Прокаленный катализатор отсеивают от пыли и упаковывают.

Существуют две группы катализаторов, получаемые сплавлением исходных составляющих при высоких температурах - плавленые и скелетные катализаторы.

Отдельные представители плавленых катализаторов, такие, как катализаторы синтеза и окисления аммиака, получили широкое распространение, другие, например, металлокерамические контакты, только начинают находить применение. В целом, однако, их меньше используют в промышленности, чем осажденные, смешанные контактные массы и катализаторы на носителях. Выпускают два типа плавленых катализаторов: металлические и оксидные. Технология приготовления их сравнительно проста и сводится обычно к следующим операциям: приготовление шихты нужного состава, расплавление компонентов, формование либо охлаждение расплава и дробление массы до требуемых размеров.

Металлические катализаторы выпускают в виде сеток, спиралей, стружки, мелких кристаллов, сфер, полученных при разбрызгивании или распылении расплава в охлаждающую жидкость. Так, платиновые контакты окисления аммиака применяют в виде проволочной сетки, а никелевые катализаторы гидрирования жиров используют иногда в виде стружки.

Металлическую проволоку получают на протяжных машинах, стружку - на фрезерных станках. Условия проведения процесса плавления в значительной степени определяют качество получаемых контактов. Технология производства металлических плавленых контактов сводится к составлению сплава нужного состава. Для увеличения удельной поверхности сплав подвергают дополнительной обработке.

Скелетные катализаторы используют в процессах гидрирования сахаров, жиров, фурфурола, многоядерных хинонов и т.д. Кроме того, они являются составной частью электродов низкотемпературных топливных элементов, предназначенных для преобразования химической энергии в электрическую. Материалами для получения скелетных контактов служат двух- или многокомпонентные сплавы каталитически активных металлов с такими веществами, которые можно частично или полностью удалить при обработке растворами сильных электролитов, отгонке в вакууме или других операциях, основанных на различии их физико-химических свойств. По мере удаления из сплава растворимых компонентов происходит перегруппировка атомов остающегося металла в свойственную ему кристаллическую решетку. Так, при выщелачивании Аl из Ni-Аl-сплава атомы никеля перестраиваются в кубическую гранецентрированную решетку. После удаления из сплава растворимого (например, в щелочи) компонента получается почти чистый активный металл в виде мельчайшего порошка. К каталитически активным относятся переходные металлы; к неактивным - сера, фосфор, алюминий, кремний, магний, цинк и ряд других веществ.

Наиболее распространены катализаторы из сплавов никеля с алюминием. Они отличаются высокой активностью, простотой приготовления, хорошей теплопроводностью и высокой механической прочностью. Эти катализаторы пирофорны, в связи с этим их хранят, транспортируют и работают с ними под слоем жидкости (вода, спирт, метилциклогексан и другие).

В промышленности используют два типа скелетных никелевых катализаторов: катализатор Бага и никель Ренея. Оба получают из сплава Ni с Аl, однако, если никель Ренея представляет собой мелкодисперсный порошок, состоящий из чистого никеля, то катализатор Бага - кусочки никель-алюминиевого сплава (65-75 % Ni и 35-25 % Аl).

Исходные сплавы получают чаще всего пирометаллургическими способами: сплавлением компонентов или алюмотермией. В последнее время используют методы порошкообразной металлургии - спекание предварительно спрессованных смесей никелевых и алюминиевых порошков в восстановительной или инертной атмосфере при 660-700°С.

Из различных типов печей, пригодных для получения сплава, лучшими являются высокочастотные печи с автоматическим перемешиванием компонентов, позволяющие получать катализатор высокого качества.

Для получения активных катализаторов большое значение имеют способ приготовления и состав сплава. При изготовлении никелевого катализатора наиболее приемлемы сплавы, содержащие от 40 до 60 % (масс.) активного металла. Повышение содержания никеля более 60 % затрудняет разложение сплава щелочью.

5. Направления совершенствования технологии получения

В настоящее время технологии получения катализаторов находятся на высоком уровне развития, но, несмотря на данный факт, возможны множественные корректировки и изменения для усовершенствования производства катализаторов.

Катализаторы риформинга содержат благородные металлы, поэтому основной задачей их совершенствования является снижение стоимости за счет улучшения состава активных компонентов, свойств носителя и технологии производства. В поисках таких материалов хроматографисты обратились к близким технологиям, используемым для производства осушителей, носителей катализаторов, наполнителей и других поверхностно-активных, механически прочных порошков. В результате таких поисков прежде всего был найден оксид алюминия.

Эвакуация газа из носителя перед его погружением в пропитывающий раствор приводит к более равномерному распределению активного компонента в катализаторе, поскольку находящийся в порах воздух препятствует проникновению раствора. Ввиду некоторого усложнения технологии производства при включении стадии эвакуации, в промышленности этой стадии чаще всего избегают. Равномерность пропитки обеспечивают длительным прерыванием носителя в пропитывающем растворе и подогревом последнего.

При конверсии нефтезаводских газов и бензинов возникает опасность отложения углерода на катализаторе. Для конверсии нефтезаводских газов разработан катализатор марки Д-64, который успешно прошел промышленные испытания в трубчатых печах при переработке газа с метановым эквивалентом 1,5-1,7. Технология его производства аналогична технологии производства ГИАП-8. Изменена лишь форма, позволяющая увеличить внешнюю геометрическую поверхность на 28-30 % за счет придания носителю шестеренчатой формы с ребристой поверхностью.

За последние годы в технологию процесса внесены некоторые изменения, уменьшающие закоксовывание катализатора благодаря сокращению перепада температуры по высоте слоя и улучшенной очистке сырья от вредных примесей. Предложено разбавлять катализатор инертным силикагелевым носителем или фосфорнокислотным катализатором прямой гидратации этилена с целью удлинения срока службы катализатора и облегчения его выгрузки. Подобран оптимальный режим ввода воды в катализатор для предотвращения его дегидратации. Созданы установки сравнительно большой мощности, в которых используется реактор башенного типа. Схемы этих установок предусматривают возможность рециркуляции сырья и части продуктов реакции и обеспечивают производство тримеров и тетрамеров пропилена, димеров бутенов или кумола (алкилированием бензола пропиленом на том же фосфорнокислотном катализаторе).

Окисные катализаторы получаются обычно прокаливанием осажденных гидроокисей или легко разлагающихся солей кислородсодержащих кислот (карбонатов, нитратов, формиатов и т. п.). Приготовление окисных катализаторов отличается от описанной выше технологии получения солевых катализаторов только тем, что полученные соли или гидроокиси подвергаются прокаливанию в струе воздуха. Прокаливание производится или в специальных муфелях или непосредственно в контактных аппаратах. Окислы применяются как таковые или на носителе. В отдельных случаях катализаторы готовят сплавлением окислов (например, пятиокись ванадия в производстве фталевого ангидрида).

Анализ существующих тенденций в разработке новых катализаторов риформинга показывает, что прогресс в повышении технического уровня промышленных катализаторов состоит в переходе от биметаллических к триметаллическим системам, химической модификации и оптимизации текстурных параметров носителя, совершенствовании технологии производства в части использования новых материалов и оборудования, оптимизации стадий прокаливания, восстановления и сульфидирования катализаторов.

6. Экологические проблемы производства

Производство катализаторов относится к химическому производству и поэтому имеет весь спектр экологических проблем, связанных с различными аспектами данного вида промышленности.

Химические производства являются серьезными источниками загрязнения окружающей среды. Основными формами загрязнения являются сброс промышленных сточных вод в природные водоемы, выпуск отходящих газов в атмосферу и нарушение земельной поверхности для захоронения твердых отходов, создания шламоотстойников и накопителей отходов.

Современный уровень развития информатики и достижения в области искусственного интеллекта позволяют предложить качественно новый подход к решению проблемы обеспечения промышленной и экологической безопасности химических производств на основе разработки систем управления безопасностью с использованием новых информационных технологий и компьютерных средств поддержки принятия решений. Совершенствование технологических процессов с целью уменьшения вредных выбросов - важное направление для решения экологической проблемы действующих производств. Уменьшение количества стадий производства и переход к циклическим (замкнутым) системам можно считать двуединым направлением в развитии химических производств, приводящим к снижению затрат на капитальное строительство и уменьшению себестоимости продукции.

Загрязнение гидросферы. Исключительно сильное отрицательное влияние на природу оказывают также жидкие или растворимые в воде загрязнители, попадающие в виде промышленных, коммунальных и дождевых стоков в реки, моря и океаны. Объем сточных вод, сбрасываемых в водоемы мира, ежегодно составляет = 1500 км. Как правило, для нейтрализации стоков требуется их 5-12-кратное разбавление пресной водой. Следовательно, при современных темпах развития производства и непрерывно растущем водопотреблении (5-6 % в год) в самом ближайшем будущем человечество полностью исчерпает запасы пресных вод на Земле. К наиболее крупным источникам загрязнения водоемов относят химическую, нефтехимическую, нефтеперерабатывающую, нефтяную, целлюлозно-бумажную, металлургическую и некоторые другие отрасли промышленности, а также сельское хозяйство (например, для целей орошения). Со сточными водами НПЗ в водоемы попадают соленая вода ЭЛОУ, ловушечная нефть, нефтешламы, нефтепродукты, химические реагенты, кислые гудроны, отработанные щелочные растворы и т.д. С талыми и дождевыми стоками в водоемы сбрасывается в огромных количествах практически вся гамма производимых в мире неорганических и органических веществ нефть и нефтепродукты, минеральные удобрения, ядохимикаты, тяжелые металлы, радиоактивные, биологически активные и другие загрязнители. В мировой океан ежегодно попадает в том числе более 15 млн. т нефти и нефтепродуктов, 200 тыс. т свинца, 5 тыс. т ртути 1 т нефти образует на поверхности воды пленку диаметром около 12 км. Нефтяная пленка существенно ухудшает газообмен и испарение на границе атмосфера-гидросфера, в результате гибнут планктон, водная флора, рыбы, морские животные и т. д. В последние годы участились аварии морских транспортных судов, газовых и нефтяных скважин, нефте-, газо- и продуктопроводов, железнодорожных поездов, на промышленных предприятиях. Состояние гидросферы катастрофически ухудшается. Обостряется проблема водоснабжения населенных пунктов и городов (например, фенольное загрязнение питьевой воды в количествах, в десятки и сотни раз превышающих предельно допустимые концентрации и массовое отравление миллионного населения г. Уфы в марте-апреле 1990 г.). Загрязнение многих рек и водоемов достигает опасного критического состояния. Ухудшению экологического состояния рек способствует также строительство ГЭС на равнинных реках.

Важнейшая практическая задача химической экологии заключается в отыскании оптимального режима для обмена веществ между человеком и природой. В основе жизни на земле лежит круговорот элементов. Для ее сохранения в будущем общественное производство должно быть включено в этот биотический круговорот природы. Обмен веществ между человеком и природой не сводится к проблеме загрязнений. Использование топливных и минеральных ресурсов, характер земледелия, производство и применение различных видов удобрений, регулирование численности популяций и поведения животных, подавление вредных и эксплуатация полезных микроорганизмов, применение природных лекарственных веществ и ядов - все это различные стороны совершающегося в масштабах планеты обмена веществ между природой и ее частью - человеческим обществом. До сих пор, как в силу социальных причин, так и из-за несовершенства научных знаний о структуре и функциональных связях природы, этот обмен имел - и все еще имеет - стихийный, неуправляемый характер. Сегодняшний уровень развития науки создает реальные предпосылки для сознательного управления эволюцией биосферы, в частности для оптимизации обмена веществ между человеком и природой. Но для того, чтобы эти предпосылки были реализованы, необходим отказ от анархического характера производства, от узкокорыстной психологии общества потребления. Необходимы также эффективное международное сотрудничество и международное законодательство об охране природы. Необходим комплексный, системный подход к решению экологических проблем, сочетающий естественнонаучный, экономический и социологический аспекты.

Заключение

В заключение всей работы можно сказать, что промышленные катализаторы являются важным элементом в любом химическом производстве. Современные тенденции развития химической промышленности создают основы для дальнейшего развития всех видов промышленных катализаторов и технологий их производства.

Но, несмотря на бурное развитие химической технологии в целом, человек не должен забывать про свою среду обитания. Различные мировые экологические исследования показывают о многочисленных природных нарушениях в производственных районах. Это проблема, решение которой должно рассматриваться одновременно с развитием технологий производства.

Современный мир невозможно представить без продуктов химического производства, следовательно, развитие производства и использования абсолютно любых катализаторов является очень важным вопросом во многих научных центрах.

Список литературы

1) Глинка Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка - М.: Кнорус, 2009. - 746 с.

2) Попков В.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов / В.А. Попков; под. ред. Ю.А. Ершова. - 9-е изд. - М.: Юрайт, 2011.

3) Воронов Г. Термоядерный реактор - источник водородного топлива. - Химия и жизнь, 1979, № 8, с. 17.

4) Перспективные двигатели внутреннего сгорания / Ф.И Абрамчук, О.М. Кабанов, А.А. Дзюбенко, А.П. Кузьменко // Автомобильный транспорт - 2010. - №26. - 63-66 с.

5) Шпинель Е. Технологии и катализаторы топсе для производства водорода / Е. Шпинель, Винтер Мадсен Сандра // Газохимия -2010. - №1. - 56-59 с.

6) Канило П.М. Перспективы становления водородной энергетики и транспорта / П.М. Канило, К.В Костенко // Автомобильный транспорт -2008. - №23.

7) Владимиров А. Топливо больших скоростей. - Химия и жизнь. 1974, №12, с. 47-50.

8) Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. - 5-е изд. - СПб.: Химиздат, 2009.

9) Горбунов А.И Теоретические основы общей химии: учебник / А.И Горбунов. - М.: Изд. - во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.

10) Князев Д.А. Неорганическая химия: учебник для бакалавров / Д.А Князев, С.Н. Смарыгин. - 4-е изд. - М.: Юрайт, 2012.

11) Буркова И.И. Основы общей экологии и охраны окружающей среды. - Ч. 1. - Норильск, 1977.

12) Общая методика обучении химии. Под. ред. Л.А. Цветкова, М. - Просвещение, 1981, 223 с.

13) Гаршин А.П. Общая и неорганическая химия в схемах, рисунках, таблицах, химических реакциях: учебное пособие. - СПб.: Питер. - 2013. - 288 с.: ил.

14) Ганкин В.Ю. Общая химия. XXI век: 2-уровневое учеб. пос.: - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2011. - 328 с., ил.

15) Применение Ni-Pd катализаторов для получения водорода разложением метана / В.И Стукачев, И.С Чуканов, А.М. Глушенков, Д.Г. Кувшинов // Известия Волгоградского государственного технического университета- 2007. - №1, том 11 - 83-87 с.

16) Башкатова Т.А Получение водорода для ракетных двигателей / Т.А. Башкатова, М.В Краев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики- 2010. - №6, том 1-42 с.

17) Кзнецова Н.Е. Химия / Н.Е Кузнецова, И.М Титова, Н.Н Тара. - 4-е изд., перераб. - М., 2012-256 с.: ил.

18) А.П. Черняев Физико-химические основы естествознания/ Черняев А. П, Дунаев С. Ф, Близнюк У. А, Загорский В.В. - М., 2014.

19) Жмурко Г.П., Казакова Е.Ф., Кузнецов В.Н., Яценко А.Н. Общая химия / уч. для студ. учр. высшего проф. образования под ред. С.Ф. Дунаева сер. Бакалавриат. М.: Академия, 2011.

20) Загорский В.В., Менделеева Е.А., Морозова Н.И. Видеолекции для школьников. Химия 10 класс. http://www/interneturok.ru/video/himiya/ 10_klass/.

21) Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А., Лунин В.В. Химия.8класс /уч. для общеобр. уч. заведений под ред. проф. Н.Е. Кузьменко. М.: Дрофа, 2012.

22) Физико-химические методы исследования: Учебник для бакалавров / Криштафович В.И., Криштафович Д.В. Еремеева Н.В. - 2015. - 208 с.

23) Неорганическая химия. Том 1. Физико- химические основы неорганической химии /Тамм М.Е., Третьяков Ю.Д. -2012.

24) Общая химическая технология. Основные концепции проектирования химико-технологических систем. Учебник для вузов/ Кузнецова И., Иванов В., Чиркунов Э., Харлампиди Х., - СПб. - 2014.

25) Общая химическая технология. Учебник для вузов / Бесков В.С. - 2009.

26) Общая химическая технология и основы промышленной экологии. / Бесков В.С., Сафронов В.С., - М. - 2008.

27) Основы общей и физической химии. / Еремин В.В., Борщевский А.Я., - 2012.

Размещено на Allbest.ru