ИСТОЧНИКИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ЯДОВ И ИНГИБИТОРОВ.
Наличие тех или иных ядов и ингибиторов в сырье зависит от источника сырья для данного процесса.
Сырая нефть и ее фракции содержат, в качестве веществ, обладающих отравляющей и ингибирующей активностью по отношению к катализаторам, в основном, соединения:
1. серы: меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены, бензотиофены;
2. азота: пиридины, пипиридины, имидазолы, хинолины;
3. кислорода: фенолы и их производные, производные фурана.
4. металлов, в основном Fe (до 150 ppm), Ni (до 50 ppm) и V (до 100 ppm), в виде порфириновых комплексов.
5. асфальтены - высококонденсированные (с низким соотношением Н/С) полиядерные соединения, содержащие в составе некоторое количество гетероатомов (сера, азот, кислород).
6. NaCl: хлорид натрия попадает в сырье в основном в результате физического уноса со стадии обезвоживания и обессоливания нефти и атмосферно-вакуумной перегонки.
Поэтому сырая нефть и ее фракции подвергаются каталитической гидроочистке от этих соединений. Катализаторы процессов гидроочистки должны обладать высокой устойчивостью к действию этих ядов и ингибиторов. Тем не менее, следовые количества этих веществ остаются в продукте гидроочистки и поступает с сырьем в последующие каталитические процессы нефтепереработки и органического синтеза (каткрекинг, риформинг). Следовательно, катализаторы данных процессов подвергаются постепенному отравлению этими соединениями.
СО и СО2 являются ядами для переходных металлов. СО может содержаться в исходном водороде (в гидрогенизационных процессах), получаемом разделением синтез-газа. Кроме того СО и СО2 могут содержаться в воздухе, используемом при регенерации катализаторов от коксоотложений.
Олефины, являющиеся сырьем для каталитических процессов, содержат в качестве примесей высокоактивные ацетиленовые соединения.
ТЕРМИЧЕСКИ ИНИЦИИРУЕМЫЕ ПРОЦЕССЫ.
Термические процессы могут влиять на состав катализатора. Фазовые превращения, инициируемые температурой, могут приводить либо к образованию каталитически неактивных фаз, либо к нежелательным реакциям между катализатором и субстратом.
Фазовые превращения.
Ранее был уже рассмотрен пример перехода при температуре выше 900оС g- Al2O3 в a- Al2O3, обладающего гораздо меньшей удельной поверхностью.
Аналогичный пример - переход TiO2 из кристаллической структуры анатаза в структуру рутила в катализаторе окисления о-ксилола V2O5/TiO2/корунд.
Спекание.
Еще один нежелательный процесс, инициируемый термически - это спекание. Как мы уже видели атомы металла становятся заметно подвижны на поверхности носителя уже при температурах в пределах 1/5 - 1/3 от температуры плавления металла.
Скорость спекания (сростания) увеличивается с ростом температуры и с уменьшением размера кристаллитов (с увеличением дисперсности) металлов. Большое влияние на скорость спекания оказывает природа носителя, наличие примесей как в металле, так и в носителе, способность металла образовывать летучие (или растворимые) соединения с компонентами реакционной среды.
Основным негативным следствием спекания является снижение удельной поверхности и, следовательно, удельной активности катализатора. Кроме того может произойти и снижение селективности процесса особенно для структурно-чуствительных катализаторов.
Показательным примером служит исследование катализатора риформинга нафты (Табл. 5.32). Удельная каталитически активная поверхность Pt в катализаторе определялась по адсорбции водорода (см3/г).
Таблица 5.32.
Дезактивация и регенерация катализатора 0,6%Pt/Al2O3 в процессе риформинга нафты.
Состояние катализатора | Адсорбция Н2, см3/г. |
Свежий Закоксованный (1 день работы, 1% С) Регенерированный Закоксованный (1 день работы, 1% С) Регенерированный Закоксованный (5 день работы, 2,5% С) Регенерированный | 0,242 0,054 0,191 0,057 0,134 0,033 0,097 |
Данные Таблицы 5.32 показывают, что в процессе работы активная поверхность катализатора блокируется коксом. При регенерации (выжигании кокса) происходит спекание частиц платины, в следствии высокой температуры поверхности при выжигании кокса и летучести оксида платины. Спекание кристаллитов платины приводит к постепенному снижению каталитической поверхности (от цикла к циклу). Изучение риформинга на модельных веществах показали и значительные изменения в селективности катализатора. Было показано, что с увеличением размера кристаллитов уменьшается степень ароматизации сырья по реакции дегидроциклизации (протекающей на металле), увеличивается доля реакции изомеризации, а активность в гидрокрекинге практически не изменяется.
Следующий пример - промышленный процесс окисления этилена до этилен оксида. В следствии перегрева поверхности катализатора протекает процесс спекания микрокристаллитов Ag, что приводит к дезактивации катализатора.
Еще один практически важный пример - селективное каталитическое восстановление NOХ (SCR-процесс). Катализатором служит ванадиевый контакт V2O5/TiO2(анатаз). При температуре выше 350оС, менее термически стабильный TiO2 подвергается спеканию и его поверхность становится намного меньше. Это приводит к перекристаллизации V2O5, который теперь становится в избытке на поверхности катализатора. Следствием этого является увеличение скорости побочной реакции с образованием N2O. Термическую стабильность этого катализатора увеличивают стабилизацией носителя (добавлением сульфата) и модифицированием активного компонента (добавка оксида вольфрама).
Эффект спекания может быть снижен следующими общими способами:
- Добавкой стабилизирующих промоторов как к носителю, так и к активному компоненту (например Ni хорошо стабилизируется добавкой Cr2O3).
- Редиспергированием металла на поверхности (например, обработка дезактивированного в следствии спекания катализатора риформинга Pt/Al2O3 хлором: образующийся летучий PtCl2 реадсорбируется на поверхности носителя в тонко диспергированном состоянии, после чего PtCl2 восстанавливают водородом до металлической платины).
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 417;