2.1. Энергетика и химическая природа катализа

В соответствии с современными физико-химическими представле­ниями о сущности катализа катализатор и реагирующие вещества сле­дует рассматривать как единую каталитическую реакционную систему, в которой химические превращения испытывают не только реактанты под действием катализатора, но и катализатор при взаимодействии с реагентами. В результате такого взаимного воздействия в реакционной системе устанавливается стационарный состав поверхности катализа­тора, определяющий его каталитическую активность. Отсюда следует, что катализатор — не просто место осуществления реакции, а непосред­ственный участник химического взаимодействия, и его каталитическая активность обусловливается химической природой катализатора и его химическим сродством к реактантам.

Исходя из основного постулата о химической природе взаимодей­ствия в каталитической реакционной системе можно сформулировать некоторые важные для предвидения каталитического действия термо­динамические и кинетические принципы.

1. Катализатор должен химически взаимодействовать хотя бы с одним из компонентов реагирующих веществ (с образованием координа­ционных, ионных или ковалентных связей).

1. Изменение свободной энергии процессов взаимодействия в катали­тической реакционной системе должно быть менее отрицательным, чем изменение свободной энергии катализируемой реакции, т. е. со­единения реагирующих веществ с катализатором должны быть тер­модинамически менее прочными, чем продукты реакции (если это требование не соблюдается, катализатор быстро выходит из строя, образуя нерегенерируемое прочное химическое соединение).

3. Многостадийный каталитический процесс термодинамически будет наиболее выгодным (вероятным), если изменения свободной энер­гии на каждой из стадий примерно одинаковы и равны половине изменения теплового эффекта суммарного процесса.

4. В кинетическом отношении каталитическая реакция будет идти с большей скоростью, если в результате промежуточного химическо­го взаимодействия катализатор будет снижать энергию активации химической реакции. Это правило согласуется с принципом компенсации энергии разрывающихся связей в катализе.

5. Установлена определенная закономерность между специфичнос­тью каталитического действия и типом кристаллической структуры твердых тел. Каталитической активностью ионного и электронного типов обладают твердые тела соответственно с ионной и металличес­кой кристаллической структурой, а также кристаллы промежуточ­ного (ионно-металлического) типа. Молекулярные и ковалентные кристаллы в отношении катализа практически инертны[1].

3. Значение и назначение процесса

Процесс каталитического крекинга является одним из наиболее рас­пространенных крупнотоннажных процессов углубленной переработ­ки нефти и в значительной мере определяет технико-экономические показатели современных и перспективных НПЗ топливного профиля.

Основное целевое назначение каталитического крекинга — про­изводство с максимально высоким выходом (до 50 % и более) высоко­октанового бензина и ценных сжиженных газов — сырья для после­дующих производств высокооктановых компонентов бензинов изо­мерного строения: алкилата и метил-трет-бутилового эфира, а также сырья для нефтехимических производств. Получающийся в процессе легкий газойль используется обычно как компонент дизельного топ­лива, а тяжелый газойль с высоким содержанием полициклических ароматических углеводородов — как сырье для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса (на­пример, игольчатого)[1].