مطالب کلی کاتالیست و دسته بندی ها
در شیمی کاتالیزورها به موادی گفته می شود که با تغییر مسیر واکنش سرعت واکنش را تغییر می دهند. بیشتر اوقات از کاتالیزور برای سرعت بخشیدن یا افزایش سرعت واکنش استفاده می شود. با این حال ، اگر به سطح عمیق تری برویم ، از کاتالیزورها برای شکستن یا بازسازی پیوندهای شیمیایی بین اتم ها که در مولکول های عناصر یا ترکیبات مختلف وجود دارد ، استفاده می شود. در واقع ، کاتالیزورها مولکول ها را به واکنش تشویق می کنند و کل روند واکنش را آسان و کارآمد می کنند.
برخی از خصوصیات مهم کاتالیزورها عبارتند از:
- یک کاتالیزور واکنش شیمیایی را شروع نمی کند.
- کاتالیزور در واکنش مصرف نمی شود.
کاتالیزورها تمایل دارند با واکنش دهنده ها واکنش داده و واسطه هایی را تشکیل دهند و همزمان تولید محصول نهایی واکنش را تسهیل کنند. پس از کل روند کاتالیز می تواند دوباره تکرار شود.
کاتالیزورها تمایل دارند با واکنش دهنده ها واکنش داده و واسطه هایی را تشکیل دهند و همزمان تولید محصول نهایی واکنش را تسهیل کنند. پس از کل روند کاتالیز می تواند دوباره تکرار شود.
کاتالیست می تواند جامد ، مایع یا گازی باشد. برخی از کاتالیزورهای جامد شامل فلزات یا اکسیدهای آنها از جمله سولفیدها و هالیدها هستند. از عناصر نیمه فلزی مانند بور ، آلومینیوم و سیلیسیم نیز به عنوان کاتالیزور استفاده
می شود. به همین ترتیب ، عناصر مایع و گازی که به صورت خالص هستند به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند.
کاتالیست می تواند جامد ، مایع یا گازی باشد. برخی از کاتالیزورهای جامد شامل فلزات یا اکسیدهای آنها از جمله سولفیدها و هالیدها هستند. از عناصر نیمه فلزی مانند بور ، آلومینیوم و سیلیسیم نیز به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. به همین ترتیب ، عناصر مایع و گازی که به صورت خالص هستند به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند.
عملکرد کاتالیست ها :
کاتالیست ها سرعت واکنش را با تغییر مسیر عوض کرده و از کاتالیست های پتروشیمی و صنعتی برای کاهش و افزایش سرعت واکنش استفاده می کنند مانند اثر واکنشی که در ارتباط با بازیافت روغن است را می توان اشاره کرد در خصوص تغییر مسیر و افزایش سرعت از آن بهره می برند. از مدل های مختلف کاتالیست های پتروشیمی و صنعتی برای بازسازی و شکستن پیوندهای شیمیایی بین اتم ها در ترکیبات مختلف و مولکول های عناصر بکاربرده می شود. بنابراین می توان گفت کاتالیزورها باعث سریع تر واکنش دادن مولکول ها می شوند.
کاتالیست های پالایشگاهی :
پالایشگاه های نفت با هدف تبدیل نفت خام و یا میعانات گازی به فرآورده های نفتی ایجاد می شوند. بدون شک دسترسی به منابع خوراک و فناوری های مورد نیاز، بزرگی و تنوع بازار فرآورده های پالایشگاهی و یکپارچه سازی مجتمع های پالایشی و پتروشیمی منجر به تولید اقتصادی محصولات پالایشی خواهد شد. در حالت کلی فرآیندهای مورد استفاده در صنایع پالایشگاهی به چهار دسته عمومی تقسیم می شوند:
- فرآیندهای جداسازی (Separation Processes)
- فرآیندهای تبدیلی/شکست مولکولی (Conversion Processes)
- فرآیندهای کاهش گوگرد (Desulfurization Processes)
- فرآیندهای ارتقاء کیفیت و خواص محصولات (Finishing Processes)
فرایندهای جداسازی شامل فرایندهای جداسازی آب و نمک و کلیه ¬ی فرایندهای تقطیر اتمسفریک و تقطیر در خلاء
می باشد. فرایندهای تبدیلی نیز، همان طور که از اسمش مشخص است، به منظور تبدیل هیدروکربن های سنگین به سبک تر مورد استفاده قرار می گیرند. در واقع هر قدر خوراک ورودی به مجتمع پالایشگاهی سنگین تر باشد (API پایین تر)، نیاز به فرایندهای تبدیلی بیشتر خواهد شد. از فرایندهای تبدیلی میتوان به واحد های کراکینگ (بستر سیال، حرارتی، آیزوماکس) اشاره نمود که برش های سنگین تولیدی در برج تقطیر در اتمسفریک و خلاء را به محصولات سبک و میان تقطیر تبدیل
می نمایند. از مهمترین واحدهای تبدیلی و به نوعی پیوند دهنده ی صنعت پالایش و پتروشیمی می توان به واحدهای کراکینگ بستر سیال (FCC) اشاره نمود. این واحدها با تولید الفین های سبک (پروپیلن و بوتیلن) و همچنین بنزین از مهمترین واحدهای پالایشگاه های جدید می باشند.
یکی از مهمترین واحد های فرایندی در هر پالایشگاهی، واحدهای کاهش میزان گوگرد می باشد که تمامی آنها نیز تحت کاتالیست می باشند. این واحدها جهت حذف گوگرد و فلزات سنگین و سایر ترکیبات آلاینده از برش های مختلف تولیدی به کار می روند. از مهمترین واحدهای حذف گوگرد می توان به فرایندهای تصفیه ی هیدروژنی برش های نفتا ، نفت سفید و نفت گاز اشاره نمود.
فرایندهای ارتقاء کیفیت نیز شامل واحدهای تبدیل کاتالیستی ، ایزومریزاسیون و آلکیلاسیون اشاره نمود که تمامی این واحدها نیز کاتالیستی می باشند.
به نظر می رسد، بخش عمده ای از ارزش افزوده ایجاد شده در مجتمع های پالایشی ناشی از فرایندهای تحت کاتالیستی می باشد به همین منظور نیز انتخاب و استفاده کاتالیست مناسب از مهمترین عوامل ایجاد ارزش افزوده ی پایدار در این صنعت خواهد بود. مرکز مطالعات زنجیره ارزش معتقد است، بنگاه های پالایشگاهی می توانند؛ در تعامل با شرکت های توانمند داخلی، برنامه ریزی و اقدامات لازم را به منظور تامین و تولید کاتالیست های مورد نیاز خود داشته باشند.
کاتالیست‌های صنعتی مهم و پرکاربرد پالایشگاهی عبارتند از:
- کراکینگ بستر سیال (FCC / RFCC)
- کراکینگ با هیدروژن / آیزوماکس (Hydrocracking)
- ریفرمینگ نفتا (Naphtha Reforming)
- تصفیه هیدروژنی (Hydro Treating)
- ایزومریزاسیون (Isomerization)
سه کاتالیست اولی که در بالا اشاره شد، در فرایندهای تبدیلی استفاده می‌شوند. اما دو کاتالیست دیگر، به منظور تولید محصولات منطبق با استانداردهای کیفی و زیستی استفاده می‌شوند. تولید کاتالیست‌های کیفی‌سازی تصفیه با هیدروژن، نوع دیگر کاتالیست در پالایشگاه است. این نوع از کاتالیست برای کاهش میزان گوگرد موجود در فراورده‌های هیدروکربنی استفاده میشود.
کاتالیست های پتروشیمی :
از انواع کاتالیست های صنعتی و پتروشیمی در این صنعت بسیار استفاده شده و کارایی بالایی دارند. در واقع میتوان گفت یکی از موادی که حضور آنها در انجام واکنش‌های مربوط به پتروشیمی لازم و ضروری این محصولات هستند.
فرایندهای مجتمع های پتروشیمی به دو دسته پلیمری و غیر پلیمری تقسیم می شوند. از جمله کاتالیزورهای غیر پلیمری پتروشیمی میتوان به دی هیدروژناسیون، اتیلن به اتیلن اکساید، ریفورمینک خشک، آرماتیزاسیون و… اشاره کرد از نوع پلیمری میتوان اکسید آنتیموان، تری اتیلن آمین و … را نام برد.
بدیهی است که تنوع کاتالیست های مصرفی در صنعت پتروشیمی، به دلیل تعدد فرایندها و محصولات، بیشتر از صنعت پالایشگاهی باشد. به طور کلی برای درک بازار کاتالیست های صنعتی در ایران، بهترین نوع طبقه بندی، طبقه بندی بر اساس صنایع مصرف کننده است.
صنعت پتروشیمی مهمترین حلقه زنجیره ارزش تبدیل نفت و گاز به محصوالت شیمیایی و پلیمری محسوب میشود. زنجیره های تولید محصولات پایه پتروشیمیایی را میتوان به هفت دسته تقسیم بندی کرد:
- زنجیره تبدیل اتیلن
- زنجیره تبدیل گاز سنتز
- زنجیره تبدیل پروپیلن
- زنجیره تبدیل بوتادین
- زنجیره تبدیل زایلنها
- زنجیره تبدیل تولوئن
- زنجیره تبدیل بنزن
انواع کاتالیزور ها :
- کاتالیزورهای مثبت
این کاتالیزورها با کاهش موانع سرعت واکنش شیمیایی را چند برابر می‌کنند. افزایش سرعت توسط کاتالیست‌های مثبت به حدی زیاد است که مولکول‌های زیادی را در طول واکنش می‌تواند به محصول تبدیل کند. در واقع این کاتالیزورها در افزایش عملکرد و بازدهی محصولات شیمیایی بسیار تاثیرگذار هستند.
- کاتالیزورهای منفی
در علم شیمی این کاتالیست‌ها را منفی نام‌گذاری کردند که باعث کاهش سرعت واکنش‌های شیمیایی می‌شوند. به عبارتی دیگر این کاتالیزورها با زیاد کردن موانع انرژی فعال‌سازی تعداد مولکول‌های شرکت کننده در واکنش را کم می‌کنند. این عمل باعث کاهش سرعت واکنش شده و در نتیجه میزان تولید محصولات را کاهش می‌دهد.
- پروموترها
شیمیدان ها از ماده‌ای به نام پروموتر یا شتاب دهنده استفاده می‌کنند تا بتواند سرعت و فعالیت‌های کاتالیزورهای صنعتی را افزایش دهند. هدف از تولید انواع کاتالیست صنعتی و پتروشیمی افزایش میزان تولید محصول از طریق بالا بردن سرعت واکنش است به همین دلیل بوده که موتورها یا تسریع‌کننده کاتالیزور ساخته شدند. مثلا مخلوط اکسیدهای پتاسیم و آلومینیوم در واکنش‌های شیمی Haber به عنوان پروموتر کاربرد دارد. همچنین لازم است بدانید که آزمایشات و پژوهش های زیادی با استفاده از انواع کاتالیست ها با برج تقطیر مرتبط هستند که می توانید اطلاعات بیشتری از این ستون های تقطیر بدست آورید.
“انواع کاتالیزور های صنعتی“
اما باید بدانید کاتالیست ها به چهار گروه تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. این محصولات صنعتی با توجه به کاربردشان در گروه‌های مختلفی می‌تواند قرار بگیرد. اکنون انواع این محصولات صنعتی را بررسی می کنیم .
- ناهمگن
کاتالیست ناهمگن در یک واکنش شیمیایی در فاز مخالف واکنش‌گر یا همان محصولات قرار می‌گیرد. ناهمگن‌ها دقیقاً برخلاف همگن‌ها عمل می‌کنند. فازها در حالت‌های جامد، مایع و گاز قابل تمایز هستند. به طور کلی محصولات مفیدی هستند، زیرا که بدون مصرف شدن سرعت واکنش و تولید محصول را افزایش می‌دهند.
- همگن
این محصولات در برخی از واکنش‌های شیمیایی که به‌کار برده میشود با واکنش دهنده‌ها هم فاز هستند. این محصولات معمولا با سوبستراها در حلال، حل می‌شوند. مثلا در واکنش‌هایی مانند هیدرو سیلیلاسیون، هیدرو سیاناسیون و … از همگن‌ها برای افزایش سرعت واکنش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- اتوکاتالیست
ممکن است در برخی از واکنش‌های شیمیایی از هیچ محصولی برای افزایش یا کاهش سرعت واکنش استفاده نشود. در واقع یکی از فرآورده‌های واکنش به صورت خودکار مانند یک کاتالیست عمل می‌کند. این فرآورده سبب افزایش سرعت واکنش میشود.
- زیستی
این نوع کاتالیست در بدن انسان وجود داشته و روی واکنش های بیوشیمیایی تاثیر گذارند. اغلب آنها ساختار پروتئینی دارند. این کاتالیزورها دارای نام و انواع متنوعی هستند. دانشمندان این کاتالیست‌ها را درون بدن موجودات زنده و انسان‌ها کشف کردند.
