэтому высокие давления характерны для промышленных каталитических процессов. Давление становится решающим фактором, когда активность катализатора и равновесный выход продукта невелики (синтез аммиака, метанола).

Концентрация реагирующих веществ влияет на скорость каталитических процессов так же, как и на скорость обычных реакций.

КОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ

Конструкции контактных аппаратов различаются по способу контакта газов с катализатором, подвода или отвода тепла и т.д.

По этим признакам аппараты подразделяются:

1) аппараты поверхностного контакта (катализ на стенках, трубках, катализаторных сетках);

2) аппараты с фильтрующим слоем катализатора;

3) аппараты со взвешенным слоем (кипящий, псевдоожиженный);

4) аппараты с пылевидным движущимся катализатором.

Контрольные вопросы к теме II

«Каталитические ХТП»

1. Перечислите основные технологические характеристики твердых катализаторов и раскройте их содержание.

2. Из чего состоит контактная масса?

3. В каких каталитических процессах необходимо использовать ка­тализаторы с высокой селективностью? Приведите пример.

4. Что такое контактные яды и каким образом их удаляют из сырья?

5. Выведите в общем виде формулу для удельной производительнос­ти интенсивности катализатора

Дата добавления: 2014-01-04