4. Дезактивация и регенерация катализаторов.

Время жизни катализаторов (время до падения показателей их эффективности, как-то: производительность и селективность, - до экономически неприемлемого уровня) варьируется в широких пределах: от нескольких секунд и минут до десяти и более лет.

Падение активности катализатора является результатом различных физико-химических явлений, например:

• Блокирование каталитических центров;

• Исчезновение каталитических центров в результате химических, термических или механических процессов.

В Таблице 5.30 дан обзор процессов дезактивации катализаторов в некоторых промышленных процессах.

Таблица 5.30.

Причины дезактивации катализатора в многотонажных промышленных процессах.

Реакция	Условия	Катализатор	Время жизни, год	Причина дезактивации
Синтез аммиака	450-550 ^оС 200-500 ат.	Fe/K2O/Al2O3	5-10	Медленное спекание
Метанизация СО: СО + 3Н2  СН4 + Н2О	250-350 ^оС 30 ат.	Ni/Al2O3	5-10	Медленное отравление соединниями S и As.
Синтез метанола из синтез-газа	200-300 ^оС 50-100 ат.	Cu/Zn/Al2O3	2-8	Медленное спекание
Окисление бензола до малеинового ангидрида	350 ^оС 1 ат.	V2O5/МоО2/ Al2O3	1-2	Образование неактивной ванадиевой фазы.
Гидродесульфурирование легких нефтяных фракций.	300-400 ^оС 35-70 ат.	CоS/МоS2/ Al2O3	0,5-1	Отложения на поверхности
Окисление аммиака до окиси азота.	800-900 ^оС 1-10 ат.	Pt (сетка)	0,1-0,5	Унос платины; отравление.
Каталитический крекинг	500-560 ^оС 2-3 ат.	Цеолиты	0,000002 ( 1 мин.)	Быстрое закоксовывание (непрерывная регенерация).

Относительную каталитическую активность катализатора в текущий момент времени его эксплуатации (а(t)) можно выразить как отношение скорости реакции в данный момент времени r(t) к скорости реакции в начальный момент эксплуатации катализатора r(t = 0):

а(t) = r(t)/r(t = 0) (5.87)

Дезактивация катализатора бывает необратимая и обратимая. При обратимой дезактивации катализатору можно вернуть исходную активность путем его регенерации тем или иным способом.

При разработке катализаторов большое значение уделяют повышению их стабильности и регенерируемости. Регенерацию проводят как периодическим, так и непрерывным способом, предпочтительно организовывая регенерацию так, что бы само химическое производство не прерывалось. Непрерывный способ регенерации сам по себе предполагает непрерывную регенерацию без остановки процесса (например, каткрекинг). При периодической регенерации катализатора, для обеспечения непрерывности производства, необходимо иметь 2 и более параллельно работающих реактора. Тогда

Можно выделить 4 наиболее общих механизма дезактивации катализаторов:

• Отравление - образование химических соединений активного компонента, неактивных в данной реакции. Типичными каталитическими ядами являются H₂S, Pb, Hg, S, P.

• Закоксовывание - блокирование коксом активных центров; изменение поровой структуры катализатора.

• Термическая дезактивация и спекание - снижение удельной поверхности активного компонента в результате спекания частиц и фазовых превращений.

• Унос активного компонента - в виде летучих соединений для газофазных процессов и в виде растворимых - для жидкофазных.