РОЛЬ КАТАЛИЗА В РАЗВИТИИ ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ

Лекция 2

 

За последние десятилетия химическая и нефтеперерабатывающая промышленности значительно выросли и оказывают сильное влияние на экономику стран. Так, например, нефтепереработка – один из важнейших секторов мировой экономики: ежегодно в мире перерабатывается около 3,5 млрд. т нефти стоимостью более 500 млрд. долл. США, а стоимость продукции нефтепереработки составляет триллионы долларов. Ключевой основой современной химической и нефтеперерабатывающей промышленности являются каталитические технологии, процессы.

Разработка новых катализаторов и сорбентов, обновление их ассортимента, расширение использования в разных сферах определяют технический уровень и прогресс экономики страны. Катализаторы и сорбенты являются высокой наукоемкой продукцией межотраслевого применения, т.к. области их использования включают химическую, нефтехимическую, нефтеперерабатывающую, пищевую, легкую, металлургическую промышленности, затрагивая экологические аспекты всех видов производств.

В настоящее время с применением катализаторов в России производится более 15 % ВВП (валового внутреннего продукта), в США эта доля составляет более 50 %. В себестоимости продукции, при создании которой используются катализаторы, их доля составляет не более 0,5 – 1,0 %, однако именно катализаторы в значительной степени определяют конечную стоимость и качество продукции. Их определяющее значение, прежде всего, сказывается на ресурсосбережении и энергоэффективности многотоннажных промышленных базовых производств, а переход от одного поколения катализаторов на более высокоэффективные каталитические системы обеспечивает значительно снижение количества образующихся побочных продуктов в несколько раз. Общий объем рынка катализаторов в мире составляет около 15-20 млрд. долл. США, с использованием катализаторов в разных отраслях производится продукции на сумму выше 2 трлн.долл. США. Ведущие фирмы постоянно разрабатывают новые и совершенствуют существующие катализаторы. В среднем ассортимент катализаторов на мировом рынке обновляется на 15-20 %, причем номенклатура зарубежных катализаторов в несколько раз превосходит отечественный перечень.

Применение катализаторов – наиболее эффективный и экономичный способ решения проблем экологии и рационального использования ресурсов путем углубления их переработки и вовлечения неиспользуемых побочных продуктов.

Доля каталитических процессов в стратегически важных отраслях промышленности – производстве моторных топлив, мономеров (этилен, пропилен, бутены, бутадиен и другие), ароматических соединений – достигает 90 %, при этом использование отечественных катализаторов не превышает 50 %. Производство высококачественных продуктов, соответствующих международным эксплуатационным и экологическим требованиям существенно зависит от вторичных процессов, в которых роль катализаторов и их свойства являются главными.

Наиболее крупнотоннажными производствами химической и нефтеперерабатывающей промышленности являются производства серной и азотной кислоты, аммиака, метанола, процессы каталитического крекинга, риформинга, гидроочистки и другие. Катализаторы этих процессов отличаются по химическому составу, способу приготовления и применения и продолжительности действия.

Так, например, катализаторы крекинга работают в условиях движущего слоя, перемещаясь из реактора в регенератор, при этом происходит сильная деформация частиц катализатора, его унос через циклоны реактора и регенератора. В среднем, в систему каталитического крекинга в зависимости от типа установки загружается от 250 до 400 т катализатора единовременно, а безвозвратные потери составляют от 0,2 до 1,0 кг на 1 т углеводородного сырья. В общей сложности одна загрузка установки крекинга составляет от 500 до 1000 т свежего катализатора.

Катализаторы гидроочистки (алюмокобальтмолибденовые, алюмоникельмолибденовые и другие модифицированные катализаторы) и риформинга (алюмоплатиновые и полиметаллические на основе платины катализаторы) сильно отличаются от катализаторов крекинга (цеолитсодержащие катализаторы). Это катализаторы длительного использования, загружают их в реакторы один раз в 5 – 10 лет, но и стоимость этих катализаторов в 3-4 раз выше.

В связи с этим, к катализаторам предъявляются самые высокие требования:

- они должны обладать высокой активностью в превращении исходного сырья,

- они должны быть высокоселективными в образовании целевых продуктов, не менее 85-90 %, т.к. при более низких селективностях сильно растет выход побочных продуктов, что снижает рентабельность процесса,

- они должны быть стабильными и иметь достаточно высокий межрегенерационный пробег и срок службы.