В ранний период развития химической науки были открыто и изучено интересное явление — изменение скорости химических превращений в присутствии некоторых веществ, не участвующих в химической реакции. Для подобных веществ и явлений было предложено название катализа. Катализ можно обозначить как ускорение химической реакции с помощью веществ – катализаторов, которые неоднократно взаимодействуют с веществами реакции и регенерируют свой химический состав после каждого промежуточного взаимодействия. Этой особенностью подчеркивается химическая основа катализа и проводится четкая грань между явлениями катализа и явлениями ускорения химических реакций из-за различных физических факторов, например, инертных насадок, с использованием которых удается достичь увеличения поверхностного контакта между газовой и жидкой фазой компонентов и, как следствие, скорости реакции. Главной особенностью явления катализа является то, что вещества-катализаторы не расходуются в процессе реакции.
Самые распространенные и продвинутые каталитические технологии используются в нефтепереработке, где они позволяют значительно повысить выход и качество моторных топлив из сырой нефти: крекинг, риформинг, гидроочистка, гидрокрекинг, изомеризация и другие.
Современные системы с микрореакторами позволяют совмещать весь вышеперечисленный спектр химических реакций в одном едином комплексе. Подобные устройства являются одними из самых передовых в мире модульных лабораторных систем для измерения каталитической активности и изучения продуктообразования, а также кинетики во время химических реакций.
Такими системами оснащаются современные лаборатории, занимающиеся самыми передовыми задачами в области катализа. Данный комплекс представляет собой оборудование, которое обладает большой универсальностью. Он работает с потоками, расход которых варьируются от десятков мл/мин до нескольких л/мин, при давлениях от вакуума до 100 бар (с единственным регулятором давления). Температура реакции варьируется от комнатной до 1000°С (с использованием реакторов из специального материала).
Установка состоит из жидкостного насоса, который закачивает жидкость в нагреватель. Там она превращается в нагретый пар. Одной из основных частей является блок смешения газов, состоящего из цифровых регуляторов расхода газа серии EL-FLOW Select и LOW-ΔP-FLOW компании Bronkhorst. Использование цифровых приборов с несколькими калибровками, между которыми можно переключаться в режиме реального времени, не внося конструктивных изменений во всю систему, позволяет проводить более широкий спектр экспериментов и реакций с различными типами газов. Их этого блока необходимые потоки водорода, азота, кислорода или других видов газов подаются в зону нагревателя. Там они нагреваются и сравниваются по температуре с паром в специальной камере-смесителе. Далее через шестиходовой кран эта смесь поступает непосредственно в предварительно нагретый до 400-500°С каталитический реактор, в который уже помещен исследуемый катализатор. Следом происходит реакция, результатом которой является смесь газа и паров. Эта смесь проходит через кран дальше к охладителю, где она разделяется на жидкую и газообразную фазу. Когда газ отделяется от жидкости, он направляется к кориолисовому массовому измерителю расхода серии miniCORI-FLOW, который позволяет измерять расход газовой смеси неизвестного состава. Специальное измерительное устройство определяет уровень образовавшейся жидкости для последующего анализа и распознавания, а также записывает данные на компьютере. Все полученные образцы жидкости и газа затем исследуются на хроматографе и масс-спектрометре. Данный комплекс позволяет отслеживать результаты экспериментов активности катализаторов в режиме реального времени c очень высокой точностью.
