Катализаторы в химической промышленности

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Основные понятия катализа: гомогенный, гетерогенный и ферментативный катализ
3. Механизмы каталитических реакций: энергия активации и промежуточные комплексы
4. Катализаторы в нефтехимии: крекинг, реформинг и гидроочистка
5. Синтез аммиака и производство серной кислоты: промышленные катализаторы
6. Катализаторы полимеризации: от Циглера — Натта до металлоценов
7. Биокатализ и зелёная химия: перспективы развития каталитических технологий
8. Заключение
9. Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Каталитические процессы лежат в основе более 90% современных химических производств, обеспечивая мировой объём продукции на сумму свыше 15 трлн долларов ежегодно. Понятие катализа было введено Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1835 году для объяснения ускорения реакций в присутствии веществ, не расходуемых в ходе процесса. Вильгельм Оствальд уточнил определение в 1894 году, показав, что катализатор изменяет скорость, но не положение равновесия, за что в 1909 году получил Нобелевскую премию.

Гетерогенный катализ занимает ведущее место в промышленности. Процесс синтеза аммиака Габера — Боша, разработанный Фрицем Габером (1909) и масштабированный Карлом Бошем (1913), использует железный катализатор с промоторами (Al₂O₃, K₂O, CaO) при температуре 400–500°C и давлении 150–300 атм. Мировое производство аммиака превышает 180 млн тонн в год, из которых 80% идёт на производство азотных удобрений.

Катализаторы Циглера — Натта, разработанные Карлом Циглером и Джулио Натта в 1953–1954 годах (Нобелевская премия 1963 года), произвели революцию в полимерной промышленности, позволив получать стереорегулярные полиолефины — изотактический полипропилен и линейный полиэтилен высокой плотности. Современные металлоценовые катализаторы обеспечивают ещё более точный контроль молекулярной массы и стереохимии полимеров.

Биокатализ — применение ферментов в промышленных процессах — активно развивается с 1960-х годов. Иммобилизованная глюкозоизомераза используется для производства высокофруктозного кукурузного сиропа (HFCS) в масштабе 10 млн тонн в год. Нобелевская премия по химии 2018 года, присуждённая Фрэнсис Арнольд за направленную эволюцию ферментов, открыла путь к конструированию биокатализаторов с заданными свойствами.