در مقاله قبلی به طور کلی به انواع کاتالیست ها، کاتالیست هندلینگ، شرایط و نحوه تخلیه راکتور پرداختیم. در این مقاله میخواهیم به انواع راکتورهای کاتالیست بپردازیم.
کاتالیست چیست؟
کاتالیست يا کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهد اما معمولاً توسط واکنش مصرف نمی شود. یک کاتالیزور به طور معمول در پایان واکنش از نظر شیمیایی تغییر نمی کند. بسیاری از کاتالیزورها، مخلوط پیچیده ای از مواد شیمیایی مختلف هستند .
کاتالیست چیست؟
کاتالیست يا کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهد اما معمولاً توسط واکنش مصرف نمی شود. یک کاتالیزور به طور معمول در پایان واکنش از نظر شیمیایی تغییر نمی کند. بسیاری از کاتالیزورها، مخلوط پیچیده ای از مواد شیمیایی مختلف هستند .
دو بخش اساسی کاتالیست ها
همگن :
واکنش دهنده ها و کاتالیست در یک فاز هستند که معمولا در محلول ها اتفاق می افتد. کاتالیزور معمولاً با فرآیندی مانند تقطیر از جر یان محصول نهایی باز یابی می شود. تا زمانی که بازدهی کاتالیزور به اندازه کافی بالا باشد، دوباره مورد استفاده قرار می گیرد. اغلب مواد کاتالیزور خام به صورت پودر تهیه می شود و قبل از استفاده از کاتالیزور ، لازم است تا پودر در یک حلال مناسب حل شود .
ناهمگن :
واکنش دهنده های موجود (به طور معمول مایع یا گازی) و کاتالیزورها (به طور معمول جامد) در فازهای مختلف هستند. گلوله ها ممکن است کروی، استوانه ای یا به صورت تصادفی شکل باشند. بیشتر کاتالیزورهایی که در فرآیندهای ناهمگن استفاده می شوند بسیار پیچیده هستند. به طور معمول آنها از تعدادی از اجزای اصلی روی یک ماده پشتیبانی بی اثر مانند اکسید آلومینیوم یا سیلیس تشکیل شده اند.
هنگامی که این کاتالیزورهای جامد مورد استفاده قرار می گیرند ممکن است گرد و غبار تولید کنند بنابراین هنگام استنشاق ممکن است خطرناک باشند.
نمونه ای از کاتالیزور های شکل دار
کاتالیزورها معمولا از طریق تغییرات ساختاری مسمومیت توسط مواد موجود، گرم شدن بیش از حد یا رسوب مواد اضافی مانند کک به تدریج قدرت کاتالیزوری خود را از دست می دهند. وقتی کاتالیزور دیگر قدرت یا ویژگی الزام مورد نیاز کاربر را نشان نمی دهد، “مصرف شده است”. که این در درجه اول به تغییرات شیمیایی و ساختاری کاتالیزور در حین استفاده بستگی دارد .
کاربر ممکن است چندین گزینه برای برخورد با کاتالیزور مصرف شده داشته باشد که شامل موارد زیر است:
- احیا و استفاده مجدد از مواد
- بازیابی برخی یا تمام اجزای موجود در مواد
- دفع مواد
کاتالیزورهای خود گرم شونده
این نوع از کاتالیست ها مخلوط هایی در مقادیر زیاد هستند که پس از مدت زمان طولانی (چند ساعت یا چند روز) در اثر تماس با هوا و بدون منبع انرژی ، خود به خود گرم می شوند. این ممکن است شامل برخی از کاتالیزورهای تازه و یا مصرف شده هم باشد.
بارگیری و تخلیه به طور معمول در زیر نیتروژن انجام می شود تا یک محیط بی اثر ایجاد شود و بسته بندی و برچسب گذاری مناسب مورد نیاز است. از محیط مرطوب شده با آب نیز می توان استفاده کرد. خاصیت خود گرم شوندگی ممکن است به دلیل کاهش قدرت کاتالیستی باشد، که آن نيز می تواند ناشی از آلودگی سولفید آهن در کاتالیست های مصرف شده باشد.
کاتالیزور تجمع یافته
در بعضی موارد ، کاتالیزور می تواند در راکتور تجمع یابد و برای تخلیه آن به تکنیک هایی نیاز است تا سطحی از آن شکسته شود و کاتالیست بتواند تخلیه شود. جمع شدن کاتالیست به طور معمول در اثر رسوب یا رطوبت ایجاد می شود. پوسته ای در بالای بستر کاتالیزور ایجاد می شود که می تواند باعث محبوس شدن فشار در آن جا شود. افت فشار بر روی راکتور باید قبل از شروع عملیات آزمایش شود. برای نرم شدن کاتالیزور سخت شده، ممکن است تکنیک های خاصی مورد نیاز باشد.
یک اپراتور نباید وارد راکتوری شود که دارای دیواره ای بلند از کاتالیزور تجمع یافته است زیرا این دیواره می‌تواند هر لحظه تخریب شده و اپراتور در هنگام سقوط آسیب جدی ببیند. به طور معمول، ارتفاع دیوار باید کمتر از ۱ متر باشد همانطور که در شکل نشان داده شده است.
راکتورهای کاتالیست
1. راکتور با بستر ثابت
این متداول ترین نوع راکتورهای کاتالیست می‌باشد و به طور معمول یک ظرف استوانه‌ای است که با گلوله های کاتالیزور پر می شود و واکنش دهنده های گاز یا مایع از بستر پایین به جریان می آیند و به محصولات تبدیل می شوند. راکتور ممکن است بیش از یک نوع کاتالیزور در لایه ها داشته باشد و در این راکتور گلوله های سرامیکی بی اثر وجود دارد تا از کاتالیزور پشتیبانی کرده و مانع ریزش آن ها شود و جریان و توزیع گاز یا مایع واکنش دهنده را بهبود بخشد تا فرآیند بهتری داشته باشیم. گلوله های سرامیکی برای این مورد استفاده قرار می گیرند که استحکام بالایی دارند، می توانند در برابر دما و فشار بالا مقاومت کنند، مایع یا گازها را جذب نمی کنند و در برابر اتفاقات شیمی ایی از جمله حلال های اسیدی ، قلیایی و آلی مقاوم هستند.
راکتورهای کاتالیست ممکن است چندین پیکربندی از جمله یک بستر بزرگ یا چندین بستر به صورت سری داشته باشد. راکتورها ممکن است دهانه یا لوله انتقال داخلی داشته باشند تا در هنگام بارگیری و تخلیه کاتالیزور از طریق گرانش به پایین بستر جریان یابد. در بعضی موارد راکتورها دارای نازل های تخلیه هستند تا به وسیله ی نیروی گرانش تخلیه صورت گیرد. راکتورهای چند بستر می توانند دارای راه‌های کناری باشند تا بتوانند به راحتی به هر بستر دسترسی پیدا کرد و یا دارای شبکه پشتیبانی برای کاتالیست داخلی و سینی هایی با بخش‌های قابل جدا شدن باشند که می توانند برداشته شوند تا به بستر بعدی دسترسی داشته باشند. در حالت ایده آل، راکتور را طوری طراحی می کنند که در هنگام بارگیری و تخلیه کاتالیست ها کمترین تماس با آن ها صورت گیرد.
2. راکتور لوله ای / اصلاح کننده
این شامل یک سری لوله حاوی کاتالیزور است. این نوع معمولاً در جاهایی که فرآیند باید در دمای بالا و در جایی که گازهای گرم در خارج از لوله ها هستند، استفاده می شود. راکتورهای لوله ای همچنین در مواردی استفاده می شوند که فرآیند بسیار گرمازا باشد و مایع خنک کننده در خارج از لوله باشد و در صورت استفاده از یک بستر واحد، پایین آوردن درجه حرارت و ثابت نگه داشتن آن دشوار است. این نوع راکتورها چالش هایی را برای بارگیری و تخلیه به وجود می آورند زیرا کاتالیزور برای بارگیری و تخلیه باید از این لوله هایی با قطر کم وارد و یا خارج شود و آسیبی به کاتالیزور نرسد. راکتورهای لوله ای می توانند دارای گنبد یا پوشش های بالا و پایین ثابت یا قابل جابجایی برای دسترسی به لوله ها و نصب یا حذف کاتالیزور باشند.
3. راکتور با بستر سیال
یک راکتور با بستر سیال، ذرات کوچک کاتالیزور را با حرکت رو به بالا سیالی که باید واکنش دهد، معلق می کند. سیال به طور معمول گازی است که دبی آن آنقدر زیاد است که بتواند ذرات کاتالیست را در محفظه با واکنش دهنده ها مخلوط کند بدون اینکه این ذرات کاتالیست از راکتور خارج شوند. راکتورها با بستر سیال، معمولاً دارای چندین مجرا هستند که تحت کارکرد عادی ، کاتالیزور بین این مجرا ها جابجا می شود. این عمل باعث می شود تا کاتالیزور از طریق این مجراها به بخش بازسازی منتقل شده، که باعث افزایش قدرت کاتالیزور می شود و سپس به قسمت بالایی راکتور بازگردانده می شود. یک راکتور با بستر سیال، برای شکستن استفاده می شود که برای شکستن پیوند هیدروکربن از ترکیبات مواد (FCC) ترکیبات سیال با کاتالیزور ها خام صنعتی است .
