อุตสาหกรรมใดบ้างที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรม? ความหมายและขอบเขตของการเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรม สาระสำคัญและประเภทของตัวเร่งปฏิกิริยา “การผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรม”

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา

สถาบันการศึกษาของรัฐ

การศึกษาวิชาชีพชั้นสูง

"มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคทอมสค์"

คณะเทคโนโลยีเคมี

กระบวนการและอุปกรณ์ การผลิตสารเคมี

ภาควิชาเทคโนโลยีเชื้อเพลิงเคมี

« การผลิตภาคอุตสาหกรรมตัวเร่งปฏิกิริยา"

นักแสดง: Afanasyeva Yu.I.

หัวหน้างาน:

ผู้ช่วย Chekansev N.V.

ตอมสค์ – 2010

การผลิตตัวเร่งปฏิกิริยา

คุณภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นตัวกำหนดตัวบ่งชี้หลักของการผลิตสารเคมีโดยใช้มวลสัมผัส: ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ ความเข้มข้นของกระบวนการ ระยะเวลาในการทำงานอย่างต่อเนื่องของเครื่องปฏิกรณ์ ในเวลาเดียวกัน ตามกฎแล้วต้นทุนตัวเร่งปฏิกิริยาคิดเป็นเพียงเศษเสี้ยวของเปอร์เซ็นต์ของต้นทุนของผลิตภัณฑ์การผลิตเป้าหมาย ดังนั้นลักษณะที่กำหนดคือกิจกรรมและความมั่นคงในการทำงาน เมื่อศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยา จำเป็นต้องพิจารณาขั้นตอนการผลิตต่อเนื่องทั้งหมดจากมุมมองของอิทธิพลที่มีต่อกิจกรรมและความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาในการทำงาน

บทบัญญัติพื้นฐาน

การผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้:

การรับวัสดุแข็งเริ่มต้น: ในระหว่างการผลิต Al203 ซึ่งเป็นเจลที่แยกได้จากสารละลาย เช่น Al(OH)3; ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์และโลหะ - เกลือของกรด (ไนเตรต, คาร์บอเนต, อะซิเตต ฯลฯ )

การแยกตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบของเฟสที่เป็นอิสระจำนวนมาก สารส่วนเกินจะถูกกำจัดออกจากแหล่งวัตถุดิบ

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับรีเอเจนต์และภายใต้อิทธิพลของสภาวะของปฏิกิริยา

วัตถุดิบตั้งต้นมักเป็นเกลือของโลหะที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โซล ออกไซด์ และแร่ธาตุธรรมชาติ การเลือกใช้วัตถุดิบจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาเนื้อหาของสิ่งเจือปนและราคา

ข้อกำหนดสำหรับวัตถุดิบ: ความสม่ำเสมอขององค์ประกอบทางเคมีและเฟส การไม่มีสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย ขนาดอนุภาคที่ต้องการ ความชื้นที่ต้องการ อาจมีต้นทุนที่ต่ำกว่า

วิธีการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวพา: การแข็งตัวในหยด การอัดขึ้นรูป การอัดเป็นเม็ด การแพร่กระจายของเพสต์ การทำแกรนูล การทำแห้งแบบสเปรย์ การบดวัสดุ การขึ้นรูปวัสดุโดยการแข็งตัวของหยดและการอบแห้งแบบพ่นฝอยถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกตะกอน ที่สุด วิธีการสากลเป็นการอัดรีดแบบวางและการอัดเป็นเม็ด

ในการอัดขึ้นรูป สารตกค้างที่เปียกจะถูกบีบออกมาในรูปของสายไฟจากสกรูหรือที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง กดไฮโดรลิค- รูปร่างและขนาดตามขวางของเม็ดถูกกำหนดโดยรูในหัวขึ้นรูปของเครื่องอัด ที่ทางออกจากศีรษะ สายไฟมวลสัมผัสจะถูกตัดด้วยมีดหมุนหรือเชือกดึง และสายพานลำเลียงที่ได้จะหยิบกระบอกสูบขึ้นมา

การทำแท็บเล็ตจะดำเนินการภายใต้แรงกดดันสูงถึง 30 MPa โดยได้เม็ดในรูปแบบของกระบอกสูบแหวนอานม้าดาว ฯลฯ แป้ง, กราไฟท์, แก้วเหลวกรดอินทรีย์บางชนิดและสารอื่นๆ

การทาส่วนผสมลงในรูของแผ่นเหล็กที่มีรูพรุนนั้นเป็นไปได้สำหรับการบดตะกอนที่มีลักษณะและความสม่ำเสมอต่างๆ ขนาดของเม็ดที่ได้จะขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นและเส้นผ่านศูนย์กลางของรู หลังจากการอบแห้งเม็ดจะถูกกระแทกออกจากแผ่นด้วยการประทับตราพิเศษหรือบีบออกด้วยลมอัด

การบดตัวเร่งปฏิกิริยาเสาหินจะดำเนินการในเครื่องบดย่อยและแยกเศษส่วนบนหน้าจอสั่นหรือในตัวแยกแบบดรัม ในกรณีนี้อนุภาคจะมีรูปร่างผิดปกติ จำนวนมากของเสียในรูปของเม็ดละเอียดและฝุ่น แต่ช่วงของขนาดเมล็ดพืชที่เกิดขึ้นอาจกว้างมาก

การทำแกรนูลส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตมวลสัมผัสโดยการผสมส่วนประกอบทางกล

วิธีการขึ้นรูปส่งผลต่อพื้นผิวเฉพาะและโครงสร้างที่มีรูพรุนของมวลสัมผัส กำหนดความแข็งแรงเชิงกลของเม็ด ช่วยให้คุณได้รับมาก วัสดุที่ทนทาน(ในระหว่างการจับตัวเป็นหยด การอบแห้งในเครื่องพ่นแห้ง) และความแข็งแรงต่ำ (ระหว่างการอัดเป็นแผ่น การอัดขึ้นรูป และการบด)

วิธีการเตรียมจะกำหนดระดับการกระจายตัวของส่วนประกอบตัวเร่งปฏิกิริยา รูปร่าง โครงสร้างรูพรุน และกิจกรรมของมวลสัมผัส

โครงสร้างที่มีรูพรุนประเภทหนึ่งและพื้นที่ผิวจำเพาะนั้นได้มาจากวิธีการต่างๆ ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาที่กำลังผลิต ในมวลสัมผัสที่ตกตะกอน ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับสภาวะการสะสม (pH ปานกลาง ความเข้มข้นของสารละลายเริ่มต้น อุณหภูมิ อัตราการสะสม เวลาที่ฝนทำให้สุก) การซัก และการบำบัดความร้อน ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้จากการชุบส่วนรองรับที่มีรูพรุนด้วยส่วนประกอบที่ทำงานอยู่จะคงโครงสร้างรองไว้เป็นส่วนใหญ่ เมื่อส่วนประกอบผสมแบบแห้ง ความพรุนจะถูกกำหนดเป็นส่วนใหญ่โดยวิธีการขึ้นรูป ระดับการบดของส่วนผสมเริ่มต้น และการเติมสารพิเศษ

ความแข็งแรงเชิงกลของเม็ดทำได้โดยวิธีการขึ้นรูปและสภาวะการให้ความร้อน การเพิ่มความแข็งแรงได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการเผาผลึกปฐมภูมิ การประสานอนุภาคภายใต้อิทธิพลของสารเติมแต่งพิเศษ และการใช้ตัวพาที่ทนทานต่อการสึกหรอ

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีไว้สำหรับใช้ในฟลูอิไดซ์เบดนั้นได้มาจากการสะสมส่วนประกอบที่ใช้งานไว้บนส่วนรองรับที่ทนทานหรือโดยการหลอมส่วนประกอบดั้งเดิม ในบรรดามวลสัมผัสที่ตกตะกอน ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานภายใต้สภาวะการชั่งน้ำหนักคืออะลูมิโนซิลิเกต เจลอะลูมิเนียม และซิลิกาเจล ในระหว่างการเตรียมเจลจะจับตัวเป็นเม็ดทรงกลมที่แข็งแรงและเรียบ

มวลสัมผัสที่ตกตะกอน

ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวรองรับประมาณ 80% ได้มาจากวิธีการตกตะกอนร่วม ช่วยให้คุณสามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างที่มีรูพรุนและพื้นผิวภายในได้หลากหลาย ข้อเสีย - การใช้รีเอเจนต์จำนวนมากในปริมาณมาก น้ำเสีย- มวลสัมผัสจะถูกแบ่งออกเป็นเกลือกรดและออกไซด์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของตะกอน

ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์คือการสัมผัสกับเหล็กออกไซด์กับโปรโมเตอร์ต่างๆ ที่ใช้ในการแปลงคาร์บอนมอนอกไซด์ด้วยไอน้ำ ซิลิกาเจล อะลูมิโนเจล อะลูมิโนซิลิเกตต่างๆ ที่ใช้สำหรับการแตกร้าว การให้น้ำ การทำให้แห้ง อัลคิเลชัน และไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน จัดอยู่ในประเภทตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด ในกระบวนการเตรียมการ เมื่อสารละลายที่เกี่ยวข้องถูกระบายออกไป กรดซิลิซิกหรืออะลูมิโนซิลิคอนและอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะตกตะกอน การก่อตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาเกลือจะมาพร้อมกับการตกตะกอนของเกลือเนื่องจากองค์ประกอบอาจเปลี่ยนแปลงไปในการดำเนินการทางเทคโนโลยีที่ตามมา

โครงการเทคโนโลยีทั่วไป

รูปที่ 1 แสดงการเตรียมมวลสัมผัสที่สะสม ขั้นตอนการเตรียมการที่ระบุอาจแตกต่างกันไปในแต่ละกรณี และการปฏิบัติการแต่ละรายการอาจรวมกันหรือขาดหายไป

รูปที่ 1 – การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้วิธีการขึ้นรูปแบบแห้ง (A) และเปียก (B)

การละลาย ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกตะกอนสารประกอบของแข็งบริสุทธิ์ในทางปฏิบัติ (ส่วนใหญ่มักเป็นเกลือในน้ำ) จะถูกละลายซึ่งการถ่ายโอนไปยังสารละลายช่วยให้สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีตามมาได้

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์ได้มาจากสารละลายเข้มข้นของเกลือที่เกี่ยวข้อง (ไนเตรต, อะซิเตต, ออกซาเลต ฯลฯ ) ในการเตรียมสารละลายของสารตั้งต้นจะใช้เกลือผลึกสำเร็จรูปหรือออกไซด์ไฮดรอกไซด์และคาร์บอเนตที่เกี่ยวข้องจะถูกละลายในกรดหรือด่าง

เมื่อเกลือทำปฏิกิริยากับน้ำ ไฮเดรชั่นจะเกิดขึ้น นำไปสู่การก่อตัวของไอออนบวกซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์เพิ่มเติมตามรูปแบบ (1):

(1)

ผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสจะรวมตัวเป็นสารเชิงซ้อน - [Me(OH)m]np+ โดยที่ n ขึ้นอยู่กับสภาวะของไฮโดรไลซิสและธรรมชาติของโลหะ และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายในขีดจำกัดที่กว้าง ความลึกของการไฮโดรไลซิสของสารตั้งต้นส่งผลต่อ คุณสมบัติทางกายภาพคุณสมบัติการตกตะกอนและตัวเร่งปฏิกิริยา

การกวนช่วยให้ของแข็งกระจายตัวเข้ากันอย่างทั่วถึง เฟสของเหลวและเร่งการละลาย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การถ่ายโอนมวลและการละลายในน้ำจะเพิ่มขึ้น และอัตราการละลาย (คลอไรด์ ไนเตรต เกลือแอมโมเนียม) จะเพิ่มขึ้น การละลายเร็วขึ้นทำได้โดยการบดวัตถุดิบตั้งต้น

การละลายจะดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีการกวนในเครื่องผสมทวนกระแสที่มีการเคลื่อนตัวทางกลของวัสดุแข็งไปสู่การไหลของตัวทำละลาย

ปริมาณน้ำฝน กระบวนการก่อตัวของเฟสของแข็งเมื่อรวมสารละลายของส่วนประกอบเริ่มต้น การเปลี่ยนผ่านของสารที่ละลายไปเป็นตะกอนเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของนิวเคลียสของเฟสของแข็งและการเติบโตของผลึกหรือการขยายตัวของอนุภาคคล้ายเจลด้วยการตกตะกอนพร้อมกัน รูปแบบที่ออกฤทธิ์เชิงเร่งปฏิกิริยาคือสถานะที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของสาร การตกผลึกจะเร่งขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง

จำนวนนิวเคลียส (ศูนย์การตกผลึก) n มีความสัมพันธ์กับระดับความอิ่มตัวยิ่งยวดโดยความสัมพันธ์ (2):

(2)

โดยที่ A คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน C คือความเข้มข้นของสารละลาย Срคือความเข้มข้นของสารละลายอิ่มตัว

ยิ่งความอิ่มตัวยิ่งยวดของ C/Cp ยิ่งมาก จุดศูนย์กลางการตกผลึกก็จะยิ่งเกิดขึ้นมากขึ้น และตะกอนก็จะยิ่งมีขนาดเล็กลงและมีความกระฉับกระเฉงมากขึ้นเท่านั้น เพื่อเพิ่มจำนวนเอ็มบริโอ ควรใช้สารละลายเข้มข้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและ pH ของสิ่งแวดล้อม รวมถึงการเพิ่มขึ้นของความแรงของไอออนิกของสารละลาย ส่งผลให้ค่า n ลดลง อัตราการเกิดนิวเคลียสยังขึ้นอยู่กับผลกระทบเชิงกลต่อสารละลาย (การกวน การสัมผัสกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ฯลฯ)

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เรากำลังประสบอยู่นี้คงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีเคมีใหม่ๆ ความก้าวหน้าส่วนใหญ่ถูกกำหนดไว้แล้ว ใช้กันอย่างแพร่หลายตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยความช่วยเหลือในการแปรรูปวัตถุดิบคุณภาพต่ำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง พูดเป็นรูปเป็นร่างว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นศิลาอาถรรพ์ของนักเล่นแร่แปรธาตุสมัยใหม่ เพียงแต่ไม่แปรเป็นทองคำ แต่เปลี่ยนวัตถุดิบเป็นยา พลาสติก เคมีภัณฑ์ เชื้อเพลิง ปุ๋ย และผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อื่นๆ บางที, กระบวนการเร่งปฏิกิริยาครั้งแรกซึ่งมนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะใช้คือการหมัก สูตรการเตรียมเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เป็นที่รู้จักของชาวสุเมเรียนตั้งแต่ 3,500 ปีก่อนคริสตกาล ดูไวน์; เบียร์.

ก้าวสำคัญใน การประยุกต์ใช้จริงการเร่งปฏิกิริยากลายเป็น การผลิตเนยเทียมตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืช ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นครั้งแรกในระดับอุตสาหกรรมประมาณปี 1900 และตั้งแต่ทศวรรษ 1920 เป็นต้นมา วิธีการเร่งปฏิกิริยาในการผลิต วัสดุอินทรีย์ใหม่โดยเฉพาะพลาสติก ประเด็นสำคัญคือการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาของโอเลฟินส์ ไนไตรล์ เอสเทอร์ กรด ฯลฯ – “อิฐ” สำหรับ “การก่อสร้าง” ทางเคมีของพลาสติก คลื่นลูกที่สามของการใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1930 และ เกี่ยวข้องกับการกลั่นน้ำมัน- ในแง่ของปริมาณ ในไม่ช้า การผลิตนี้ก็ทิ้งผลงานอื่นๆ ทั้งหมดไว้ข้างหลังมาก การกลั่นน้ำมัน ประกอบด้วยกระบวนการเร่งปฏิกิริยาหลายอย่าง:

แคร็ก,

การปฏิรูป

ไฮโดรซัลโฟเนชัน,

ไฮโดรแคร็กกิ้ง

ไอโซเมอไรเซชัน,

การเกิดพอลิเมอไรเซชัน

อัลคิเลชั่น

และสุดท้าย คลื่นลูกที่สี่ในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย สิ่งแวดล้อม - ความสำเร็จที่มีชื่อเสียงที่สุดในพื้นที่นี้คือ การสร้างเครื่องฟอกไอเสียสำหรับไอเสียรถยนต์- เครื่องฟอกไอเสียซึ่งติดตั้งในรถยนต์มาตั้งแต่ปี 1975 มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพอากาศและช่วยชีวิตผู้คนได้มากมาย

รางวัลโนเบลประมาณหนึ่งโหลได้รับรางวัลสำหรับงานด้านตัวเร่งปฏิกิริยาและสาขาที่เกี่ยวข้อง ความสำคัญเชิงปฏิบัติของกระบวนการเร่งปฏิกิริยานั้นเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าส่วนแบ่ง ไนโตรเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบที่มีไนโตรเจนซึ่งผลิตขึ้นทางอุตสาหกรรม โดยมีสัดส่วนประมาณครึ่งหนึ่งของไนโตรเจนทั้งหมดที่มีอยู่ในนั้น ผลิตภัณฑ์อาหาร- ปริมาณสารประกอบไนโตรเจนที่ผลิตตามธรรมชาตินั้นมีจำกัด ดังนั้นการผลิตโปรตีนในอาหารจึงขึ้นอยู่กับปริมาณไนโตรเจนที่เติมลงในดินผ่านปุ๋ย มันคงเป็นไปไม่ได้ที่จะเลี้ยงดูมนุษย์ครึ่งหนึ่งโดยปราศจาก แอมโมเนียสังเคราะห์ซึ่งได้มาจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเกือบทั้งหมด กระบวนการฮาเบอร์-บ๊อช- ขอบเขตของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง มันเป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน การเร่งปฏิกิริยาสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่พัฒนาก่อนหน้านี้ได้อย่างมาก- ตัวอย่างคือการปรับปรุงการแคร็กตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการใช้ ซีโอไลต์.

การเติมไฮโดรเจนปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากสัมพันธ์กับการกระตุ้นอะตอมไฮโดรเจนและโมเลกุลอื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรจิเนชัน และรองรับการกลั่นน้ำมันและการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหินหลายขั้นตอน ( กระบวนการเบอร์จิอุส- การผลิตน้ำมันเบนซินสำหรับการบินและเชื้อเพลิงยานยนต์จากถ่านหินได้รับการพัฒนาในประเทศเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากประเทศนี้ไม่มี ทุ่งน้ำมัน- กระบวนการ Bergius เกี่ยวข้องกับการเติมไฮโดรเจนลงในถ่านหินโดยตรง ถ่านหินถูกให้ความร้อนภายใต้ความกดดันต่อหน้าไฮโดรเจนเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว จากนั้นจึงนำไปแปรรูปเป็นน้ำมันเบนซินสำหรับเครื่องบินและเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ เหล็กออกไซด์รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีดีบุกและโมลิบดีนัมใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในช่วงสงคราม โรงงาน 12 แห่งในเยอรมนีผลิตเชื้อเพลิงเหลวประมาณ 1,400 ตันต่อวันโดยใช้กระบวนการ Bergius อื่น กระบวนการฟิสเชอร์-ทรอปส์ประกอบด้วยสองขั้นตอน ขั้นแรกให้ถ่านหินถูกทำให้เป็นแก๊สเช่น พวกมันทำปฏิกิริยากับไอน้ำและออกซิเจน และได้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนออกไซด์ ส่วนผสมนี้จะถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กหรือโคบอลต์ เมื่อสงครามสิ้นสุดลง การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์จากถ่านหินในเยอรมนีจึงหยุดลง ผลที่ตามมาของราคาน้ำมันที่สูงขึ้นตามหลังการคว่ำบาตรน้ำมันในปี พ.ศ. 2516-2517 จึงมีความพยายามอย่างแข็งขันในการพัฒนาวิธีการผลิตน้ำมันเบนซินจากถ่านหินในเชิงเศรษฐศาสตร์ ดังนั้น การทำให้ถ่านหินกลายเป็นของเหลวโดยตรงสามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้กระบวนการสองขั้นตอน โดยที่ถ่านหินจะสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียม-โคบอลต์-โมลิบดีนัมเป็นครั้งแรกที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ จากนั้นจึงใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้น ราคาน้ำมันเบนซินสังเคราะห์ดังกล่าวสูงกว่าที่ได้จากน้ำมัน

แอมโมเนีย.หนึ่งในกระบวนการไฮโดรจิเนชันที่ง่ายที่สุดจากมุมมองทางเคมีคือการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไฮโดรเจนและไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นสารเฉื่อยมาก ในการสลายพันธะ N–N ในโมเลกุลนั้น ต้องใช้พลังงานประมาณ 200 กิโลแคลอรี/โมล อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนจับกับพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กในสถานะอะตอม และต้องใช้พลังงานเพียง 20 กิโลแคลอรี/โมล ไฮโดรเจนจับกับเหล็กได้ง่ายขึ้น การสังเคราะห์แอมโมเนียดำเนินไปดังนี้:

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็น ความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาในการเร่งปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับอย่างเท่าเทียมกัน, เช่น. ความจริงที่ว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนตำแหน่งสมดุลของปฏิกิริยาเคมี.

การเติมไฮโดรเจนของน้ำมันพืช- ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในทางปฏิบัติคือการเติมไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ของน้ำมันพืชไปเป็นเนยเทียม น้ำมันปรุงอาหาร และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ น้ำมันพืชได้มาจากถั่วเหลือง เมล็ดฝ้าย และพืชอื่นๆ ประกอบด้วยเอสเทอร์ ได้แก่ ไตรกลีเซอไรด์ของกรดไขมันซึ่งมีระดับความไม่อิ่มตัวต่างกัน กรดโอเลอิก CH 3 (CH 2) 7 CH=CH(CH 2) 7 COOH มีพันธะคู่ C=C หนึ่งพันธะ กรดไลโนเลอิกมีสองพันธะ และกรดไลโนเลนิกมีสามพันธะ การเติมไฮโดรเจนเพื่อทำลายพันธะนี้จะช่วยป้องกันน้ำมันไม่ให้ออกซิไดซ์ (กลิ่นหืน) สิ่งนี้จะเพิ่มจุดหลอมเหลว ความแข็งของผลิตภัณฑ์ที่ได้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระดับของไฮโดรจิเนชัน การเติมไฮโดรเจนจะดำเนินการต่อหน้าผงนิกเกิลละเอียดที่สะสมอยู่บนพื้นผิวหรือนิกเกิล ตัวเร่งปฏิกิริยารานีย์ในบรรยากาศไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง

การดีไฮโดรจีเนชันการดีไฮโดรจีเนชันยังเป็นปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญทางอุตสาหกรรม แม้ว่าขนาดการใช้งานจะเล็กกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ก็ตาม ด้วยความช่วยเหลือเช่นได้รับสไตรีนซึ่งเป็นโมโนเมอร์ที่สำคัญ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เอทิลเบนซีนจะถูกดีไฮโดรจีเนชันเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กออกไซด์ ปฏิกิริยาดังกล่าวยังได้รับการอำนวยความสะดวกโดยโพแทสเซียมและสารทำให้คงตัวของโครงสร้างบางชนิด ใน ระดับอุตสาหกรรมดำเนินการดีไฮโดรจีเนชันของโพรเพน บิวเทน และอัลเคนอื่น ๆ การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-อลูมินาจะทำให้เกิดบิวทีนและบิวทาไดอีน

การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่จะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติที่เป็นกรด ตาม ไอ. บรอนสเตด และ ที. โลว์รีกรดคือสารประกอบที่สามารถให้โปรตอนได้ กรดแก่จะบริจาคโปรตอนให้กับเบสได้อย่างง่ายดาย ได้รับแนวคิดเรื่องความเป็นกรดแล้ว การพัฒนาต่อไปในผลงาน กรัม. ลูอิสซึ่งกำหนดให้กรดเป็นสารที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนจากสารผู้บริจาคโดยเกิดพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนนี้

แนวคิดเหล่านี้ร่วมกับแนวคิดเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่สร้างไอออนคาร์บีเนียมช่วยให้เข้าใจได้ กลไกการเกิดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาต่างๆโดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรคาร์บอน ความแรงของกรดสามารถกำหนดได้โดยใช้ชุดของเบสที่จะเปลี่ยนสีเมื่อเติมโปรตอนลงไป ปรากฎว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญทางอุตสาหกรรมบางตัวมีพฤติกรรมเหมือนกรดที่แรงมาก ซึ่งรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการฟรีเดล–งานฝีมือเช่น HCl–AlCl 2 O 3 (หรือ HAlCl 4) และอะลูมิโนซิลิเกต ความแรงของกรด- นี่เป็นลักษณะที่สำคัญมาก เนื่องจากอัตราการโปรตอนซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของกรดขึ้นอยู่กับมัน กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น อะลูมิโนซิลิเกตที่ใช้ในการแตกร้าวของน้ำมัน ถูกกำหนดโดยการมีกรด Bronsted และ Lewis อยู่บนพื้นผิว โครงสร้างของมันคล้ายกับโครงสร้างของซิลิกา (ซิลิคอนไดออกไซด์) ซึ่งอะตอมของ Si 4+ บางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของ Al 3+ ประจุลบส่วนเกินที่เกิดขึ้นในกรณีนี้สามารถทำให้เป็นกลางได้ด้วยไอออนบวกที่เกี่ยวข้อง ถ้าแคตไอออนเป็นโปรตอน อะลูมิโนซิลิเกตจะมีพฤติกรรมเช่นนี้ กรดบรอนสเตด:

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด ถูกกำหนดแล้วความสามารถในการทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์บีเนียมไอออนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง ไอออนของอัลคิลคาร์บีเนียมประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีประจุบวกซึ่งจับกับหมู่อัลคิลสามหมู่และ/หรืออะตอมของไฮโดรเจน พวกมันมีบทบาทสำคัญในฐานะตัวกลางที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์ กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยากรดสามารถอธิบายได้จากตัวอย่างปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของ n-butane ต่อ isobutane เมื่อมี HCl–AlCl 3 หรือ Pt–Cl–Al 2 O 3 ขั้นแรก โอเลฟิน C4H8 จำนวนเล็กน้อยจะเกาะติดกับไฮโดรเจนไอออนที่มีประจุบวกของตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อสร้างคาร์บีเนียมไอออนในระดับอุดมศึกษา จากนั้นไฮไดรด์ไอออน H ที่มีประจุลบจะถูกแยกออกจากเอ็น-บิวเทนเพื่อสร้างไอโซบิวเทนและบิวทิลคาร์บีเนียมไอออนทุติยภูมิ หลังซึ่งเป็นผลมาจากการจัดเรียงใหม่กลายเป็นไอออนคาร์บีเนียมระดับอุดมศึกษา สายโซ่นี้สามารถดำเนินการกำจัดไอออนไฮไดรด์ออกจากโมเลกุลเอ็น-บิวเทนถัดไปต่อไปได้ เป็นต้น:

เป็นสิ่งสำคัญที่ไอออนของคาร์บีเนียมในระดับอุดมศึกษาจะมีความเสถียรมากกว่าไอออนปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ เป็นผลให้พวกมันปรากฏอยู่บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นผลิตภัณฑ์หลักของไอโซเมอไรเซชันของบิวเทนก็คือไอโซบิวเทน ตัวเร่งปฏิกิริยากรดใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมัน - การแตกร้าว, อัลคิเลชัน, พอลิเมอไรเซชันและไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน (ดูเพิ่มเติม เคมีและวิธีการแปรรูปน้ำมัน)

ติดตั้งแล้ว กลไกการออกฤทธิ์ของคาร์บีเนียมไอออนซึ่งมีบทบาทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเหล่านี้ ในการทำเช่นนั้น พวกเขามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาต่างๆ รวมถึงการก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็กโดยการแยกโมเลกุลขนาดใหญ่ การรวมตัวของโมเลกุล (โอเลฟินกับโอเลฟิน หรือโอเลฟินกับไอโซพาราฟิน) การจัดเรียงโครงสร้างใหม่โดยไอโซเมอไรเซชัน และการก่อตัวของพาราฟินและอะโรมาติก ไฮโดรคาร์บอนโดยการถ่ายโอนไฮโดรเจน การใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดล่าสุดประการหนึ่งในอุตสาหกรรมคือการผลิตเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่วโดยการเติมแอลกอฮอล์ลงในไอโซบิวทิลีนหรือไอโซเอมิลีน การเติมสารประกอบที่มีออกซิเจนลงในน้ำมันเบนซินจะช่วยลดความเข้มข้นของคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอเสีย เมทิลเติร์ต-บิวทิลอีเทอร์ (MTBE) ที่เลขผสมออกเทน 109 ยังทำให้ได้เชื้อเพลิงออกเทนสูงที่จำเป็นในการใช้งานเครื่องยนต์รถยนต์ที่มีกำลังอัดสูงโดยไม่ต้องนำสารเตตระเอทิลเข้าไปในน้ำมันเบนซิน การผลิตเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทน 102 และ 111 ก็จัดขึ้นเช่นกัน

การเร่งปฏิกิริยาขั้นพื้นฐานกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา ถูกกำหนดแล้วคุณสมบัติหลักของพวกเขา ตัวอย่างอันยาวนานและเป็นที่รู้จักกันดีของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวคือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ใช้ในการไฮโดรไลซ์หรือซาโปนิฟายไขมันเพื่อผลิตสบู่ และหนึ่งในตัวอย่างล่าสุดคือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตพลาสติกและโฟมโพลียูรีเทน ยูรีเทนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของแอลกอฮอล์กับไอโซไซยาเนต และปฏิกิริยานี้จะถูกเร่งเมื่อมีเอมีนพื้นฐาน ในระหว่างปฏิกิริยา ฐานจะยึดติดกับอะตอมคาร์บอนในโมเลกุลไอโซไซยาเนต ซึ่งส่งผลให้อะตอมไนโตรเจนมีประจุลบและกิจกรรมของมันที่มีต่อแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น Triethylenediamine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง พลาสติกโพลียูรีเทนผลิตโดยการทำปฏิกิริยาไดไอโซไซยาเนตกับโพลีออล (โพลีแอลกอฮอล์) เมื่อไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับน้ำ ยูรีเทนที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้จะสลายตัว และปล่อย CO 2 ออกมา เมื่อส่วนผสมของโพลีแอลกอฮอล์และน้ำทำปฏิกิริยากับไดไอโซไซยาเนต โฟมโพลียูรีเทนที่เกิดจะเกิดฟองกับก๊าซ CO 2

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ออกฤทธิ์สองเท่า- ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้จะเร่งปฏิกิริยาสองประเภทให้เร็วขึ้นและให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการส่งผ่านสารตั้งต้นตามลำดับผ่านเครื่องปฏิกรณ์สองเครื่อง โดยแต่ละเครื่องมีตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงประเภทเดียวเท่านั้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่า ตำแหน่งที่ใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ออกฤทธิ์สองครั้งนั้นอยู่ใกล้กันมากและผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่เกิดขึ้นจากหนึ่งในนั้นจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายในอีกด้านหนึ่งทันที ผลลัพธ์ที่ดีจะได้รับจากการรวมตัวเร่งปฏิกิริยาที่กระตุ้นไฮโดรเจนกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ส่งเสริมการเกิดไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน การกระตุ้นไฮโดรเจนโลหะบางชนิดทำปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอนด้วยกรด ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดูอัลแอคชั่นที่มีประสิทธิภาพที่ใช้ในการกลั่นปิโตรเลียมเพื่อเปลี่ยนแนฟทาเป็นน้ำมันเบนซินคือ แพลตตินัมที่ถูกแบ่งอย่างประณีตรองรับอลูมินาที่เป็นกรด- การแปลงส่วนประกอบแนฟทา เช่น เมทิลไซโคลเพนเทน (เอ็มซีพี) เมื่อเติมน้ำมันเบนซินจะเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน ตอนแรก เอ็มซีพีดีไฮโดรจีเนตบนส่วนแพลตตินัมของตัวเร่งปฏิกิริยาให้เป็นโอเลฟินที่มีโครงกระดูกคาร์บอนเหมือนกัน จากนั้นโอเลฟินจะผ่านไปยังส่วนที่เป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะเกิดไอโซเมอร์เป็นไซโคลเฮกซีน ส่วนหลังจะส่งผ่านไปยังส่วนแพลตตินัมและถูกดีไฮโดรจีเนชันเป็นเบนซีนและไฮโดรเจน ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดับเบิ้ลแอคชั่นเร่งการปฏิรูปน้ำมันได้อย่างมาก พวกมันถูกใช้เพื่อทำให้พาราฟินปกติกลายเป็นไอโซพาราฟิน อย่างหลังซึ่งเดือดที่อุณหภูมิเดียวกับเศษส่วนของน้ำมันเบนซินนั้นมีคุณค่าเนื่องจากมีเลขออกเทนสูงกว่าเมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอนตรง นอกจากนี้ การเปลี่ยนเอ็น-บิวเทนเป็นไอโซบิวเทนจะมาพร้อมกับการดีไฮโดรจีเนชัน ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิต MTBE

การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะ- ก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของการเร่งปฏิกิริยาคือการค้นพบปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของเอ-โอเลฟินส์เพื่อสร้างโพลีเมอร์สเตริโอรีกูลาร์ ตัวเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะถูกค้นพบโดย K. Ziegler เมื่อเขาพยายามอธิบายคุณสมบัติที่ผิดปกติของโพลีเมอร์ที่เขาได้รับ นักเคมีอีกคนหนึ่ง J. Natta แนะนำว่าเอกลักษณ์ของโพลีเมอร์ Ziegler นั้นถูกกำหนดโดยความสม่ำเสมอของพวกมัน การทดลองการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แสดงให้เห็นว่าโพลีเมอร์ที่เตรียมจากโพรพิลีนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler มีความเป็นผลึกสูงและมีโครงสร้างสเตอริโอรีกูลาร์จริงๆ เพื่ออธิบายโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งดังกล่าว Natta ได้แนะนำคำว่า "isotactic" และ "syndiotactic" ในกรณีที่ไม่มีคำสั่งให้ใช้คำว่า “ไม่พึงใจ” ดังนี้

ปฏิกิริยาสเตอริโอจำเพาะเกิดขึ้นบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งที่มีโลหะทรานซิชันของกลุ่ม IVA-VIII (เช่น Ti, V, Cr, Zr) ซึ่งอยู่ในสถานะออกซิไดซ์ที่ไม่สมบูรณ์ และสารประกอบใดๆ ที่มีคาร์บอนหรือไฮโดรเจน ซึ่งเกี่ยวข้องกับโลหะจากกลุ่ม I-III ตัวอย่างคลาสสิกของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวคือตะกอนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่าง TiCl 4 และ Al(C 2 H 5) 3 ในเฮปเทน โดยที่ไทเทเนียมจะถูกรีดิวซ์เป็นสถานะไตรวาเลนต์ ระบบที่มีฤทธิ์เป็นพิเศษนี้กระตุ้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของโพรพิลีนที่อุณหภูมิและความดันปกติ

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อควบคุมเคมีของกระบวนการออกซิเดชันมีความสำคัญอย่างยิ่งทางวิทยาศาสตร์และในทางปฏิบัติ ในบางกรณี การออกซิเดชันจะต้องเสร็จสมบูรณ์ เช่น เมื่อทำให้ CO และสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอนเป็นกลางในก๊าซไอเสียรถยนต์ อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่การออกซิเดชันจะไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจำนวนมากในการแปลงไฮโดรคาร์บอนให้เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่มีคุณค่าซึ่งมีกลุ่มฟังก์ชัน เช่น –CHO, –COOH, –C–CO, –CN ในกรณีนี้จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันคือสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันซึ่งใช้ในการออกซิไดซ์พาราไซลีนเป็นกรดเทเรฟทาลิก ซึ่งเป็นเอสเทอร์ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตเส้นใยโพลีเอสเตอร์

ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเกิดออกซิเดชันต่างกันตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้มักเป็นของแข็งออกไซด์เชิงซ้อน ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ขั้นแรก ออกซิเจนในออกไซด์จะถูกจับโดยโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของออกไซด์ ในกรณีนี้ ไฮโดรคาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ และออกไซด์จะลดลง ออกไซด์รีดิวซ์จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและกลับสู่สถานะเดิม การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียมทำให้ทาทาลิกแอนไฮไดรด์ได้มาจากการออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ของแนฟทาลีนหรือบิวเทน

การผลิตเอทิลีนโดยดีไฮโดรไดเมอไรเซชันของมีเทน การสังเคราะห์เอทิลีนผ่านกระบวนการดีไฮโดรไดเมอไรเซชันจะแปลงก๊าซธรรมชาติให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่สามารถขนส่งได้ง่ายขึ้น ปฏิกิริยา

2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2 H 2 O

ดำเนินการที่อุณหภูมิ 850 °C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้รับจากตัวเร่งปฏิกิริยา Li-MgO ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของเมทิลอนุมูลโดยการแยกอะตอมไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลมีเทน การกำจัดจะดำเนินการโดยการลดออกซิเจนที่ไม่สมบูรณ์เช่น O 2 2– อนุมูลเมทิลในเฟสก๊าซรวมตัวกันอีกครั้งเพื่อสร้างโมเลกุลอีเทน และในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชันตามมา จะถูกแปลงเป็นเอทิลีน อีกตัวอย่างหนึ่งของการเกิดออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์คือการเปลี่ยนเมทานอลเป็นฟอร์มาลดีไฮด์เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาเงินหรือเหล็ก-โมลิบดีนัม

ซีโอไลท์ซีโอไลต์ประกอบขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดพิเศษชนิดพิเศษ- เหล่านี้เป็นอะลูมิโนซิลิเกตที่มีโครงสร้างรังผึ้งสั่งซึ่งขนาดเซลล์เทียบได้กับขนาดของโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด พวกมันก็ถูกเรียกว่า ตะแกรงโมเลกุล- สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือซีโอไลต์ซึ่งรูขุมขนนั้นเกิดจากวงแหวนที่ประกอบด้วยไอออนออกซิเจน 8-12 ไอออน (รูปที่ 2) บางครั้งรูขุมขนจะทับซ้อนกัน ดังเช่นในซีโอไลต์ ZSM-5 (รูปที่ 3) ซึ่งใช้สำหรับการแปลงเมทานอลที่มีความจำเพาะสูงให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่เป็นเศษส่วนของน้ำมันเบนซิน น้ำมันเบนซินประกอบด้วยอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีค่าออกเทนสูง ตัวอย่างเช่น ในนิวซีแลนด์ หนึ่งในสามของน้ำมันเบนซินที่ใช้ทั้งหมดผลิตโดยใช้เทคโนโลยีนี้ เมทานอลผลิตจากมีเทนนำเข้า

รูปที่ 2 – โครงสร้างของซีโอไลต์ที่มีรูขุมขนเล็กและใหญ่

รูปที่ 3 – ซีโอไลต์ ZSM-5 การแสดงแผนผังของโครงสร้างในรูปแบบของท่อที่ตัดกัน

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบเป็นกลุ่ม Y-ซีโอไลต์ จะเพิ่มประสิทธิภาพของการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากคุณสมบัติเป็นกรดที่ผิดปกติเป็นหลัก การแทนที่อะลูมิโนซิลิเกตด้วยซีโอไลต์ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตน้ำมันเบนซินได้มากกว่า 20% นอกจากนี้ซีโอไลต์ยังมีความสามารถในการคัดเลือกตามขนาดของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา การเลือกของพวกเขาถูกกำหนดโดยขนาดของรูพรุนซึ่งโมเลกุลที่มีขนาดและรูปร่างบางอย่างเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น เนื่องจากข้อจำกัดด้านสเตอริก พารา-ไซลีนจึงก่อตัวได้ง่ายกว่าไอโซเมอร์ออร์โธและเมตาที่มีขนาดใหญ่กว่า อย่างหลังพบว่าตัวเอง "ถูกขัง" อยู่ในรูขุมขนของซีโอไลต์ (รูปที่ 4)

รูปที่ 4 - โครงการอธิบายการเลือกสรรของซีโอไลต์ที่เกี่ยวข้องกับรีเอเจนต์ (a) และผลิตภัณฑ์ (b)

การใช้ซีโอไลต์ได้ปฏิวัติเทคโนโลยีอุตสาหกรรมบางอย่าง - การล้างขี้ผึ้งน้ำมันแก๊สและน้ำมันเครื่อง การได้รับสารเคมีตัวกลางสำหรับการผลิตพลาสติกโดยการทำให้เป็นอัลคิเลชันของสารประกอบอะโรมาติก การทำไอโซเมอไรเซชันของไซลีน ความไม่สมส่วนของโทลูอีน และการแตกตัวของน้ำมันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ซีโอไลต์ ZSM-5 มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษที่นี่

การล้างขี้ผึ้งของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม– การสกัดพาราฟินและเซเรซินจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (เชื้อเพลิงดีเซล น้ำมัน) ซึ่งส่งผลให้คุณภาพดีขึ้น โดยเฉพาะจุดไหลเทลดลง

พาราฟิน(พาราฟินเยอรมันจากภาษาลาติน Parum - little และ affinis - เกี่ยวข้องกับ) ซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว C 18 -C 35 เป็นหลัก โครงสร้างปกติมีท่าเรือ ม. 300-400; ผลึกไม่มีสีด้วย t pl = 45–65 o C ความหนาแน่น 0.880–0.915 g/cm3 (15 o C)

เซเรซิน(จากภาษาละติน cera - ขี้ผึ้ง) ซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนแข็ง (ส่วนใหญ่เป็นอัลคิลไซเลนและอัลเคน) ที่ได้หลังจากการทำให้โอโซเคไรต์บริสุทธิ์ ในแง่ของความหนาแน่น สี (จากสีขาวเป็นสีน้ำตาล) จุดหลอมเหลว (65–88 ° C) และความหนืด เซเรซินจะคล้ายกับขี้ผึ้ง

ตัวเร่งปฏิกิริยาและการปกป้องสิ่งแวดล้อมการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดมลพิษทางอากาศเริ่มขึ้นในปลายทศวรรษที่ 1940 ในปี 1952 A. Hagen-Smith พบว่าไฮโดรคาร์บอนและไนโตรเจนออกไซด์ที่มีอยู่ในก๊าซไอเสียทำปฏิกิริยากับแสงเพื่อสร้างสารออกซิแดนท์ (โดยเฉพาะโอโซน) ซึ่งทำให้ดวงตาระคายเคืองและให้ผลที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ในช่วงเวลาเดียวกัน Yu. Houdry ได้พัฒนาวิธีการฟอกไอเสียด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการออกซิไดซ์ CO และไฮโดรคาร์บอนให้เป็น CO 2 และ H 2 O ในปี 1970 ได้มีการกำหนดปฏิญญา Clean Air (ปรับปรุงในปี 1977 และขยายเพิ่มเติมในปี 1990) ตามที่ รถยนต์ใหม่ทั้งหมด เริ่มต้นด้วยรุ่นปี 1975 จะต้องติดตั้งตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยา มีการกำหนดมาตรฐานสำหรับองค์ประกอบของก๊าซไอเสีย เนื่องจากสารประกอบตะกั่วถูกเติมเข้าไปในตัวเร่งปฏิกิริยาพิษของน้ำมันเบนซิน จึงมีการนำโครงการเลิกใช้มาใช้ ยังให้ความสนใจถึงความจำเป็นในการลดปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับตัวทำให้เป็นกลางในรถยนต์ โดยที่ส่วนประกอบออกฤทธิ์จะถูกนำไปใช้กับซับสเตรตเซรามิกที่มีโครงสร้างรังผึ้ง ผ่านเซลล์ที่ก๊าซไอเสียผ่านไป พื้นผิวถูกเคลือบด้วยชั้นบางๆ ของโลหะออกไซด์ เช่น Al2O3 ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา - แพลทินัม แพลเลเดียม หรือโรเดียม ปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงธรรมชาติในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถลดลงได้โดยการเติมแอมโมเนียจำนวนเล็กน้อยลงในก๊าซไอเสียแล้วส่งผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมวาเนเดียม

เอนไซม์เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาตามธรรมชาติที่ควบคุมกระบวนการทางชีวเคมีในเซลล์ที่มีชีวิต พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงาน การสลายสารอาหาร และปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ หากไม่มีปฏิกิริยาอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากมายก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เอนไซม์ทำงานที่อุณหภูมิและความดันปกติ มีความสามารถในการเลือกสรรที่สูงมาก และสามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้แปดลำดับความสำคัญ แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ แต่มีเอนไซม์ที่รู้จักเพียงประมาณ 20 จาก 15,000 ตัวเท่านั้นที่ถูกนำมาใช้ในวงกว้าง มนุษย์ใช้เอนไซม์มานับพันปีในการอบขนมปัง ผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ชีส และน้ำส้มสายชู ในปัจจุบัน เอนไซม์ยังใช้ในอุตสาหกรรมอีกด้วย เช่น ในการแปรรูปน้ำตาล ในการผลิตยาปฏิชีวนะสังเคราะห์ กรดอะมิโน และโปรตีน เอนไซม์โปรตีโอไลติกที่เร่งกระบวนการไฮโดรไลซิสจะถูกเติมลงในผงซักฟอก ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรีย Clostridium acetobutylicum ทำให้ H. Weizmann ดำเนินการเปลี่ยนเอนไซม์ของแป้งเป็นอะซิโตนและบิวทิลแอลกอฮอล์ วิธีการผลิตอะซิโตนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอังกฤษในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองก็ใช้ในการผลิตยางบิวทาไดอีนในสหภาพโซเวียต มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งโดยการใช้เอนไซม์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ในการสังเคราะห์เพนิซิลินตลอดจนสเตรปโตมัยซินและวิตามินบี 12 เอทิลแอลกอฮอล์ซึ่งผลิตโดยกระบวนการของเอนไซม์ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ ในบราซิล รถยนต์มากกว่าหนึ่งในสามของประมาณ 10 ล้านคันใช้เอทิลแอลกอฮอล์ 96% ที่ได้มาจากอ้อย ในขณะที่ส่วนที่เหลือใช้ส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและเอทิลแอลกอฮอล์ (20%) เทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและแอลกอฮอล์ได้รับการพัฒนาอย่างดีในสหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2530 เมล็ดข้าวโพดได้แอลกอฮอล์ประมาณ 4 พันล้านลิตร ซึ่งในจำนวนนี้ใช้เป็นเชื้อเพลิงประมาณ 3.2 พันล้านลิตร สิ่งที่เรียกว่ายังค้นหาแอพพลิเคชั่นต่างๆ เอนไซม์ตรึง เอ็นไซม์เหล่านี้เกาะติดกับส่วนรองรับที่เป็นของแข็ง เช่น ซิลิกาเจล ซึ่งรีเอเจนต์จะถูกส่งผ่าน ข้อดีของวิธีนี้คือทำให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวจะสัมผัสกับเอนไซม์ การแยกผลิตภัณฑ์ และการเก็บรักษาเอนไซม์อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างหนึ่งของการใช้เอนไซม์ตรึงรูปทางอุตสาหกรรมคือการเปลี่ยนไอโซเมอไรเซชันของดี-กลูโคสเป็นฟรุกโตส

วรรณกรรม

1. เกทส์ บี.เค. เคมีของกระบวนการเร่งปฏิกิริยา ม., 1981

2. โบเรสคอฟ จี.เค. การเร่งปฏิกิริยา คำถามเกี่ยวกับทฤษฎีและการปฏิบัติ โนโวซีบีสค์, 1987

3. Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. ทฤษฎีทั่วไปใหม่ของการเร่งปฏิกิริยา ล., 1991

4. Tokabe K. ตัวเร่งปฏิกิริยาและกระบวนการเร่งปฏิกิริยา ม., 1993

5. สารานุกรมถ่านหิน. - เปิดสังคม. 2000.

กระบวนการทำปฏิกิริยาส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมเคมีเกิดขึ้นโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาอาจเป็นสารเดี่ยวๆ ที่เป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ รวมถึงสารผสมของสารดังกล่าว

การเร่งปฏิกิริยาแบ่งออกเป็นสองประเภท:

1. เป็นเนื้อเดียวกัน

2. ต่างกัน

ในกรณีแรก ตัวเร่งปฏิกิริยาและสารตั้งต้นอยู่ในเฟสเดียวกัน (ก๊าซหรือของเหลว) ในกรณีที่สองอยู่ในเฟสที่ต่างกัน ส่วนใหญ่แล้วตัวเร่งปฏิกิริยาจะอยู่ในสถานะของแข็ง

มาดูเทคนิคทั่วไปในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีกัน ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา:

· ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารีเอเจนต์สัมผัสกับพื้นผิวที่ใหญ่ที่สุดของตัวเร่งปฏิกิริยา

· หา เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาในระยะยาว (อุณหภูมิที่เหมาะสม, ความเป็นไปไม่ได้ที่จะเป็นพิษหรือปนเปื้อนพื้นผิวและอื่น ๆ );

· สร้างระบบการฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาที่สะดวก

หากตรงตามเงื่อนไขทั้งสามข้อ ตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำงานได้นานหลายทศวรรษโดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งสามารถทำได้ดังนี้:

1. วางตัวเร่งปฏิกิริยาไว้ในเครื่องปฏิกรณ์ และอยู่ที่นั่นไม่มีการเคลื่อนไหวบนตะแกรง

2. ตัวเร่งปฏิกิริยาเคลื่อนที่ไปพร้อมกับชั้นวาง

3. ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ในสถานะบดละเอียด (เกือบฝุ่น) ในชั้นแขวนลอย (ฟลูอิไดซ์เบด, ฟลูอิไดซ์เบด)

ในกรณีแรก เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่กับที่ ก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ: การเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงในวงจรการทำงานและการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ ปัญหาในการจ่ายและระบายความร้อนในโซนปฏิกิริยา และความซับซ้อนในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์

ในกรณีที่สอง มีการใช้อุปกรณ์สองเครื่อง: หน้าสัมผัส (เครื่องปฏิกรณ์) และตัวสร้างใหม่ ตัวเร่งปฏิกิริยาเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ทางกลผ่านอุปกรณ์หน้าสัมผัสส่งผ่านจากมันไปยังเครื่องกำเนิดใหม่และกลับสู่อุปกรณ์หน้าสัมผัสอีกครั้ง ในกรณีนี้ การออกแบบอุปกรณ์จะง่ายขึ้นและอำนวยความสะดวกในการควบคุมกระบวนการ

ในกรณีที่สาม (ดีที่สุด) อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็กในเครื่องปฏิกรณ์จะอยู่ในสถานะแขวนลอย ซึ่งควบคุมโดยการไหลของก๊าซปฏิกิริยา ส่วนผสมทั้งหมดได้มาซึ่งคุณสมบัติของของเหลวที่กำลังเดือด ซึ่งเป็นสาเหตุที่กระบวนการนี้เคยเรียกว่ากระบวนการของไหล และปัจจุบันเรียกว่ากระบวนการฟลูอิไดซ์เบดหรือฟลูอิไดซ์เบด อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็กเคลื่อนที่ไปพร้อมกับก๊าซผ่านเครื่องปฏิกรณ์จากล่างขึ้นบน ข้อดีของวิธีนี้:

· พื้นผิวที่ได้รับการพัฒนาสูงของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งถูกล้างด้วยแก๊สอย่างสม่ำเสมอจากทุกด้าน

· กระบวนการนี้มีความต่อเนื่อง เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกดึงออกจากทรงกลมปฏิกิริยาอย่างง่ายดาย สร้างใหม่และกลับสู่วงจร

· การผสมก๊าซที่ทำปฏิกิริยาระหว่างกันและกับตัวเร่งปฏิกิริยาทำได้อย่างเหมาะสม

· การถ่ายเทความร้อนดีขึ้นอย่างมาก ตัวเร่งปฏิกิริยาจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงให้ความร้อนสม่ำเสมอ

สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMCs)

การสังเคราะห์สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เช่น ปัจจุบันสารประกอบโมเลกุลสูงเป็นหนึ่งในทิศทางหลักในวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่ เป็นที่ทราบกันดีถึงความสำคัญอย่างมหาศาลของสารประกอบเหล่านี้ในชีวิตของเรา ทำให้สามารถได้รับผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ยาง พลาสติก เส้นใยเทียม เรซิน วาร์นิชและสี และน้ำมันพิเศษ ในการพัฒนาวิธีการวิจัยและรับ IUD นักเคมีชาวรัสเซียมีบทบาทที่โดดเด่น ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2402 A.M. Butlerov ได้รับพอลิเมอร์ฟอร์มาลดีไฮด์ และในปี พ.ศ. 2416 เขาได้ศึกษาปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอไรเซชันของไอโซบิวทิลีน ด้วยผลงานเหล่านี้ Butlerov ตามคำพูดของนักวิชาการ Arbuzov "เปิดประตูสู่สาขาสารประกอบโมเลกุลสูง" IUD ได้รับจากสองวิธีหลัก:

1. วิธีการพอลิเมอไรเซชันและโคพอลิเมอไรเซชัน

2. วิธีการโพลีคอนเดนเซชัน

วิธีการโพลิเมอไรเซชัน

การเกิดพอลิเมอไรเซชันคือปฏิกิริยาของการรวมโมเลกุลจำนวนมากของสารเดียวกันหรือสารต่าง ๆ ให้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่เดียว ปฏิกิริยาการรวมโมเลกุลของสารต่าง ๆ เรียกว่าโคพอลิเมอไรเซชัน ในตัวมาก มุมมองทั่วไปสมการปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันสามารถแสดงได้ดังนี้:

ที่ไหน กหมายถึงโมเลกุลโมโนเมอร์และ n- จำนวนโมเลกุลที่เชื่อมต่อกัน เช่น ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

กล่าวโดยสรุป เราสามารถพูดได้ว่าการเกิดพอลิเมอไรเซชันคือการก่อตัวของโพลีเมอร์จากโมโนเมอร์ โมโนเมอร์เป็นคำที่มีความหมายเฉพาะเกี่ยวกับโพลีเมอร์เท่านั้น หากไม่มีโพลีเมอร์ก็ไม่มีโมโนเมอร์ โดยหลักการแล้ว ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันเป็นปฏิกิริยาการเติมเนื่องจากการแตกพันธะคู่ในโมเลกุลโมโนเมอร์ อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานี้มักจะมีความซับซ้อนโดยกระบวนการไอโซเมอไรเซชันที่มีการเคลื่อนที่ของพันธะคู่และกลุ่มของอะตอม หรือการมีส่วนร่วมของสารอื่นๆ มากมายในปฏิกิริยา (ตัวเร่งปฏิกิริยา สารควบคุมการเจริญเติบโต อิมัลซิไฟเออร์ ฯลฯ)

กระบวนการเจริญเติบโตของสายโซ่โพลีเมอร์มีสองประเภทหลัก:

1. ขั้นตอนการเกิดพอลิเมอไรเซชัน - เมื่อการเชื่อมต่อของโมเลกุลมาพร้อมกับการเคลื่อนที่ของอะตอมไฮโดรเจนหรืออะตอมทั้งกลุ่ม สามารถแยกผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาในแต่ละขั้นตอนได้

2. ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบลูกโซ่หรือเชิงเส้น เมื่อไม่มีการเคลื่อนที่ของอะตอมเกิดขึ้น ผลิตภัณฑ์ในระยะเริ่มแรกไม่สามารถแยกออกได้ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาคือ IUD

ตัวอย่างของปฏิกิริยาประเภทแรกคือการเกิดพอลิเมอไรเซชันของไอโซบิวทิลีนที่ศึกษาโดย A.M. ปฏิกิริยานี้จะถูกเร่งด้วยกรด (H 2 S0 4) ในระหว่างนั้นสามารถแยกไดไอโซบิวทิลีนได้ การเติมไฮโดรเจนซึ่งก่อให้เกิดไอโซออกเทน หรือสามารถทำปฏิกิริยาเพิ่มเติมเพื่อผลิตโพลิไอโซบิวทิลีนได้ กลไกการเกิดปฏิกิริยามีดังนี้:

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของสายโซ่สามารถเกิดขึ้นได้จากสองกลไก: ไอออนิก (ตัวเร่งปฏิกิริยา) และอนุมูลอิสระ (ริเริ่ม)

การเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง (เริ่มต้น):

· สารที่สามารถสลายตัวเป็นอนุมูลอิสระภายใต้สภาวะของปฏิกิริยา

พลังงานความร้อน

· การฉายรังสี (รังสียูวี, รังสี)

ในระหว่างปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันด้วยความร้อน บางส่วนของโมเลกุลโมโนเมอร์จะได้รับผลกระทบ อุณหภูมิสูงขึ้นเปิดใช้งานและโต้ตอบซึ่งกันและกัน การใช้สไตรีนเป็นตัวอย่างสามารถจินตนาการได้ดังนี้:

โมเลกุลไดเมอร์ของสไตรีนที่เกิดขึ้นจึงเป็นอนุภาคที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ และด้วยเหตุนี้ จึงสามารถเกาะติดโมเลกุลของสไตรีนอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย ก่อให้เกิดอนุมูลโพลีเมอร์:

ในกรณีของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน กระบวนการนี้เป็นปฏิกิริยาที่มีคุณค่าโดยทั่วไป: จุดศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ที่ปรากฏก่อน (นั่นคือ ระยะเริ่มต้น) ทำให้เกิดปฏิกิริยาการเติมแบบลูกโซ่ยาว (ระยะการแพร่กระจายของสายโซ่) เพื่อให้บรรลุอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เพียงพอในระหว่างการเริ่มต้นความร้อน มักจะต้องใช้อุณหภูมิสูง ซึ่งทำให้เกิดกระบวนการข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ วิธีที่สะดวกกว่ามากในการเริ่มต้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันคือการนำสารที่สามารถสร้างอนุมูลอิสระเข้าไปในโซนปฏิกิริยาได้ สารประกอบดังกล่าวได้แก่ เปอร์ออกไซด์ ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ และสารประกอบอื่นๆ บางชนิด มักใช้เบนโซอิลเปอร์ออกไซด์:

โดยทั่วไป: (RCOO) 2 →RCOO+R+CO 2

อนุมูลอิสระเหล่านี้เป็นจุดศูนย์กลางที่เริ่มต้นกระบวนการสร้างสายโซ่โพลีเมอร์ ตัวอย่างเช่น การเกิดพอลิเมอไรเซชันของสไตรีนในกรณีนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

โมเลกุลสไตรีนต่อไปนี้ ฯลฯ จะถูกเติมเข้าไปในอนุมูลผลลัพธ์ 1 และ 2 (การเติบโตของห่วงโซ่). โดยทั่วไป กระบวนการเหล่านี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

ก่อนเกิดเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ในบางระยะ การเติบโตของสายโซ่จะหยุดลง (การยุติสายโซ่) และโมเลกุลขนาดใหญ่ที่โตเต็มที่จะกลายเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ของโพลีเมอร์ที่เสถียร

สาเหตุของการลัดวงจรคือ:

· การรวมตัวกันอีกครั้ง เช่น การเชื่อมต่อระหว่างอนุมูลขนาดใหญ่สองตัว R-(M) n -M+M-(M) n -R→R-(M) n -M-M-(M) n -R;

· การรวมตัวกันอีกครั้งของความรุนแรงระดับมหภาคกับอนุมูลที่มีฤทธิ์ต่ำอื่นๆ

· อันตรกิริยาระหว่างอนุมูลขนาดใหญ่กับสารอื่นบางชนิด

· การเกิดไอโซเมอไรเซชันของโมเลกุลขนาดใหญ่ไปเป็นสารประกอบที่เสถียร

·ปัญหาเชิงพื้นที่

ในการผลิต ความเร็วของกระบวนการโพลีเมอไรเซชันมีบทบาทอย่างมาก ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของตัวริเริ่ม (ตัวเร่งปฏิกิริยา) และโครงสร้างของโมโนเมอร์และวิธีการของกระบวนการ

กระบวนการโพลีเมอไรเซชันสามารถดำเนินการได้:

· ในมวล เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาถูกเติมโดยตรงไปยังมวลของเหลวของโมโนเมอร์ และที่อุณหภูมิหนึ่ง โพลีเมอร์จะสะสม ตามมาด้วยการทำให้มวลหนาขึ้นแล้วจึงแข็งตัวของมวล

·ในการแก้ปัญหา

· เป็นอิมัลชัน;

· อยู่ในสถานะแก๊ส

วิธีแรกใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเรซินสังเคราะห์ สะดวกสำหรับการใช้งานจริง แต่ในกรณีนี้ เป็นการยากที่จะขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยา และการผสมก็ทำได้ยากเนื่องจากมีความหนืดสูง ซึ่งนำไปสู่ความหลากหลายของโพลีเมอร์ เมื่อทำปฏิกิริยาโพลีเมอร์ในสารละลาย ความเร็วจะลดลงบ้าง และจะเกิดปัญหาในการถอดตัวทำละลายออก

โพลีเมอไรเซชันแบบอิมัลชันแพร่หลายมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิต SC วิธีนี้ประกอบด้วยความจริงที่ว่าโมโนเมอร์ถูกกระจายไปในของเหลวใด ๆ (ส่วนใหญ่มักเป็นน้ำ) ซึ่งมันไม่ละลายในรูปของหยดเล็ก ๆ ทำให้เกิดอิมัลชันทั่วไป (ของเหลวในของเหลว) ตัวเริ่มต้นจะถูกเติมเข้าไป ซึ่งละลายได้ในเฟสหนึ่งหรืออีกเฟสหนึ่ง จากนั้นสารที่ให้ความเสถียรของอิมัลชัน - อิมัลซิไฟเออร์และสารที่ไม่จำเป็นอื่น ๆ - ตัวกระตุ้น สารควบคุมการเจริญเติบโตของสายโซ่ และส่วนผสมถูกผสมในเครื่องปฏิกรณ์แบบปิด - พอลิเมอร์ไรเซอร์ที่อุณหภูมิที่กำหนด ต่างจากสองกระบวนการแรก กระบวนการนี้เกิดขึ้นในระบบที่มีการกระจายตัวสูงต่างกัน เป็นที่ยอมรับว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การสลายตัวของตัวริเริ่มเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น กระบวนการยุติสายโซ่มีการพัฒนาน้อยลง และปรากฏการณ์ของขั้วของโมเลกุลและปรากฏการณ์อื่น ๆ มีผลกระทบมากขึ้นต่อส่วนต่อประสานเฟส ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าอัตราการเกิดพอลิเมอไรเซชันในอิมัลชันนั้นสูงกว่าในสภาพแวดล้อมที่เป็นเนื้อเดียวกันหลายสิบเท่า

สภาวะการเกิดโพลีเมอไรเซชันมีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้รับโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ เนื่องจากลำดับการเติบโตของสายโซ่และโครงสร้างของโมเลกุลโพลีเมอร์ รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเทคนิค ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเหล่านี้ ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันในอิมัลชันเกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีและวิศวกรชาวรัสเซีย Ostromyslensky ในปี 1915 ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ปัญหาของการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบอิมัลชันในประเทศของเราได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้นโดยนักวิทยาศาสตร์ เช่น B.A. Dogadkin, B.A. Dolgoplosk, P.M. Khomikovsky, S.S. Medvedev ฯลฯ

โพลีเมอร์ไฮโดรคาร์บอนพื้นฐานได้มาจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของอนุพันธ์เอทิลีน ลองดูที่บางส่วนของพวกเขา

เอทิลีน

เอทิลีนโพลีเมอร์ด้วยความยากลำบาก ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 200 C) และความดัน (สูงถึง 1,000 atm) มีการสร้าง IUD และ MV ตั้งแต่ 20,000 ขึ้นไป

กุสตาฟสันได้รับโพลีเอทิลีนครั้งแรกในปี พ.ศ. 2427 โดยตัวเร่งปฏิกิริยา (AlBr 3) ของเอทิลีน โมเลกุล PE เป็นสายโซ่ซิกแซกยาวของกลุ่มเมทิล

PE ไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ที่อุณหภูมิปกติ แต่ที่อุณหภูมิ t>80°C จะละลายได้ดีใน R-Hal และอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน กรดและด่างไม่มีผลกระทบต่อ PE PE มีความทนทานมาก ง่ายต่อการแปรรูปและเชื่อม ขอบเขตการใช้งาน – ฉนวนและ เคลือบป้องกัน,ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน.

เมื่อทำปฏิกิริยาโพลีเมอร์ PE โดยมี AlCl 3 ที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ t = 120-200°C และ P = 100 atm จะได้ส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีสายโซ่กิ่ง ซึ่งจะใช้หลังจากเจือจางด้วยเอสเทอร์ของกรดเป็นน้ำมันหล่อลื่นพิเศษ

โพลีสไตรีน

การเกิดโพลิเมอไรเซชันของสไตรีนนั้นง่ายกว่าเอทิลีน - ดำเนินการภายใต้สภาวะที่รุนแรง (เปอร์ออกไซด์) โครงสร้างโพลีสไตรีน:

ได้รับโพลีเมอร์ที่มี MV ตั้งแต่ 3 ถึง 600,000 โพลีเมอร์ที่สูงขึ้นคือผลิตภัณฑ์แก้วใสที่เป็นของแข็ง เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 150C จะเริ่มสลายตัวเป็นสไตรีน การทำโคพอลิเมอร์ไรเซชันของสไตรีนกับบิวทาไดอีนทำให้เกิดยางสไตรีน-บิวทาไดอีน ขอบเขตการใช้งาน: ฉนวนไฟฟ้า เทคโนโลยี ในชีวิตประจำวัน

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง.

เราจะซื้อตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมในปริมาณเท่าใดก็ได้ใน Rostov-on-Don และภูมิภาค Rostov

เกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาคือ เคมีซึ่งจะช่วยเร่งปฏิกิริยา มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ ผู้บริโภคหลักของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมเคมี ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในด้านนิเวศวิทยาและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม

การจำแนกประเภท

อุปกรณ์ที่ผลิตทั้งหมดจัดอยู่ในประเภท:

• ตามประเภทของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา – กรด-เบส รีดอกซ์
• โดยกลุ่มกระบวนการเร่งปฏิกิริยา - การสังเคราะห์แอมโมเนีย การแตกตัวของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
• โดยธรรมชาติของฐานที่ใช้งานอยู่ที่ใช้ - โลหะ, ออกไซด์, ซัลไฟด์, เชิงซ้อนและอื่น ๆ
• โดยวิธีการผลิต

ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดใช้โลหะที่ไม่ใช่เหล็กและมีค่า: แพลทินัม อลูมิเนียม เหล็ก โครเมียม นิกเกิล วาเนเดียม โคบอลต์ บิสมัท เงิน ทอง และอื่นๆ อีกมากมาย

ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมยังเป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันอีกด้วย เป็นเนื้อเดียวกัน - อยู่ในเฟสร่วมกับตัวทำปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สร้างเฟสของตัวเองซึ่งแยกออกจากสารตั้งต้นเรียกว่าต่างกัน ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมและประเภทอื่นๆ เราไม่เพียงสามารถรักษาธรรมชาติจากสารพิษที่มีอยู่ในการผลิตใดๆ เท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดวัตถุดิบอีกด้วย

การใช้งานทางอุตสาหกรรม

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เราเห็นอยู่ในขณะนี้คงเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการพัฒนาและการเกิดขึ้นของสารเคมีชนิดใหม่ กระบวนการทางเทคโนโลยี- ความก้าวหน้าส่วนใหญ่ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยเปลี่ยนวัตถุดิบคุณภาพต่ำให้เป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูง ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเปรียบเทียบได้กับศิลาอาถรรพ์ซึ่งเชื่อกันว่าจะเปลี่ยนโลหะบางชนิดให้เป็นทองคำ แต่มีเพียงตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้นที่แปลงวัตถุดิบให้เป็นสารต่างๆ ยากลายเป็นพลาสติก กลายเป็นสารเคมี กลายเป็นเชื้อเพลิง กลายเป็นปุ๋ยที่มีประโยชน์และจำเป็นและสาธารณูปโภคอื่นๆ

การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

เหตุการณ์สำคัญสำหรับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในทางปฏิบัติคือจุดเริ่มต้นของการผลิตมาการีนโดยวิธีการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืช สิ่งนี้ดำเนินการครั้งแรกเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 และในช่วงทศวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้วัสดุอินทรีย์ใหม่ โอเลฟินส์ ไนไตรล์ เอสเทอร์ และกรด ได้กลายเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" สำหรับการผลิตพลาสติก

คลื่นลูกถัดไปที่ตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมเริ่มถูกนำมาใช้คือการกลั่นน้ำมัน ในไม่ช้า ในอุตสาหกรรมนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาก็ไม่จำเป็นอีกต่อไป เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้ในทุกขั้นตอนของกระบวนการ เช่น:

• แคร็ก
• การปฏิรูป
• ไฮโดรซัลโฟเนชัน
• ไฮโดรแคร็กกิ้ง
• ไอโซเมอไรเซชัน
• การเกิดพอลิเมอไรเซชัน
• อัลคิเลชั่น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวเร่งปฏิกิริยาได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปกป้องสิ่งแวดล้อม อุปกรณ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ช่วยเรารักษาสิ่งแวดล้อมคือตัวเร่งปฏิกิริยาก๊าซไอเสียในรถยนต์

พื้นที่ของการประยุกต์ใช้สารทำให้เป็นกลางมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาทำให้สามารถปรับปรุงเทคโนโลยีที่พัฒนาก่อนหน้านี้ได้ ตัวอย่างเช่น การแตกตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการปรับปรุงโดยการใช้ซีโอไลต์

การเติมไฮโดรเจน

โดยพื้นฐานแล้ว ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นอะตอมไฮโดรเจนกับโมเลกุลอื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรจิเนชันและเป็นพื้นฐานสำหรับการกลั่นน้ำมันหลายขั้นตอนรวมถึงการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหิน ในช่วงสงคราม กระบวนการไฮโดรจิเนชันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเยอรมนีเพื่อผลิตน้ำมันเบนซินสำหรับเครื่องบินและเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์จากถ่านหิน เนื่องจากเยอรมนีไม่มีน้ำมัน

การเติมไฮโดรเจนของน้ำมันพืชที่บริโภคได้

อีกสิ่งหนึ่ง ทรัพย์สินที่มีประโยชน์ซึ่งมีตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ อุตสาหกรรมอาหาร- นี่คือการไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืชให้เป็นมาการีน น้ำมันปรุงอาหาร และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ ในกรณีนี้ ผงนิกเกิลละเอียดจะถูกนำมาใช้กับตัวเร่งปฏิกิริยาหรือซับสเตรต

การดีไฮโดรจีเนชัน

ปฏิกิริยาเคมีของการเร่งปฏิกิริยานี้ใช้บ่อยน้อยกว่าการเติมไฮโดรเจน แต่ก็มีความสำคัญเช่นกัน ช่วยให้ได้รับสไตรีน, โพรเพน, บิวเทน, บิวทีน

การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรด

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยและขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่เป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมกรดโดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้ในการกลั่นน้ำมันเพื่อผลิตพาราฟินและอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน สิ่งใหม่ล่าสุดในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาคือการผลิตเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่วรวมถึงน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง

ต้องบอกว่ายังไม่มีการจัดทำรายการตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมแบบครบวงจร ทุกอย่างเป็นไปตามประสบการณ์ ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกจำแนกตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• ประเภทของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา
• ลักษณะของสารที่ออกฤทธิ์
• กลุ่มกระบวนการเร่งปฏิกิริยา

ตัวเลือกที่ครอบคลุมมากที่สุดคือตัวเลือกที่สาม เนื่องจากเป็นตัวเลือกที่เน้นมากที่สุด อุตสาหกรรมสมัยใหม่– ปิโตรเคมี เคมี การกลั่นน้ำมัน

ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง

เชื่อกันว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาครั้งแรกคือการผลิตเอทิลอีเทอร์จากแอลกอฮอล์โดยใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในศตวรรษที่ 18 มีการค้นพบปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของกรดในการทำให้แป้งเป็นน้ำตาล ที่นี่ใช้ดินเหนียวและโลหะบางชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ถึงกระนั้น แนวคิดเรื่อง "การเร่งปฏิกิริยา" ยังไม่มีอยู่จริง เฉพาะในปี พ.ศ. 2377 เท่านั้นที่ Mitscherlich ได้แนะนำแนวคิดเรื่อง "ปฏิกิริยาการสัมผัส" ชื่อ "ตัวเร่งปฏิกิริยา" ถูกเสนอโดย Berzelius ในอีกหนึ่งปีต่อมา - ในปี 1835

การใช้โลหะแพลตตินัมสำหรับการเกิดออกซิเดชันได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2374 โดยนักวิทยาศาสตร์ฟิลลิปส์ แต่สำหรับใช้ในอุตสาหกรรม วิธีนี้ไม่ได้รับการเร่งปฏิกิริยาด้วยเหตุผลหลายประการ (แพลตตินัมลดกิจกรรมของมันเมื่อรวมกับสารหนูและสารพิษอื่น ๆ ที่มีอยู่ในก๊าซ) หลังจากที่เราพัฒนาวิธีการทำให้ก๊าซต่างๆ บริสุทธิ์จากสารพิษ เราก็สามารถสร้างอุปกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ชิ้นแรกได้ เริ่มดำเนินการในรัสเซียในปี พ.ศ. 2440 และจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2445 วันนี้สำคัญที่สุดและ วิสาหกิจขนาดใหญ่อุตสาหกรรมต่างๆ ใช้ "แมว" ทางอุตสาหกรรม และแต่ละกระบวนการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทของตัวเอง ซึ่งมีการผสมผสานคุณสมบัติที่เหมาะสมที่สุด

ปริมาณการผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ในโลกมีมากกว่า 800,000 ตันต่อปี ตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวมีอายุตั้งแต่ 6 เดือนถึงหนึ่งปี ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวมีอายุการใช้งานนานกว่ามาก - มากถึง 10-12 ปี เมื่อถึงขีดจำกัดการทำงานแล้ว ต้องกำจัดตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างเหมาะสม

บริษัทของเราเสนอให้คุณ เงื่อนไขที่ดีขายในราคาที่เหมาะสมที่สุด ติดต่อเรา - โปรดจำไว้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้มีเพียงโลหะมีค่าเท่านั้น แต่ยังมีสารที่เป็นอันตรายอีกด้วย อย่าทิ้งอุปกรณ์ลงในหลุมฝังกลบ เป็นการดีกว่าที่จะรักษาธรรมชาติ และนอกจากนี้ คุณยังได้รับเงินจำนวนมากสำหรับเศษเหล็กอีกด้วย

ตัวเร่งปฏิกิริยา: การประยุกต์ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรม

ไปที่บทความ CATALYSIS

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เรากำลังประสบอยู่นี้คงเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีเคมีใหม่ๆ โดยส่วนใหญ่แล้ว ความก้าวหน้านี้ถูกกำหนดโดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างแพร่หลาย ซึ่งจะช่วยเปลี่ยนวัตถุดิบเกรดต่ำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง หากพูดโดยนัยแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาคือศิลาอาถรรพ์ของนักเล่นแร่แปรธาตุสมัยใหม่ เพียงแต่ไม่เปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำ แต่เปลี่ยนวัตถุดิบเป็นยา พลาสติก สารเคมี เชื้อเพลิง ปุ๋ย และผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์อื่น ๆ

บางทีกระบวนการเร่งปฏิกิริยาแรกที่มนุษย์เรียนรู้ที่จะใช้คือการหมัก สูตรการเตรียมเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เป็นที่รู้จักของชาวสุเมเรียนตั้งแต่ 3,500 ปีก่อนคริสตกาล ดูไวน์; เบียร์.

ความสำเร็จครั้งสำคัญในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในทางปฏิบัติคือการผลิตมาการีนโดยการเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืช ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นครั้งแรกในระดับอุตสาหกรรมประมาณปี 1900 และตั้งแต่ทศวรรษ 1920 เป็นต้นมา วิธีการเร่งปฏิกิริยาในการผลิตวัสดุอินทรีย์ชนิดใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลาสติก ได้รับการพัฒนาทีละวิธี ประเด็นสำคัญคือการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาของโอเลฟินส์ ไนไตรล์ เอสเทอร์ กรด ฯลฯ - “อิฐ” สำหรับ “การก่อสร้าง” ทางเคมีของพลาสติก

คลื่นลูกที่สามของการใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และเกี่ยวข้องกับการกลั่นปิโตรเลียม ในแง่ของปริมาณ ในไม่ช้า การผลิตนี้ก็ทิ้งผลงานอื่นๆ ทั้งหมดไว้ข้างหลังมาก การกลั่นปิโตรเลียมประกอบด้วยกระบวนการเร่งปฏิกิริยาหลายอย่าง: การแตกร้าว การปฏิรูป ไฮโดรซัลโฟเนชัน ไฮโดรแคร็กกิ้ง ไอโซเมอไรเซชัน โพลีเมอไรเซชัน และอัลคิเลชัน

สุดท้าย คลื่นลูกที่สี่ในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการปกป้องสิ่งแวดล้อม ความสำเร็จที่มีชื่อเสียงที่สุดในด้านนี้คือการสร้างเครื่องฟอกไอเสียสำหรับก๊าซไอเสียรถยนต์ เครื่องฟอกไอเสียซึ่งติดตั้งในรถยนต์มาตั้งแต่ปี 1975 มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพอากาศและช่วยชีวิตผู้คนได้มากมาย

รางวัลโนเบลประมาณหนึ่งโหลได้รับรางวัลสำหรับงานด้านตัวเร่งปฏิกิริยาและสาขาที่เกี่ยวข้อง

ความสำคัญในทางปฏิบัติของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าส่วนแบ่งของไนโตรเจนที่รวมอยู่ในสารประกอบที่มีไนโตรเจนที่ผลิตทางอุตสาหกรรมคิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของไนโตรเจนทั้งหมดที่รวมอยู่ในผลิตภัณฑ์อาหาร ปริมาณสารประกอบไนโตรเจนที่ผลิตตามธรรมชาตินั้นมีจำกัด ดังนั้นการผลิตโปรตีนในอาหารจึงขึ้นอยู่กับปริมาณไนโตรเจนที่เติมลงในดินผ่านปุ๋ย คงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเลี้ยงมนุษย์ครึ่งหนึ่งโดยปราศจากแอมโมเนียสังเคราะห์ ซึ่งผลิตได้เกือบทั้งหมดผ่านกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของ Haber-Bosch

ขอบเขตของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง สิ่งสำคัญคือตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่พัฒนาก่อนหน้านี้ได้อย่างมาก ตัวอย่างคือการปรับปรุงการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการใช้ซีโอไลต์

การเติมไฮโดรเจน ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากสัมพันธ์กับการกระตุ้นอะตอมไฮโดรเจนและโมเลกุลอื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรจิเนชัน และรองรับการกลั่นน้ำมันและการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหินหลายขั้นตอน (กระบวนการเบอร์จิอุส)

การผลิตน้ำมันเบนซินสำหรับการบินและเชื้อเพลิงยานยนต์จากถ่านหินได้รับการพัฒนาในประเทศเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากประเทศนี้ไม่มีแหล่งน้ำมัน กระบวนการ Bergius เกี่ยวข้องกับการเติมไฮโดรเจนลงในถ่านหินโดยตรง ถ่านหินถูกให้ความร้อนภายใต้ความกดดันต่อหน้าไฮโดรเจนเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว จากนั้นจึงนำไปแปรรูปเป็นน้ำมันเบนซินสำหรับเครื่องบินและเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ เหล็กออกไซด์รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีดีบุกและโมลิบดีนัมใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในช่วงสงคราม โรงงาน 12 แห่งในเยอรมนีผลิตเชื้อเพลิงเหลวประมาณ 1,400 ตันต่อวันโดยใช้กระบวนการ Bergius

อีกกระบวนการหนึ่งคือ Fischer-Tropsch ประกอบด้วยสองขั้นตอน ขั้นแรกให้ถ่านหินถูกทำให้เป็นแก๊สเช่น พวกมันทำปฏิกิริยากับไอน้ำและออกซิเจน และได้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนออกไซด์ ส่วนผสมนี้จะถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กหรือโคบอลต์ เมื่อสงครามสิ้นสุดลง การผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์จากถ่านหินในเยอรมนีจึงหยุดลง

ผลจากราคาน้ำมันที่สูงขึ้นตามหลังการคว่ำบาตรน้ำมันในปี พ.ศ. 2516-2517 จึงมีความพยายามอย่างแข็งขันในการพัฒนาวิธีการผลิตน้ำมันเบนซินจากถ่านหินที่คุ้มต้นทุน ดังนั้น การทำให้ถ่านหินกลายเป็นของเหลวโดยตรงสามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้กระบวนการสองขั้นตอน โดยที่ถ่านหินจะสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียม-โคบอลต์-โมลิบดีนัมเป็นครั้งแรกที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ จากนั้นจึงใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้น ราคาน้ำมันเบนซินสังเคราะห์ดังกล่าวสูงกว่าที่ได้จากน้ำมัน

แอมโมเนีย. หนึ่งในกระบวนการไฮโดรจิเนชันที่ง่ายที่สุดจากมุมมองทางเคมีคือการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไฮโดรเจนและไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นสารเฉื่อยมาก สำหรับการพักผ่อน การเชื่อมต่อ N-Nโมเลกุลของมันต้องใช้พลังงานประมาณ 200 กิโลแคลอรี/โมล อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนจับกับพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กในสถานะอะตอม และต้องใช้พลังงานเพียง 20 กิโลแคลอรี/โมล ไฮโดรเจนจับกับเหล็กได้ง่ายขึ้น การสังเคราะห์แอมโมเนียดำเนินไปดังนี้:

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาในการเร่งปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับอย่างเท่าเทียมกัน กล่าวคือ ความจริงที่ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนตำแหน่งสมดุลของปฏิกิริยาเคมี

การเติมไฮโดรเจนของน้ำมันพืช ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในทางปฏิบัติคือการเติมไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ของน้ำมันพืชไปเป็นเนยเทียม น้ำมันปรุงอาหาร และผลิตภัณฑ์อาหารอื่นๆ น้ำมันพืชได้มาจากถั่วเหลือง เมล็ดฝ้าย และพืชอื่นๆ ประกอบด้วยเอสเทอร์ ได้แก่ ไตรกลีเซอไรด์ของกรดไขมันซึ่งมีระดับความไม่อิ่มตัวต่างกัน กรดโอเลอิก CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH มีพันธะคู่ C=C หนึ่งพันธะ กรดไลโนเลอิกมีพันธะคู่ 2 พันธะ และกรดไลโนเลนิกมีพันธะคู่ 3 พันธะ การเติมไฮโดรเจนเพื่อทำลายพันธะนี้จะช่วยป้องกันน้ำมันไม่ให้ออกซิไดซ์ (กลิ่นหืน) สิ่งนี้จะเพิ่มจุดหลอมเหลว ความแข็งของผลิตภัณฑ์ที่ได้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระดับของไฮโดรจิเนชัน การเติมไฮโดรเจนจะดำเนินการโดยมีผงนิกเกิลละเอียดเกาะอยู่บนพื้นผิวหรือตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล Raney ในบรรยากาศของไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง

การดีไฮโดรจีเนชัน การดีไฮโดรจีเนชันยังเป็นปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญทางอุตสาหกรรม แม้ว่าขนาดการใช้งานจะเล็กกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ก็ตาม ด้วยความช่วยเหลือเช่นได้รับสไตรีนซึ่งเป็นโมโนเมอร์ที่สำคัญ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เอทิลเบนซีนจะถูกดีไฮโดรจีเนชันเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเหล็กออกไซด์ ปฏิกิริยาดังกล่าวยังได้รับการอำนวยความสะดวกโดยโพแทสเซียมและสารทำให้คงตัวของโครงสร้างบางชนิด การดีไฮโดรจีเนชันของโพรเพน บิวเทน และอัลเคนอื่นๆ ดำเนินการในระดับอุตสาหกรรม การดีไฮโดรจีเนชันของบิวเทนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาโครเมียม-อลูมินาจะทำให้เกิดบิวทีนและบิวทาไดอีน

การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรด กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่จะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติที่เป็นกรด จากข้อมูลของ I. Brønsted และ T. Lowry กรดเป็นสารประกอบที่สามารถให้โปรตอนได้ กรดแก่จะบริจาคโปรตอนให้กับเบสได้อย่างง่ายดาย แนวคิดเรื่องความเป็นกรดได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในงานของ G. Lewis ซึ่งกำหนดให้กรดเป็นสารที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนจากสารผู้บริจาคโดยก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนนี้ แนวคิดเหล่านี้ร่วมกับแนวคิดเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดไอออนของคาร์บีเนียม ช่วยให้เข้าใจกลไกของปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรคาร์บอน

ความแรงของกรดสามารถกำหนดได้โดยใช้ชุดของเบสที่จะเปลี่ยนสีเมื่อเติมโปรตอนลงไป ปรากฎว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญทางอุตสาหกรรมบางตัวมีพฤติกรรมเหมือนกรดที่แรงมาก ซึ่งรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยากระบวนการ Friedel-Crafts เช่น HCl-AlCl2O3 (หรือ HAlCl4) และอะลูมิโนซิลิเกต ความแรงของกรดเป็นคุณลักษณะที่สำคัญมากเนื่องจากเป็นตัวกำหนดอัตราการโปรตอน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของกรด

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น อะลูมิโนซิลิเกตที่ใช้ในการแตกร้าวของน้ำมัน ถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของกรดBrønstedและ Lewis บนพื้นผิวของพวกมัน โครงสร้างของมันคล้ายกับโครงสร้างของซิลิกา (ซิลิคอนไดออกไซด์) ซึ่งอะตอมของ Si4+ บางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของ Al3+ ประจุลบส่วนเกินที่เกิดขึ้นในกรณีนี้สามารถทำให้เป็นกลางได้ด้วยไอออนบวกที่เกี่ยวข้อง หากแคตไอออนเป็นโปรตอน อะลูมิโนซิลิเกตจะมีพฤติกรรมเหมือนกรดเบรินสเตด:

กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยากรดถูกกำหนดโดยความสามารถในการทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์บีเนียมไอออนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง ไอออนของอัลคิลคาร์บีเนียมประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีประจุบวกซึ่งจับกับหมู่อัลคิลสามหมู่และ/หรืออะตอมของไฮโดรเจน พวกมันมีบทบาทสำคัญในฐานะตัวกลางที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์ กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยากรดสามารถอธิบายได้จากตัวอย่างปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของ n-butane ต่อ isobutane เมื่อมี HCl-AlCl3 หรือ Pt-Cl-Al2O3 ขั้นแรก โอเลฟิน C4H8 จำนวนเล็กน้อยจะเกาะติดกับไอออนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกของตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อสร้างไอออนคาร์บีเนียมระดับอุดมศึกษา จากนั้นไฮไดรด์ไอออน H- ที่มีประจุลบจะถูกแยกออกจากเอ็น-บิวเทนเพื่อสร้างไอโซบิวเทนและบิวทิลคาร์บีเนียมไอออนทุติยภูมิ หลังซึ่งเป็นผลมาจากการจัดเรียงใหม่กลายเป็นไอออนคาร์บีเนียมระดับอุดมศึกษา สายโซ่นี้สามารถดำเนินการกำจัดไอออนไฮไดรด์ออกจากโมเลกุลเอ็น-บิวเทนถัดไปต่อไปได้ เป็นต้น:

เป็นสิ่งสำคัญที่ไอออนของคาร์บีเนียมในระดับอุดมศึกษาจะมีความเสถียรมากกว่าไอออนปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ เป็นผลให้พวกมันปรากฏอยู่บนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นผลิตภัณฑ์หลักของไอโซเมอไรเซชันของบิวเทนก็คือไอโซบิวเทน

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมัน - การแตกร้าว, อัลคิเลชัน, พอลิเมอไรเซชัน และไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน (ดูเคมีและวิธีการแปรรูปน้ำมัน) ได้มีการสร้างกลไกการออกฤทธิ์ของคาร์บีเนียมไอออนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเหล่านี้แล้ว ในการทำเช่นนั้น พวกเขามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาต่างๆ รวมถึงการก่อตัวของโมเลกุลขนาดเล็กโดยการแยกโมเลกุลขนาดใหญ่ การรวมตัวของโมเลกุล (โอเลฟินกับโอเลฟิน หรือโอเลฟินกับไอโซพาราฟิน) การจัดเรียงโครงสร้างใหม่โดยไอโซเมอไรเซชัน และการก่อตัวของพาราฟินและอะโรมาติก ไฮโดรคาร์บอนโดยการถ่ายโอนไฮโดรเจน

การใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดล่าสุดประการหนึ่งในอุตสาหกรรมคือการผลิตเชื้อเพลิงที่มีสารตะกั่วโดยการเติมแอลกอฮอล์ลงในไอโซบิวทิลีนหรือไอโซเอมิลีน การเติมสารประกอบที่มีออกซิเจนลงในน้ำมันเบนซินจะช่วยลดความเข้มข้นของคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซไอเสีย เมทิลเติร์ต-บิวทิลอีเทอร์ (MTBE) ที่เลขผสมออกเทน 109 ยังทำให้ได้เชื้อเพลิงออกเทนสูงที่จำเป็นในการใช้งานเครื่องยนต์รถยนต์ที่มีกำลังอัดสูงโดยไม่ต้องนำสารเตตระเอทิลเข้าไปในน้ำมันเบนซิน การผลิตเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทน 102 และ 111 ก็จัดขึ้นเช่นกัน

การเร่งปฏิกิริยาขั้นพื้นฐาน กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยคุณสมบัติพื้นฐาน ตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวที่มีมายาวนานและเป็นที่รู้จักกันดีคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ใช้ในการไฮโดรไลซ์หรือซาโปนิฟายไขมันเพื่อทำสบู่ และตัวอย่างหนึ่งล่าสุดคือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการผลิตพลาสติกและโฟมโพลียูรีเทน ยูรีเทนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของแอลกอฮอล์กับไอโซไซยาเนต และปฏิกิริยานี้จะถูกเร่งเมื่อมีเอมีนพื้นฐาน ในระหว่างปฏิกิริยา ฐานจะยึดติดกับอะตอมคาร์บอนในโมเลกุลไอโซไซยาเนต ซึ่งส่งผลให้อะตอมไนโตรเจนมีประจุลบและกิจกรรมของมันที่มีต่อแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น Triethylenediamine เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง พลาสติกโพลียูรีเทนผลิตโดยการทำปฏิกิริยาไดไอโซไซยาเนตกับโพลีออล (โพลีแอลกอฮอล์) เมื่อไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับน้ำ ยูรีเทนที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้จะสลายตัวและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา เมื่อส่วนผสมของโพลีแอลกอฮอล์และน้ำทำปฏิกิริยากับไดไอโซไซยาเนต โฟมโพลียูรีเทนที่เกิดจะเกิดฟองกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ออกฤทธิ์สองเท่า ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้จะเร่งปฏิกิริยาสองประเภทให้เร็วขึ้นและให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการส่งผ่านสารตั้งต้นตามลำดับผ่านเครื่องปฏิกรณ์สองเครื่อง โดยแต่ละเครื่องมีตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงประเภทเดียวเท่านั้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าไซต์ที่ใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดูอัลแอคทีฟนั้นอยู่ใกล้กันมากและผลิตภัณฑ์ระดับกลางที่เกิดขึ้นที่หนึ่งในนั้นจะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายทันทีที่อีกผลิตภัณฑ์หนึ่ง

ผลลัพธ์ที่ดีจะได้รับจากการรวมตัวเร่งปฏิกิริยาที่กระตุ้นไฮโดรเจนกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ส่งเสริมการเกิดไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน โลหะบางชนิดจะกระตุ้นการทำงานของไฮโดรเจนและกรดจะทำให้เกิดไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอน ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบออกฤทธิ์คู่ที่มีประสิทธิภาพที่ใช้ในการกลั่นปิโตรเลียมเพื่อเปลี่ยนแนฟทาเป็นน้ำมันเบนซินจะถูกแบ่งแพลตตินัมอย่างประณีตซึ่งรองรับอลูมินาที่เป็นกรด การแปลงองค์ประกอบของแนฟทา เช่น เมทิลไซโคลเพนเทน (MCP) ไปเป็นเบนซีนจะเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน ขั้นแรก MCP จะถูกดีไฮโดรจีเนชันบนส่วนแพลตตินัมของตัวเร่งปฏิกิริยาให้เป็นโอเลฟินที่มีโครงกระดูกคาร์บอนเหมือนกัน จากนั้นโอเลฟินจะผ่านไปยังส่วนที่เป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะเกิดไอโซเมอร์เป็นไซโคลเฮกซีน ส่วนหลังจะส่งผ่านไปยังส่วนแพลตตินัมและถูกดีไฮโดรจีเนชันเป็นเบนซีนและไฮโดรเจน

ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดับเบิ้ลแอคชั่นเร่งการปฏิรูปน้ำมันได้อย่างมาก พวกมันถูกใช้เพื่อทำให้พาราฟินปกติกลายเป็นไอโซพาราฟิน อย่างหลังซึ่งเดือดที่อุณหภูมิเดียวกับเศษส่วนของน้ำมันเบนซินนั้นมีคุณค่าเนื่องจากมีเลขออกเทนสูงกว่าเมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอนตรง นอกจากนี้ การเปลี่ยนเอ็น-บิวเทนเป็นไอโซบิวเทนจะมาพร้อมกับการดีไฮโดรจีเนชัน ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิต MTBE

การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะ ก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของการเร่งปฏิกิริยาคือการค้นพบปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของ α-โอเลฟินส์ด้วยการก่อตัวของโพลีเมอร์สเตริโอรีกูลาร์ ตัวเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะถูกค้นพบโดย K. Ziegler เมื่อเขาพยายามอธิบายคุณสมบัติที่ผิดปกติของโพลีเมอร์ที่เขาได้รับ นักเคมีอีกคนหนึ่ง J. Natta แนะนำว่าเอกลักษณ์ของโพลีเมอร์ Ziegler นั้นถูกกำหนดโดยความสม่ำเสมอของพวกมัน การทดลองการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แสดงให้เห็นว่าโพลีเมอร์ที่เตรียมจากโพรพิลีนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler มีความเป็นผลึกสูงและมีโครงสร้างสเตอริโอรีกูลาร์จริงๆ เพื่ออธิบายโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งดังกล่าว Natta ได้แนะนำคำว่า "isotactic" และ "sydiotactic" ในกรณีที่ไม่มีคำสั่งให้ใช้คำว่า “ไม่พึงใจ” ดังนี้

ปฏิกิริยาสเตอริโอจำเพาะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งซึ่งมีโลหะทรานซิชันของกลุ่ม IVA-VIII (เช่น Ti, V, Cr, Zr) ซึ่งอยู่ในสถานะออกซิไดซ์บางส่วน และสารประกอบใดๆ ที่มีคาร์บอนหรือไฮโดรเจน ซึ่งถูกพันธะกับ โลหะจากกลุ่ม I-III ตัวอย่างคลาสสิกของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวคือตะกอนที่เกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของ TiCl4 และ Al(C2H5)3 ในเฮปเทน โดยที่ไทเทเนียมถูกรีดิวซ์เป็นสถานะไตรวาเลนต์ ระบบที่มีฤทธิ์เป็นพิเศษนี้กระตุ้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของโพรพิลีนที่อุณหภูมิและความดันปกติ

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อควบคุมเคมีของกระบวนการออกซิเดชันมีความสำคัญอย่างยิ่งทางวิทยาศาสตร์และในทางปฏิบัติ ในบางกรณี การออกซิเดชันจะต้องเสร็จสมบูรณ์ เช่น เมื่อทำให้ CO และสารปนเปื้อนไฮโดรคาร์บอนเป็นกลางในก๊าซไอเสียรถยนต์ อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่การออกซิเดชันจะไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจำนวนมากในการแปลงไฮโดรคาร์บอนให้เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่มีคุณค่าซึ่งมีกลุ่มฟังก์ชัน เช่น -CHO, -COOH, -C-CO, -CN ในกรณีนี้จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันคือสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันซึ่งใช้ในการออกซิไดซ์พาราไซลีนเป็นกรดเทเรฟทาลิก ซึ่งเป็นเอสเทอร์ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตเส้นใยโพลีเอสเตอร์

ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเกิดออกซิเดชันต่างกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้มักเป็นของแข็งออกไซด์เชิงซ้อน ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ขั้นแรก ออกซิเจนในออกไซด์จะถูกจับโดยโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของออกไซด์ ในกรณีนี้ ไฮโดรคาร์บอนจะถูกออกซิไดซ์ และออกไซด์จะลดลง ออกไซด์รีดิวซ์จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและกลับสู่สถานะเดิม การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวาเนเดียมทำให้ทาทาลิกแอนไฮไดรด์ได้มาจากการออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ของแนฟทาลีนหรือบิวเทน

การผลิตเอทิลีนโดยดีไฮโดรไดเมอไรเซชันของมีเทน การสังเคราะห์เอทิลีนผ่านกระบวนการดีไฮโดรไดเมอไรเซชันจะแปลงก๊าซธรรมชาติให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่สามารถขนส่งได้ง่ายขึ้น ปฏิกิริยา 2CH4 + 2O2? C2H4 + 2H2O ดำเนินการที่ 850? C ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้รับจากตัวเร่งปฏิกิริยา Li-MgO ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของเมทิลอนุมูลโดยการแยกอะตอมไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลมีเทน การกำจัดจะดำเนินการโดยการลดออกซิเจนที่ไม่สมบูรณ์ เช่น O22- อนุมูลเมทิลในเฟสก๊าซรวมตัวกันอีกครั้งเพื่อสร้างโมเลกุลอีเทน และในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชันตามมา จะถูกแปลงเป็นเอทิลีน อีกตัวอย่างหนึ่งของการเกิดออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์คือการเปลี่ยนเมทานอลเป็นฟอร์มาลดีไฮด์เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาเงินหรือเหล็ก-โมลิบดีนัม

ซีโอไลท์ ซีโอไลต์ประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทพิเศษที่ต่างกัน เหล่านี้เป็นอะลูมิโนซิลิเกตที่มีโครงสร้างรังผึ้งสั่งซึ่งขนาดเซลล์เทียบได้กับขนาดของโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด เรียกอีกอย่างว่าตะแกรงโมเลกุล สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือซีโอไลต์ซึ่งรูขุมขนนั้นเกิดจากวงแหวนที่ประกอบด้วยไอออนออกซิเจน 8-12 ไอออน (รูปที่ 2) บางครั้งรูขุมขนจะทับซ้อนกัน ดังเช่นในซีโอไลต์ ZSM-5 (รูปที่ 3) ซึ่งใช้สำหรับการแปลงเมทานอลที่มีความจำเพาะสูงให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่เป็นเศษส่วนของน้ำมันเบนซิน น้ำมันเบนซินประกอบด้วยอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีค่าออกเทนสูง ตัวอย่างเช่น ในนิวซีแลนด์ หนึ่งในสามของน้ำมันเบนซินที่ใช้ทั้งหมดผลิตโดยใช้เทคโนโลยีนี้ เมทานอลผลิตจากมีเทนนำเข้า

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบเป็นกลุ่ม Y-ซีโอไลต์ จะเพิ่มประสิทธิภาพของการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากคุณสมบัติเป็นกรดที่ผิดปกติเป็นหลัก การแทนที่อะลูมิโนซิลิเกตด้วยซีโอไลต์ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตน้ำมันเบนซินได้มากกว่า 20%

นอกจากนี้ซีโอไลต์ยังมีความสามารถในการคัดเลือกตามขนาดของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา การเลือกของพวกเขาถูกกำหนดโดยขนาดของรูพรุนซึ่งโมเลกุลที่มีขนาดและรูปร่างบางอย่างเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น เนื่องจากข้อจำกัดด้านสเตอริก พารา-ไซลีนจึงก่อตัวได้ง่ายกว่าไอโซเมอร์ออร์โธและเมตาที่มีขนาดใหญ่กว่า อย่างหลังพบว่าตัวเอง "ถูกขัง" อยู่ในรูขุมขนของซีโอไลต์ (รูปที่ 4)

การใช้ซีโอไลท์ทำให้เกิดการปฏิวัติอย่างแท้จริงในเทคโนโลยีอุตสาหกรรมบางอย่าง เช่น การดีแว็กซ์ของน้ำมันแก๊สและน้ำมันเครื่อง การได้รับตัวกลางทางเคมีสำหรับการผลิตพลาสติกโดยการอัลคิเลชันของสารประกอบอะโรมาติก การทำไอโซเมอไรเซชันของไซลีน ความไม่สมส่วนของโทลูอีน และการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาของน้ำมัน ซีโอไลต์ ZSM-5 มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษที่นี่

ตัวเร่งปฏิกิริยาและการปกป้องสิ่งแวดล้อม การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดมลพิษทางอากาศเริ่มขึ้นในปลายทศวรรษที่ 1940 ในปี 1952 A. Hagen-Smith พบว่าไฮโดรคาร์บอนและไนโตรเจนออกไซด์ที่มีอยู่ในก๊าซไอเสียทำปฏิกิริยากับแสงเพื่อสร้างสารออกซิแดนท์ (โดยเฉพาะโอโซน) ซึ่งทำให้ดวงตาระคายเคืองและให้ผลที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ในเวลาเดียวกัน Y. Khoudri ได้พัฒนาวิธีการฟอกก๊าซไอเสียด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการออกซิไดซ์ CO และไฮโดรคาร์บอนให้เป็น CO2 และ H2O ในปี 1970 ได้มีการจัดทำปฏิญญา Clean Air (ปรับปรุงในปี 1977 และขยายเพิ่มเติมในปี 1990) โดยกำหนดให้รถยนต์ใหม่ทุกคันตั้งแต่รุ่นปี 1975 จะต้องติดตั้งเครื่องฟอกไอเสีย มีการกำหนดมาตรฐานสำหรับองค์ประกอบของก๊าซไอเสีย เนื่องจากสารประกอบตะกั่วถูกเติมเข้าไปในตัวเร่งปฏิกิริยาพิษของน้ำมันเบนซิน จึงมีการนำโครงการเลิกใช้มาใช้ ยังให้ความสนใจถึงความจำเป็นในการลดปริมาณไนโตรเจนออกไซด์

ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับตัวทำให้เป็นกลางในรถยนต์ โดยที่ส่วนประกอบออกฤทธิ์จะถูกนำไปใช้กับซับสเตรตเซรามิกที่มีโครงสร้างรังผึ้ง ผ่านเซลล์ที่ก๊าซไอเสียผ่านไป พื้นผิวถูกเคลือบด้วยชั้นบางๆ ของโลหะออกไซด์ เช่น Al2O3 ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา - แพลทินัม แพลเลเดียม หรือโรเดียม ปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงธรรมชาติในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถลดลงได้โดยการเติมแอมโมเนียจำนวนเล็กน้อยลงในก๊าซไอเสียแล้วส่งผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมวาเนเดียม

เอนไซม์ เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาตามธรรมชาติที่ควบคุมกระบวนการทางชีวเคมีในเซลล์ที่มีชีวิต พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงาน การสลายสารอาหาร และปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ หากไม่มีปฏิกิริยาอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากมายก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เอนไซม์ทำงานที่อุณหภูมิและความดันปกติ มีความสามารถในการเลือกสรรที่สูงมาก และสามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้แปดลำดับความสำคัญ แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ เอนไซม์ที่รู้จัก 20 รายการจาก 15,000 รายการถูกใช้ในขนาดใหญ่

มนุษย์ใช้เอนไซม์มานับพันปีในการอบขนมปัง ผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ชีส และน้ำส้มสายชู ในปัจจุบัน เอนไซม์ยังใช้ในอุตสาหกรรมอีกด้วย เช่น ในการแปรรูปน้ำตาล ในการผลิตยาปฏิชีวนะสังเคราะห์ กรดอะมิโน และโปรตีน เอนไซม์โปรตีโอไลติกที่เร่งกระบวนการไฮโดรไลซิสจะถูกเติมลงในผงซักฟอก

ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรีย Clostridium acetobutylicum ทำให้ H. Weizmann ดำเนินการเปลี่ยนเอนไซม์ของแป้งเป็นอะซิโตนและบิวทิลแอลกอฮอล์ วิธีการผลิตอะซิโตนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอังกฤษในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองก็ใช้ในการผลิตยางบิวทาไดอีนในสหภาพโซเวียต

มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งโดยการใช้เอนไซม์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ในการสังเคราะห์เพนิซิลินตลอดจนสเตรปโตมัยซินและวิตามินบี 12

เอทิลแอลกอฮอล์ซึ่งผลิตโดยกระบวนการของเอนไซม์ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ ในบราซิล รถยนต์มากกว่าหนึ่งในสามของประมาณ 10 ล้านคันใช้เอทิลแอลกอฮอล์ 96% ที่ได้มาจากอ้อย ในขณะที่ส่วนที่เหลือใช้ส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและเอทิลแอลกอฮอล์ (20%) เทคโนโลยีการผลิตเชื้อเพลิงซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำมันเบนซินและแอลกอฮอล์ได้รับการพัฒนาอย่างดีในสหรัฐอเมริกา เมื่อปี พ.ศ.2530 ประมาณ. แอลกอฮอล์ 4 พันล้านลิตร ซึ่งประมาณ 3.2 พันล้านลิตรใช้เป็นเชื้อเพลิง สิ่งที่เรียกว่ายังค้นหาแอพพลิเคชั่นต่างๆ เอนไซม์ตรึง เอ็นไซม์เหล่านี้เกาะติดกับส่วนรองรับที่เป็นของแข็ง เช่น ซิลิกาเจล ซึ่งรีเอเจนต์จะถูกส่งผ่าน ข้อดีของวิธีนี้คือทำให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวจะสัมผัสกับเอนไซม์ การแยกผลิตภัณฑ์ และการเก็บรักษาเอนไซม์อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างหนึ่งของการใช้เอนไซม์ตรึงรูปทางอุตสาหกรรมคือการเปลี่ยนไอโซเมอไรเซชันของดี-กลูโคสเป็นฟรุกโตส

ถ่านหิน. พจนานุกรมถ่านหิน. 2012

ดูการตีความ คำพ้องความหมาย ความหมายของคำ และ CATALYSIS คืออะไร: การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมในภาษารัสเซียในพจนานุกรม สารานุกรม และหนังสืออ้างอิง:

• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในบอลชอย สารานุกรมโซเวียต, ทีเอสบี:
  (จากภาษากรีก katalysis - การทำลายล้าง) การเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีสาร (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ที่เข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมีระดับกลางกับ ...
• แอปพลิเคชัน
  ความแข็งแกร่งทางกายภาพ - การใช้งานที่เหมาะสม เจ้าหน้าที่หน่วยงานบังคับใช้กฎหมาย สหพันธรัฐรัสเซียกำลังกายเพื่อปราบปรามการกระทำความผิด กักขังบุคคล...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมศัพท์เศรษฐกิจ:
  FORCES - การกระทำที่รุนแรงซึ่งขัดต่อหลักการห้ามใช้กำลังและการขู่ว่าจะใช้กำลัง ละเมิดกฎบัตรสหประชาชาติ บูรณภาพแห่งดินแดน หรือทางการเมือง...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมสารานุกรมน้ำท่วมทุ่ง:
  ความรู้ ความสามารถ และทักษะ สร้างความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีและการปฏิบัติในงานการศึกษา ความรู้กลายเป็นสื่อที่มีอิทธิพลต่อวัตถุและปรากฏการณ์...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมสารานุกรมใหญ่:
  (จากภาษากรีก katalysis - การทำลายล้าง) การเร่งปฏิกิริยาเคมีต่อหน้าสาร - ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ แต่ในปฏิกิริยา ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมสารานุกรมสมัยใหม่:
  
• ตัวเร่งปฏิกิริยา
  (จากภาษากรีก katalysis - การทำลายล้าง) ความเร่งของปฏิกิริยาเคมีต่อหน้าสาร - ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ แต่ในปฏิกิริยา ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมสารานุกรม:
  ก, กรุณา ไม่ m. กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีหรือเปลี่ยนความเร็วโดยการเติมสารเร่งปฏิกิริยาเล็กน้อย การเร่งปฏิกิริยา - เกี่ยวข้องกับ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา
  สถาบัน CATALYSIS SB RAS หลัก ในปีพ.ศ. 2501 ที่เมืองโนโวซีบีสค์ วิจัย ตามหลักวิทยาศาสตร์ พื้นฐานของตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการ; การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ กระบวนการและ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมสารานุกรม Big Russian:
  CATALYSIS (จากภาษากรีก katalysis - การทำลายล้าง) การเร่งความเร็วของเคมี ปฏิกิริยาต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมีปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ แต่ใน ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมของถ่านหิน:
  การเร่งปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของสารจำนวนเล็กน้อย (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ซึ่งตัวมันเองจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำปฏิกิริยา กระบวนการเร่งปฏิกิริยามีบทบาทอย่างมาก...
• แอปพลิเคชัน
  ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ใบสมัคร ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในกระบวนทัศน์เน้นเสียงที่สมบูรณ์ตาม Zaliznyak:
  กะตะ "ลิซ กะตะ"ลิซ่า กะตะ"ลิซ่า กะตะ"ลิซ กะตะ"ลิซ่า กะตะ"ลิซาม กะตะ"ลิซ กะตะ"ลิซ่า กะตะ"ลิซ กะตะ"ลิซ กะตะ"ลิซ่า ...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมคำศัพท์ธุรกิจรัสเซีย:
  
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมคำต่างประเทศฉบับใหม่:
  ((gr. การทำลายคาตาไลซิส) การกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงความเร็วโดยการเติมสารเล็กน้อย (ตัวเร่งปฏิกิริยา) อุตสาหกรรมเคมีใช้กันอย่างแพร่หลาย k...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมสำนวนต่างประเทศ:
  [เคมีความตื่นเต้น ปฏิกิริยาหรือการเปลี่ยนแปลงความเร็วโดยการเติมสาร (ตัวเร่งปฏิกิริยา) เล็กน้อย เคมี อุตสาหกรรมใช้กันอย่างแพร่หลาย (ในการผลิตแอมโมเนีย ...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมภาษารัสเซีย:
  Syn: ใช้, ใช้, ประยุกต์ใช้, ฝึกฝน, กระทำ; บริการ...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมคำพ้องความหมายของอับรามอฟ:
  - วี…
• แอปพลิเคชัน
  Syn: ใช้, ใช้, ประยุกต์ใช้, ฝึกฝน, กระทำ; บริการ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมคำพ้องความหมายภาษารัสเซีย:
  ตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ, ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ, โฟโตคะตะไลซิส, ...
• แอปพลิเคชัน
  พ กระบวนการดำเนินการตามมูลค่า คำกริยา: ใช้, ใช้, ใช้, ...
• ตัวเร่งปฏิกิริยา ในพจนานุกรมอธิบายใหม่ของภาษารัสเซียโดย Efremova:
  ม. การเร่งปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของ ...
• แอปพลิเคชัน ในพจนานุกรมภาษารัสเซียของ Lopatin:
  แอปพลิเคชัน, ...