Каталізаційні та електрохемічні процеси

Наприклад, реакція окиснення амоніаку (NH3) може відбуватися до різних стадій окиснення з утворенням різної продукції:

Проте у присутності платинового каталізатора процес окиснення амоніаку йтиме лише до утворення NO.

Міцність твердих каталізаторів залежить від пористості структури, із збільшенням пористості, особливо великих пор, міцність твердих каталізаторів зменшується. Це дуже важлива характеристика, оскільки в процесі роботи каталізатор стирається і утвореним пилом забруднюється продукція.

Під час тривалої роботи каталізатори «отруюються». Це відбувається за рахунок домішок, які є у сировині. Наприклад, платиновий каталізатор, який використовують у процесі виробництва якісного бензину, «отруюється» сполуками сірки й арсену. Те саме спостерігається з алюмосілікатами, які використовують під час каталізного крекінгу нафтопродуктів. Тому сировину перед подаванням у контактний апарат очищають. Для цього використовують електрофільтри або циклони. В електрофільтрах порошкові домішки осідають під дією електричного поля, а в циклонах - під дією відцентрових сил. «Отруєні» каталізатори регенерують (від лат. «regeneration -відновлення).

1.3. Контактні апарати

Основним обладнанням для проведення каталізних процесів є контактні апарати. В апаратах каталізатори можуть перебувати в нерухомому, рухомому або в «псевдокиплячому» (завислому) станах. Наразі у більшості випадків використовують контактні апарати з нерухомим каталізатором, який можна розмістити на поличках або в трубках.

1. Поличкові апарати (рис. 13, а) мають від однієї до кількох поличок. Товщина шару каталізатора на поличках збільшується в напрямі виходу продукції, а товщина теплообмінника, навпаки, зменшується, оскільки із зменшенням швидкості реакції зменшується кількість теплоти, яка виділяється в процесі реакції. У поличкових апаратах теплообмінювання відбувається за принципом зустрічних потоків.

Недолік поличкових апаратів полягає в тому, що теплота відводиться ступінчасто, а тому каталізна реакція та теплообмінювання відбуваються одночасно.

2. Трубкові апарати. У трубкових апаратах (рис. 13,б) сировина (газ) і теплоносій (під час ендотермічних реакцій) або охолодник (під час екзотермічних реакцій) рухаються назустріч один одному. Нагрівання або охолодження відбуваються безперервно протягом усього каталізного процесу.

Недоліки трубкових апаратів: непостійний температурний режим та охолодження каталізатора, великі розміри теплообмінника.

Комбіновані контактні апарати частково позбавлені цих недоліків. Проте це не вирішує проблеми, оскільки контактні апарати з нерухомим каталізатором мають ще такі загальні недоліки: незадовільне відведення теплоти від каталізатора, мала продуктивність, періодичність заміни каталізатора в апаратах тощо.

Останнім часом у промисловості почали успішно використовувати апарати, в яких каталізатор постійно рухається.

3. Апарати з рухомим каталізатором. У таких апаратах каталізатор у вигляді порошку знаходиться на поличках або його подають зверху назустріч сировині.

Поличкові апарати працюють за таким принципом: газова сировина під тиском надходить в апарат знизу.

Частинки каталізатора, що знаходяться на поличках під тиском сировини переходять у завислий стан, що нагадує кипіння рідини (звідси і походить назва «псевдокиплячий шар»). Утворена продукція виходить через отвір у верхній частині апарата. Теплообмінники розташовані всередині шарів каталізатора.

Є апарати іншої конструкції. У таких апаратах каталізатор та газова сировина рухаються назустріч один одному, сировина-газ знизу, а каталізатор-порошок – зверху. Каталізатор падає на дно апарату, звідки надходить у регенератор. Після регенерації каталізатор знов подають у апарат зверху, і так безперервно.