Kemi

Användning av sura katalysatorer


Katalytisk sprickbildning

I motsats till termisk sprickbildning uppnås betydligt bättre omvandlingsresultat vid båda betydligt lägre temperaturer. Dessutom är det möjligt att arbeta vid ungefär atmosfärstryck och vid lägre temperaturer.

Följande katalytiska kex används:

  • flytande katalytisk kracker
  • katalytisk krockare med fast bädd (hydrokrackare)

Flytande katalytisk kracker

En pulverformig katalysator används vid krackning med fluidiserad bädd (FCC, fluid catalytic cracking). Den heta katalysatorn (600-750 °C) som kommer från regenereringen blandas med råvaran och matas till reaktorn via stigaren. Reaktionen sker i både stigaren och reaktorn. Eftersom sprickning är en endoterm reaktion, kyls katalysatorn till 480 och 540 ° C. Samtidigt deaktiveras katalysatorn av koksavlagringar. Klyvningsreaktionen stannar. På toppen lämnar produkterna reaktorn via cykloner i vilka de medförda katalysatorpartiklarna separeras av. De bildade produkterna separeras sedan genom destillation. Den separerade katalysatorn rinner nu genom ett stuprör in i regeneratorn, där koksen bränns av med luften som blåses in.

De första krackningskatalysatorerna var naturligt förekommande aluminosilikater. Moderna FCC-katalysatorer innehåller bland annat syntetiska sällsynta jordartsmetaller.

Fördelar:

  • höga reaktionshastigheter
  • hög andel avC.3/C.4- Kolväten i den krackade gasen
  • Den katalytiska reaktionen går via en karbeniumjonmekanism, varför man får en hög andel grenade kolväten (sökord: oktantal), som är idealiska för bränslen.

Nackdel:

  • Råmaterialet får inte innehålla några metaller, eftersom dessa skulle deaktivera katalysatorn. Därför betraktas restprodukter inte som insatsprodukter.
  • Produkterna måste fortfarande hydreras, beroende på avsedd användning.
  • Katalysatorn töms ut.

Egenskaper:

  • Reaktortyp: reaktor med fluidiserad bädd
  • Katalysator: aluminosilikater, zeoliter, katalysatorstorlek: 60 till 70 µm
  • Tryck: normalt tryck
  • Katalysatortemperatur: 600 till 750 ° C. Edukttemperatur: 350 till 500 ° C
  • Uppehållstid: kort; ca 0,1-5 s
  • Ingående produkter: vakuumdestillat (vakuumgasolja (VGO), vaxer)

Hydro spricker

Vid hydrokrackning krackas kolvätena och samtidigt hydreras de resulterande alkenerna till alkaner. Bildandet av koks fördröjs av det höga vätetrycket.

Schematisk sekvens: Först blandas det avsvavlade råmaterialet med väte (tryck ca 10-20 MPa), upphettas och passerar genom reaktorn 1 försedd med katalysatorn (nickel/molybden). Gasflödet passerar sedan in i en separator, där överskottet väte separeras av och matas tillbaka till kretsen. Gaserna avskiljs sedan i en kolonn (stripper). Nu upprepas processen i ett andra steg. I slutet separeras de producerade produkterna genom destillation. Oreagerade tunga rester cirkuleras så att de reagerar i en senare cirkulation. Fördelen med denna process är att, beroende på driftsförhållandena, det önskade produktutbytet kan kontrolleras. Det flexibla körsättet gör det möjligt att få nästan uteslutande bensin eller övervägande diesel/lätt eldningsolja med låg bensinhalt samtidigt.

Fördelar:

  • flexibel körstil beroende på marknadssituationen

Nackdel:

  • högt vätebehov (dyrt), en vätemolekyl per delad C-C-bindning
  • höga investeringskostnader på grund av de höga trycken (15-20 cm tjocka reaktorväggar)

Egenskaper:

  • Reaktortyp: Fastbäddsreaktor (delvis även rörliga bäddreaktorer)
  • Katalysator: bifunktionell; Zeoliter med applicerade hydreringskomponenter (Ni, Co, Mo, W)
  • Tryck: 100 till 200 bar (10-20 MPa)
  • Temperatur: 300 till 450 °C
  • Väteförbrukning: 2,9 till 3,9 viktprocent av insatsmaterialet (beroende på insatsmaterialet)
  • Ingående produkter: vakuumdestillat

Katalysator för fordon

Av Katalysator för fordon, också kortfattat katalysator (vardaglig Katt), används för avgasefterbehandling i fordon med förbränningsmotorer. Katalysatorn kan drastiskt minska utsläppen av föroreningar i avgaserna. I allmänhet kallas hela avgasefterbehandlingssystemet en fordonskatalysator.


Bättre katalysatorer för petroleumindustrin

När råolja omvandlas till bensin och eldningsolja i raffinaderier används hjälpmaterial - så kallade katalysatorer. Forskare berättade nu om prestanda, inre struktur och tillverkningsmetod för en viktig klass av petrokemiska katalysatorer.

Zeoliter är bland de ämnen som kan påskynda kemiska reaktioner - de är så kallade katalysatorer. De är mestadels i pelletsform, och de är oumbärliga vid industriell produktion av bensin eller eldningsolja från råolja. De kemiska reaktionerna äger rum på deras yta. Och dessa är stora med zeoliter: Katalysatorerna är varvas med nanoporer och mikroskopiska kanaler genom vilka de flytande reaktanterna kan tränga in och reaktionsprodukterna kan lämna dem igen.

Ett av huvudproblemen med industriell användning av zeolitkatalysatorer är att reaktionsbiprodukter täpper till porerna eller blockerar de aktiva ställena av katalysatorerna. Koksavlagringar är vad experter kallar sådana kolväteavlagringar. Produktionsprocessen måste därför avbrytas med jämna mellanrum för att bränna bort avlagringarna på katalysatorerna och därmed regenerera dessa. Detta minskar reaktionens effektivitet.

Det beror på den interna strukturen

Forskare arbetar därför med att göra zeolitkatalysatorer mer resistenta mot sådana avlagringar, vilket fördröjer behovet av regenerering och förlänger produktionscyklerna. ETH-forskare under ledning av Javier Pérez-Ramírez, professor i katalysteknik, har nu i en ny klass av komplexa zeolitkatalysatorer med porer av olika storlekar fått reda på i vilken utsträckning deras inre struktur är relaterad till denna resistens: ”Det gör det inte materia hävdar att katalysatorn har så många porer som möjligt, som man tidigare trott, säger Sharon Mitchell, en vetenskapsman i Pérez-Ramírez grupp. "Snarare är det av central betydelse att det mikroskopiskt fina kavitetssystemet inuti zeolitkatalysatorerna är starkt nätverk och har många öppningar till utsidan." Detta gör att de kemiska föreningarna kan penetrera insidan av katalysatorn bättre och reagera på den förstorade ytan.

Forskarna kom till denna slutsats genom att tillverka zeolitkatalysatorer med olika porstrukturer i laboratoriet. För att uppnå detta varierade de tillverkningsmetoderna och syntesförhållandena. De undersökte sedan katalysatorerna i samarbete med Paolo Crivelli, forskare vid institutionen för fysik, med hjälp av positronförintelselivstidsspektroskopi (PALS). Denna teknik undersöker hur länge positroner placerade i provet förblir i det. Ju mer sammankopplade porerna är och ju fler öppningar desto snabbare kommer positronerna till utsidan. Forskarna testade också de olika zeolitkatalysatorerna i laboratoriet för att se hur snabbt de bildade koksavlagringar.

Inte bara bättre, även billigare

"Intressant nog är metoden med vilken vi kunde producera de mest resistenta zeoliterna också den billigaste", säger Pérez-Ramírez. Han förväntar sig att resultaten av studien, som publicerades i tidskriften Nature Communications, kommer att uppmuntra industrin att anpassa sina zeolittillverkningsprocesser.

Zeolitkatalysatorer används idag i petroleumindustrin i stor skala för att producera högkvalitativa bränslen, bränslen och råvaror för den kemiska industrin. Å ena sidan kan de långkedjiga molekylerna i råolja omvandlas till molekyler av högre kvalitet med medelkedjelängd. Å andra sidan är det med zeoliter möjligt att kombinera sämre raffinaderibiprodukter med mycket korta kolvätekedjor - såsom eten och propen - för att även få produkter av högre kvalitet med medelkedjelängd.

"Även om råolja en dag gradvis skulle ersättas av biomassa som en viktig kemisk startprodukt, kommer zeolitkatalysatorer att behålla sin betydelse", säger Pérez-Ramírez. Med hjälp av zeolitkatalysatorer kunde högkvalitativa kemiska råvaror framställas av den på ett effektivt sätt.


Halveringstid & # 8211 SMath-Studio

Beräkningarna kring halveringstiden och förfallets lag kan utföras mycket bra med SMath-Studio.

Olika varianter av beräkningsalternativen visas i SMath-filen.

Fysiklärare kan använda räknebladet för att snabbt utföra sina egna beräkningar (t.ex. för ett prov, övningsblad eller liknande) eller som ett prov för att utföra beräkningen på en dator/anteckningsbok tillsammans med elever på fysiklektionerna som en del av användning av teknik.

Alla medlemmar (gratis, fysik, kemi) kan ladda ner kalkylbladet i SMath-Studio-format (.sm) och som PDF-fil.

Den kostnadsfria programvaran SMath-Studio krävs för att öppna och redigera.

Logga in för att se nedladdningslänkarna (fritt medlemskap, kemi eller fysik).

Nyckelord: exponentiell funktion, exponentiellt sönderfall, sönderfallslag, sönderfallsekvation

Friedrich Saurer 07:40 vid 29 april 2021 permalänk | Logga in för att skriva en kommentar Etiketter: alkyner (2), etyn, organisk kemi (15)


Enkel krets

Presentationsbilder om ämnet: Enkel elektrisk krets i fysikklass. En krets utarbetas på folierna med hjälp av exemplet med en gammal ficklampa med komponenternas strömbrytare, glödlampa och batteri.

Från det riktiga fotot via en schematisk ritning till kretsschemat.

Fysikmedlemmar kan ladda ner bilderna i LibreOffice Impress (.odp) och PDF-format.

Logga in för att se nedladdningslänkarna (fysikmedlemskap).

Friedrich Saurer 12:07 vid 2 september 2019 permalänk | Logga in för att skriva en kommentar Taggar: Alkaner (9), Homolog serie (2), Kolväten (12), OpenBoard_Chemie (4), OpenBoard-paket (7), Organisk kemi (15)


Hur katalysatorer fungerar

Hur exakt är det Hur katalysatorer fungerar? Men hur lyckas en katalysator accelerera en reaktion? A katalysator du kan föreställa dig som en bergsguide. Den leder dig över det lägsta passet till andra sidan bergen. Massivet är det i fallet med en reaktion Aktiverings energi. Det är den energi som krävs för att starta en reaktion. Katalysatorn går Sammankopplingar en som har en lägre aktiveringsenergi. Som ett resultat går reaktionen snabbare och sker därmed med högre hastighet. Minskningen av aktiveringsenergin kan i ett diagram kan representeras enligt följande:

Katalysatorn är på igen efter reaktionen oanvänd innan. Så den kan användas igen. Katalysatorer accelerera därför en reaktion genom sitt verkningssätt. Men de ändrar den kemiska reaktionen och Jämviktsläge inte.


Ytkemin är avgörande

"När man utvecklar katalysatorer för de två partiella reaktionerna är syreutvecklingsreaktionen den mycket större utmaningen", säger Javier Pérez-Ramírez, professor i katalysteknik vid ETH Zürich. I ett nytt arbete har ett internationellt forskarlag under ledning av Fritz Haber-institutet i Max Planck Society i Berlin och med deltagande av ETH Zürich nu fått grundläggande ny kunskap om katalysatormaterial för denna syreutvecklingsreaktion: Forskarna kunde visa att en bra katalytisk prestanda främst processer på ytan av katalysatorn är ansvariga och mindre elektrokemiska processer.

"Även om reaktionen som studeras är en speciell form av katalys, nämligen elektrokatalys, följer den de välkända lagarna för traditionella katalytiska reaktioner", säger Guido Zichittella, forskare i Pérez-Ramírez grupp. Denna upptäckt är ny, eftersom forskare tidigare misstänkte att elektrokemiska processer i synnerhet bestämmer prestandan för elektrokatalytiska reaktioner.


Fel modell, rätt lösning

"Det enda som är förvirrande är att de modeller som tidigare användes för att förklara varför dessa ädelmetaller är så bra katalysatorer inte längre är tillämpliga på enskilda atomer", säger Gareth Parkinson. "Individuella atomer kan inte dela elektroner, elektronbanden, vars energi ansågs vara nyckeln till att förklara katalys, existerar helt enkelt inte i det här fallet."

Under de senaste åren har Gareth Parkinson och hans team därför intensivt undersökt de atomära mekanismerna bakom denna enatomskatalys.

Det är anmärkningsvärt att de metaller som vi vet är bra katalysatorer också är bra katalysatorer i form av enskilda atomer, men vid en närmare granskning står det klart att det inte är någon slump. I båda fallen är det samma elektroner, de så kallade d-elektronerna, som står för detta.

Gareth Parkinson, Docent PhD, Ytfysik TU Wien

Dominoreaktion katalyserad av zeoliter med Brønsted- och Lewis-syraplatser för produktion av γ-valerolakton från Furfural †

Denna forskning sponsrades av Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, U.S. Institutionen för energi, anslag nr DE-FG02-12ER16352.

Abstrakt

Ta den direkta vägenFurfural omvandlades till y-valerolakton (GVL) genom sekventiell överföringshydrering och hydrolysreaktioner i närvaro av Lewis och Brønsted sura zeolitkatalysatorer (se bild). En kombination av Zr-Beta och Al-MFI (som nanolager) gav GVL i 78% utbyte utan användning av ädelmetaller eller molekylärt H.2. Systemet erbjuder en attraktiv metod för produktion av GVL från biomassa.

Som en service till våra författare och läsare tillhandahåller denna tidskrift stödinformation från författarna. Sådant material är referentgranskat och kan omorganiseras för onlineleverans, men är inte kopieringsredigerat eller typsatt. Tekniska supportfrågor som uppstår från stödjande information (andra än saknade filer) bör ställas till författarna.

Filnamn Beskrivning
ange_201302575_sm_miscellaneous_information.pdf1,2 MB Diverse Information

Observera: Utgivaren ansvarar inte för innehållet eller funktionen hos någon stödjande information som tillhandahålls av författarna. Alla frågor (förutom saknat innehåll) ska riktas till motsvarande författare för artikeln.

Anmärkning för artiklar publicerade sedan 1962:

Ett sökfel kan ha inträffat.

Det här är tysk version av tillämpad kemi.

Citera inte denna version ensam.

Ta mig till den internationella versionen med citerbara sidnummer, DOI och citatexport.


Handout laboratorieutrustning glasutrustning

Laboratorieutrustningshandouten finns som en introduktion till arbetet i kemirummet/kemilaboratoriet. Den viktigaste laboratorieutrustningen och glasutrustningen är sammanfattad på en sida.

Bladet om laboratorieutrustning finns i två versioner för kemilektioner:

  • som handout med illustration och text
  • som ett arbetsblad med endast illustrationerna och med ett tomt textfält som eleverna kan fylla i

Arken finns tillgängliga i det redigerbara Libreoffice Writer-formatet (.odt) och som en PDF för kemimedlemmar att ladda ner.


Materialvetenskap: synkrotronstrålning till bättre katalysatorer

Katalys beskriver den process genom vilken kemiska processer går snabbare eller alls. Det påverkar vårt samhälle på ett starkt, om än ganska oansenligt sätt. Katalysatorn för bilar är det överlägset mest kända exemplet och spelar en viktig roll för att minska utsläppen av föroreningar. Inom den kemiska industrin produceras över 90 procent av materialen med katalytiska processer. Katalysatorer sparar resurser och energi, de skyddar vår miljö och är av enorm ekonomisk betydelse.

De elementära reaktionerna på ytan av en katalysator har studerats av kemister och fysiker i årtionden. 2007 fick Gerhard Ertl, tidigare direktör vid Fritz Haber-institutet i Berlin, Nobelpriset i kemi för sitt banbrytande arbete inom detta område. Ändå är det för de flesta verkliga katalytiska processer fortfarande i stort sett oklart i vilken exakt sekvens de elementära reaktionsstegen äger rum. För att spåra hur katalysatorer fungerar krävs mycket komplexa, tekniskt komplexa experiment, som vanligtvis kräver intensiva strålar av elektroner, neutroner eller fotoner. Synkrotronstrålningskällor levererar fotoner inom ett brett spektralområde, vilket forskare använder för dessa experiment.


Video: Fällor i Södertälje 37 Driving test Traps. Uppkörning. (December 2021).