پایان نامه کاتالیزورها و بررسی عملکرد آن ها در واحد هیدرو کراکینگ پالایشگاه شیراز

فصل اول: تاریخچه، ویژگی و نقش کاتالیزورها  

ریشه لغوی

کاتالیزور از دو صفت کاتا و لیزور تشکیل شده است. در زبان یونانی "کاتا" به معنای پائین ، افتادن ، یا پائین افتادن است و "لیزور" به معنی قطعه قطعه کردن می‌باشد. در برخی زبانها کاتالیزور را به معنی گردهم آوردن اجسام دور از هم معرفی کرده اند.

 1-1- تاریخچه:

1-1-1-مطالب زیادی در مورد تاریخچه کاتالیزورها وجود دارد که اشاره ای به برخی از آنها می شود:

«بسياري از مواد مي توانند روي مواد ديگر تاثير بگذارند كه با ميل آنها به انجام  واكنش شيميايي تفاوت بسيار زيادي دارد. آنها از اين طريق  باعث تجزيه اين مواد تشكيل مواد جديد مي شوند، ولي در تركيب مواد جديد وارد نمي شوند. اين نيروي جديد كه تا كنون ناشناخته بوده هم در مواد آلي و هم در مواد  معدني وجود دارد …من آن را نيروي كاتاليستي مي نامم. همچنين تجزيه مواد توسط اين نيرو را كاتاليزور مي نامم»

(ژ-ژ برزليوس(Berzelius ) (1836 ) مجله  علوم فلسفي  جديد ادينبورو، xxy  ، 223)

اولين باري كه نام كاتاليز در متن  علمي آمد در متن  بالا بود. تا پيش از آن  لغت كاتاليز به معني «قانون شكني و بر هم زدن نظم بود. شايد بر داشت برزليوس ان بود كه عمل كاتاليز اصول و قوانين  يافته شده تا سال 1836 را نقض مي كرد  توجه  به اين نكته جالب است كه جايگزين كردن تعدادي از كلمات  عبارت  به كار رفته توسط برزليوس  با كلمات  امروزي، خلاصه  بسيار خوبي  از نگرش  فعلي ما به كاتاليزر به دست مي دهد. كاتاليست  يك قاعده خيلي اساسي در توليد و انفعال  سوخت ها و مواد شيميايي مي باشد.

جايگزين كردن تعدادي از كلمات  عبارت  به كار رفته توسط برزليوس با كلمات  امروزي، خلاصه  بسيار خوبي  از نگرش  فعلي ما به كاتاليزر به دست مي دهد. كاتاليست  يك قاعده خيلي اساسي در توليد و انفعال  سوخت ها و مواد شيميايي مي باشد.

بررسي مبحث كاتاليست  يك موضوع مهم و حساس  بوده كه علاقه خيلي از دانشمندان و مهندسين  به ان جلب  شده است. كاتاليست  عملاً در صنعت  تصفيه نفت  به كار مي رود و تقريباً  همه مواد نفتي  در فرآيندها ، توسط  واكنش هاي كاتاليستي  تهيه مي شوند. كاتاليست ها براي اولين بار در دنيا در سال 1909  هنگاميكه استوالد (Ostwald  ) به خاطر كارش جايزه نوبل گرفت  به رسميت شناخته شد. سه سال  بعد آن افتخار به سباتير ( Sabatier  ) بخشيده شد.

بررسي  بحران اخير انرژي  و در دهه تحريم نفت عرب در سال 1973 و  متعاقب آن فعاليت هاي اوپك (O.P.E.C  ) ، اهميت كاتاليست آشكار تر  مي شود و به سرعت  شناخته مي گردد.  يعني كاتاليست تكيه گاهي براي مقدار  زيادي انرژي  تلقي مي گردد.  اين مواد به وسيله  ايالات متحده و ملل صنعتي  ديگر توليد مي شوند.

اولین گزارش استفاده از کاتالیزور ، مربوط به کریشف می‌باشد که با استفاده از یک اسید به عنوان کاتالیزور توانست نشاسته را به قند ،هیدرولیزکند. بعدها دیوی توانست واکنش اکسیداسیون هیدروژن را با اکسیژن در حضور کاتالیزورپلاتین انجام دهد که این واکنش یک واکنش گرما گیر است و در نتیجه هنگام انجام واکنش جرقه تولید می‌شد.

 انقلاب تکنولوژی اصلی در زمینه کاتالیزور مربوط به نیمه دوم قرن 20 یعنی بین سالهای1980 ـ 1950 می‌باشد.  اولین کار در توضیح اینکه چرا یک واکنش کاتالیزوری انجام می‌گیرد و کاتالیزور چه نقشی دارد، توسط "فارادی" انجام شد. (جذب ((اتیلن)) سطح pt را موقتا مسموم می کند در حالکیه جذب سولفور پلا تین را دائما مسموم می کند) بیشترین بهره برداری از کاتالیزور در ((جنگ جهانی)) بود. دهه 1960 ـ 1950 دهه ای است که با تولید ((کاتالیزورهای زیگرناتا)) ترکیبات بسیار هم و استراتژیک ساخته شد.بیشترین بهره‌برداری از کاتالیزور در جنگ جهانی بود.  

كاتاليست بعنوان يك پديده اخيراً بررسي گرديده است . ظاهراً اولين كاتاليست ، براي واكنش هاي آنزيمي در شكل تهيه و ساخت شراب و سركه بكار گمارده شد . همچنين در تهيه صابون كه يك عمل بسيار قديمي است . مورد توجه قرار گرفت . اين واكنش ها به تبديل كاتاليستي شكر به اتيل الكل به اسيد استيك و چربي به يك نمك است و گليسيرين منجر گرديد .

در طي اواخر قرن هيجدهم دانش شيمي سريعاً گسترش مي يافت و طبيعي بود كه اثر مواد خارجي بر روي واكنش هاي شيميايي مطالعه شود . بين سالهاي 1835-1780 آزمايشات متعدد و با ارزشي ، اثرات مواد خارجي را بر روي واكنش هاي شيميايي شرح دادند . اين آزمايشات واكنش هاي اسيد ها را در محلول و واكنش هاي فاز گازي و واكنش هاي جذب بوسيلة جامدات را مورد بحث قرار مي دادند . اهداف كار كاتاليست ها بوسيلة فوزينيري ، كه اولين كسي بود كه رابطه بين جذب سطحي  و افزايش سرعت واكنش ها را بوسيلة جامدات مورد توجه قرار داد ، پيشرفت نمود . از جمله افراد ديگر فارادي ، دريافته بود كه جذب سطحي مواد اوليه يك قاعده مهم در صورت گرفتن يك واكنش در حضور يك جامد مي باشد . همچنين كلمنت و ديزرمس اظهار داشتند كه اكسيدهاي نيتروژن يك نقش اساسي را در اكسيداسيون دي اكسيد گوگرد بوسيلة تشكيل يك تركيب بازي مي كنند . خيلي از آزمايشها بر روي طرز عمل كاتاليست ها با موادي صورت ميگرفت كه امروزه بعنوان كاتاليست ها مورد استفاده در صنايع نفت مطرح مي باشند . بعنوان مثال اسيدهاي قوي ، خاكها و فلزاتي از قبيل پلاتين  .

در نيمه دوم قرن نوزدهم ، « هلمهولتز » ، « آرنيوس» ، « استوالد » ، « وانت هوف » و ديگران شيمي فيزيك را گسترش دادند كه براي اولين بار درك جديدي از شيمي بود و قوانين كمي را تا حدودي كاهش ميداد . در حدود سالهاي 1900 ، استوالد اهميت حقيقي كار يك كاتاليست را شناسايي كرد . او يك كاتاليست را ماده اي تعريف كرد كه سرعت واكنش شيميايي را تغيير مي دهد بدون آنكه در محصول نهايي وجود داشته باشد . براي اولين بار از مفاهيم استوالد در كاتاليست ، براساس يك كميت قابل اندازه گيري شد . علم و تكنولوژي پيشرفته كاتاليستي در اين زمان شروع گرديد . نظرياتي كه دربارة كاتاليست ها بطور علمي از آن زمان تاكنون درشيمي و صنايع نفت وجود دارند ، واكنش هاي كاتاليستي مهمترين آنهاست.