НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Получение катализаторов нанесением активного компонента на носитель

Преимущества приготовления катализаторов путем нанесения активных ингредиентов на носитель включают эффективное использование активных ингредиентов благодаря их высокой дисперсности и меньшее количество опасных отходов. Нанесенные катализаторы можно разделить на две основные категории в зависимости от механизма взаимодействия и далее будут называться "адсорбированными" и "импрегнированными" катализаторами. В случае адсорбированных катализаторов происходит взаимодействие между опорой и исходным материалом, адсорбированным на ее поверхности в процессе подготовки. В случае импрегнированных катализаторов это взаимодействие невелико, и активное вещество исходного соединения растворяется в порах носителя.

Выбор носителя с наилучшей текстурой очень важен для разработки активных катализаторов, так как при низком содержании активного вещества пористая структура нанесенного катализатора практически идентична структуре носителя.

Характерное свойство осажденного катализатора - гетерогенное распределение активных компонентов в поперечном сечении гранулы.

Многие исследователи признают, что осажденные катализаторы можно разделить на четыре типа:

• I - равномерно распределенные;
• II - "корка", где активные компоненты сосредоточены на периферии гранул;
• III - где активные компоненты сосредоточены в центре гранул (так называемый "желток");
• IV - где активные компоненты расположены в центре катализатора, вдали от центра и на внешней поверхности.

Оптимальная глубина осаждения платины зависит в основном от величины критерия, определяющего связь между скоростью реакции и скоростью диффузии. При небольших значениях (< 0,5), когда реакция протекает в кинетической области, целесообразно наносить платину равномерно по всей внутренней поверхности зерна (см. тип I). Эффект от увеличения концентрации платины в наружных слоях зерна начинает сказываться при (>10). Приготовление так называемых корковых катализаторов, в которых активные компоненты приближены к внешней поверхности гранул, имеет смысл только в условиях высоких скоростей реакции.

Для реакций, протекающих в кинетическом диапазоне (низкие скорости), в некоторых случаях желательно поместить активный компонент в центр гранул (см. формулу III). В этом случае внешняя опорная зона без активного ингредиента защищает активный ингредиент от токсинов и кокса и уменьшает потери активного ингредиента при износе катализатора.

Переход к двухдисперсной структуре катализатора значительно расширяет возможности выбора метода диспергирования. Переориентация полос с различными активными компонентами может быть дополнительным препаратом для контроля селективности реакции. В качестве примера многокомпонентного композитного катализатора компания General Motors разработала автомобильный катализатор дожигания с платиной на внешней поверхности (тип II распределения), затем были предложены полосы, содержащие рутений и палладий (тип IV распределения), последовательно углубляющиеся в зерно, и, наконец, равномерно расположенные в зерне (тип I распределения).

Хотя химический состав варьируется, основные характеристики катализаторов, осажденных с помощью оксидов металлов, можно различить по методу осаждения активного ингредиента.

Адсорбционный метод характеризуется высокой дисперсностью частиц активного компонента, близкой к атомному уровню, что позволяет поддерживать их содержание в широком диапазоне, и высокой термической стабильностью для бинарных катализаторов.

Катализатор, полученный методом пропитки, имеет высокую дисперсность только при низком содержании активного компонента. Преимуществами метода пропитки являются его простота и доступность исходных материалов, в частности нитратов и карбонатов. Однако следует отметить ряд недостатков: ограниченная концентрация активного компонента из-за растворимости исходного материала и объема пор носителя, возможное неравномерное распределение активного компонента по гранулам из-за частичной потери раствора вокруг гранул в процессе сушки и т.д.

Адсорбционный метод свободен от этих недостатков, поскольку между адсорбентом и функциональными группами носителя образуется химическая связь. Ограничения этого метода в основном связаны с недостаточным набором соединений, которые обладают необходимой растворимостью и могут быть осаждены на поверхность носителя.