Disattivazione del catalizzatore

Uno dei maggiori problemi nel corso di una catalisi industriale omogenea ma soprattutto eterogenea è la disattivazione del catalizzatore ovvero la perdita dell’attività catalitica che avviene nel tempo.

La disattivazione del catalizzatore può essere dovuta ad avvelenamento, contaminazione, degradazione termica, formazione di composti, reazioni tra le fasi, frantumazione. Le cause pertanto possono essere di natura chimica, meccanica o termica.

L’avvelenamento è la perdita di attività a causa del forte chemisorbimento sui siti attivi di impurità presenti nel flusso di alimentazione riducendo così il numero di siti attivi disponibili per le reazioni catalitiche. Questo processo può essere reversibile o irreversibile.  Nell’avvelenamento reversibile, la forza del legame di adsorbimento non è elevata e l’attività viene riguadagnata quando il veleno viene rimosso dall’alimentazione. Quando il materiale adsorbito viene tenuto saldamente nei siti attivi, l’avvelenamento è irreversibile e permanente.

Una rapida disattivazione può essere causata dalla deposizione fisica della sostanza sui siti attivi dei catalizzatori come la deposizione di carbonio sui catalizzatori utilizzati nell’industria petrolchimica. Il carbonio copre il sito attivo dei catalizzatori e può anche ostruire parzialmente l’ingresso dei pori. Questo tipo di disattivazione è parzialmente reversibile e la rigenerazione può essere effettuata insufflando aria in modo che ad alte temperature il carbonio si ossidi a monossido o biossido di carbonio.

A causa delle alte temperature a cui opera spesso un catalizzatore esso può subire modifiche strutturali o sinterizzazioni con conseguente riduzione della superficie specifica o un cambiamento nella natura chimica dell’agente.

Il meccanismo attraverso il quale può essere disattivato un catalizzatore può avvenire:

  • Il reagente dà luogo alla formazione di un sottoprodotto della reazione che si deposita sulla superficie del catalizzatore
  • Il prodotto può decomporsi o reagire ulteriormente per dare una sostanza che si deposita disattivando la superficie del catalizzatore

 

Vengono riportati in tabella le reazioni più rappresentative dell’industria chimica, i catalizzatori usati e i tipici veleni che disattivano il catalizzatore

 

Reazione Catalizzatore Veleni
Cracking Ossido di alluminio su silice, zeoliti Basi organiche, idrocarburi, metalli pesanti
Idrogenazione, Deidrogenazione Nichel, platino, palladio Composti di S,P, As, Zn, Hg,alogenuri,Pb, NH3, C2H2
Reforming di vapore Nichel H2S, As
Sintesi dell’ammoniaca Ferro, rutenio O2, H2O, CO, S, C2H2
Sintesi di Fischer-Tropsch Cobalto, ferro H2S, As, NH3, metallo carbonili
Cracking in presenza di idrogeno metalli nobili su zeoliti NH3, S, Se, Te, P
Ossidazione dell’etene a ossido di etilene Argento C2H2
Ossidazione/ riduzione catalitica selettiva ossido di vanadio (V) As/Fe, K, Na (dalle ceneri)
Ossidazione di CO e idrocarburi Platino, palladio Pb, P, Zn, SO2, Fe

 

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Author: Chimicamo

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