Помимо особых групп веществ – ингибиторов, замедляющих химические реакции, у них есть свои антиподы – катализаторы. В этой статье мы расскажем о катализаторах, поскольку любое крупное производство немыслимо без этих почти невидимых помощников.
Катализатор – вещество, возбуждающее или ускоряющее химическую реакцию, само при этом в реакцию не вступающее и не изменяющееся. В живой природе такие вещества называют энзимами или ферментами. Как и ингибиторы, катализаторы проявляют эффективность в малых количествах – в среднем расход составляет 0,01-0,02 г на 1 кг целевого продукта, а срок службы – до 10 лет.
Разрушители
Термин «катализатор» происходит от греч. слова katalysis – разрушение. В научный оборот его ввел в 1835 году выдающийся шведский химик Йене Якоб Берцелиус. Однако честь открытия явления катализа принадлежит не ему: Берцелиус обобщил данные, которые публиковали с 1806-го по 1833 год европейские химики (Никола Клеман, Луи Тенар, Иоганн Деберейнер и др.), изучавшие превращения органических веществ в присутствии различных металлов и неорганических кислот.
Первым катализатором, применяемым в промышленности, стала порошковая платина: в конце XIX века на Тентелевском химическом заводе в России ее использовали для получения серной кислоты из сернистого ангидрида. Изучая промышленное применение платины, ученые открыли и объяснили явление отравления катализатора (снижения его активности из-за насыщения поверхности соединениями серы, фосфора и мышьяка, содержащимися в газовом сырье). В настоящее время известны тысячи катализаторов, промышленное применение нашли несколько сотен.
Основные свойства
Три важных характеристики катализаторов: селективность (способность ускорять только одну из вероятных реакций), активность (чем она выше, тем меньше катализатора необходимо для превращения определенного количества сырья в целевой продукт за единицу времени), стабильность (способность сохранять свойства при воздействии внешних факторов). Катализаторы бывают гомогенными (в одной фазе с реагирующими веществами) и гетерогенными (образуют самостоятельную фазу), массивными, закрепленными или нанесенными на инертную основу. Они могут находиться в газообразном, жидком, аморфном или твердом состоянии, иметь в составе один или несколько компонентов.
Применение
Каталитические технологии в настоящее время применяются на 90% производств – в химической и топливной промышленности, энергетике, металлургии, фармацевтике, пищевой промышленности. Отдельная область применения – экологическая: разрабатываются катализаторы для очистки газовых выбросов в атмосферу, очистки сточных вод, для создания безотходных и малоотходных химических технологий. Они применимы и в быту: катализатором очистки выхлопов от угарного газа и окиси азота оснащен каждый автомобиль.
В нефтепереработке катализаторы используются в процессах крекинга, риформинга, гидроочистки и изомеризации. Для нефтехимических предприятий ГК «Титан» и ООО «Полиом» ключевыми являются катализаторы дегидрирования углеводородов, ионообменные смолы – катализаторы синтеза МТБЭ, катализаторы очистки пропилена, цеолитные катализаторы олигомеризации олефинов и титансодержащие катализаторные комплексы полимеризации пропилена.
