Технологические характеристики твердых катализаторов

Из-за отсутствия единой теории катализа правильный подбор катализаторов является очень сложной инженерной задачей. Твердые катализаторы - это, как правило, высокопористые вещества с развитой внутренней поверхностью. Они характеризуются определенной пористостью и кристаллической структурой, активностью, селективностью и другими свойствами.

Рассмотрим наиболее важные характеристики твердых катализаторов.

Активность (А) - это мера ускоряющего воздействия катализатора на данную реакцию:

,

где k^к и k - константы скоростей каталитической и некаталитической ре- акций;

Е^к, Е _о – энергия активации каталитической и некаталитической реакций, - предэкспоненциальные множители.

Температура зажигания – это минимальная температура, при которой каталитический процесс начинает идти с достаточной для практических целей скоростью.

В зависимости от этой характеристики различают высокотемпературные (ВТК), среднетемпературные (СТК) и низкотемпературные (НТК) катализаторы. НТК более эффективны, потому что позволяют проводить процесс при меньших температурах. Это сокращает затраты на нагрев исходных реагентов, улучшает условия эксплуатации реакторов. Дополнительно при низких температурах подавляются побочные реакции, и качество получаемой продукции повышается.

Использование НТК вдвойне выгодно для экзотермических реакций. Благодаря снижению требуемой температуры процесса, они позволяют сместить равновесие реакции вправо!!!

Недостатки НТК: высокая стоимость, чувствительность к колебаниям температуры (легко спекаются), повышенная чувствительность к катализаторным ядам.

Селективность (избирательность) – это способность катализатора избирательно ускорять только целевую реакцию при наличии нескольких побочных.

Теплопроводность. Высокаятеплопроводность особенно важна для реакции с большим тепловым эффектом (независимо «плюс» или «минус»).

Срок службы. Он зависит как от типа катализатора, так и количества различных ядов в исходных реагентах. В присутствии ядов срок службы резко сокращается.

Прочность. Различают прочность на раздавливание (статическая прочность) и прочность на истирание (динамическая прочность).

Прочность на раздавливание важна для катализаторов, используемых в реакторах с неподвижным слоем. Она должна быть от 0,7 до 11 МПа.

Если в реакторе используется слой псевдоожиженного или циркулирующего катализатора, то важна его износоустойчивость. Степень истирания не должна превышать 1 - 3 %.

Катализаторы бывают компактными и нанесенными (треггерными).

Компактные катализаторы, как правило, выполняют в виде мелких сеток. Например, при каталитическом окислении аммиака воздухом в производстве азотной кислоты применяют мелкие платинородиевые сетки в

50 слоев.

Нанесенные катализаторы представляют собой инертные высокопористые материалы (адсорбенты, пемза, силикагель и др.), пропитанные активными компонентами катализатора.

В последнее время взамен насыпных катализаторов (гранул) начали применять блочные и сотовые катализаторы. Эти катализаторы имеют ряд преимуществ (большой срок службы, меньшее сопротивление и меньшее механическое разрушение) и представляют собой блоки больших размеров, пронизанные различными порами. Они устанавливаются в реакторе в строго определенном порядке.

Недостаток катализатора – практическое отсутствие радиальной диффузии реагентов внутри реактора, что затрудняет отвод тепла из зоны реакции.