Стабильность катализатора

Стабильность катализатора характеризуется его способностью сохранять первоначальную активность и селективность во времени, т. е. иметь достаточную продолжительность межрегенерационного цикла и общий срок службы.

Активность, стабильность и селективность катализаторов находятся в сложной взаимозависимости от многочисленных факторов, таких, как температура, давление, природа и структура реагентов и т. д.

Период стабильной работы катализатора (от момента установления стационарной активности до начала снижения ее) для разных катализаторов может сильно различаться и по характеру и по длительности. Так, промышленные катализаторы синтеза аммиака (промотированное железо) сохраняют активность в течение нескольких лет, тогда как алюмосиликатные катализаторы крекинга через необходимо регенерировать через единицы секунд. Неограниченное время способны были бы работать лишь идеальные катализаторы, превращая огромные количества реагентов. На практике этого не наблюдается, так как даже самые активные катализаторы с течением времени дезактивируются. Регенерация катализаторов, т.е. специальная обработка в тех или условиях, в ряде случаев позволяет восстановить его активность.

Причины дезактивации катализаторов разнообразны. Прежде всего, со временем может изменяться природа катализаторов вследствие рекристаллизации, диспергирования поверхности или спекания (приводящего к снижению дисперсности катализатора), выноса активного компонента из катализатора.

Возможной причиной потери активности часто является отравление активных центров побочными продуктами или примесями, находящимися в исходных реагентах.

Уменьшение активности катализатора может происходить в результате экранирования поверхности, например, зауглероживание катализаторов крекинга. Такое отравление, или блокировка поверхности, неспецифично. Активность катализатора может быть восстановлена путем регенерации, если при удалении блокирующего вещества не происходит разрушении структуры катализатора и природы активных центров. Так, активность катализаторов риформинга в ходе эксплуатации постепенно снижается из-за отложения кокса, уменьшения дисперсности платины. Эти причины дезактивации катализатора можно полностью или в значительной степени устранить путем окислительной регенерации с последующим диспергированием платины.

При специфическом отравлении происходит химическое взаимодействие яда с активными центрами катализатора. Сильными каталитическими ядами являются: молекулы, содержащие атомы со свободными электронными парами (N, P, As, O, S и др.); соединения металлов; молекулы, содержащие кратные связи (например, оксид углерода, цианистые соединения). По характеру действия каталитических ядов различают отравление обратимое и необратимое. При обратимом отравлении можно регенерировать катализатор и восстановить его каталитическую активность.

Рекомендуемая литература

О.В. Крылов. Гетерогенный катализ. М.: из-во «Академкнига», 2004. 680 с.

Химическая энциклопедия. М.: изд-во «Советская энциклопедия» 1990, т.5