ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Немного о промышленном катализе из "В мире катализа" Напомним, что до 1937 г. крекинг нефти осуществляли исключительно термическим способом фракции нефти обрабатывали при температуре около 500° С и давлении 50—60 атм. Каталитический крекинг ведут при 450—500° С и атмосферном давлении в присутствии бентонитовых глин или искусственно приготовленных алюмосиликатов. При этом получают более высокооктановое топливо и ароматические углеводороды, которые могут быть использованы для дальнейшей химической переработки. Примерно одну треть моторного топлива в мире получают путем крекинга. При этом следует отметить, что более четверти всей мировой химической продукции вырабатывают из разных видов продуктов химической переработки нефти. [c.14] Чтобы скорость этой реакции была приемлема с практической точки зрения, нужны высокие температура и давление. Однако с ростом температуры равновесие реакции постепенно смещается в сторону образования исходных веществ. С другой стороны, чем ниже температура и чем полнее протекает реакция образования аммиака, тем более заметно снижается скорость процесса. Поиск компромисса между действующими в разные стороны факторами привел Габера (1907) к созданию промышленного способа превращения азотоводородной смеси в аммиак при 500° С и 300 атм. Сейчас это главный способ получения аммиака, который широко используется в производстве удобрений, азотной кислоты (каталитическое окисление аммиака над платиной), аммониевых солей, соды, синильной кислоты и т. д. [c.15] Между тем, если бы удалось найти более эффективные катализаторы, чем железный катализатор Габера, температура и давление процесса могли бы быть снижены, а выход аммиака повышен. Эта важная экономическая задача привлекала внимание многих химиков всего мира. Первых успехов в низкотемпературной фиксации азота достигли советские ученые М. Я. Вольпин, В. Б. Шур и А. Е. Шилов, обнаружившие стехиометрические реакции, в которых азот при обычных температуре и давлении восстанавливается в аммиак и гидразин. [c.15] В результате обработки растительных масел водородом в присутствии никелевых катализаторов образуются твердые жиры (в частности, маргарин). Гидрирование порошка каменного угля в присутствии сульфидов молибдена, никеля или вольфрама при 400° С и 200 атм приводит к столь сильному разрушению сложной молекулярной структуры, что в результате образуется жидкая смесь углеводородов, которая может использоваться как моторное топливо (Бергиус, 1913 г.). Промышленного применения этот процесс пока еще не получил, поскольку топливо, получаемое из нефти, стои1 значительно дешевле. Однако создание экономически выгодного способа преобразования каменного угля в жидкое топливо с помощью водорода — одна из важнейших задач недалекого будущего. [c.16] Химики-каталитики настойчиво работают над этой проблемой и уже добились некоторых результатов. Разработаны специальные устройства для дожигания выхлопных газов автомобилей, работающие на основе каталитического окисления вредных компонентов газов. Подобраны катализаторы и условия для обезвреживания отходящих газов химических производств. Каталитические фильтры конструируются в виде патронов, заполненных металлической сеткой или керамическими материалами с нанесенными на них каталитическими агентами работают эти фильтры при 250—350° С. [c.18] Мы привели температуру и давление, при которых ведут катализ реакций в промышленных условиях, отчасти для того, чтобы сравнить их с условиями подобных химических реакций, протекающих в организмах растительного и животного мира. Последние имеют гораздо большую скорость при обычных температуре и давлении. Достигается это с помощью биологических катализаторов — продуктов длительной, неизбежно сопровождающейся миллионами ошибок и тупиков, эволюции жизни на Земле. Вероятно, мы не скоро узнаем извилистый путь, по которому шла природа в поисках эффективных органических конструкций с их фантастической способностью ускорять в мягких условиях процессы в живых организмах. Ведь на реализацию каталитических процессов в промышленных условиях ученые затрачивают огромное количество сил, времени и средств. Возможно, химики-каталитики, сами этого не подозревая, повторяют тот же путь, изыскивая все более эффективные катализаторы. [c.18] Конечно, современные химики находятся в несколько лучшем положении, чем, например, ученые начала XX в. Накоплен огромный эмпирический материал по всем видам катализа, обследованы на активность десятки и сотни тысяч веществ разной природы и различного химического состава. Поэтому при разработке многих практически важных процессов ставится более скромная задача — улучшить свойства уже известного типа катализаторов. Но и эта проблема не так проста, как может показаться на первый взгляд. Общими руководящими принципами, своего рода алгоритмом, позволяющим вести целенаправленный поиск лучших каталитических систем, химики, к сожалению, не располагают. Может быть, прав Ашмор, утверждающий, что большинство усовершенствований, внесенных при использовании катализаторов для получения продуктов в крупном масштабе, явилось результатом тщательно продуманных и широко поставленных опытов, а не следствием применения химической теории (1963). [c.19] Выходом из этой печальной ситуации послужат систематические и очень длительные исследования простых каталитических реакций на самых разных уровнях и затем разработка количественных и качественных закономерностей влияния природы и структуры катализатора на скорость химических реакций. Все дальнейшее изложение посвящено именно этой стороне дела. При этом, видя перед собой аудиторию главным образом из начинающих химиков (возможно, будущих каталитиков), авторы сочли необходимым рассмотреть некоторые из основных положений физической и физико-органической химии и показать на отдельных примерах, как используются они при изучении каталитических реакций и к каким следствиям это приводит. [c.19] Вернуться к основной статье