Катализ и его виды
Катализ – это химический процесс, состоящий из множества стадий, суть которого заключается в избирательном изменении скорости и механизма возможных химических реакций катализатором, образующим с веществами-участниками реакции промежуточные химические соединения.
Термин “катализ” впервые был предложен в 1835 году шведским ученым Берцелиусом. В настоящее время около 90 % химической продукции производится при помощи реакций с катализаторами. От применения катализа зависит технологический прогресс таких областей промышленности, как нефтехимическая, химическая, нефтеперерабатывающая. Различают следующие виды катализа:
- Отрицательный, при котором происходит уменьшение скорости химического превращения.
- Положительный, при котором происходит увеличение скорости химического превращения.
Катализ в нефтеперерабатывающей промышленности
Катализ используется в таких процессах нефтепереработки, как:
- Каталитический крекинг.
- Риформинг.
- Гидроочистка.
- Коксование.
- Алкилирование.
- Изомеризация.
Процессу риформинга подвергаются бензиновые фракции, обладающие температурой выкипания от 85 до 180 градусов по Цельсию. В результате процесса бензиновые фракции обогащаются ароматическими соединениями, что способствует увеличению его октанового числа до 85. Полученный риформат в дальнейшем используется, как сырье для извлечения ароматических углеводородов, а также производства бензина для автомобилей. Задачей процесса каталитического крекинга является расщепление молекул тяжелых углеводородов, которые затем используются для производства топлива. Сырьем для данного процесса являются легкий вакуумный и атмосферный газойль. В процессе каталитического крекинга выделяется большое количество жирных газов, разделяющиеся на отдельные фракции, которые применяются в третичных технологических процессах на нефтеперерабатывающем заводе. Продуктами каталитического крекинга являются нафта крекинга и газовый бензин, применяющиеся в производстве автомобильных бензинов. Остаток процесса крекинга представляет собой компонент мазута.
Газойль – это смесь жидких углеводородов (декан, додекан) и примесей с пределами выкипания от 200 до 500 градусов по Цельсию и молекулярной массой от 50 до 500 грамм на моль.
Назначение процесса гидроочистки заключается в удалении органических соединений (металлы, азот, сера и т.п.), а также в снижении содержания непредельных углеводородов, металлорганических соединений и смолисто-асфальтовых веществ. Сырьем для процесса гидроочистки могут служить нефтяные фракции от бензина до мазута. В данном случае катализаторами сульфиды металла на оксиде алюминия и оксиды. Назначение процесса алкилирования - получение высокооктановых компонентов бензина. Данный процесс осуществляется при давлении от 0,3 до 1,2 МПа, температуре от 0 до 100 градусов по Цельсию и объемной скорости от 0,1 до 0,6 часа. Катализатором выступает 98 % серная кислота. В качестве сырья используется бутан-бутиленовая фракция, а продуктами процесса являются бутан, пентан, пропан, а также легки и тяжелый алкилаты.
Процесс изомеризации заключается в получении углеводородов изостроения из углеводородов нормального строения. Продуктами изомеризации являются высокооктановые составляющие автомобильных бензинов и сырья для нефтехимической промышленности (изопрен). В качестве катализатора, как правило, используется платиносодержащий (0,4 %) сульфатированный диоксид циркония. Кислотные свойства данного катализатора позволяют осуществлять процесс изомеризации при благоприятных температурах (от 150 до 170 градусов по Цельсию). Это позволяет получать диметилбутан в условиях высокой конверсии н-гексана. С становлением процесса изомеризации, как базового технологического процесса нефтепереработки способствует росту производственных мощностей. В отечественной нефтепереработке это достигается за счет реконструкции установок риформинга в установки изомеризации. В России также был разработан отечественный аналог катализатора для изомеризации - СИ-2, который не уступает зарубежным по своим свойствам и уже активно применяется на некоторых нефтеперерабатывающих заводах.
Создание катализаторов для процессов нефтепереработки основано на эмпирическом подходе. Перспективными катализаторами являются те, которые могут работать при температуре от 80 до 100 градусов по Цельсию, а выход диметилбутана составляет 50 %. Особый интерес также представляет разработка каталитических композиций, при помощи которых возможна реализация концертного механизма. Остается нерешенным вопрос, касающийся селективной изомеризации н-октана и н-гептана в высокоравзветвленные изомеры.
