Свойства твердых катализаторов и их изготовление

Промышленные твердые катализаторы обычно не являются ин­дивидуальными веществами. Они представляют собой, как прави­ло, сложную смесь, которая называется контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализа­торами, а другие служат активаторами (модификаторами) и носи­телями.

Активаторами, или промоторами, называют вещест­ва, повышающие активность основного катализатора. Активация может происходить вследствие химического взаимодействия доба­вок с каталитическим веществом с образованием продуктов, обла­дающих повышенной каталитической активностью. Добавки могут образовывать с катализатором твердые растворы с электронной структурой, соответствующей большей каталитической активно­сти. Иногда активатор увеличивает поверхность каталитически ак­тивного вещества или повышает термостойкость катализатора, а иногда служит защитой основного катализатора от действия кон­тактных ядов.

Носителями, или трегерами, называют термостойкие, прочные, пористые вещества, на которые осаждением из раство­ра или другим способом наносят катализатор. Нанесение катали­тических веществ на пористый носитель обеспечивает их тонкое диспергирование, создает большую удельную поверхность при оп­тимальных размерах пор и повышает термостойкость катализато­ра, так как затруднено спекание его кристаллов, разобщенных на поверхности носителя. Кроме того, достигается экономия дорогих каталитических веществ, таких, как платина, палладий, серебро и др. Носитель обычно влияет и на активность катализатора, дей­ствуя как активатор. В качестве носителя чаще всего применяют оксид алюминия, силикагель, синтетические алюмосиликаты, каолин, асбест, различные соли, активный уголь.

К промышленным катализаторам предъявляются следующие ос­новные требования: достаточно высокая активность, стойкость к действию контактных ядов, избирательность, стабильность в ра­боте, достаточная теплопроводность, термостойкость, механическая прочность, малая стоимость. К катализаторам реакторов кипящего слоя предъявляется дополнительное требование — высокая из­носоустойчивость зерен при ударах и трении друг о друга, о стен­ки реактора и теплообменных устройств.

Активность и другие свойства катализатора зависят от его хи­мического состава и пористой структуры, а также размера зерен. Зерна контактной массы обычно пронизаны мелкими порами, соз­дающими активную поверхность, которая, как правило, в несколь­ко сотен раз больше наружной поверхности зерен. Поверхность единицы массы или объема зерен 5_уд для большинства промыш­ленных катализаторов составляет от нескольких десятков до не­скольких сотен м²/г. Свойства катализаторов зависят от метода их приготовления.

Основные методы приготовления катализаторов. Существует несколько приемов (методов) приготовления катализаторов.

1. Осаждение гидроксидов или карбонатов из растворов их солей совместно с носителем или без носителя с последующим формованием и прокаливанием контактной массы (осажденные ката­лизаторы). Так, катализаторы кислотно-основных реакций готовят соосаждением компонентов, например совместной коагуляцией гелей (алюмосиликаты, силикагель).

2. Смешение и совместное прессование порошков с получением смешанных катализаторов или катализаторов с активаторами и носителями, а также с вяжущими веществами.

3. Сплавление нескольких веществ (металлов или оксидов) с последующим восстановлением металлов из оксидов водородом (например, железный катализатор синтеза аммиака) или другими газами, иногда с последующим выщелачиванием одного из металлов. Так, скелетный никелевый катализатор гидрирования изготовляют сплавлением никеля с алюминием с последующим выщелачиванием последнего. Иногда катализатор готовят в виде тончайших сеток из сплавов различных металлов (платино-палладиево-родиевые сетки для окисления аммиака).

4. Пропитка пористого носителя раствором, содержащим катализатор и активатор, с последующей сушкой и прокалкой. К ка­тализаторам данного вида относятся металлические, оксидные, солевые, кислотные и основные.

В качестве катализаторов применяют также некоторые мине­ралы и смеси их, например алюмосиликаты, оксиды железа, бокситы и т. п.