Как предотвратить деактивацию катализатора?

Введение

Катализаторы необходимы во многих промышленных процессах, поскольку они позволяют проводить химические реакции более эффективно и при более низких температурах и давлениях. Тем не менее со временем катализаторы могут деактивироваться, что может привести к снижению эффективности и увеличению затрат. В этой статье мы расскажем о том, как предотвратить деактивацию катализатора. Надеемся, что вы сможете получить более полное представление об обслуживании различных катализаторов.

Как предотвратить деактивацию катализатора?

Чтобы предотвратить деактивацию катализатора во время использования, мы можем найти эффективные решения, определив причины деактивации катализатора.

-Отравление

Основной причиной деактивации катализатора является отравление. Оно относится к обратимой или необратимой химической дезактивации катализатора и приводит к потере каталитической активности, стабильности и селективности, что вызывает серьезные проблемы и экономические потери в промышленных каталитических процессах. На рис. 1. показано отравление H2S никелевых катализаторов серой с добавлением и без добавления кислорода.

Для предотвращения отравления катализатора можно выбрать предварительную обработку или удаление.

• Если отравление обратимо, катализатор можно использовать повторно.
• В противном случае катализатор придется выбросить, что приведет к большим затратам энергии и средств. Однако можно применить некоторую предварительную обработку катализаторов. Например, использование ZnO и других защитных элементов может эффективно смягчить отравление серой.
• Удалите деактивированные катализаторы, если полное удаление ядов довольно сложно.

[1]

Рисунок 1. Отравление серой

-Синтеринг

Спекание - еще одна распространенная причина деактивации катализаторов. Это термическая дегенерация, которая сопровождается уменьшением площади каталитической поверхности и площади опоры. Что еще хуже, каталитические фазы переходят в некаталитические, препятствуя тем самым протеканию намеченных химических реакций.

Пожалуйста, будьте осторожны с материалами и средой, чтобы предотвратить спекание.

• Щелочные металлы ускоряют спекание, в то время как оксиды Ba, Ca или Sr снижают скорость спекания. Пористые вещества обычно имеют более низкую скорость спекания.
• Пар и хлор ускоряют спекание. Кроме того, влажная атмосфера, перегрев и потеря площади поверхности ускоряют структурные изменения в оксидных опоках.

-Коксинг

На коксование приходится около 20 % дезактивации катализатора, и оно обычно связано с закупоркой. А именно, углеродистые и другие материалы в порах катализатора откладываются, уменьшая размер пор и препятствуя диффузии молекул реагента в поры.

Обычно эти углеродистые отложения могут быть удалены газификацией с водяным паром или водородом, и мы получаем CH4, CO и COx соответственно. Таким образом, деактивация коксования является обратимым процессом. Рисунок 2. представляет собой схематическую иллюстрацию осаждения кокса на немодифицированных и модифицированных металлами катализаторах HZSM-5.

[2]

Рисунок 2. Осаждение кокса

--Другие

Существует множество других полезных подходов к предотвращению деактивации катализатора.

• Выбор правильного катализатора

Выбор правильного катализатора для конкретного применения имеет решающее значение для предотвращения деактивации. Различные катализаторы имеют разную степень стабильности и устойчивости к деактивации. Поэтому важно выбрать катализатор, который подходит для конкретных условий процесса. Дизайн катализатора также имеет значение. Вы можете изменить площадь поверхности, размер пор и размер гранул, чтобы предотвратить отравление катализатора.

• Следите за чистотой катализатора

Одной из основных причин деактивации катализатора является накопление загрязнений на его поверхности. Эти загрязнения могут поступать из исходного сырья или из окружающей среды. Чтобы этого не произошло, необходимо периодически очищать систему или фильтровать сырье.

• Избегайте высоких температур

Катализаторы могут быть чувствительны к высоким температурам, что может привести к их деактивации. Крайне важно не подвергать катализатор воздействию температур, выходящих за пределы его безопасного рабочего диапазона. Лучше следить за температурой в системе и соответствующим образом регулировать процесс.

• Контролируйте активность катализатора

Мониторинг активности катализатора поможет обнаружить любые изменения в его работе. Этого можно добиться, регулярно измеряя скорость реакции или проводя периодические испытания катализатора. Мониторинг активности катализатора позволяет выявить любые проблемы на ранней стадии и принять корректирующие меры для предотвращения деактивации.

Заключение

Одним словом, следуйте вышеуказанным шагам, чтобы бороться с отравлением, спеканием и коксованием, которые являются основными причинами деактивации катализатора. Кроме того, следует обращать внимание на условия эксплуатации, а также на правильный выбор, использование и обслуживание катализатора. Таким образом, можно продлить срок службы катализаторов, что приведет к повышению эффективности и снижению затрат в промышленных процессах.

Stanford Advanced Materials (SAM) предлагает все виды катализаторов из драгоценных металлов по доступным ценам. Также доступны другие изделия из драгоценных металлов, включая тигли из драгоценных металлов и проволоку из драгоценных металлов. Пожалуйста, посетите наш сайт для получения дополнительной информации.

Ссылки:

[1] Philipp Wachter, Christian Gaber, Juraj Raic, Martin Demuth, Christoph Hochenauer, (2021). Экспериментальное исследование отравления серой H2S и SO2 и регенерации коммерчески доступного никелевого катализатора в процессе триформинга метана [Фотография]. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319920340921

[2] Balasundram, Vekes & Ibrahim, Norazana & Kasmani, Rafiziana & Isha, Ruzinah & Abd Hamid, Mohd Kamaruddin & Hasbullah, Hasrinah. (2022). Каталитическое обогащение паров пиролиза биомассы на модифицированном металлами HZSM-5 до BTX: A comprehensive review [Photograph]. https://www.researchgate.net/publication/343461067_Catalytic_upgrading_of_biomass-derived_pyrolysis_vapour_over_metal-modified_HZSM-5_into_BTX_a_comprehensive_review