Hoy en día, el 90 % de la industria química utiliza procesos catalíticos, que aumentan la velocidad de reacción y la selectividad en la producción. Con el aumento del tiempo de producción industrial, el catalizador se desactiva, lo que provoca una disminución de la velocidad de la reacción catalítica. El editor le explica cómo regenerar la actividad del catalizador desactivado para obtener mejores beneficios económicos y medioambientales.

La desactivación del catalizador es un fenómeno por el cual la velocidad de conversión de una reacción catalítica llevada a cabo en condiciones de reacción constantes disminuye con el tiempo. El proceso de desactivación del catalizador se divide en tres tipos: química, térmica y mecánica.

1. Inactivación química

Causa Resultado

Coquización (coquización) Se reduce la superficie, obstrucción

Contaminación por metales Reducción de la superficie y reducción de la actividad catalítica

Adsorción de venenos, reducción de los sitios activos

1. Inactivación térmica
2. Inactivación mecánica

Causa Resultado

Rotura de partículas Canalización y bloqueo del lecho catalítico

Reducción del área superficial

1. Regeneración del catalizador
   
   

La regla general de la regeneración de catalizadores industriales es que cada vez que se regenera, su actividad será menor que la actividad original. La temperatura de funcionamiento del catalizador regenerado es significativamente más alta que la temperatura antes de la regeneración. Además, es imposible que el catalizador desactivado se repita con frecuencia y de forma indefinida. La regeneración acabará por tener que sustituirse.

1. Regeneración tras la desactivación por coquización (coquización):
   
   

Durante el uso del catalizador, se produce un proceso de reducción de la actividad del catalizador debido a la formación gradual de depósitos de carbono en la superficie.

La quema de carbón vegetal (aire + vapor de agua) se utiliza comúnmente en catalizadores industriales después de la desactivación de los depósitos de coque.

Al oxidar los depósitos que contienen carbono en los poros del catalizador y convertirlos en monóxido de carbono y dióxido de carbono, se puede restaurar la actividad catalítica.

En el método de purga, los subproductos orgánicos de la deposición de carbono, el polvo mecánico y las impurezas que no son muy graves bloquean los poros del catalizador o cubren los centros activos de la superficie del catalizador, y pueden eliminarse in situ mediante el método de purga.

Aspectos que deben tenerse en cuenta durante la regeneración:

La temperatura y el tiempo de regeneración deben ajustarse adecuadamente para evitar que el catalizador se sinterice; el ciclo de regeneración varía en función de la velocidad de acumulación de la coque.

1. Inactivación y regeneración por contaminación metálica

Las fuentes de contaminación metálica son los compuestos metálicos presentes en el petróleo crudo o el carbón licuado directamente, los complejos metálicos de porfirina o los compuestos no porfirínicos, principalmente V, Ni, Fe, Cu, Ca, Mg, Na, K, etc.

Antes de la regeneración del catalizador

Después de la regeneración del catalizador

Método de prevención: método químico o método de adsorción para eliminar la porfirina de las materias primas, añadiendo aditivos (compuestos de antimonio) y formando aleaciones con impurezas metálicas para pasivarlas.

1. Inactivación por envenenamiento y regeneración

Una pequeña cantidad de impurezas presentes en el fluido que entra en contacto con el catalizador se adsorben en la actividad del catalizador, lo que reduce significativamente o incluso elimina la actividad del catalizador.

El envenenamiento se divide en: envenenamiento reversible, renovable y temporal.

Medidas de prevención: eliminar los venenos antes de que entren en la sección de reacción.

1. Regeneración tras la desactivación por sinterización

La sinterización del catalizador es un fenómeno en el que el tamaño de los cristales aumenta gradualmente o las partículas primarias crecen durante el proceso de uso.

Medidas de prevención: selección de las condiciones de funcionamiento. La temperatura de trabajo es inferior a la temperatura de Tammann, normalmente 0,5 Tm. Selección del soporte: catalizador Ni/Cr2O3 con estructura Ni/Cr2O3-Al2O3, añadiendo un agente auxiliar (separador).

 

Método de regeneración: después de que el metal de grano grueso se oxida con oxígeno, se reduce con H2.

 

Cinco, ejemplos de aplicación

Regeneración de catalizadores de metales preciosos:

 

①Regeneración de catalizadores de fluoruro oxidado con platino, catalizadores que suelen utilizar las empresas petroleras, cuya desactivación se debe principalmente al exceso de carbono en la superficie del catalizador.

 

Solución: método de combustión de carbón en lecho fluidizado, el catalizador se quema varias veces en aire natural en un lecho fluidizado, la temperatura cambia gradualmente de baja a alta, y la temperatura máxima no supera los 450 ℃; método de combustión de carbón vegetal en lecho fijo de nitrógeno, fijado en la selección. En el lecho, se añade nitrógeno al aire y se llevan a cabo actividades de carbonización y descoquización lentas a una temperatura comprendida entre 255 y 455 °C.

② Investigaciones relevantes en Estados Unidos muestran que, en el caso de los catalizadores que están en contacto con el oxígeno, los depósitos de carbono en la superficie del catalizador se eliminan utilizando el principio de la oxidación por oxígeno y se utiliza la reducción por gas.

③ El catalizador de zeolita que contiene metales nobles tiene un exceso de sedimentos carbonosos depositados en la superficie. El método habitual para eliminar los venenos de la superficie del catalizador es redispersar el metal para garantizar que se restablezca la actividad del catalizador.

④ Método para reactivar el catalizador que contiene zeolita envenenada con azufre: poner en contacto el catalizador regenerado con una solución acuosa de compuesto ácido de Bronsted y dispersar los metales preciosos acumulados. Si se lleva a cabo un tratamiento ácido, utilizar un método de oxidación para mejorar el grado de dispersión de los metales preciosos.

⑤ Regeneración del catalizador de metal precioso con soporte de carbono. Se utiliza normalmente en el proceso de añadir azul al ácido acético y oxígeno para sintetizar acetato de vinilo. El método de tratamiento general consiste en utilizar lavado con lejía y lavados múltiples. El método de lavado múltiple consiste en lavar el catalizador con agua caliente a 260-300 ℃. Después de lavar con lejía diluida, el catalizador y la concentración deben ser del 13 %. Póngase en contacto con lejía al -30 %, mantenga la temperatura entre 3 y 100 ℃ y el tiempo de contacto sea de 1 a 10 horas. No solo restaura completamente el catalizador a su nivel original, sino que también prolonga su vida útil.

Regeneración de catalizadores de metales no preciosos:

① Envenenamiento por Ca: aumentar la cantidad de catalizador de sustitución, mejorar el efecto de la desalinización eléctrica a presión normal, inyectar agente descalcificador y utilizar un desemulsionante soluble en aceite.

Envenenamiento por V: aumentar la cantidad de catalizador de sustitución, sustituir por un agente equilibrante mejor o un agente de separación magnética y utilizar pasivadores bimetálicos de Ni y V.

Los catalizadores de la serie Ni se regeneran. En la fase inicial del tratamiento de regeneración, este tipo de catalizador necesita limpiar las sustancias sulfuradas del catalizador antes de quemar el reactor, y también necesita utilizar el tubo del horno de calentamiento para el tratamiento de descoquización. El desengrasado del catalizador se sustituye principalmente por aceite limpio. Forma de tratarlo.

En segundo lugar, la tecnología de regeneración con vapor de agua y aire. El método de funcionamiento de este tipo de tecnología de regeneración es relativamente sencillo, los gases de escape producidos no afectan al equipo aguas abajo y el grado de contaminación es bajo.

② Regeneración del catalizador de vanadio. El mecanismo de regeneración de los catalizadores a base de vanadio consiste principalmente en utilizar agua desionizada para disolver directamente las sustancias contaminantes que pueden disolverse en agua y luego lavarlas. El uso del método de tratamiento con ácido sulfúrico puede eliminar todos los elementos contaminantes de metales alcalinos y, al mismo tiempo, producir sulfatación en el catalizador.

El proceso de regeneración del catalizador a base de vanadio consiste en utilizar primero el método de tostado para limpiar los depósitos de carbono de la superficie del catalizador que ha perdido su actividad, seleccionar un tamaño de partícula más adecuado para el emparejamiento, organizar eficazmente la estructura del tejido activo en la superficie del catalizador y utilizar la impregnación para complementar los componentes activos, y luego utilizar el tambor para la deshidratación, el secado, la activación por secado y otros tratamientos.

③ Regeneración de catalizadores basados en Co. El precio del Co es relativamente alto y la tecnología de regeneración es más complicada. Durante el funcionamiento del catalizador basado en Co, el catalizador pierde su actividad debido a los mayores depósitos de carbono en la superficie del catalizador. Para este tipo de catalizador, la actividad del catalizador puede restablecerse a un nivel normal mediante tecnología in situ, pero durante el proceso de regeneración es más fácil que cambie el rendimiento del catalizador.

Además, con el aumento de la temperatura y la altura del catalizador de hidrotratamiento, aumentarán los iones Mo2+ expuestos y disminuirá el Co2+ en consecuencia. El tratamiento de regeneración se lleva a cabo a una temperatura elevada, superior a 400 °C. La presencia de agua afectará en cierta medida a la función del catalizador y se reducirá el rendimiento de la conversión de hidrogenación y la activación de la hidrogenación.

Seis, varias sugerencias para prevenir la desactivación del catalizador

1. Reforzar el análisis y la implementación de las materias primas y analizar periódicamente el contenido de impurezas.
2. Reforzar la gestión de las materias primas, prestar atención al análisis del cambio de tanques, especialmente el aceite de procesamiento secundario.
3. Elegir cuidadosamente el agente desulfurante y el agente declorante, elegir cromo molibdeno y tratar de no elegir zinc y sodio.
4. Seleccionar el catalizador de forma razonable según las características del dispositivo.
5. Reforzar la gestión de las operaciones y la formación del personal, y mejorar la responsabilidad de los operadores.
6. Desarrollar planes y medidas correspondientes según las diferentes causas de la desactivación del catalizador.

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