Катализ ва катализаторлар тўғрисида умумий маълумотлар

Neftkimyoviy sintezda qo’laniladigan katalizatorlar tavsiflari. Олтингугуртли, юқори олтингугуртли ва юқори парафинли нефтларни қайта ишлаш узлуксиз ортиб бораётган шароитда нефт маҳсулотларини ишлаб чиқариш ҳажми, улар турларининг кўпайиши ва сифатининг яхшиланиши иккиламчи ва айниқса каталитик жараёнларнинг тезроқ ривожланишини талаб қилади. Ҳозирги вақтда МДҲда ва Республикамизда катализаторлар ёрдамида нефтни қайта ишлаш натижасида кимёвий саноати маҳсулотларининг тахминан 75 % ишлаб чиқарилади. Янги кимёвий жараёнлардан 90 % дан ортиғи катализаторларни ишлатишга асосланган. Нефтни қайта ишлашда ёқилғиларни олиш учун қуйидаги каталитик жараёнлар: каталитик крекинг, каталитик риформинг, гидротозалаш, алкиллаш, изомерланиш ва гидрокрекинглар кенг қўлланилади. Гидротозалаш ва гидрокрекингнинг каталитик жараёнлари юқори сифатли нефт мойлари ва парафинларни ишлаб чиқариш учун қўлланилади.
Катализ ва катализаторлар тўғрисида умумий маълумотлар Катализаторларнинг реакцияга киришувчи моддалар билан ўзаро таъсири характерига қараб ва оралиқ маҳсулотларнинг турига қараб реакциялар ва тегишли равишда катализаторлар оксидловчи– қайтарувчи ва кислотали – асосли бўлади. Кўпгина саноат катализаторлари бифункционал бўлади, чунки оксидловчи– қайтарувчи катализаторлар кислотали ташувчининг устини қоплайди. Бошқа томондан, кўпгина сульфидлар ва оксидларнинг ўзлари оксидловчи–қайтарувчи ва кислотали–асосли фаолликка эга. Нефтни қайта ишлаш саноатида фаол юзали қаттиқ жисмнинг гетероген катализи кенг тарқалган.

Катализаторларнинг фаоллиги, танланувчанлиги ва барқарорлиги. Битта реакциянинг ўзи ҳар хил катализаторлар иштирокида содир бўлиши мумкин. Берилган реакциянинг тезлиги катализаторнинг табиатига қараб уларнинг фаоллигини характерлайди. Масалан, этиленни гидрогенлаш нисбий тезлик константаси турли катализаторлар иштирокида қуйидагича бўлади: Шундай қилиб, этиленни гидрогенлаш учун энг фаол катализатор бўлиб радий хизмат қилади.

Сr	1	Ni	13
Pt	100	Pd	1000

Оксидланиш–қайтарилиш туридаги катализаторларнинг таъсир қилиш механизмлари. Каталитик реакцияларнинг хусусияти шундан иборатки, таъсир этаётган боғлар орасидаги электронларнинг алмашинувчи катализатор электронларининг иштирокида амалга оширилади. Оксидланиш–қайтарилиш ракцияларининг асосий катализаторлари оралиқ d– металлар ва ярим ўтказгичлар ҳисобланади. Оралиқ d– металларнинг (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Re, Ir, Pt ва бошқалар) фаоллиги улардаги d–қобиқнинг тугалланмаганлиги билан тушунтирилади. Тугалланмаган d–орбиталнинг жуфтлашмаган электрони «эркин валентлик» каби таъсир этади, маълум даражада ўзини эркин радикалдай тутади.

Карбокатионларнинг реакциялари. Изомерланиш. Карбо– катионларнинг изомерланиши гидридионнинг ҳамда метиланионнинг кўчирилиш натижасида содир бўлиши мумкин:

β – боғ бўйича парчаланиш. Карбокатионларнинг парчаланиши одатда энг кучсиз С – С β–боғланиш бўйича боради. Реакция экзотермик: + СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 → → СН2 -СН2 + +СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 - 92 кЖ/моль, 33,070 ккал Парчаланишга мойиллик бирламчи иондан иккиламчига, иккиламчидан эса учламчига ўтганда пасаяди. Агар бирламчи октил катионнинг парчаланиши учун 92 кж/моль энергия керак бўлса, иккиламчи октил катион учун эса 176 кж/моль сарфлаш керак бўлади.

Карбокатионларнинг алкен ва аренларга бирикиши. Бу реакция карбокатионнинг парчаланишига тескари бўлган реакциядир: Шунинг учун иссиқлик эффектининг ўзгариши парчаланиш реакциясига тескаридир. Алкен молекуласига ёки катализаторнинг анионига протонни узатиш. Масалан:

Katalizatorlarning faolligi, stabilligi va selektivligi Katalizatorlarning faolligi. Katalizatorlarning mohiyatiga qarab amalga oshadigan reaksiyaning tezligi shu katalizatorning faolligini ifodalaydi. Katalizatorlarning muhim xususiyatlari quyidagilardan iborat: a) faolligi; b) selektivligi (tanlab ta’sir etishi) d) unumdorligi; e) solishtirma sirti; f) regeneratsiyalanishi. Katalizator faolligi (FK) katalizator ishtirokida reaksiyaning nisbiy tezlanishi bo’lib, quyidagi tenglamalar bilan ifodalanadi: Fk =V1/ V, Fk =k1/ k, bunda: V1 va V reaksiyaning katalizator ishtirokida va katalizatorsiz holatdagi tezligi; k1, k – mos ravishdagi reaksiyalarning tezlik doimiysi.
Katalizatorlarning selektivligi. Katalizator selektivligi (Sk) uning ta’sir etish yo’nalishi bilan tavsiflanadi, ya’ni selektiv katalizator mumkin bo’lgan bir necha xil yo’nalishdagi reaksiyalardan bittasini tezlashtiradi. Katalizatorning tanlab ta’sir qilishiga ammiakning oksidlanishi misol bo’ladi. Bunda uch xil yo’nalishdagi parallel reaksiyalar bo’lishi mumkin: N2+H2O (a) NH3 +O2 N2O +H2O (b) NO +H2O (d)
Katalizatorning unumdorligi. Katalizator unumdorligi reaktorga joylangan 1 kg katalizatorning 1 soat ishlashi davomida hosil bo’ladigan mahsulot unumi (kg) bilan ifodalanadi. Agar reaktorga yuklangan (kg) yoki (m3) katalizator t soat davomida mm (kg) yoki Vm (m3) mahsulot hosil qilsa, katalizator unumdorligi quyidagi formula orqali hisoblanadi: Uk= mm/ yoki Uk=Vm/tVk bunda: Uk- katalizatorning sochma hajmi.