هر آنچه که باید در مورد حلال، جاذب و کاتالیست بدانید!!

در صنعت پتروشیمی، حلال ها برای انحلال، جداسازی و خالص سازی اجزای مختلف نفت خام بسیار مهم هستند. به عنوان مثال، آنها در فرآیندهای استخراج و پالایش برای جداسازی هیدروکربن های ارزشمند استفاده می شوند. کاتالیزورها نقشی حیاتی در تسریع واکنش‌های شیمیایی بدون مصرف دارند و فرآیندهایی مانند شکستن کاتالیزوری را امکان‌پذیر می‌کنند که مولکول‌های نفت سنگین را به محصولات سبک‌تر و ارزشمندتر مانند بنزین و گازوئیل تجزیه می‌کند. جاذب ها برای حذف ناخالصی ها و آلاینده ها مانند گوگرد و دی اکسید کربن از گازها و مایعات استفاده می شوند که به بهبود کیفیت محصولات نهایی و رعایت مقررات زیست محیطی کمک می کنند. این مواد با هم برای تولید پتروشیمی کارآمد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست ضروری هستند. در این مقاله به معرفی و شناخت انواع این مواد و کاربردهای آن ها بخصوص در فرآیند گوگردزدایی پرداخته شده است.

---

همچنین بخوانید:

♣ مشتقات نفتی و کاربردهای آن ها

♣ میعانات گازی (کاندنسیت) چیست؟ | مزایا و کاربردها

---

الف) حلال ها

حلال‌ها به دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی اشاره دارد که با عملکرد آن توصیف می‌شود. این اصطلاح از لاتین گرفته شده است و به معنای شل کردن است. در شیمی، حلال ها عموما به شکل مایع هستند. معمولا بدون تغییر شیمیایی حلال ها یا مواد دیگر برای حل کردن، تعلیق یا استخراج مواد دیگر استفاده می شوند. بسیاری از حلال‌های مختلف در طیف گسترده‌ای از کاربردهای روزمره محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند. از رنگ، محصولات مراقبت شخصی و داروها گرفته تا آفت‌کش‌ها و پاک‌کننده‌ها. بدون حلال ها، بسیاری از محصولاتی که ما به آنها متکی هستیم، عملکرد خوبی ندارند. یکی از ارزشمندترین کاربردهای حلال، جداسازی کاتالیست در فرآیند گوگردزدایی از مشتقات نفت و گاز است.

انواع حلال ها

طبقه بندی شیمیایی یک حلال بر اساس ساختار شیمیایی آن است. حلال ها، بسته به کاربرد طبقه بندی های مختلف و ساختارهای شیمیایی متفاوتی دارند. انواع حلال ها با توجه به کاربرد عبارتند از:

1. حلال های هیدروکربنی:

حلال های هیدروکرینی، به دلیل کارایی آنها در حل کردن روغن ها، گریس ها و موم ها ارزش گذاری می شوند و اغلب به دلیل قیمت پایین و در دسترس بودن آنها انتخاب می شوند.  بر اساس نوع اسکلت مولکول های کربن به سه زیر گروه طبقه بندی می شوند:

•  آلیفاتیک مانند: بنزین، نفت سفید و هگزان
• آروماتیک (معطر) مانند: بنزن، زایلن و تولوئن
• پارافینی مانند: n-هگزان، n-هپتان و ایزوپارافین مانند Isopar

2. حلال های اکسیژن دار:

از طریق واکنش های شیمیایی از الفین ها (مشتق از نفت یا گاز طبیعی) تولید می شوند. این حلال ها قدرت حلالیت قوی دارند و برای حل کردن طیف وسیعی از مواد از جمله روغن ها، رزین ها و پلیمرها موثر هستند. که شامل گروه های زیر هستند:

• الکل ها
• کتون ها
• استرها
• اترها
• گلیکول اترها
• استرهای گلیکول اتر

3. حلال های هالوژنه:

حلال های هالوژنه دسته ای از حلال ها هستند که حاوی اتم های هالوژن (مانند کلر، فلوئور یا برم) در ساختار مولکولی خود هستند. این حلال ها، از جمله ترکیبات رایج مانند متیلن کلرید، کلروفرم، تتراکلرید کربن و تری کلرواتیلن، به طور گسترده در محیط های صنعتی و آزمایشگاهی استفاده می شوند. اتم‌های هالوژن آن‌ها باعث می‌شود مواد آلی را حل کنند، روغن‌ها و گریس‌ها را از بین ببرند و به‌عنوان عامل چربی‌زدایی عمل کنند.

---

همچنین بخوانید:

♣ انواع حلال های پاک کننده نفتی

♣ رسوبات پلیمری | لزوم شستشو و حذف رسوبات پلی اتیلنی

---

کاربردهای حلال ها:

حلال ها به دلیل توانایی آنها در حل، پراکندگی یا معلق کردن سایر مواد، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند و برای اثربخشی بسیاری از محصولاتی که هر روز استفاده می کنیم، بسیار مهم هستند. کاربرد انواع حلال ها در بخش های مختلف به شرح زیر است:

♦ حلال‌ها در رنگ‌ها و پوشش‌ها:

در رنگ‌ها، حلال‌ها اجزای مورد استفاده در فرمول رنگ را حل کرده یا پراکنده می‌کنند تا رنگ قوام مورد نظر را پیدا کرده و از توده ای شدن آن جلوگیری شود. استرهای گلیکول اتر به برخی از رنگ های اسپری اضافه می شوند تا از خشک شدن آنها در هوا جلوگیری شود. تبخیر آهسته این گروه قدرتمند از حلال‌ها به این معنی است که برای مثال، اتومبیل‌ها می‌توانند چندین کاربرد صاف و بی‌عیب از رنگ را برای پرداخت زیباتر و بادوام‌تر دریافت کنند.

‌ ♦ حلال‌ها در جوهر:

بسیاری از جوهرها که برای چاپ همه چیز از مجلات گرفته تا بسته‌بندی و برچسب‌های مواد غذایی استفاده می‌شوند، به حلال‌ها متکی هستند. به کمک حلال ها، جوهر به درستی اعمال می شود، در جای خود باقی می ماند و به رنگ‌های زنده خود دست می یابد. تولوئن حلال هیدروکربنی به عنوان حلال جوهر در نوع تخصصی چاپ مجله استفاده می شود. زیرا به اندازه کافی سریع تبخیر می شود تا از لکه شدن جلوگیری کند و تولوئن باقی مانده به راحتی بازیافت می شود.

♦ حلال‌ها در محصولات مراقبت شخصی:

بسیاری از محصولات آرایشی به حلال‌ها متکی هستند تا مواد را حل کرده و به درستی کار کنند. از حلال ها در لوسیون ها، پودرها و کرم های اصلاح استفاده می شود تا قوام مناسبی برای محصول ایجاد کنند. اتانول به دلیل بوی کم، عموما از سوی تولید کنندگان عطر به عنوان حلال انتخابی استفاده می شود. نقطه جوش پایین اتانول به این معنی است که حلال به سرعت تبخیر می شود و روی پوست باقی نمی ماند. اتیل استات یا استون در لاک ناخن استفاده می شود و به دلیل خاصیت خشک شدن سریع آن بسیار ارزشمند است. همچنین در مایعات لاک پاک کننده ناخن استفاده می شود و قدرت حلالیت بالای آن باعث می شود که لاک به راحتی از روی ناخن پاک شود.

♦ حلال ها در محصولات پاک کننده:

گلیکول اترها به عنوان یک جزء فعال شیشه های سنگین، کف و سایر فرمول های تمیز کننده سطوح سخت بسیار موثر هستند. این حلال ها سازگاری خوبی با آب دارند و دارای حلالیت بالا برای گریس ها و روغن ها هستند. علاوه بر این، زیست تخریب پذیر نیز هستند. از ایزوپارافین ها برای خشکشویی لباس ها استفاده می شود. این حلال ها به دلیل بوی کم، مشخصات بهداشتی و زیست محیطی مطلوب، ویژگی های حمل ایمن و راندمان بالای تمیز کنندگی، بسیار ارزشمند هستند.

♦ حلال ها در کاربردهای مراقبت های بهداشتی:

حلال ها در صدها محصول دارویی استفاده می شوند. در بسیاری از داروهایی که امروزه مردم استفاده می کنند، از پنی سیلین گرفته تا آسپرین، شربت سرفه و پمادهای موضعی وجود دارند. بوتیل استات برای خالص سازی پنی سیلین با نگه داشتن ناخالصی ها در محلول استفاده می شود. در حالی که پنی سیلین به طور انتخابی با استخراج از مخلوط واکنش حذف می شود.

♦ حلال ها در خودرو:

حلال ها به مایع لباسشویی کمک می کنند تا کثیفی را از شیشه جلو پاک کند. ایزوپروپیل الکل به عنوان حلال یخ زدایی و تمیز کردن شیشه جلو استفاده می شود. زیرا به شکل مایع در زیر نقطه انجماد آب باقی می ماند و بنابراین به حذف یخ کمک می کند. لکه هایی که روی شیشه جلو ظاهر می شوند را از بین می برد و همچنین در خانه در محصولات پاک کننده پنجره استفاده می شود. هیدروکربن های آلیفاتیک در تولید لاستیک استفاده می شود. حلال هر لایه لاستیکی را قبل از اعمال لایه بعدی نرم و تمیز می کند و کیفیت چسبندگی آن به اتصال اجزای مختلف لاستیک برای افزایش ایمنی و بهبود عملکرد کمک می کند.

♦ حلال ها در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی:

حلال ها نقش مهمی در صنعت نفت و گاز دارند و عملکردهای مختلفی از فرآیندهای استخراج و پالایش تا تمیز کردن و نگهداری را انجام می دهند. در بخش های مختلفی استفاده می شوند از جمله:

• استخراج با حلال
• حلال برای بازیابی نفت سنگین
• حلال برای پاکسازی تانکرهای نفتی و روغنی (تانکرجنت)
• حلال ها برای بازیافت
• حلال برای کاهش ویسکوزیته نفت خام
• حلال برای بازیابی روغن
• استفاده از حلال برای بازیابی مقادیر فلزات از نفت مصرف شده
• گوگردزدایی از فراکسیون های نفتی با استخراج با حلال

ب) جاذب ها

جاذب ها مواد شگفت انگیزی هستند. برخی از آن ها می توانند کار تصفیه را با حذف آلاینده ها از سیالات (گازها یا مایعات) انجام دهند. انواع دیگر جاذب ها می توانند کار جداسازی عمده یک نوع مولکول از دیگری را انجام دهند. خواص هر جاذب بر حسب کار خاصی که برای انجام آن در نظر گرفته شده است، بهینه شده است.

فرآیند جذب چیست؟

جذب فرآیندی است که در آن مایع یا گاز روی یک سطح مایع یا جامد تجمع می یابد و یک فیلم اتمی یا مولکولی ایجاد می کند. فرآیند جذب سطحی یکی از ساده ترین و کارآمدترین روش های جداسازی است که در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرد و بر اساس مکانیسم به دو دسته جذب فیزیکی و شیمیایی طبقه بندی می شود. جذب فیزیکی، به دلیل نیروهای پیوندهای واندروال و جذب شیمیایی به دلیل نیروهای پیوندهای شیمیایی اتفاق می افتد.

جذب فیزیکی چیست؟

برخی از جاذب ها با استفاده از اصل جذب فیزیکی کار می کنند، که حالت خالص جذب سطح جاذب برای مولکول آلاینده هدف است. در واقع، بیشتر جاذب ها با استفاده از ترکیبی از نیروهای فیزیکی و شیمیایی برای جذب مولکول آلاینده هدف کار می کنند. در یک کلاس معین از مولکول، نیروی جاذبه فیزیکی سطح به اندازه m.w بیشتر از مولکول افزایشی است. به عنوان مثال، اتان در کربن فعال قوی تر از متان و بوتان قوی تر از اتان جذب می شود. با این حال، به طور کلی، با جذب فیزیکی، نیروی جذب خیلی قوی نیست، و مولکول های جاذب را می توان با عبور دادن یک گاز داغ از طریق جاذب، به صورت حرارتی حذف کرد.

جذب شیمیایی چیست؟

جذب شیمیایی از نیروی جذاب بسیار قوی تری در سطح جاذب برای مولکول آلاینده هدف استفاده می کند. در واقع، مولکول آلاینده از نظر شیمیایی به سطح جاذب متصل می شود و به راحتی قابل حذف نیست.

تعریف جاذب

جاذب ماده ای نامحلول است که توسط مایع روی سطح، از جمله مویرگ ها و منافذ پوشانده شده است. زمانی به ماده ای جاذب می گویند که ظرفیت نگاهداری مقدار مشخصی مایع در محفظه های شبیه به یک اسفنج را داشته باشد. جاذب ها نقش حیاتی در جذب مواد شیمیایی دارند.

انواع جاذب ها و کاربردهای آن ها

انواع عمده جاذب های مورد استفاده عبارتند از: آلومینا فعال، سیلیکاژل، کربن فعال، کربن غربال مولکولی، زئولیت های غربال مولکولی و جاذب های پلیمری.
جاذب ها از طریق فرآیند جذب تقریبا در تمام سیستم ها مانند شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی عمل می کنند. آنها همچنین با کاربردهای زیادی مانند تصفیه آب، زغال چوب فعال و رزین های مصنوعی، نقش مهمی در صنعت دارند.
♦ جاذب ها در ایجاد گرمای هدر رفته برای تولید آب سرد در نظر گرفته شده برای تهویه مطبوع و همچنین سایر فرآیندها مفید هستند.
♦ جذب سطحی در مهندسی واکنش، مهندسی محیط زیست و مهندسی پتروشیمی کاربرد دارد. حذف بسیاری از اجزای گازهای دودکش را می توان با جذب سطحی انجام داد.
♦ در صنعت، ترکیب جاذب در کاهش خوردگی در تجهیزات و ماشین آلات مختلف، مانند صدا خفه کن، بسیار مفید است.
به طور کلی جاذب ها در دسته های زیر طبقه بندی می شوند:

1) سیلیکاژل

سیلیکاژل یک شکل دانه ای متخلخل از دی اکسید سیلیکون (SiO2) است که از سیلیکات سدیم ساخته شده است. به دلیل ظرفیت بالای جذب و نگهداری رطوبت، به دلیل شبکه گسترده منافذ آن، که سطح وسیعی به آن می دهد، شناخته شده است. ژل سیلیکا معمولاً در بسته‌های کوچکی یافت می‌شود که اغلب در بسته‌بندی گنجانده می‌شوند تا محصولات را خشک نگه دارند و از آسیب‌های ناشی از رطوبت جلوگیری کنند.

کاربردهای سیلیکاژل به شرح زیر است:

• خشک کردن گازها، مبردها، حلال‌های آلی، روغن‌های ترانسفورماتور
• خشک کننده در بسته بندی و شیشه دوجداره
• کنترل نقطه شبنم گاز طبیعی

2) آلومینای فعال

آلومینا فعال شکل بسیار متخلخل اکسید آلومینیوم (Al2O3) است که عمدتاً به عنوان جاذب و کاتالیزور در کاربردهای مختلف صنعتی استفاده می شود. برخی از کاربردهای آن به شرح زیر است:

• خشک کردن گازها، حلال های آلی، روغن های ترانسفورماتور
• حذف HCl از هیدروژن
• حذف فلوئور در فرآیند آلکیلاسیون

3) کربن ها

کربن ها، به ویژه به شکل مواد مبتنی بر کربن مانند کربن فعال یا کربن سیاه، معمولاً به عنوان حلال در مفهوم سنتی طبقه بندی نمی شوند. با این حال، آنها نقش مهمی در کاربردهای مختلف مربوط به حل و استخراج دارند. برخی از مهم ترین کاربرد کربن ها به شرح زیر است:

• نیتروژن از هوا
• هیدروژن از گاز سنتز
• اتن از متان و هیدروژن
• مونومر وینیل کلرید (VCM) از هوا
• حذف بو از گازها
• بازیابی بخارات حلال
• حذف SOX و NOX
• تصفیه هلیوم
• پاکسازی گازهای هسته ای
• تصفیه آب

4) زئولیت

زئولیت ها گروهی از کانی های آلومینوسیلیکات کریستالی طبیعی یا مصنوعی هستند که ساختار متخلخل منحصر به فردی دارند. آنها به دلیل خواص تبادل یونی، مساحت سطح بالا و قابلیت غربال مولکولی به طور گسترده در کاربردهای مختلف صنعتی و محیطی استفاده می شوند:

• اکسیژن از هوا
• خشک کردن گازها
• حذف آب از آزئوتروپ ها
• شیرین کننده گازها و مایعات ترش
• تصفیه هیدروژن
• جداسازی آمونیاک و هیدروژن
• بازیابی دی اکسید کربن
• جداسازی اکسیژن و آرگون
• حذف استیلن، پروپان و بوتان از هوا
• جداسازی زایلن ها و اتیل بنزن
• جداسازی پارافین های معمولی از شاخه دار
• جداسازی الفین ها و آروماتیک ها از پارافین ها
• بازیابی مونوکسید کربن از متان و هیدروژن
• خشک کردن مبردها و مایعات آلی
• کنترل آلودگی، از جمله حذف جیوه، NOX و SOX
• بازیابی فروکتوز از شربت ذرت

5) زئولیت و پلیمر

ترکیب زئولیت‌ها و پلیمرها به دلیل خواص مکملی که برای کاربردهای مختلف به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند کاتالیز، جذب، جداسازی و سنجش دارند، مورد توجه قرار گرفته است. زئولیت ها سطح بالایی، قابلیت تبادل یونی و خواص غربالگری مولکولی را ارائه می دهند، در حالی که پلیمرها انعطاف پذیری، استحکام مکانیکی و سهولت پردازش را ارائه می دهند. موارد کاربرد آن عبارتند از:

• تصفیه آب
• بازیابی و تصفیه استروئیدها، اسیدهای آمینه
• جداسازی اسیدهای چرب از آب و تولوئن
• جداسازی مواد آروماتیک از آلیفاتیک
• بازیابی پروتئین ها و آنزیم ها
• حذف رنگ ها از شربت ها
• حذف مواد آلی از پراکسید هیدروژن

6) رس

رس، یک جاذب طبیعی و بسیار موثر است که به دلیل ساختار متخلخل، مساحت سطح بالا و توانایی جذب و نگهداری مولکول های مختلف از جمله آب، روغن و سموم، به طور گسترده در کاربردهای محیطی، صنعتی و خانگی استفاده می شود. خواص جاذب خاک رس از اندازه ذرات ریز و ساختار لایه ای آن ناشی می شود که سطح و بار زیادی ایجاد می کند که آن را برای به دام انداختن و نگهداری مواد ایده آل می کند. رایج ترین کاربردهای آن عبارتند از:

• تیمار روغن های خوراکی
• حذف رنگدانه های آلی
• تصفیه روغن های معدنی
• حذف بی فنیل های پلی کلره (PCB)

انواع جاذب ها بر اساس ساختار (سایز منافذ)

بیشتر جاذب ها ساخته می شوند (مانند کربن های فعال)، اما تعداد کمی به طور طبیعی وجود دارند (مانند برخی زئولیت ها). هر ماده دارای ویژگی های خاص خود مانند تخلخل، ساختار منافذ و ماهیت سطوح جاذب آن است. اندازه منافذ در جاذب ها ممکن است در سراسر جامد توزیع شود. اندازه منافذ به طور کلی در 3 محدوده طبقه بندی می شوند:

• ماکرو منافذ دارای “قطر” بیش از 50 نانومتر
•  مزوپورها (همچنین به عنوان منافذ انتقالی شناخته می شوند) دارای “قطر” در محدوده 2 تا 50 نانومتر
• ریز منافذ دارای “قطر” هستند که عبارتند از: کوچکتر از 2 نانومتر

بسیاری از مواد جاذب مانند کربن‌ها، ژل‌های سیلیکا و آلومینا، آمورف هستند و دارای شبکه‌های پیچیده‌ای از ریز منافذ، مزوپورها و ماکرو منافذ به هم پیوسته هستند. در مقابل، منافذ موجود در جاذب های زئولیتی دارای ابعاد دقیق هستند.

جاذب های “آغشته” چیست و چرا استفاده می شود؟

بیشتر جاذب‌ها با استفاده از اصل «جذب فیزیکی» کار می‌کنند، اما برخی از مولکول‌ها یا اتم‌های هدف تنها توسط نیروهای فیزیکی بسیار ضعیف به سطح جاذب جذب می‌شوند. با این حال، با بهره گیری از سطح داخلی بسیار بالای کربن فعال، و رسوب (آغشته کردن) گوگرد عنصری بر روی سطح داخلی کربن، آن را به یک جاذب شیمیایی تبدیل می کنیم. بنابراین، کربن فعال آغشته به گوگرد، ترکیبات عنصری جیوه و یون جیوه را به شدت جذب می کند. جیوه جذب شده از نظر شیمیایی به کربن متصل می شود و به راحتی قابل جذب نیست. اگر بخواهیم از اکسید فلز (CuO) برای حذف جیوه استفاده کنیم، سطح داخلی کربن را با CuO آغشته می‌کنیم، سپس می‌توان آن را در محل توسط یک سیال فرآیندی حاوی H2S یا با تزریق در محل با تزریق H2S سولفید کرد.

ویژگی های جاذب ها

ویژگی های کلیدی جاذب ها که به آنها قدرت انجام کارهای خاص می دهد عبارتند از:

• سطح داخلی: قدرت یا ظرفیت جذب و سرعت عمل جاذب ها را فراهم می کند.
•  اندازه منافذ: از این مفهوم برای برای جدا کردن مولکول هایی که در منافذ جاذب قرار می گیرند استفاده می شود.
•  شیمی سطح: از این مفهوم برای افزایش حذف انواع خاصی از مولکول ها و اتم ها استفاده می شود.
•  اندازه ذرات: برای متعادل کردن اهداف متناقض افت فشار کم در مقابل سرعت عمل یک جاذب انتخاب شده است.

از آنجایی که جاذب ها برای بسته بندی های صنعتی اساسی هستند، به طور مداوم برای افزایش استفاده از آنها اصلاح می شوند. عواملی که در بالا ذکر شد برخی از مهم ترین ویژگی های موجود در جاذب های مدرن هستند. غیرفعال سازی تکرارپذیری، سخت ترین عامل برای کنترل است. سطح جذب را اندازه گیری می کند و تعیین می کند که چگونه آب سطحی را می توان حذف کرد. بسیاری از پلیمرهای آلی مصنوعی جاذب خوبی هستند.

ج) کاتالیست ها

کاتالیست ها (کاتالیستها) موادی هستند که با ایجاد یک مسیر جایگزین برای شکستن و ایجاد پیوندها، واکنش ها را سرعت می بخشند. کلید این مسیر جایگزین انرژی فعال سازی کمتری نسبت به انرژی مورد نیاز برای واکنش کاتالیز نشده است. کاتالیستها اغلب برای یک واکنش خاص خاص هستند و این به ویژه برای آنزیم هایی که واکنش های بیولوژیکی را کاتالیز می کنند، صادق است. کاتالیست ها در برخی از واکنش ها به صورت طبیعی و مصنوعی ظاهر می شوند. به عنوان مثال، کاتالیست ها در تولید صنعتی آمونیاک، اسید نیتریک (تولید شده از آمونیاک)، اسید سولفوریک و سایر مواد استفاده می شوند.

خواص کاتالیست ها:

خواص کاتالیزورها برای طراحی و کاربرد آنها در فرآیندهای شیمیایی مختلف ضروری است. درک این خواص به شیمیدانان و مهندسان اجازه می دهد تا کاتالیزورها را برای واکنش های خاص بهینه کنند، کارایی، گزینش پذیری و پایداری را در فرآیندهای صنعتی بهبود بخشند. برخی از خواص اساسی کاتالیزور در زیر توضیح داده شده است:

• واکنش پذیری کاتالیست:

کاتالیست توانایی افزایش سرعت واکنش را دارد. این توانایی کاتالیست به عنوان واکنش پذیری شناخته می شود. بستگی به جذب واکنش دهنده ها روی سطح کاتالیست دارد. جذب شیمیایی عامل اصلی حاکم بر فعالیت کاتالیستها است. پیوند ایجاد شده در طول جذب بین سطح کاتالیستی و واکنش دهنده ها نباید خیلی قوی یا خیلی ضعیف باشد.

• گزینش پذیری کاتالیست:

کاتالیست ها ترکیبات بسیار خاصی هستند. آنها توانایی هدایت واکنش را برای تولید یک محصول خاص دارند. واکنش با واکنش دهنده های مشابه اما کاتالیست متفاوت ممکن است محصولات متفاوتی را به همراه داشته باشد. کاتالیستها در طبیعت بسیار انتخابی هستند. آنها می توانند یک واکنش خاص را تسریع کنند در حالی که واکنش دیگری را مهار می کنند. از این رو، می توان گفت که یک کاتالیست خاص فقط می تواند یک واکنش خاص را کاتالیز کند. ممکن است نتواند واکنش دیگری از همان نوع را کاتالیز کند.

• پایداری:

به تعداد واکنش های انجام شده توسط هر بخش فعال قبل از آنکه از بین برود یا غیرفعال شود، پایداری کاتالیست می گویند.

انواع کاتالیست ها

کاتالیست ها به چهار نوع دسته بندی می شوند:

1) همگن

2) ناهمگن (جامد)

3) کاتالیست همگن ناهمگن

4) کاتالیست های زیستی

1) کاتالیست همگن:

در کاتالیزگر همگن، مخلوط واکنش و کاتالیست هر دو در یک فاز هستند. هم کاتالیست و هم واکنش دهنده ها همگنی بالایی از خود نشان می دهند که منجر به برهمکنش زیاد بین آنها می شود. نهایتا منجر به واکنش پذیری و انتخاب پذیری بالا در شرایط واکنش ملایم می شود. برخی از نمونه‌های کاتالیست های همگن عبارتند از: اسیدهای برونستد و لوئیس، فلزات واسطه، کمپلکس‌های آلی فلزی، آلی کاتالیست. برخی از فرآیندهای شیمیایی قابل توجهی که از طریق کاتالیز همگن رخ می دهند عبارتند از :کربونیلاسیون، اکسیداسیون، هیدروسیاناسیون، متاتز و هیدروژنه شدن.

2) کاتالیست ناهمگن:

در کاتالیز ناهمگن، کاتالیست ها در فازی متفاوت از مخلوط واکنش وجود دارند. برخی از فرآیندهای نمونه ای که از کاتالیست های ناهمگن استفاده می کنند عبارتند از فرآیند هابر-بوش برای سنتز آمونیاک، فرآیند فیشر-تروپش برای تولید انواع هیدروکربن ها. کاتالیست های ناهمگن به دلیل جداسازی آسان محصول و بازیابی کاتالیست، بر فرآیندهای صنعتی عمده تسلط دارند. کاتالیست های ناهمگن ممکن است به عنوان ذرات ریز، پودر، گرانول استفاده شوند. این کاتالیست ها ممکن است بر روی تکیه گاه جامد (کاتالیستهای پشتیبانی شده)، یا به صورت توده ای (کاتالیستهای بدون پشتیبانی) استفاده شوند.

3) کاتالیست های همگن ناهمگن:

توسعه عملی کاتالیست های ناهمگن برخلاف کاتالیست های همگن بسیار دشوارتر است. یکی از دلایل، پیچیدگی آنها است که مانع از تجزیه و تحلیل آنها در سطح مولکولی و توسعه از طریق روابط ساختار- واکنش می شود. علاوه بر این، کاتالیست های ناهمگن سنتی (اکسیدهای فلزی یا فلزات پشتیبانی شده) گزینش پذیری و واکنش پذیری کمتری از خود نشان می دهند. به منظور غلبه بر این مسائل، کاتالیست همگن بر روی تکیه گاه های جامد پیوند زده می شود تا آنالوگ های ناهمگن آنها آماده شود.

4) کاتالیست های زیستی (بیوکاتالیست):

پروتئین‌های طبیعی (آنزیم‌ها) یا اسیدهای نوکلئیک (RNA یا ریبوزیم‌ها و DNA) که برای کاتالیز کردن واکنش‌های شیمیایی خاص در خارج از سلول‌های زنده استفاده می‌شوند را بیوکاتالیست می‌گویند. آنزیم ها از بافت های حیوانی، گیاهان و میکروب ها (مخمر، باکتری یا قارچ) به دست می آیند. گزینش پذیری بالا، راندمان بالا، سازگاری با محیط زیست و شرایط واکنش ملایم، نیروهای محرکه برای استفاده در مقیاس بزرگ از آنها و تبدیل آن ها به جایگزینی برای کاتالیست های صنعتی معمولی است.

کاربردهای کاتالیست ها:

برخی از کاربردهای کاتالیست ها عبارتند از:

• مواد فعال (API) سوخت های زیستی مانند لیپاز برای تولید بیودیزل از روغن نباتی
• صنایع لبنی مانند لیپاز برای حذف لاکتوز و رنین برای تهیه پنیر
• صنعت پخت مانند آمیلاز برای نرمی و حجم نان، گلوکز اکسیداز برای تقویت خمیر
• تولید مواد شوینده مانند پروتئیناز، لیپاز، آمیلاز مورد استفاده ه ترتیب برای از بین بردن لکه های پروتئین، چربی، نشاسته
• صنعت چرم مانند پروتئاز برای از بین بردن مو و ضربه زدن
• صنعت کاغذ
• صنعت نساجی مانند آمیلاز برای حذف نشاسته از پارچه‌های بافته شده
• صنعت نفت و گاز مانند کاتالیست های اکسیداسیون فرآیند گوگردزدایی

حلال های رایج سولفورزدایی

کاهش گوگرد در محیط زیست، می تواند نجات بخش محیط زیست باشد. حلال ها نقش عمده ای در ایفای این نقش دارند. در اغلب روش های سولفورزدایی برای حذف و جداسازی ترکیبات گوگردی از مازوت، گازوئیل، کاندنسیت و غیره از حلال ها استفاده می شود. برخی از این حلال های قطبی به شرح زیر است:

• نرمال هپتان
• متانول
• استونیتریل
• دی متیل فرمامید (DMF)
• پروپانول
• اتانول
• نرمال متیل پیرولیدین(NMP)

جاذب های رایج سولفورزدایی

فرآیند جذب، مرحله بسیار مهمی در اغلب روش های گوگردزدایی است. پس از استفاده از کاتالیست سولفورزدایی، عملیات جذب صورت می پذیرد که نهایتا با حلال، جداسازی گوگرد از خوراک انجام می شود. یکی از روش های سولفورزدایی، سولفورزدایی به روش جذبی (ADS) است. گوگرد زدایی جذبی شامل حذف ترکیبات گوگرد آلی از فراکسیون های نفتی توسط فرآیندهای جذب فیزیکوشیمیایی است. این یک تکنیک دما و فشار پایین است و نیازی به هیدروژن پرهزینه ندارد. گوگرد زدایی جذبی یک روش جایگزین امیدوارکننده برای حذف گوگرد با جذب در شرایط محیطی است.

طول عمر، گزینش پذیری و ظرفیت ADS به شدت به نوع جاذب مورد استفاده بستگی دارد. در میان بسیاری از جاذب های مورد مطالعه، زئولیت های Y انتخابی عالی برای چنین کاربردهایی هستند. زئولیت‌های Y دارای ساختار منافذ منحصربه‌فردی، سطح وسیع و محل‌های اسیدی در دسترس هستند که همگی برای جذب مولکول‌های گوگرد مفید هستند. علاوه بر این، ساختار زئولیت Y به راحتی قابل تنظیم است. بنابراین مزوپوروزیت و کاتیون های فلزی می توانند در ساختار گنجانده شوند و ظرفیت و جداسازی گوگرد را افزایش دهند.

کاتالیست های رایج سولفورزدایی

کاتالیست ها در روش گوگردزدایی اکسیداسیون (ODS) نقش بسیار موثری دارند. در این فرآیند از کاتالیست های جامد یا مایع استفاده می شود. برخی کاتالیست های جامد و مایع برای گوگردزدایی به شرح زیر است:

الف) انواع کاتالیست های جامد:

کاتالیست های جامد مناسب برای سولفورزدایی از مشتقات نفتی عبارتند از:

•  MoO3/AL2O3
•  V2O5/TiO2
•  V2O5/Al2O3
•  MnO2/MrGo
• کبالت آلومینیوم فسفات
• زئولیت تیتانیوم

ب) انواع کاتالیست های مایع:

کاتالیست های مایع مناسب برای سولفورزدایی از مشتقات نفتی عبارتند از:

• هیدروژن پراکساید
• اسید استیک
• اسید فرمیک
• اسید سولفوریک

کلام آخر:

به طور خلاصه، حلال‌ها، جاذب‌ها و کاتالیزورها اجزای حیاتی در فرآیندهای مختلف صنعتی هستند که هرکدام نقش‌های متمایز اما به هم مرتبط را ایفا می‌کنند. یکی از مهم ترین کاربرد حلال، کاتالیست و جاذب، پاکسازی و به سوزی سوخت های فسیلی جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در محیط زیست است. این اقدام، از طرق مختلفی صورت می پذیرد. از پراهمیت ترین کاربرد آنها، در بهبود کیفیت سوخت از طریق فرآیند گوگردزدایی است. َشرکت آرال شیمی با استفاده از کاتالیست های سولفورین و دسولفاکس، یک پکیج کامل برای جداسازی گوگرد از مشتقات نفت و گاز به وجود آورده است. این کاتالیست ها، مایع بوده و با استفاده از روش اکسیداسیون عملیات گوگردزدایی را انجام می دهد.

⇐ بروزرسانی در آبان 1403