Файл: В 1918 г Фрицу Габеру за открытия в области связывания атмосферного азота.pdf

13 ким примером в этом аспекте является катализ синтеза аммиака. Совершенство- вание технологии промышленного производства аммиака и используемого в нем катализатора не прекращается, начиная с 1909 года. Подтверждением этого яв- ляется хронология присуждения Нобелевской премии следующим ученым за ра- боты, результаты которых оказали большое влияние на совершенствование тех- нологии синтеза аммиака [5]:
- в 1909 г. Вильгельму Освальду за исследования катализа, разработку фун- даментальных основ управления химическим равновесием и скоростями хими- ческих реакций;
- в 1918 г Фрицу Габеру за открытия в области связывания атмосферного азота;
- в 1931 г. Карлу Бошу и Фридриху Бергиусу за работы по химическим ре- акциям при высоком давлении в области синтеза аммиака;
- в 2007 г. Герхарду Эртлу за определение молекулярных механизмов ка- талитического синтеза аммиака над железом, а также за каталитическое окисле- ние оксида углерода над платиной.
Основой синтеза аммиака является железный катализатор. Создание, раз- работка, совершенствование катализаторов синтеза аммиака на основе железа имеет свою интересную историю, которая все еще остается незавершенной. То же самое можно сказать о любом промышленном каталитическом процессе, ока- зывающем определяющее влияние на экономику, экологию и решение социаль- ных проблем.
Создание промышленного производства катализатора – длительный мно- гостадийный процесс. Как уже отмечалось выше, он начинается с получения не- скольких граммов катализатора в лаборатории, разработки требований к нему в разумных пределах, составления схемы предполагаемого промышленного про- цесса получения катализатора и оценки на этой основе стоимости производства или цены на катализатор.
Далее следуют стадии расширения масштабов производства катализатора как осуществляемый по специально разработанной программе переход к эконо- мичному и достаточно производительному изготовлению нескольких десятков или сотен килограммов катализатора на опытных (пилотных) установках, позво- ляющих моделировать "скоростное" поведение и другие ключевые особенности работы промышленного оборудования для производства катализатора. Результа- том успешного масштабирования должен быть современный экономичный и воспроизводимый катализатор, отвечающий требованиям потребителя.
Моделирование приготовления катализатора сначала осуществляют в ла- боратории, а затем на опытной установке. При этом должны быть смоделиро- ваны все ключевые стадии и исследованы последствия нарушения параметров процесса и качества сырья. Идеальная опытная установка воспроизводит в уменьшенном масштабе существующее или планируемое промышленное обору- дование.
1 / 3

14
Несколько партий катализатора изготовляют на опытной установке и по- сле модернизации технологии или пересмотра стоимости производства катали- затора принимают решение о его производстве в промышленном масштабе. Со- здается промышленная установка, на которой изготавливается крупная опытно- промышленная партия катализатора, проводятся тщательные испытания катали- затора, по их результатам разрабатывается и утверждается спецификация ката- лизатора, после чего приступают к его промышленному производству.
1.1.3. Методы исследования состава, структуры и свойств
катализаторов
Рассмотренные особенности современного промышленного катализа обусловили необходимость широкого применения большого комплекса аналити- ческих, физических, механических, физико-механических методов контроля со- става, структуры и свойств как катализатора, так и других участников химико- технологического процесса [1,4,6,7]. Важное значение имеет точное определение элементного состава катализаторов и управление им в процессе их приготовле- ния. Не менее важно знать, как и с образованием каких молекулярных, кластер- ных или иных структур атомы химических элементов, составляющих катализа- тор, связаны между собой, какова природа и прочность этих связей, в каком со- стоянии находятся атомы химических элементов в этих структурах и т.д. Кон- троль многоуровневого агрегирования позволяет управлять пористой структу- рой и удельной поверхностью гетерогенных, микрогетерогенных и гомогенно- гетерогенных катализаторов. Для каждого катализатора разрабатываются и при- меняются экспериментальные методы определения каталитической активности и селективности, в том процессе, в котором он применяется. Определение физи- ческих (гранулометрический состав, насыпная плотность, кажущаяся плотность, истинная плотность, механическая прочность, удельная поверхность, пороз- ность, пористость, распределение пор по размерам и т.д.) и физико-химических свойств используется на всех этапах жизни катализатора (от момента его "рож- дения" в лаборатории до момента выгрузки отработанного катализатора из про- мышленного реактора и отправки его на регенерацию или захоронение). Ниже приведен неполный перечень аналитических методов, широко используемых в академическом и промышленном катализе:
- измерение площади поверхности;
-методы исследования поверхности: диффракция медленных электронов, сканирующая зондовая микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия);
- измерение объема пор и распределения их по размерам;
- рентгеноструктурный анализ;
-рентгенструктурная спектроскопия (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и электронная оже-спектроскопия);
-спектроскопия дальней тонкой структуры рентгеновского поглощения;
- мессбауэровская спектроскопия;
2 / 3

15
- анализ методом электронной дифракции;
- электронная микроскопия (электронная-ЭМ, просвечивающая-ПМ, ска- нирующая-СМ);
- электронное микрозондирование объема тела;
- ультрафиолетовая и видимая спектроскопия;
- анализ нейтронного рассеяния;
- анализ аннигиляции позитронов;
- инфракрасная спектроскопия;
- спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР);
-спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР);
- спектроскопия комбинационного рассеяния;
- спектроскопия протяженной тонкой структуры рентгеновского поглоще- ния;
- спектроскопия рассеяния ионов;
- масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ);
- рассеяние низкоэнергетических ионов (РНЭИ);
- обратное резерфордовское рассеяние (ОРР);
- романова спектроскопия;
- магнитная восприимчивость
- элементный анализ;
- химический анализ методом электронной спектроскопии;
- анализ поверхностных функциональных групп;
- определение потери массы при сгорании;
- термический анализ (термогравиметрия, термическая хроматография, дифференциальный термический анализ, дифференциальная сканирующая кало- риметрия, термический анализ летучих веществ;
- температурно-программируемые восстановление (десорбция), окисление и сульфидирование
- плотность (насыпная, кажущаяся, истинная), денситометрия;
- анализ размера частиц;
- механическая прочность при раздавливании, истирании, ударе и других механических воздействиях;
- определение адсорбционной способности;
- хроматография, обращенная газовая и ситовая хроматография;
- взаимодействие катализатора с водными и неводными средами;
- ультрацентрифугирование;
- вискозиметрические методы;
-оптические методы, рефрактометрия, светорассеяние, определение опти- ческой активности и другие;
- диффузия в гранулах и в потоке между гранулами;
- растворимость, деструкция и горение коксовых отложений;
- анализ активности и селективности катализаторов;
- определение стабильности и регенерационных характеристик.
3 / 3