کاتالیز‌گر

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از کاتالیزور)
پرش به: ناوبری، جستجو

کاتالیزور، کاتالیست یا کاتالیزگر (به انگلیسی: Catalyst) ماده‌ای است که اگر به مخلوط واکنشی افزوده شود، سرعت رسیدن ماده به حالت تعادل در سیستم را، بدون آنکه خود دستخوش تغییر شیمیایی پایدار شود، تغییر می‌دهد و معمولاً آن‌را افزایش می‌دهد.[۱] کاتالیزورها ممکن است همگن یا ناهمگن باشند ولی معیارهای زیر در تمامی آنها صدق می‌کند:

  • گرچه کاتالیزور بر سرعت واکنش اثر می‌گذارد، اما نمی‌تواند موقعیت تعادل را در یک واکنش برگشت‌پذیر تغییر دهد.
  • به طور نظری، کاتالیزور را می‌توان بدون آنکه دستخوش تغییر شیمیایی شود در پایان واکنش بدست آورد، هرچند ممکن است از لحاظ فیزیکی تغییر کرده‌باشد.

تعریف کاتالیزور و کاربرد[ویرایش]

کاتالیزورها مواد شیمیایی هستند که در فرایند های شیمیایی باعث افزایش سرعت واکنش می شوند. شناخت عمیق از فاکتور های تبدیل شیمیایی در هر واکنش تبدیلی و ایجاد شرایط بهینه باعث افزایش بازدهی و عملکرد واحد و به طبع آن باعث صرفه جویی اقتصادی می شود. کاتالیست در هر واکنش شیمیایی که سرعت و شرایط بهینه مورد نظر باشد کاربرد دارد.

کاربرد کاتالیست ها[ویرایش]

1- نفت و گاز: عمده ترین مصرف کاتالیزور ها در صنعت نفت در دو فرآیند کراکینگ (شکستن مولکول های درشت به کوچک) و رفرمینگ (دوباره بازآرایی و ترکیب مولکول هایی برای تولید) می باشد. در صنعت نفت بیشتر از کاتالیزور های زیگلرناتا، کاتالیزور های فلزی و ارگانومتالیک استفاده می شود. 2- واحد های پتروشیمی: فرآیند های کاتالیزوری در این مورد نسبت به فرآیند های صنعت نفت، حجم خیلی کمتری را اشغال می کنند ولی محصولات فوق العاده مهم و بسیار متنوعی تولید می کنند مانند تولید پلی اتیلن و اتیلن، تولید پروپین، هیدروژن زدایی از پارافین های خطی، تولید سیکلو هگزان 3- مبدل های کاتالیزوری اتومبیل: در این بخش به صورت مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شوند. در اگزوز اتومبیل ها بستری از فلزات جامد مثل Pt روی پایه آلومینات قرار گرفته و هیدروکربن های مضر مثل CO و غیره را جذب می کند.

مکانیسم واکنش های کاتالیزوری[ویرایش]

کاتالیزور تنها واکنش هایی که از نظر ترمودینامیکی انجام می شوند را سرعت می بخشد. کاتالیزور در مرحله اول واکنش مصرف و در مرحله بعد تولید می شود و فقط راه تازه برای پیشرفت واکنش می گشاید.

ویژگی های یک کاتالیزور خوب[ویرایش]

1- فعالیت بالایی داشته باشد - مساحت سطح بالایی داشته باشد. - گرمای جذب سطحی آن متوسط باشد. 2- مقاومت مکانیکی بالایی داشته باشد - پودر نشود - ساییده نشود - تغییر آرایش ندهد 3- عملکرد مناسب در دماهای عملیاتی داشته باشد 4- خاصیت گزینش پذیری محصولات جانبی کم باشد 5- عمر مفید بالایی داشته باشد

کاتالیزور های همگن و ناهمگن[ویرایش]

در کاتالیزور های همگن، ماده ای که به عنوان کاتالیزور به کار می رود با مواد واکنش دهنده در یک فازند. ولی در یک کاتالیزور ناهمگن یا کاتالیزور سطحی، مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در دو فاز مجزا در کنار هم هستند و واکنش در سطح کاتالیزور صورت می گیرد. نمونه ای از کاتالیزور همگن در فاز گازی اثر کلر در تجزیه دی نیتروژن اکسید است. گاز دی نیتروژن اکسید در دمای اتاق گاز نسبتا بی اثری است؛ اما در دما های نزدیک به صد درجه طبق معادله زیر تجزیه می شود 2N2O(g) ⟶ 2N2 (g) + O2 (g)

کاتالیزور های مرغوب و نامرغوب[ویرایش]

کاتالیزور ها به دو نوع مرغوب و نامرغوب تقسیم می شوند. کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که فقط اجازه تشکیل یک نوع محصول را بدهد و اگر در حضور کاتالیزور محصولات متفاوتی امکان تشکیل داشته باشند آن کاتالیزور، نامرغوب تلقی می شود. فعالیت کاتالیزور ها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره ای موارد کاتالیزور معین موجب سنتز محصولات کاملا متفاوت دیگری از همان مواد می شود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است مثلا کربن مونوکسید و هیدروژن بر هم اثر می کنند و بسته به شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده محصولات بسیار متنوعی ایجاد می کنند. اگر کبالت یا نیکل به عنوان کاتالیزور به کار برده شود، مخلوطی از هیدروکربن ها را به وجود می آورد. در اینجا نیکل به عنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می کند. CO(g) + 3H2 (g) ⟶ CH4 (g) + H2O و اگر مخلوطی از روی و اکسید کرم به عنوان کاتالیزور مصرف شود از واکنش متانول تولید می شود. CO(g) +2H2 (g) ⟶ CH3OH(g) برای این واکنش نیکل یک کاتالیزور مرغوب است. کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند.

غیرفعال شدن کاتالیزور[ویرایش]

کاتالیزور ها دارای عمر مفید و معین هستند و با گذشت زمان از فعالیت و تاثیر آن در واکنش کاسته می شود یعنی نقاط فعالی روی کاتالیزور وجود دارد که این نقاط به مرور زمان مسموم می شوند. مسمومیت می تواند: - ایجاد لایه ضخیم از ماده واکنش دهنده بر روی کاتالیزور دهد. - باعث تغییر آرایش بلوری کاتالیزور شود. - باعث جذب ناخالصی ها در نقاط فعال شود.

فرایند تصفیه با هیدروژن[ویرایش]

فرایند تصفیه در پالایش نفت دارای اهمیت زیادی است. به علت گرانی هیدروژن این روش تا مدت ها توسعه چندانی نیافته بود. ولی از زمانی که توانستند هیدروژن ارزان قیمت از واحد رفرمینگ بدست بیاورند در پالایشگاه ها گسترش یافت. هدف عملیات تصفیه با هیدروژن خذف یا کاهش ترکیبات گوگردی، نیتروژن دار و اکسیژن دار فلزات و ترکیبات سیر نشده است. کاتالیزورهایی که در عملیات تصفیه با هیدروژن به کار می روند اکسید ها و یا سولفید های فلزاتی چون Co,Ni,Fe بر روی پایه اکویین می باشند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. «کاتالیزور»(فارسی)‎. وبگاه علمی دانشجویان ایران.