Cataliza, Krugosvet enciclopedie

Catalizatorii de acțiune.

Acești catalizatori accelerează reacția celor două tipuri și dau rezultate mai bune decât atunci când reactanții trec succesiv prin două reactoare, fiecare dintre ele conținând numai un singur tip de catalizator. Acest lucru se datorează faptului că catalizatorul activ centre de acțiune dublă sunt foarte apropiate unul de altul, iar produsul intermediar format în unul dintre ele, apoi convertit la produsul final pe de altă parte.

rezultat bun da catalizator asociere activare hidrogen, cu catalizator pentru izomerizarea hidrocarburilor. Activarea unor metale transporta hidrogen și izomerizarea hidrocarburilor - acide. Un catalizator eficient pentru acțiune dublă, care este utilizat în rafinarea petrolului pentru conversia nafta la benzină este un platină înalt dispersat sprijinit pe alumină acidă. Conversia componentelor nafta, cum ar fi metilciclopentan (SCM) în benzen crește cifra octanică a benzinei. Mai întâi SCM dehidrogenat părți catalizator de platină într-o olefină din același schelet de carbon; trece apoi la porțiunea de catalizator acid olefină unde izomerizat ciclohexenă. Ultimele purcede la porțiunea de platină și dehidrogenată la benzen și hidrogen.

Catalizatori dublă acțiune accelereze în mod semnificativ de petrol reformare. Acestea sunt utilizate pentru izomerizarea parafinelor normale la izoparafine. fierbere recent la aceeași temperatură ca și fracțiile de benzină sunt valoroase, deoarece acestea au un număr mai mare octanică comparativ cu hidrocarburile neramificate. În plus, conversia n-butanul la izobutan este însoțită de dehidrogenare promovarea obține MTBE.

polimerizare stereospecifică.

O etapă importantă în istoria cataliză a fost descoperirea polimerizarea catalitică a unei olefine pentru a produce polimeri stereoregulate. catalizatori de polimerizare stereospecifică au fost descoperite K.Tsiglerom când a încercat să explice proprietățile neobișnuite ale polimerilor obținuți prin el. Un alt chimist Dzh.Natta a sugerat că polimerii Ziegler Unicitatea este determinat de sterică lor. Experimentele pe difracție cu raze X a arătat că polimerii derivați din propilenă în prezența catalizatorilor Ziegler sunt foarte cristaline și de a face structura stereospecifice. Pentru o descriere a acestor structuri ordonate Natta a inventat termenul de „izotactic“ și „sindiotactic.“ În cazul în care ordinea este absent, termenul „atactică“:

reacția are loc stereospecific pe suprafața catalizatorilor solizi conținând metale de tranziție din grupele IVA-VIII (cum ar fi Ti, V, Cr, Zr), care sunt în stare incomplet oxidat și orice compus care conține carbon sau hidrogen, care este asociat cu metalul grupele I-III. Un exemplu clasic al unei astfel de catalizator este un precipitat format prin reacția TiCl4 și Al (C 2H 5) 3 în heptan, în care titanul redus la trivalent de stat. Acest sistem excepțional de activ catalizează polimerizarea propilenei în condiții de temperatură și presiune normală.

oxidare catalitică.

Utilizarea catalizatorilor pentru controlul chimia procesului de oxidare este de mare valoare științifică și practică. In unele cazuri, oxidarea să fie completă, de exemplu atunci când neutralizarea CO și hidrocarburi contaminanții din gazele de eșapament ale vehiculelor. Cu toate acestea, de multe ori necesitatea oxidării a fost incompletă, de exemplu, în multe utilizate pe scară largă în industria de procese de conversie de hidrocarburi în intermediari valoroși care conțin grupări funcționale cum ar fi -CHO, -COOH, -C-CO-, -CN. În același timp, utilizat ca și catalizatori omogeni și eterogeni. Exemple de catalizator omogen este un complex de metal de tranziție, care este utilizat pentru a cupla oxidarea -ksilola la esteri ai acidului tereftalic, care sunt baza pentru producția de fibre de poliester.

catalizatori de oxidare eterogeni.

Acești catalizatori sunt în mod tipic oxizi complecși solizi. Oxidarea catalitică are loc în două etape. În primul rând, oxigenul este captat oxid adsorbit pe suprafața oxidului de molecule de hidrocarburi. Hidrocarbura este oxidat iar oxidul este redus. oxid reciclat reacționează cu oxigenul și revine la starea inițială. Folosind catalizatorul de vanadiu, oxidarea parțială a naftalinei sau butan produs anhidridă ftalică.

Prepararea etilenei prin cuplarea oxidativă a metanului.

Sinteza etilenei prin cuplarea oxidativă permite conversia gazelor naturale la hidrocarburi mai ușor de transportat. Reacția 2CH4 + 2O2 ® C2 H4 + 2H2O este efectuată la 850 ° C, folosind o varietate de catalizatori; cele mai bune rezultate au fost obținute cu catalizatorul Li-MgO. Se presupune că reacția se produce prin formarea radicalului prin clivarea hidrogen din molecula de metan metil. Clivajul se realizează incomplet redus de oxigen, de exemplu O2 2-. radicali metil recombining în faza gazoasă, pentru a forma molecula de etan și în dehidrogenarea ulterioare sunt convertite în etilenă. Un alt exemplu de oxidarea parțială - conversia metanolului la formaldehidă, în prezența unui catalizator de argint sau zhelezomolibdenovogo.

Zeoliții constituie o clasă specială de catalizatori heterogeni. Acest aluminosilicați care a dispus structura de tip fagure, dimensiunea celulei care este comparabil cu dimensiunea multor molecule organice. Ele sunt numite și site moleculare. Cel mai mare interes sunt zeoliți, porii sunt formate dintr-un inel constând din 8-12 ioni de oxigen (Fig. 2). Uneori porii se suprapun, cum ar fi zeolit ​​ZSM-5 (fig. 3), care este utilizat pentru conversia foarte specifică a metanolului în hidrocarburi din fracțiunea de benzină. Benzina conține o cantitate semnificativă de hidrocarburi aromatice, și, prin urmare, are un număr mare octanică. În Noua Zeelandă, de exemplu, cu ajutorul acestei tehnologii sunt o treime din combustibilul consumat. Metanolul este produs din metan importat.

Catalizatorii conținând zeolit ​​Y-grup crește în mod esențial eficiența cracarea catalitică în primul rând datorită proprietăților lor acide neobișnuite. Înlocuirea zeoliți aluminosilicați poate crește producția de benzină cu mai mult de 20%.

Mai mult, zeoliți posedă o selectivitate pentru dimensiunea moleculelor care reacționează. selectivitatea lor se datorează dimensiunii porilor prin care pot trece numai molecule de anumite dimensiuni și forme. Acest lucru este valabil atât pentru materiile prime și produsele de reacție. De exemplu, din cauza constrângerilor sterice pereche -ksilol format mai ușor decât bulkier orto - și izomerii meta. Acestea din urmă sunt „prinse“ în porii zeolitici (Fig. 4).

Utilizarea zeoliților a revoluționat în unele procese industriale - deparafinarea motorinei și lubrifiantul obținerea intermediarilor chimici pentru producerea de materiale plastice alchilarea compușilor aromatici, izomerizarea xilenului, disproporționarea toluen și cracare catalitică a petrolului. Deosebit de eficiente sunt zeolit ​​ZSM-5.