Химияда катализаторлардың ролі

Гетерогенді катализдің екінші бір  жағдайында, гомогенді ката-ұқсас, орнықсыз аралық қосылыстар түзіледі деп ұйғарым  жасалынады.

 Катализатордың талғаммен әсер  ететіндігінде ескерген дұрыс, өйткені әр түрлі катализатор қолдана отырып, бір заттан әр түрлі өнім алуға болады.

Әсіресе мұнайдан тікелей физикалық жолмен айдап алынған өнімдерді (бен-зин, жер майы, газойл, мазут) әрі қарай терендетіп өндеу процестері технологиясында сан алуан катализаторлар көптеп қолданылуда.

 Катализдің екі түрі бар  - гомогендік және гетерогендік  катализ. Гомогенді катализде  катализатор және әрекеттесетін  заттар бір фа-залы газ не  сүйық күйдегі бір жүйені түзеді.

Гетерогенді катализде катализатор  және әрекеттесуші заттар әр түрлі  фазалардан түратын жүйе түзеді және олардың арасында бөліну беті болады. Әдетте, катализатор қатты күйде, ал өсерлесетін зат-тар газ не сүйық күйде болады.

Катализатордың әсері белсенділендіру  энергиясын төмендету. Бұл процесс  катализатордың әрекеттесуші заттардың  біреуімен  белсенділенген аралық кешен  түзуіне байланысты іске асады.

Синтез газдан сутекті  алу  және оның қолданысы

"Сутекті алудың қазіргі барлық  өнеркәсіптік тәсілдерден (судың  электролизі, жоғары температурада  темірмен су буларын тотықсыздандыру,  кокстеу газдарынан сутекті бөлу.

Синтез газдан көміртек оксидін" алу және оның қолданысы.    Синтез-газдың    (СО+Н₂)    қолданысы

Көміртек   монооксиді   және   оның   сутекпен   қоспасы (синтезтаз)   негізгі   органикалық  синтездің  ете   құнды. шикізаты болып табылады, сондықтан метанды синтезгазға    конверсиялау   ең  масштабты   мұнай-химиялық процестеріне жатады.

 Көміртек   оксидінің   негізінде   практикалық   барлық 'оттекқұрамды органикалық қосылыстарды   синтездеуге болады.    Көміртек    оксидінің    негізінде,    өнеркәсіптік маңызды      синтездердің      арасынан      ең    алды-мен органикалық      субстраттарды       көміртек      оксидімен карбонилдеу      реакциясымен      оттекқүрамды      қосылыстарды синтездеуді айтуға боады. Сондықтан, тек мұнайдан атмосфералық қысымда және вакуумде айдалып алынатын өнімдерді өндеуде катализді пайдаланатын өте маңызды екі процеске ғана кыскаша токталайық

Катализдік коенинг. Крекингінің бұл өдісі кезінде тікелей айдап бөлініп алынған бензин, жер майы, газойл, мазут төмендеу темпера-турада (400-500°С) өр түрлі катализатор үстіне жіберіледі.

Сатализдік крекинг бензин алу  үшін аса тиімді, өйткені онда термиялық  фекинге қарағанда газ бен  олефин аздау болып. тіабекгі көмірсутектер  және арендер көптеу болады.

Риформинг процесі. Бензин сапасын жоғарлату үшін риформинг процееі қолданылады. Онда тікелей немесе крекинг өдісімек алын-ған бензинді Рі немесе Ні-ден жасалған катализатор арқылы 1-5 МПа қысымда өткізед. Сонымен катализдік риформинг процесі көмегімен мұнайдан тікелей айдалып алған бензинді бөлігін өндеп, ондағы көмірсутекті тізбекті барынша тармақты етуге және арен шығымын арттыруға болады.

Крекинг процесіндегі түзілетін газдар қоспасынан өте құнды олефиндерді - этиленді және пропиленді бөліп алады. Этиленнен по-лиэтилен, этил спирті, хлорлы этил, этиленхлоргидрин және этилен тотығы алынады, ал пропилен полипропиленді, изопропил спиртін, ацетонды, хлорлы алкил мен глицеринді т.б. синтездеуге жұмсалады. Катализатордың әсері белсенділендіру энергиясын төмендету. Бұл процесс катализатордың әрекеттесуші заттардың біреуімен белсенділенген аралық кешен түзуіне байланысты іске асады 

Катализ құбылысы гомогенді және гетерогенді  катализ аталатып, екіге бөлінеді.

Гомогенді катализ. Реакцияға түсетін  заттар мен катализатор бір фазада болған жағдайды гомогенді катализ  дейміз Мысалы, олардың бәрі не газдар, не сүйықтар болып келеді.

Гомогенді катализдегі катализатордың әсері аралық қосылыстар түзілуі  арқылы түсіндіріледі. Реакцияның жалпы  түрін алайық:

 Реакцияға катализатор ретінде N0 қолданылады. Реакцияға кіретін заттар: 80 және О2, катализатор: N0= Осылардың бәрі газдар, яғни фазасы біреу ғана (газ фазасы):

N02 - аралық қосылыс.

Босаған катализатор (N0) процестерді  одан әрі қайталап, жүргізе бередіс

Мұнай химиялық  өнеркәсіптің негізгі  процестерінің  сипаттамалары.

Реагент-тердің бас-тапқы қоспа-ларының фазалық күйі	Просецесс өткізілетін жүйе	Реякция сипаты	Процесс		Реактор түрі	Ескерту
Газ (гомогенді)	Статика- лық (периодтық)	Экзотер-миялық	Жоғары қысымда (1000-2000)  және оттек қатынасында этиленді полимерлеу.		Цилин-дрлі автокла-втар	-
Газ (шомлгенді ктапли-тикалық  процестер-мен қоса)	Динами-калық (үздіксіз)	Ол да	Мұнда жиі  эндотер-миялық және экхотер-миялық  реякиялар бірдей өтеді.  Бірақ жалпы жылу эфект  экзотер-миялық  процеске сәйкес	Ацетиленді  алуға металды  толықсыз жағу	Пештер	Реякция өнімдерінің құрамы  реагенттер қатынасына
				Ситез газды алу	Ол да	-
				Формальдегитті  алуға  метанды және этанды жартылай толықтыру	Көп құбыр лы реа-кторлар	Жүйеге еңгізілетін азот тотықтры-ның ролі қазірге дейін  білгісіз.
				Автотермиялық  крекинг  этанды және пропанды сәйкесті олефиндер-ге дегил-дрлеу	Көп құбыр-лы пеш-тер нем-есе қат-ты тас-малшы-сы бар реакциялық құбыр-лар	-

 

Соңғысы газдық қоспадан  сумен  немесе  этаноламинмен 25 атм.

қысым астында шайылады, жуылған  газ кейінен Таммиакты синтездеудің жұмыстық қысымына дейін компромирленеді  және бірвалентті мыс формиатының

аммиакты ерітіндісімен көміртек оксиді аластатылады. Бұл өңдеуден  кейін  аммиакты синтездеуге сутек  пен" 1 азоттың бастапқы қоспасын алады.

Синтез  газды қолданудың өте маңызды және өте ірі саласы болып табыады.Синтез көміртек оксидін және сутекті, олефиндерге  қосуына егізделгеннің  нәтижесін  альдегидтер түзіледі.

Гидроформилдеу процесі гомогенді  катализдің қолдануына негізделген      ірі тонналық      өнеркәсіптік өңдірістің тарихында бірінші мысал   болды.

Ал оларды катализатор көмегімен  бензолға жөне оның туындыларына айналдыруды  парафиндердің ароматтандырудың Н.Д.Зелинский  жөне оның шәкірттері Б.А. Ка-занский  мен А.Ф. Платэ ашқан реакциясы  негізінде іске асыруға болады:

1912 жылы орыс ғалымы Н.Д.Зелинский  бу түріндегі тұйықгександы 300°С  температурада платина немесе  пала-дий катализаторы үстіңде  бензолға айналдырды. Қатты отындарды газдату газогенераторда өткізіледі, түзілетін жанғыш газдар (негізінен СО₂ Н және СН₄- тең тұратын) генераторлы деп аталады. Қатты отындардың барлық түрлерін газдандырады: тас және қоңыр көмірлер, антрацит, кокс, жартылай кокс_? торф, ағаш, жанғыш сланецтер және т.б. генераторлық газдарды негізінен металлургиялық шыны, керамикалық және басқа өндірістерде, ішкі жанғыш двигательдерде газтурбиналарда және тұрмыстық қажетіне отын ретінде қолданады. Үрленетін газдар құрамына байланысты ауалық газ (газдану ауамен өткізіледі), булы ауалық, булыоттекті, сулы, жартылай сулы, оттекті үрлеу болып белінеді.

Қатты қыздырылған  көмірдің және су буының і200°С температурада  әрекеттесуі осы процесстің негізгі  реакциясы болып табылады.

Сұйық   отындарды   газдандыру   -   су   буымен, оттекпен немесе ауамен ыдырау енімдерін конверсиялаумен өтетін көмірсутек молекулаларын ыдырату жолымен сұйық отындарды жанғыш газдарға айналдыру процессі. Құрамына байланысты алынатын газдарды отын немесе химиялық өндіріске шикізат ретінде қолданады. Газдану жағдайына тәуелді келесі реакциялар өтеді: 1) Жоғарымолекулалық қаиыққан көмірсутектердің төменмолекулалы қаныққан және қанықпаған көмірсутектерді түзе ыдырауы; 2) Қаныққан көмірсутектердің қанықпаған көмірсутектерді және сутекті түзе дегидрленуі; 3) Көмірсутектердің су буьімен және оттекпен әрекеттесуі. Аталмыш непзгі түрленулерден басқа, изомерлеу, полимерлеу, куйе және кокс түзу реакциялары өтеді.

Синтез-газ - көміртек оксидінің және сутектің қоспасы, мұнайхимиялық өнеркәсіп үшін эте құндьі шикізат болып табылады. Су буымен және оттекпен метанды (немесе табиғи газды) тотықтыра конзерсиялау - синтез-газды алудың өнеркәсіптік тәсілі; оларға сәйкес синтез-газды алудың процесстерін метандыбулы және метанды-оттекті деп сәйкесті айырады.

Метанды-булы процесс. Бұл процестің бірінші сатысы - ол метанмен су буы арасында өтетін эндотермиялық реакция:

Осы негізгі  реакциямен бір уақытта су буынык конверсиясы деп аталатын СО және Н₂О (бу) арасындағы экзотермиялық реакция да өтеді.

[Бұл  реакцияның тепе-теңдігінің оң  жаққа ығысуьіна температураның  төмендеуі үлес қосады. Реакцияның  теле-теңдік константасы (К_р) температураньі арттырған^төмендейді (686°С ол 1,6 -ға, ал 1500°С -

       Химиялық реакцияға кіретін және нәтижесінде түзілетін зат-тар әр түрлі фазада болса, ондай жүйені гетерогенді деп атайды.

Гетерогенді жүйеде жүретін химиялық реакциялардың  өзінше срекшелігі бар. Мұндай жүйеде жүретін реакция бірнеше сатыдан  тұрады. Бірінші сатыда әрекеттесетін  заттар диффузия арқылы катты заттың беттік қабатына тартылады. Екінші сатыда сол беттік қабатта химиялық рёакция  жүреді. Үшінші сатыда реакция өнімі  диффузияланып бөлініп шығады. Мүндай жағдайда жалпы хи-мпялық реакция жылдамдығы ең баяу жүретін сатыға тәуелді болады. Гетерогенді жүйеде ең баяу жүретін диффузия сатысы. Сондықтан мүндай жүйеде жүретін реакцияларды араластырып отырады. Сонымен катар, гетерогенді реакция жылдамдығы фаза-ларды бөліп тұрған беттік қабатқа пропорционал болады. Сондык-тан басқа жағдайлар тең болса да реакция жылдамдығы беттік қабаттың шамасына да байланысты. Реакцияға кіретін қатты зат неғүрлым үсақ болса, оныц беттік қабаты да соғұрлым үлкен бо-лады.

Технпкада реакциялардың көпшілігі гетерогенді  жүйеде жүре-ді. Мысалы, қатты отынның  жануы, темір кенінің домна пешінде  тотықсыздануы, металл коррозиясы және басқа.

Егер  гетерогендік жүйеде реакция қайтымды болса, оған да массалардың әсер заңын  қолдануға болады. Мысалы:

СаСО   пен СаО қатты фазада болғандықтан, тепе-тендік кезін-_0Лардың   концентрациялары түрақты    болады. Тепе-теңдік тек

газ күйіндегі  зат концентрациясына СО₂ тәуелді болады:

К=[СО₂]; Яғни, СО₂  концентрациясы    артатын болса,   тепе-теңдік солға

(СаСОз)', ал ол кемитін болса онға (СаО  + СОо) ығысадьу

Аммиак. Азот сутегімен бірнеше қосылыс түзеді. Олардьщ ішшде ең маңыздысы — аммиак. Оны лабор.аторияда аммоний хлоридін кальций гидроксидімен қосып 

қыздыру  арқылы  алады:

Өнеркәсіпте аммиак өндіру атмосферадағы бос  азотты байла-ныстырудың бірден-бір  жолы. Бұрын азоттын. табиғи, минералы ретінде тек Чили селитрасы ЫаІЧОз белгілі болатын. Аммиак өн-діру атмосферадағы  азотты минерал қосылыстары күйіне айнал-дыруға мүмкіндік береді. Алғаш  аммиакты цианамид әдісі арқы-: лы алып жүрді. Ол үшін алдымен кальций цианамиді СаСМ₂ алы-нады:

Кальций цианамидінсу буымен әрекеттестіріп аммиак алады:

Қазіргі кезде аммиакты синтез әдісімен —  азот пен сутегін әре-кеттестіріп  алады:

Реакция теңдеуінен оныд экзотермиялық процесс  екені көрініп түр. Демек температураны  өсіру аммиак синтезіне кері әсер етеді. Соған орай процесті біршама  темен температурада 500—550°С, катализатордың қатысуымен, аса жоғары қысымда жүргізеді.

Аммиак  — өткір иісті, түссіз газ. Ауадан жеңіл. Ол ете улы. Аммиак —33,4°С-та сұйыққа  айналады, ал — 77,8°С-та қатады. Оны арнайы цистерна   мен баллондарда  сақтап,   тасымалдайды.