کاتالیست در صنعت فولاد
تولید کاتالیست چیست+ انواع کاتالیست‌های صنعتی
اگر شما نیز نمی دانید کاتالیست چیست و تولید کاتالیست چگونه انجام می شود با ادامه این مقاله همراه رسول دانیال زاده نمین باشید. کاتالیست به مواد شیمیایی گفته می‌شود که در طول یک واکنش شیمیایی مصرف نمی‌شود اما سرعت واکنش را افزایش می‌دهد. سرعت واکنش در برخی واکنش های شیمیایی پایین است و به مدت زمان زیادی نیاز دارد تا واکنش تمام شود. به همین دلیل از کاتالیست به عنوان سرعت دهنده به واکنش استفاده می شود.
کاتالیست چیست؟
کاتالیست ماده‌ای شیمیایی است که از آن، برای افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شود. همانطور که می‌دانید هر چه انرژی فعالسازی بیشتر باشد، انجام یک واکنش، دشوارتر خواهد بود. از این رو کاتالیست‌ها، با خاصیتی که دارند موجب کاهش انرژی فعالسازی شده و سرعت واکنش را افزایش می‌دهند. ناگفته نماند که کاتالیزورها، هیچ شرکتی در واکنش ندارند و می‌توانند بارها مورد استفاده قرار بگیرند.
وظیفه کاتالیست چیست؟
همانطور که پیشتر بیان کردیم، کاربرد اصلی کاتالیست‌ها، افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی است. همچنین اشاره کردیم که این مواد، کار خود را از طریق کاهش موانع انرژی فعالسازی و تغییر مسیر واکنش انجام می‌دهند. اما وظیفه اصلی کاتالیزور چیست و چگونه عمل می‌کند؟ در حقیقت، کاتالیست‌های صنعتی، با هدف شکستن یا بازسازی پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های مولکول یا ترکیب‌ها استفاده می‌شوند. در طول یک واکنش شیمیایی، مولکول‌ها توسط کاتالیزورها تشویق می‌شوند تا کل فرایند، به آسانی و در زمان کوتاهی به اتمام برسد.
دو نکته مهم در رابطه با کاتالیست‌ها وجود دارد که عبارتند از
- کاتالیست‌ها، شروع‌کننده واکنش شیمیایی نیستند.
- کاتالیزورها، در طول واکنش مصرف نخواهند شد.
کاتالیست‌ها، معمولاً با واکنش دهنده‌ها، واکنش می‌دهند. از اینرو می‌توانند واسطه‌هایی را ایجاد کنند و به طور همزمان، سرعت واکنش را افزایش دهند. در نهایت، خود کاتالیست‌ها، دست نخورده باقی مانده و مجدداً تکرار خواهند شد.
مواد اولیه محصولاتی از قبیل تصفیه روغن، فیلتراسیون روغن‌های صنعتی، تبخیر کننده لایه نازک و انواع برج تقطیر، با استفاده از بهترین کاتالیست‌های صنعتی، با بالاترین نرخ کیفیت به دست می آیند.
دسته بندی کاتالیست های صنعتی
اگر با انواع کاتالیست در دنیا آشنا باشید، می دانید که فرآیند تولید کاتالیست از اهمیت بالایی برخوردار است و مراحل تولید کاتالیست به شیوه ای دقیق انجام می گیرد. به طور کلی دسته‌های مختلفی از کاتالیزورها وجود دارند که هر کدام عملکرد خاص خود را دارند. کاتالیست‌ها دارای چند دسته هستند که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.
کاتالیست های مثبت
کاتالیست‌های مثبت، به دسته‌ای از کاتالیزورها گفته می‌شود که با کاهش موانع، سرعت واکنش شیمیایی را چند برابر می‌کنند. افزایش سرعت توسط این دسته از کاتالیست‌ها، به قدری است که مولکول‌های زیادی در طول واکنش، به محصول تبدیل می‌شوند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که کاتالیست‌های مثبت، در افزایش عملکرد و بازدهی محصولات شیمیایی بسیار مؤثر هستند.
کاتالیزورهای منفی
در علم شیمی، به کاتالیست‌هایی که باعث کاهش سرعت واکنش‌های شیمیایی می‌شوند، کاتالیزورهای منفی می‌گویند. در واقع این دسته از کاتالیست‌های صنعتی، با افزایش موانع انرژی فعالسازی، تعداد مولکول‌های شرکت‌کننده در واکنش را کاهش می‌دهند. این امر باعث افت سرعت واکنش شده و در نتیجه میزان تولید محصول را کاهش می‌دهد.
پروموتر یا شتاب دهنده‌ها
هدف از تولید کاتالیست‌ها، افزایش میزان تولید محصول از طریق افزایش سرعت واکنش است. به این منظور شیمیدان‌ها، از ماده‌ای به نام پروموتر یا شتاب دهنده‌ها استفاده می‌کنند تا سرعت و فعالیت کاتالیست‌های صنعتی افزایش دهند. نام دیگر این مواد، تسریع‌کننده کاتالیزور می‌باشد.
برای مثال، مخلوط اکسیدهای پتاسیم و آلومینیوم در واکنش شیمیایی Haber، به عنوان شتاب دهنده استفاده می‌شود.
سموم یا بازدارنده‌های کاتالیست
برخلاف شتاب دهنده‌ها، نوع دیگری از مواد وجود دارد که به آن‌ها، سموم یا بازدارنده کاتالیست می‌گویند. سموم سرعت واکنش شیمیایی را از طریق مهار فعالیت کاتالیست‌ها، کاهش می‌دهد.
انواع کاتالیست های صنعتی
احتمالاً تا این لحظه با کاتالیست‌ها و کاربرد آن‌ها آشنا شده‌اید. در این بخش قصد داریم شما را با انواع کاتالیست‌های صنعتی آشنا کنیم. کاتالیزورها دارای ۴ نوع مختلف می‌باشند که هر کدام، کاربرد و ویژگی‌ها خاص خود را دارند.
انواع کاتالیست‌های صنعتی عبارتند از:
- کاتالیست همگن
- کاتالیست ناهمگن
- کاتالیست خودکار
- کاتالیست زیستی
کاتالیست ناهمگن
کاتالیست ناهمگن، نوعی از کاتالیزورها است که در یک واکنش شیمیایی، در فاز مخالف واکنش‌گر یا همان محصولات، قرار می‌گیرد. این فرایند، دقیقاً مخالف کاتالیز همگن می‌باشد. فازها در حالت‌های جامد، مایع و گاز قابل تمایز هستند. همچنین این امر در حالت‌هایی که دو ماده غیر حلال توسط خط مشترک مجزا می‌شوند هم امکان‌پذیر خواهد بود. به طور کلی کاتالیزورهای همگن و ناهمگن، مواد مفیدی هستند، چرا که بدون اینکه مصرف شوند، سرعت واکنش و تولید محصول را افزایش می‌دهند.
کاتالیست همگن
در برخی از واکنش‌های شیمیایی، کاتالیست‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، با واکنش و واکنش دهنده‌ها هم فاز می‌باشند. به این نوع از کاتالیست‌های صنعتی، کاتالیست همگن می‌گویند. در واکنش‌های همگن، کاتالیزور و واکنش گراها، در فاز مشترک قرار دارند و در یک فاز عمل می‌کنند. کاتالیست‌های همگن اغلب با سوبستراها در حلال حل می‌شوند. به عنوان مثال، هیدروفرمیلاسیون، هیدرو سیلیلاسیون، هیدرو سیاناسیون واکنش‌های با حجم بالا هستند که برای افزایش سرعت به کاتالیزور همگن نیز دارند.
کاتالیست خودکار
در برخی از واکنش‌های شیمیایی، هیچ موادی به عنوان کاتالیست اضافه نمی‌شود. در واقع یکی از محصولات تولیدی، به طور خودکار در نقش کاتالیست عمل می‌کند و سرعت واکنش را افزایش می‌دهد. به این نوع از واکنش، اتوکاتالیست یا کاتالیست خودکار می‌گویند.
کاتالیزورهای زیستی
کاتالیست‌های زیستی، به دسته‌ای از آنزیم‌ها گفته می‌شود که در بدن انسان، روی واکنش‌های بیوشیمیایی تأثیر می‌گذارند. اغلب این کاتالیست‌ها، ساختار پروتئینی دارند و دارای نام و انواع مختلفی هستند.
کاتالیست پتروشیمی چیست؟
تولید کاتالیست نقش مهمی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی دارد. کاتالیست‌ها به عنوان مهمترین ترکیب شیمیایی، تأثیر بسزایی در تولید انواع سوخت و فراورده‌های میانی و نهایی دارند. با این وجود، اهمیت کاتالیست‌های صنعتی در پتروشیمی در حال افزایش است و شیمیدان‌ها، به دنبال راهی برای تولید کاتالیست ارزان‌تر و در عین حال با کیفیت‌تر هستند.
کاتالیست های پالایشگاهی
همانطور که می‌دانید، در پالایشگاه‌های نفت، فرایندهای کاتالیستی با هدف تولید محصولات مصرفی مانند گاز، بنزین، نفت گاز، نفت سفید و… انجام می‌شوند. هر چه نرخ تبدیل نفت خام به محصولات استاندارد و سبک‌تر نظیر بنزین و دیزل، بالاتر باشد، تعداد فرایندهای کاتالیستی هم افزایش خواهند یافت. به طور کلی واحدهای پالایشگاهی به دو دسته تقسیم می‌شوند.
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.
جمع بندی
همانطور که در بالا نیز خواندید کاتالیست ها انواع مختلفی دارند و از هریک در واکنشی خاص استفاده می شود. به دلیل اهمیت بالای تولید کاتالیست در دنیا می توان گفت که شناخت بهترین کاتالیست های صنعتی با قیمت مناسب برای فعالان این حوزه بسیار ضروریست. به همین جهت توصیه می کنیم ابتدا قیمت کاتالیست را از مراجع معتبر اینترنتی همچون نیرونماد استعلام کرده و بعد از آن اقدام به خرید کنید.