Каталитические процессы

Основу каталитических процессов составляет катализ – наиболее эффективное и рациональное средство ускорения многих химических реакций.

Катализ (от греч. katalysis - разрушение) введен в науку И. Берцелиусом еще в 1835 году. Он оказался не только средством увеличения производительности аппаратуры, но и способом повышения качества полученные продуктов.

Различают положительные и отрицательные катализ, в зависимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедляет ее. Как правило, термин «катализ» определяется как ускорение реакции, в то время как вещества, замедляющие реакцию, называются ингибиторами.

Важными компонентами промышленных катализаторов являются промоторы – вещества, добавление которых к катализатору в малых количествах (обычно доли процента) увеличивает его активность, селективность или устойчивость.

Вещества, действие которых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению каталитического действия, называются каталитическими ядами.

В качестве катализаторов в промышленности чаще всего применяют платину, железо, никель, кобальт и их оксиды, оксид ванадия (V), алюмосиликаты, некоторые минеральные кислоты и соли; они используются как в окислительно-восстановительных, так и кислотно-основном.

Катализом называется увеличение скорости химических реакций или их возбуждение при действии веществ-катализаторов, которые участвуют в реакции, вступая в промежуточные химические взаимодействия с реагентами, но затем восстанавливают свой химический состав после окончания акта (действия) катализа.

Все каталитические реакции относятся к самопроизвольным процессам, т.е. протекают в направлении убыли энергии Гиббса системы (см. разд. 3.6.4). Со временем катализатор изменяется и после определенного срока может полностью необратимо потерять свою активность.

Активностью катализатора считается мера ускоряющего действия его на ту или иную реакцию.

В соответствии с принципом фазового состояния реагента и катализатора каталитические процессы подразделяются на гомогенные и гетерогенные.

В случае гомогенного катализа и катализатор, и реагенты находятся в одной фазе – газовой или жидкой. При гетерогенном катализе реагенты, катализатор или продукты реакции находятся в разных фазах; в этом случае чаще применяются твердые катализаторы.

Каталитические процессы, вызванные переносом электронов, относятся к окислительно-восстановительному катализу.

Окислительно-восстановительный катализ применяется в производстве аммиака, азотной кислоты, серной кислоты и др.

К кислотно-основному катализу относятся каталитический крекинг, гидратация, дегидрация, многие реакции изомеризации, конденсации органических веществ.

В промышленности встречается и так называемый полифункциональный катализ, в котором имеет место совмещение рассмотренных выше двух важнейших видов катализа.