Химическая энциклопедия - цеолиты промышленных цеолитсодержащих катализаторов

* 1Д, 2Д и ЗД соотв. одно-, двухи трехмерные структуры.

Активность и стабильность Ц. к. определяется гл. обр. соотношением атомов Si/Al в кристаллич. каркасе цеолита, размерами и строением полостей и каналов цеолита и матрицы, а также наличием в цеолите или матрице катионов, отличных от щелочных и щел.-зем. металлов [напр., РЗЭ в цеолите (т. наз. РЗЭ-форма цеолита), элементы VI и VIII групп в цеолите и матрице], или отсутствием катионов (напр., декатионированная Н-форма цеолита).

Различают монои бифункциональные Ц. к. Монофункциональные катализаторы содержат кислотные бренстедовские (протоны, связанные с каркасными атомами О) и льюисовские центры (катионы щелочных металлов или трех-координир. атомы А1, находящиеся в местах с дефицитом кислорода или местах расположения катионов):

Каталитич. действие таких Ц. к. связано с их способностью образовывать карбониевые ионы, поэтому они способны ускорять р-ции крекинга, изомеризации и диспропорционирования алкилароматич. углеводородов, переноса водорода и др.

Бифункциональные Ц. к. помимо кислотных центров содержат катионы металлов VI и VIII групп, заряд к-рых компенсирует избыточный отрицат. заряд в каркасе цеолита. Наличие таких катионов определяет способность Ц. к. ускорять окислит.-восстановит. р-ции. В связи с этим на бифункциональных Ц. к. протекают два типа р-ций: на кислотных центрах происходят р-ции, характерные для монофункциональных катализаторов; на катионах металлов р-ции гидрирования дегидрирования (напр., гидрогенолиз, гидрокрекинг, синтез углеводородов из метанола). Направление и селективность р-ций определяются соотношением кол-ва кислотных центров и кол-вом введенного в катализатор катиона металла.

В каждом из перечисленных в табл. типов Ц. к. можно выделить подтипы с определенным мол.-ситовым эффектом. Такой эффект Ц. к. обусловлен соразмерностью каналов и полостей цеолитов с молекулами реагентов или продуктов р-ции. Напр., в случае селективного крекинга и гидрокрекинга н-парафинов на узкои среднепористых цеолитах с размерами пор 0,3-0,6 нм соразмерность молекул исходных углеводородов с порами катализатора способствует их доступу к активным центрам. В случае несоразмерности молекул продуктов р-ции с порами катализатора их диффузия с активных центров затруднена, что приводит к образованию значит. кол-в кокса на пов-сти катализатора.

Получают Ц. к., как правило, сухим смешением или со-осаждением составляющих катализатор компонентов матрицы и цеолита. Исключение составляет хим. способ "in situ", по к-рому сначала получают матрицу, а затем в каналах ее пор выращивают цеолит.

Синтез цеолитов осуществляют кристаллизацией в гидротермальных условиях реакц. смеси, содержащей Na2O, A12O3, SiO2 и Н 2 О, или нагреванием гелей, образующихся при смешении р-ра NaAlO2 и золя H4SiO4. Состав смеси и условия синтеза определяют структуру цеолита. Получаемая обычно Na-форма цеолита может подвергаться далее ионному обмену с разл. катионами, структурному модифицированию и т. п.

Матрицу Ц. к. готовят на основе гидроксида Аl, золя H4SiO4 или смеси р-ров NaOH с каолином. Условия получения (т-ра, рН р-ра, время, а также кол-во вводимых соед.) определяют пористость структуры матрицы, ее каталитич., связующие и др. св-ва. После смешения компонентов матрицы с цеолитом из полученной массы (суспензии, пасты и др.) разл. способами формуют частицы (микросферы, таблетки и т. п.) с определенным распределением по размеру; после этого проводят термич. обработку (сушку и/или прокаливание). При необходимости полученный Ц. к. подвергают дальнейшему модифицированию.

Осн. пром. применение Ц. к.:

1) Каталитический крекинг тяжелых нефтяных фракций для произ-ва высокооктановых бензинов.

Процесс проводят при т-рах 470-540

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988