Роль катализатора в реакции гидрогенизации

Реакция гидрогенизации происходит тогда, когда водород и двойная связь кислотного остатка масла взаимодействуют на поверхности катализатора.

Гидрирование включает следующие стадии:

- Молекулы триглицерида и водорода концентрируются на активных участках поверхности никелевого катализатора.

- Водород реагирует с триглицеридом - этот процесс протекает в несколько стадий

- Образующийся продукт отделяется от катализатора и уходит в масло

Для уменьшения потребностей в никеле, а также для придания катализаторам наибольшей активности, современные катализаторы содержат тонко измельченные частицы никеля на окисном носителе (Ni, NiO), что обеспечивает формирование множества активных центров. Процесс гидрирования протекает на границе раздела двух фаз жир — катализатор. Отсюда следует, что скорость реакции будет прямопропорциональна площади поверхности катализатора. Поэтому для гидрирования применяют катализаторы с высокоразвитой активной поверхностью 100 м²/г.

Если рассмотреть никелевый катализатор при многократном увеличении, то видно, что частичка катализатора имеет развитую пористую поверхность. Внутри каждой из пор находится «активный» никель. На Рис. 4. представлена пора катализатора при многократном увеличении.

Рис. 4. Пора катализатора при многократном увеличении

На избирательность триглицеридов влияет размер и форма пор катализатора. Низкая триглицеридная избирательность имеет место при узких порах, форма которых напоминает горлышко бутылки. Если активные центры катализатора расположены на широких порах, если он хорошо перемешан, гидрогенизированная молекула быстро покидает пору, оставляя место для других молекул, не вступивших в реакцию, и сохраняет хорошие шансы не подвергаться дальнейшей гидрогенизации. В узких порах молекула остается дольше, однако, вероятнее всего, она встретится с большим числом активных центров никеля и будет подвержена более глубокой гидрогенизации. Форма и размер пор катализатора будет напрямую влиять на качественные характеристики (свойства) готового продукта.

Каталитические яды

Главное требование к сырью, поступающему на гидрирование, - высокая степень очистки жиров от примесей, которые вызывают отравление катализаторов и являются каталитическими ядами.

Каталитические яды- это содержащиеся в масле вещества, снижающие каталитическую активность или доступ реагирующих компонентов к катализатору.

Среди веществ, обнаруживаемых в сырых и рафинированных растительных маслах каталитическими ядами являются соединения:

- сульфидной серы;

- хлорорганические вещества;

- фосфатиды и продукты их распада;

- щелочные соли жирных кислот (мыла);

- свободные жирные кислоты;

- первичные продукты окисления жиров;

- к катализаторным ядам необходимо отнести и воду.

Даже ничтожные количества серы в виде сульфидов (0,001 — 0,002%) быстро и необратимо отравляют катализатор. По этой причине гидрирование рапсового масла, которое содержит повышенное количество соединений серы, протекает медленно, с увеличенным количеством катализатора.

Щелочные мыла отравляют катализатор, осаждаясь на его активной поверхности.

Фосфолипиды сравнительно легко образуют фосфорнокислые соли никеля, разрушая тем самым катализатор.

Вода в условиях высокотемпературного гидрирования стимулирует гидролиз глицеридов и окисление катализатора, что также снижает его активность.

Таким образом, чтобы уменьшить расход катализатора и водорода, снизить температуру гидрирования, уменьшить распад жиров, необходимо гидрируемое сырье максимально освободить (очистить) от выше перечисленных примесей.