Катализаторы крекинга

Катализ является основным средством осуществления химических превращений в нефтепереработке и нефтехимии. За последние 50-60 лет благодаря ему в этих отраслях произошел технический переворот, позволивший существенно увеличить выход и улучшить качество производимых моторных топлив и смазочных материалов. Катализ можно определить как возбуждение химических реакций или увеличение их скорости под влиянием особого класса веществ – катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с молекулами сырья и восстанавливающих после каждого такого цикла свой первоначальный химический состав. Таким образом, катализаторы – это вещества, возбуждающие химические реакции или ускоряющие их протекание, при этом остающиеся неизменными и не входящие в состав конечных продуктов. Они являются неотъемлемой частью любого каталитического процесса и позволяют снижать энергию активации химических реакций.

Подбором оптимального состава катализатора можно регулировать соотношение скоростей целевых и побочных реакций, добиваясь наибольшей эффективности процесса. Проведение реакций в присутствии катализаторов позволяет также существенно снизить температуру их протекания. Однако следует помнить, что, если с точки зрения термодинамики какая-либо реакция невозможна, то осуществить ее в присутствии катализаторов также нельзя. Под свойствами катализатора понимают селективность, активность, стабильность и характеристику его пористой структуры.

Селективностью (или избирательностью) катализатора называют его способность ускорять только одну или несколько из ряда термодинамически вероятных целевых химических реакций в данных условиях и для данных сырьевых компонентов.

Активность катализатора характеризует его способность превращать компоненты сырья в конечные продукты и, в известной степени, производительность процесса. Чем она выше, тем меньше катализатора необходимо для превращения определенного количества исходных веществ в продукты за единицу времени. Активность твердого катализатора зависит не только от силы активных центров и их количества, но и от состояния его поверхности. Величину активности катализатора определяют в лабораторных условиях, где проводят изучаемый процесс при строго заданных параметрах. Ее чаще всего оценивают по глубине превращения исходного сырья. Иногда активность катализаторов крекинга могут характеризовать индексом активности – выходом (в % от сырья) фракции выкипающей до 200^оС, полученной в результате каталитического крекинга эталонного сырья на стандартной лабораторной установке. Активность катализатора по мере его эксплуатации снижается. Способность катализатора сохранять свои свойства под действием внешних факторов называется стабильностью. Чаще всего причинами снижения активности катализатора являются разрушение его структуры или дезактивация активных центров, которая наступает либо в результате отложения на них и в порах коксоподобных веществ, либо вследствие воздействия некоторых примесей, содержащихся в сырье и называемых каталитическими ядами.

Разрушение структуры катализатора, спекание его отдельных частиц и некоторые другие процессы могут быть вызваны жесткими условиями процесса, в частности, повышенной температурой, воздействием водяного пара и т.д.

Коксоподобные вещества накапливаются на поверхности частиц и в порах катализатора в результате протекания побочных реакций полимеризации, конденсации и уплотнения. Образовавшиеся крупные молекулы полиароматического строения, с одной стороны, прочно адсорбируются на активных центрах, а с другой, имея значительные размеры, превышающие диаметр микропор катализатора, не могут выйти из них. В результате они подвергаются дальнейшему уплотнению, покрывая всю поверхность катализатора и препятствуя протеканию адсорбции и химических превращений углеводородов сырья.

Действие каталитических ядов обусловлено их необратимой адсорбцией на активных центрах или поверхности пор катализатора. Для разных каталитических систем присущи свои каталитические яды. Так, катализаторы крекинга мало чувствительны к сернистым соединениям, но достаточно быстро теряют свои свойства в присутствии азотсодержащих веществ и некоторых металлов (ванадий, никель, железо, натрий, мышьяк и т.п.).

Восстановление активности катализатора называется его регенерацией. В зависимости от причин, вызвавших снижение активности, способы регенерации катализаторов могут быть различными. Кокс и коксоподобные вещества выжигают с поверхности частиц и пор катализатора в токе воздуха. При дезактивации катализатора каталитическими ядами возможно химическое восстановление его активности. Оно, как правило, осуществляется на специальной установке.

Дата добавления: 2015-08-02