کاتالیست چیست؟ انواع + کاربرد

کاتالیست ها یکی از پرکاربردترین موادی است که امروزه در صنایع مختلف، مورد استفاده قرار می گیرد. تقریبا تمام واکنش های شیمیایی صنعتی که برای تولید مواد اولیه یا تولید محصول نهایی وجود دارند در چرخه فرایند خود از کاتالیست استفاده می کنند. در این مقاله به کمک تیم تحلیلی بازار نفت و گاز به بررسی این فرایند می پردازیم.

کاتالیست ها

کاتالیست ها انواع مختلفی دارند و در شکل های گوناگون به صورت مایع یا جامد ساخته می شوند و کار اصلی آن ها افزایش سرعت انجام واکنش ها است.

این مواد نقش بسیار مهمی در فرایند های اصلی واحدهای پتروشیمی و پالایشگاهی دارند به طوری که فرایند تبدیل محصولات خام کم ارزش به محصولات با ارزش بدون فرایندهای تبدیلی کاتالیستی امکان پذیر نخواهد بود.

کاتالیستها کاربرد بسیار زیادی در فرآیندهای تبدیل نفت و گاز و پتروشیمی دارند. عمده محصولات پالایش نفت، تبدیل گاز و بخصوص پتروشیمی از طریق واکنش های کاتالیستی تولید می گردند. مصرف سوخت های مایع در خودروها، نیروگاه ها و … باعث انتشار آلاینده های محیط زیستی می گردد که کاهش آنها نیز با استفاده از مبدل های کاتالیستی صورت می گیرد.

حدود یک سوم کاتالیستها در کاهش آلودگی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی بخصوص در خودروها استفاده می گردد. همچنین جاذبهایی همچون زئولیتها، کربن فعال، سیلیکا و نیز غشاءهای سرامیکی کاربردهای وسیعی در جداسازی و تصفیه در صنایع نفت و گاز دارند.

انواع کاتالیست‌های صنعتی عبارتند از:

• کاتالیست همگن
• کاتالیست ناهمگن

کاتالیست های همگن

کاتالیست در برخی از واکنش‌های شیمیایی، کاتالیست‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، با واکنش و واکنش دهنده‌ها هم فاز می‌باشند. به این نوع از کاتالیست‌های صنعتی، کاتالیست همگن می‌گویند. در واکنش‌های همگن، کاتالیزور و واکنش گراها، در فاز مشترک قرار دارند و در یک فاز عمل می‌کنند. کاتالیست‌های همگن اغلب با سوبستراها در حلال حل می‌شوند. به عنوان مثال، هیدروفرمیلاسیون، هیدرو سیلیلاسیون، هیدرو سیاناسیون واکنش‌های با حجم بالا هستند که برای افزایش سرعت به کاتالیزور همگن نیز دارند.

کاتالیست های ناهمگن

کاتالیست ناهمگن، نوعی از کاتالیزورها است که در یک واکنش شیمیایی، در فاز مخالف واکنش‌گر یا همان محصولات، قرار می‌گیرد. این فرایند، دقیقاً مخالف کاتالیز همگن می‌باشد. فازها در حالت‌های جامد، مایع و گاز قابل تمایز هستند. همچنین این امر در حالت‌هایی که دو ماده غیر حلال توسط خط مشترک مجزا می‌شوند هم امکان‌پذیر خواهد بود. به طور کلی کاتالیزورهای همگن و ناهمگن، مواد مفیدی هستند، چرا که بدون اینکه مصرف شوند، سرعت واکنش و تولید محصول را افزایش می‌دهند.

کاتالیست های پالایشگاهی

پالایشگاه نفت برای تبدیل نفت خام ورودی به محصولات نهایی همچون گاز مایع، بنزین، گاز، نفت سفید، سوخت جت، نفت کوره و سایر فرآورده ها اصطلاحاً فرآورده‌های ویژه از فرایندهای کاتالیستی مختلف استفاده می‌کنند. انواع کاتالیست های مورد استفاده در پالایشگاه ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد.

از کراکینگ بستر سیال، کراکینگ با هیدروژن، ریفرمینگ نفتا برای فرآیندهای تبدیلی در پالایشگاه‌ها استفاده می‌شود. همچنین تصفیه هیدروژنی برای تولید محصولات منطبق با استانداردهای زیستی کاربرد دارد.

در حالت كلي فرآيندهاي مورد استفاده در صنايع پالايشگاهي به چهار دسته عمومي تقسيم مي شوند:

1. فرآيندهاي جداسازي (Separation Processes)
2. فرآيندهاي تبدیلی (Conversion Processes)
3. فرآيندهاي كاهش گوگرد (Desulfurization Processes)
4. فرآيندهاي ارتقاء كيفيت و خواص محصولات (Finishing Processes)

فرایندهای کاتالیست پالایشگاهی

فرآیندهای جداسازی شامل فرآیندهای جداسازی آب و نمک و فرایندهای تقطیر اتمسفریک و تقطیر در خلاء می ­باشد. فرآیندهای تبدیلی نیز به منظور تبدیل هیدروکربن ­های سنگین به سبک­تر مورد استفاده قرار می­ گیرند. در واقع هر قدر خوراک ورودی به مجتمع پالایشگاهی سنگین­ تر باشد، نیاز به فرایندهای تبدیلی بیشتر خواهد شد.

از فرایندهای تبدیلی می­ توان به واحد­های کراکینگ اشاره نمود که برش­ های سنگین تولیدی در برج تقطیر در اتمسفریک و خلاء را به محصولات سبک و میان تقطیر تبدیل می­ نمایند. این واحدها با تولید الفین ­های سبک (پروپیلن و بوتیلن) و همچنین بنزین از مهمترین واحدهای پالایشگاه­ های جدید می ­باشند.

یکی از مهمترین واحد­های فرایندی در هر پالایشگاهی، واحدهای کاهش میزان گوگرد می­ باشد که تمامی آنها نیز تحت کاتالیست می باشند. این واحدها جهت حذف گوگرد و فلزات سنگین و سایر ترکیبات آلاینده از برش ­های مختلف تولیدی به کار می­ روند. از مهمترین واحدهای حذف گوگرد می­ توان به فرآیندهای تصفیه­ ی هیدروژنی برش ­های نفتا، نفت سفید و نفت گاز اشاره نمود.

فرایندهای ارتقاء کیفیت نیز شامل واحدهای تبدیل کاتالیستی (Reforming)، ایزومریزاسیون (Isomerization) و آلکیلاسیون هستند که تمامی این واحدها نیز کاتالیستی می­ باشند.

به نظر می ­رسد، بخش عمده­ای از ارزش افزوده ایجاد شده در مجتمع ­های پالایشی ناشی از فرایندهای تحت کاتالیستی می باشد به همین منظور نیز انتخاب و استفاده کاتالیست مناسب از مهمترین عوامل ایجاد ارزش­ افزوده ی پایدار در این صنعت خواهد بود.

کاتالیست های پتروشیمی

از انواع کاتالیست های صنعتی و پتروشیمی در این صنعت بسیار استفاده شده و کارایی بالایی دارند. در واقع می‌توان گفت یکی از موادی که حضور آن‌ها در انجام واکنش‌های مربوط به پتروشیمی لازم و ضروری این محصولات هستند. 

فرایندهای مجتمع های پتروشیمی به دو دسته پلیمری و غیر پلیمری تقسیم می شوند. از جمله کاتالیزورهای غیر پلیمری پتروشیمی می‌توان به دی هیدرو ژناسیون، اتیلن به اتیلن اکساید، ریفورمینک خشک، آرماتیزاسیون و… اشاره کرد از نوع پلیمری می‌توان اکسید آنتیموان، تری اتیلن آمین و … را نام برد.

بدیهی است که تنوع کاتالیست های مصرفی در صنعت پتروشیمی، به دلیل تعدد فرایندها و محصولات، بیشتر از صنعت پالایشگاهی باشد. به طور کلی برای درک بازار کاتالیست های صنعتی در ایران، بهترین نوع طبقه بندی، طبقه بندی بر اساس صنایع مصرف کننده است.

صنعت پتروشیمي مهمترين حلقه زنجیره ارزش تبديل نفت و گاز به محصوالت شیمیايي و پلیمري محسوب ميشود. زنجیره هاي تولید محصولات پايه پتروشیمیايي را ميتوان به هفت دسته تقسیم بندي كرد:

1. زنجیره تبديل اتیلن
2. زنجیره تبديل گاز سنتز
3. زنجیره تبديل پروپیلن
4. زنجیره تبديل بوتادين
5. زنجیره تبديل زايلنها
6. زنجیره تبديل تولوئن
7. زنجیره تبديل بنزن

صنعت پتروشیمي

متفاوت بودن نوع فرآیندهای پالایش نفت در هر منطقه عملیاتی باعث شده است که برای هر فرآیند خاص از یک نوع کاتالیست منحصربه فرد استفاده شود. با توجه به اینکه ظرفیت بهره برداری در کشورهای آسیایی (ازجمله چین و آسیای میانه) افزایش یافته است.

از نظر گستردگی بزرگترین واحد عملیاتی پالایش نفت، واحد کراکینگ کاتالیستی است که نیازمند حجم وسیعی از کاتالیست می باشد ، در حالیکه حجم تولید درفرآیندهای پالایشگاهی مربوط به واحد آلکیلاسیون و کاتالیست های مربوط به آن می باشد. درجایگاه بعدی و از نظر ازدیاد مصرف کاتالیست واحد FCC و حجم مورد نیاز استفاده در این واحد می باشد. از دیگر کاتالیست های حائز اهمیت در صنعت پالایشگاهی که بازار فروش بسیار زیادی دارد می توان هیدروتریتینگ و ریفرمینگ را نام برد.