1. Достаточно высокой активностью относительно реакции

Активность А определяется как соотношение констант скорости реакций с катализатором и без катализатора

(2.166)

где ∆Е=Е-Е_К - снижение энергии активации каталитической реакции по сравнению с некаталитической.

2. Минимальной продолжительностью контактирования

Время контактирования τ определяется по отношению

(2.167)

где V_св - свободный объем катализатора, м³; V_гс - объем газовой смеси, которая проходит через катализатор, м³/с.

Поскольку величину V_св практически определить тяжело, то чаще всего пользуются фиктивным временами контактирования τ_ф

(2.168)

где V_кат - объем катализатора, м³.

Чем активнее катализатор, тем меньшее время контактирования необходимое для достижения заданной степени превращения х, что иллюстрирует рис. 2.34.

2. Низкой температурой зажигания

Температурой зажигания называется та минимальная температура реакционной смеси, при которой процесс на твердом катализаторе проходит с достаточной для промышленных условий скоростью. Чем активнее катализатор, тем ниже его температура зажигания. Для технологии важно, чтобы эта температура была по возможности низшей, поскольку при этом снижаются энергетические затраты на предварительное нагревание реакционной смеси и осуществление катализа, облегчаются условия работы реакторов и упрощается их конструкция. Кроме того, для обратимых экзотермических реакций ход катализа при низшей температуры термодинамически более выгоден, поскольку при этому равновесие смещается в сторону конечных продуктов. Поэтому из нескольких возможных катализаторов преимущественно выбирают тот, который обладает низшей температурой зажигания. Например, для ускорения окисления SО₂ к SО₃ в производстве серной кислоты

Рис. 2.34. Зависимость степени превращения от времени контактирования τ для катализаторов с разной активностью А: А₁>А₂> А₃; τ ₁< τ ₂ < τ ₃: Хравн и Хзад - соответственно равновесная и заданная степень превращения

4. Стойкостью к действию контактных ядов.

Отравление катализатора - это частичная или полная потеря активности вследствие действия особых веществ, которые носят название каталитических ядов и содержатся в виде примесей в начальной реакционной смеси. Потеря активности происходит вследствие химического взаимодействия яда с катализатором с образованием каталитически неактивного соединения, или же адсорбции яда на активных центрах катализатора, который приводит к их блокированию.

Отравление может быть обратимым и необратимым.

При обратимом отравлении потеря активности катализатора наблюдается лишь при условии наличия яда в смеси идущей на катализ. При поступлении чистой смеси каталитически неактивные соединения яда с катализатором разлагаются или же происходит десорбция яда из активных центров катализатора, вследствие чего катализатор восстанавливает свою активность. Часто блокирование катализаторов происходит из-за отложения углеродистых соединений на их поверхности при осуществлении разнообразных органических реакций, в частности, крекинга. Такое блокирование обычно обратимо и устраняется путем повышения температур, поскольку в этих условиях углеродистые соединения выгорают и катализатор регенерируется.

Необратимое отравление является постоянным; активность катализатора не восстанавливается ни при каких условиях. Поэтому необратимо отравленный катализатор полностью заменяют новым.

Например, ядами для платинового катализатора является сероводород и другие сернистые соединения, ионы Си²⁺, Fе²⁺ и прочие. Для ванадиевого катализатора ядами являются соединения Мышьяка и Селена. Для предотвращения отравления реакционная смесь должна предварительно очищаться от каталитических ядов.

5. Высокой селективностью.

Селективный (избирательный) катализ - это катализ, в котором из нескольких возможных реакций ускоряется лишь одна - целевая. Селективность катализатора S_кат определяется по такой самой формуле, как и селективность всего химического производства (см. ч. 1, 1.8.1)

(2.169)

где G_ц - количество (масса) исходного реагента, который превратился в целевой продукт; G_поб - количество (масса) исходного реагента, который превратился в побочные продукты.

Примером избирательного действия при условиях возможности протекания нескольких параллельных реакций может служить платиновый катализатор, который используют в каталитическом окислении аммиака. В этом случае возможны три параллельные реакции с образованием соединений азота с разной степенью окисления: N0, N₂0 и N₂

Две последние реакции термодинамически более вероятны (особенно последняя), однако в присутствии платинового катализатора первая проходит на 98-99 %, что достаточно ярко свидетельствует о высокой селективности этого катализатора.