催化剂再生方法:氧化烧炭法

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    催化剂再生方法:氧化烧炭法

       催化剂再生方法:氧化烧炭法

     
      氧化烧炭法是工业催化剂在积炭失活后普遍采用的一种再生方法,主通过将催化剂孔隙中的含炭沉积物氧化为一氧化碳和二氧化碳除去,可恢复催化活性。但上述积炭的氧化诸反应皆为放热反应。通常将一氧化碳氧化为二氧化碳的反应称为碳燃烧的二次氧化反应,又称后燃;降低空速会促进该反应的进行,而水蒸气的存在也会加速此反应的进行。当烧炭反应中存在过剩空气的情况下就容易发生这种碳燃烧的二次氧化反应。理想的情况下排放的废气中氧气应低于1%,这时氧气的利用率最大,可使碳的二次燃烧发生的可能性降至最小。发生碳的二次燃烧时,温度会剧烈上升到760℃,因此控制碳的二次氧化反应的发生对控制烧炭时的温升十分重要。该反应的发生常常是由于金属杂质如铁等的催化的结果。
     
      影响烧炭反应的主要因素是氧分压。当催化剂上的积炭量一定时,烧炭的最高温升取决于输入氧的浓度。烧炭的初始阶段宜采用低浓度氧气,其后才能逐渐将其浓度提高到一定范围。催化剂在氧化烧炭的过程中,所含的积硫也将同时燃烧,但焦炭和硫的相对氧化深度是不一样的。就Co-Mo/Al2O3 催化剂而言,无论是氧化态,还是硫化态催化剂,其上的硫氧化燃烧的速度皆比碳氧化燃烧的快。
     
     催化剂上的积炭有的好烧,有的不好烧。那些碳氢比比较小的焦油碳又称无定形碳、可溶性碳较易烧去,通常原料中的沥青质及大分子多环芳烃,包括含氮、含重金属的芳烃化合物皆会吸附在催化剂上而进一步聚合形成的焦炭就属此种焦炭。而那些碳氢比较高的石墨形炭就比较难氧化烧去。
     
      催化剂在烧炭再生时,为了控制氧气浓度,以免燃烧温度过高而损坏催化剂,常采用氮气和水蒸气作稀释气。这两种不同的再生介质对催化剂的氧化烧炭效果是不同的。当再生时水蒸气分压较高,就会影响沸石的晶体结构而损失活性,故含沸石的催化剂宜用氮气作再生介质。同样用水蒸气作再生介质再生 WNi系催化剂会导致 WO3 晶粒的长大和形成NiWO3 结晶而影响活性。
     
     理想的烧炭反应是能够保持催化剂的孔结构基本不变,但是实际上往往达不到这一点要求。因为烧炭反应是在氧化介质中进行的强放热反应,氧化反应放出的大量热量及水蒸气会给催化剂的组分及孔结构带来一定的变化。
     
      (1)氧化烧炭过程中催化剂组分的变化 在烧炭过程中由于催化剂处于氧化介质中,在积炭氧化的同时催化组分也会因氧化而发生变化。即使主催化过程进行时,催化剂也处于氧化型;在再生时,催化剂的各组分的价态仍会因氧化而有变化。例如丁烷脱氢制丁二烯催化剂的活性主要取决于Cr6+的含量;当此种铬铝催化剂烧炭再生时,Cr3+会被氧化成Cr6+,而Cr6+的含量不仅与氧化温度及灼烧时间有关,而且与烧炭时的含氧量有关。不仅金属催化剂在氧化再生时不同程度地转化为氧化物。而且金属的低价态氧化物,以及硫化物催化剂也会被氧化。此外氧化烧炭再生时,如若温度较高,氧化再生时所得到的催化剂活性组分氧化物还会与载体相互作用生成不具有催化活性的化合物。例如Ni/Al2O3 催化剂在500℃下氧化再生时会生成NiAlO4 尖晶石,这是Ni/Al2O3。
     

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