Соотношение Бренстеда-Поляни и его применение для предвидения каталитического действия

1.4. Промышленные катализаторы
В настоящее время отечественная промышленность выпускает следующие марки катализаторов, отличающиеся содержанием оксида никеля и промоторов: ГИАП-3-6Н, ГИАП-8С, ГИАП-8Т, К-905-Д, К-87, ГИАП-17.
В последние годы завершены разработки, освоена технология промышленного изготовления ряда новых катализаторов, которые успешно эксплуатируются на ряде заводов страны. Например, алюмоникелькальциевый катализатор НИАП-18 (разработчик – Новомосковский институт азотной промышленности), используемый в паровой конверсии природного газа, показывает более высокую активность в исходном состоянии, чем ГИАП-16 и ГИАП-3-6Н, обладает повышенной прочностью и малым гидравлическим сопротивлением. Вместе с тем в его составе существенно меньше содержание никеля (11 % мас.) и других ингредиентов – отсутствуют соединения бария и магния.
Среди катализаторов последнего поколения следует отметить НИАП-22, используемый для процесса конверсии природного газа. По внешнему виду он представляет собой формованный цилиндр с семью отверстиями, обладающий очень низким гидравлическим сопротивлением. Также для конверсии газообразных углеводородов используется катализатор НКМ-4АП с пониженным содержанием никеля и катализатор ГИАП-14С (алюмохромовый). Последний предназначен для загрузки шахтных реакторов второй ступени паровоздушной конверсии природного газа под давлением до 4 МПа. Цель применения данного катализатора – стабилизация зоны горения и защита нижележащего слоя никелевого катализатора от резких «тепловых ударов». Катализатор представляет собой оксид хрома, нанесенный на крупнопористый гранулированный корунд.
Катализаторы ГИАП-8 и ГИАП-8Т обладают повышенной термостабильностью и прочностью за счет введения в их состав хромсодержащих соединений и выгорающих добавок порообразователя. В связи с этим они рекомендуются для загрузки в «горячие» зоны конверторов, где имеются повышенные тепловые нагрузки и рабочее давление агрегатов составляет до 4 МПа.
Научно-производственной компанией «Алвиго КС» выпускаются контакты К-905-Д1, К-87-3 для паровой и пароуглекислотной конверсии углеводородных газов в трубчатой печи, а также К-87-2, К-905-Д2 для паровоздушной и воздушной конверсии метана в шахтных реакторах.


II. Технология катализаторов конверсии моноксида углерода

Конверсия моноксида углерода является составной частью процесса производства водорода и технологических газов для синтеза аммиака, спиртов, моторных топлив и других продуктов. Паровая конверсия протекает по реакции:

(1)
В условиях промышленного осуществления процесса кроме реакции (1) возможно протекание побочных реакций, из которых наиболее термодинамически вероятными являются:
(2)
(3)
Реакция конверсии СО в отсутствии катализаторов при температурах до 600 ºС практически не протекает, также как и реакции (2), (3). Значительно увеличить скорость основной реакции (1) позволяет применение катализаторов, а температура процесса определяется их активностью. Неполный ряд активности металлов и оксидов металлов в отношении реакции (1) можно представить в следующем виде:
Pt, Pd > Ag > MgO, Co₃O₄, CuO > NiO > Fe₂O₃>Cr₂O₃> V₂O₅ > ZnO
Используемые катализаторы кроме высокой активности должны обладать селективными свойствами, характеризующимися умеренной гидрирующей функцией. Это необходимо для достижения соответствующих скоростей реакций без заметного метанообразования (реакция 3), которое в значительной степени катализируют кобальт и металлическое железо, образующееся в результате перевосстановления оксидного железосодержащего катализатора при недостатке в реакционной смеси водяного пара. Кроме селективности катализатор должен обладать высокой стабильностью в реакционной среде и минимальной стоимостью, что ограничивает применение различных веществ до соединений Cu, Fe, Cr, Zn.
В промышленности процесс конверсии моноксида углерода на катализаторах осуществляется в интервале температур 200–450 ºС и давлении 0,1–3,0 МПа.
В зависимости от температурных условий работы различают среднетемпературные (СТК) и низкотемпературные (НТК) катализаторы. С целью обеспечения более высокой степени превращения и снижения остаточного содержания моноксида углерода в газе процесс, как правило, проводят в две ступени: первая – среднетемпературная конверсия на катализаторах СТК, на второй используются низкотемпературные катализаторы серии НТК.