Отравление катализаторов. Каталитические яды.

Отравление – резкое снижение активности катализатора в присутствии некоторых веществ, так называемых каталитических ядов. Каталитические яды - вещества, вызывающие отравление катализаторов (обычно гетерогенных), т. е. снижающие их каталитическую активность или полностью прекращающие каталитическое действие. Например, для реакции синтеза аммиака (катализатор – губчатое железо) присутствие в реакционной смеси соединений кислорода или серы вызывает резкое снижение активности железного катализатора.

Стойкость катализатора к действию возможных ядов и стабильность в работе – один из важнейших критериев в оценке катализатора. При изготовлении катализаторов применяют различные активаторы, компенсирующие действие яда. В некоторых случаях приходится применять катализаторы менее активные, но более стойкие к действию ядов.

Отравление гетерогенных катализаторов происходит в результате адсорбции яда или продукта его химического превращения на поверхности катализатора. Отравление может быть обра-

тимым или необратимым. Так, в реакции синтеза аммиака на железном катализаторе кислород и его соединения отравляют Fe обратимо; в этом случае при воздействии чистой смеси N₂ + H₂ поверхность катализатора освобождается от кислорода и отравление снижается. Соединения серы отравляют Fe необратимо, действием чистой смеси не удается восстановить активность катализатора. Для предотвращения отравления реагирующую смесь, поступающую на катализатор, подвергают тщательной очистке. Иногда для этого используют предварительную каталитическую очистку сырья на специальных катализаторах (например, природный газ от сернистых соединений: алюмоникельмолибденовый +цинковый поглотитель).

К числу наиболее распространенных каталитических ядов для металлических катализаторов относятся вещества, содержащие кислород (H₂O, CO, CO₂), серу (H₂S, CS₂, C₂H₂SH и др.), Se, Te, N, Р, As, Sb, а также непредельные углеводороды (C₂H₄, C₂H₂) и ионы металлов (Cu²⁺, Sn²⁺, Hg²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺). Кислотные катализаторы обычно отравляются примесями основании, а основные — примесями кислот.

В реакциях, в которых принимают участие углеводороды, например, природный газ, катализаторы отравляются в результате покрытия их слоем кокса. Зауглероживание катализаторов наблюдается во многих процессах.

Кроме того, катализаторы могут дезактивироваться из-за механического покрытия поверхностисти пылью, которая вносится извне или образуется при катализе.

При обратимом отравлении активность катализатора снижается до определенного уровня, а затем, при увеличении времени отравления, остается неизменной. В этом случае происходят сорбционные процессы.После исключения яда из газовой смеси активность газа восстанавливается.

При необратимом отравлении активность катализатора не восстанавливается. Этот вид отравления наступает при химическом взаимодействии яда с катализатором с образованием каталитически неактивного соединения. Вещества, необратимо отравляющие катализатор, нельзя применять при его изготовлении. Поэтому к чистоте сырья, используемого для приготовления катализатора, предъявляются жесткие требования

Восстановление активности катализатора называется его регенерацией. В зависимости от причин, вызвавших снижение активности, способы регенерации катализаторов могут быть различными. Кокс и коксоподобные вещества выжигают с поверхности частиц и пор катализатора в токе воздуха при температуре 550-700˚С. Эта операция может осуществляться как непосредственно в реакторе, так и в специальном аппарате – регенераторе. При дезактивации катализатора каталитическими ядами возможно химическое восстановление его активности.

Регенерация обратимо отравленных катализаторов: проток чистого газа, жидкости или повышение температуры. Полная регенерация отработанных металлических катализаторов - переплавка. Если катализатор на носителе – извлекают из него активный компонент с последующей переработкой (аффинаж платиновых).