3 Стадии каталитических реакций

Одной из обязательных стадий гетерогенных каталитических реакций являет­ся перенос реактивов к активной поверхности пористого катализатора. В общем случае каталитическая реакция на твердых пористых катализаторах складывается из следующих стадий:

1. Эффективная внешняя диффузия реактантов из ядра потока к поверхности зёрен катализатора (внешняя диффузия);

2. Диффузия реактантов в поры катализатора (внутренняя диффузия);

3. Хемосорбированная адсорбция одного или нескольких компонентов реак­ционной смеси на поверхности катализатора;

4. Химическая реакция на поверхности катализатора

5. Десорбция продуктов катализа (и регенерация активного центра катализа­тора).

6. Диффузия продуктов катализа в порах катализатора.

7. Диффузия продуктов катализа от внешней поверхности катализатора в га­зовый (жидкостной) поток.

Лимитирующие стадии 1 и 2 (6 и 7) Для ускорения их используют катализато­ры мелких размеров и увеличение пор.

4 Краткая характеристика каталитических реакций

1 Каталитический крекинг – самый многотоннажный промышленный химический процесс. Сырьём служат фракции > 350 ºC. Процесс проводят в реакторе при 450-520 ºС при атмосферном или повышенном до 0,4 МПа давлении.

Выходы продуктов (газ, бензин, ЛГ и ТГ) и их свойства (ОЧ и т.д.) зависят от типа сырья, катализатора и режима процесса.

В процессе на катализаторе откладывается кокс, который резко снижает активность катализатора. Для восстановления катализатор регенерируют.

2 Каталитический риформинг - процесс, применяемый для производства вы­сокооктановых бензинов из низкооктановых.

Риформинг при более низких давлениях в системе в сочетании с экстрактивной перегонкой и экстракцией растворителями позволяет получать индивиду­альные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и др.). Промышлен­ные процессы каталитического риформинга, при которых выходы риформата дос­тигают 73-90 %, основаны на контактировании сырья с активным катализатором.

Для поддержания активности катализатора его регенерируют. Важной осо­бенностью каталитического риформинга является то, что он протекает не только при высоких температурах и давлениях, но и в среде водородсодержащего газа. Водород, образующийся при различных реакциях риформинга, удаляется из сис­темы в виде избыточного количества ВСГ. Высокое содержание водорода в ВСГ (до 80 %) позволяет использовать его в гидрогенизационных процессах, особенно при гидроочистке топлив.

3 Гидроочистка нефтяных дистиллятов и продуктов является одним из наи­более распространенных каталитических процессов, особенно на предприятиях перерабатывающие сернистые и высокосернистые нефти. Процесс протекает при давлении 3-5 МПА в среде водорода. Основная цель гидроочистки - это уменьше­ние содержания в продукте сернистых, азотистых и металлорганических соедине­ний. В условиях промышленного процесса происходит их разрушение. Они реагиру­ют с водородом, циркулирующим в системе, с образованием сероводорода и ам­миака, которые удаляют из системы вместе с газом.

Процессы гидроочистки основаны на контактировании нефтяных дистиллятов и продуктов и находящимся в подвижном или стационарном состоянии катализа­тором, обычно алюмокобальтмолибденовым или алюмоникельмолибделовым. Процесс протекает в условиях, при которых 95-99 % масс, исходного сырья пре­вращается в очищенный продукт — гидрогенизат, одновременно образуется незна­чительное количество бензина, катализатор периодически регенерируют.

4 Деалкилирование – важный процесс для получения бензола из толуола и ксилолов. Он, как и другие гидрогенизационные процессы, протекает в среде во­дорода.

5 Алкилирование - процесс, в результате которого изопарафиновые углеводо­роды соединяются с олефиновыми, при этом образуются более высококипящие изопарафиновые углеводороды, являющиеся высокооктановым компонентом авиационного и автомобильного бензинов. Применяют также алкилирование аро­матических углеводородов олефинами (например, алкилирование бензола этиле­ном с получением этилбензола или алкилирование бензола пропиленом с получе­нием изопропилбензола).

6 Изомеризация - процесс превращения сравнительно низкооктановых пара­финовых углеводородов (преимущественно С₅–С₆ или их смесей) в соответст­вующие изопарафиновые углеводороды с более высоким октановым числом. На промышленных установках изомеризации с различными катализаторами, в том числе алюмоплатиновыми, в соответствующих условиях получают до 97 % от сы­рья изомеризатов. Процесс изомеризации протекает в среде водорода; катализатор периодически регенерируют.

7 Полимеризация. В зависимости от исходного сырья, катализатора и режима процесса количество получаемого полимеризата может изменяться в широких пределах. Установки для полимеризации на нефтеперерабатывающих заводах в последнее время обычно используют для получения сырья для нефтехимической промышленности реже — компоненты бензина.

И т.д.