强文推荐 | 通过高压TGA优化催化反应(下)

——引言

催化剂失活是指随着时间的推移，催化剂失去活性或选择性。所有催化剂都会随着时间的推移而失活，并且必须进行更换，但失活前的操作时间可能会有很大的变化。

结焦导致的催化剂失活是石油精炼和石化工业中的一个重要的技术和经济问题。通过使用其他催化活性金属和/或调整反应条件，如温度、压力或气体成分，可以提高催化剂的抗结焦性。优化结焦形成的材料和工艺需要测量真实反应条件下的催化剂失活动力学。

结焦测量示例：在700℃和10Bar下的蒸汽重整反应如下所示。反应气氛由氩气、甲烷和蒸汽组成，蒸汽与甲烷的比例为4:1。在这些条件下，在催化剂重量保持不变的情况下，通过在线MS检测氢气生成量。通过调整甲烷和蒸汽流量，将蒸汽与甲烷的比例变为1:1，然后变为1:2，以评估结焦的起始点。图1显示了催化剂重量和蒸汽与甲烷的比例随时间的变化。

当蒸汽与甲烷的比例为4:1和1:1时，催化剂重量保持稳定。当比例改变为1:2时，过量的甲烷立即导致重量快速增加0.3%wt/min。这种重量增加是由催化剂上形成结焦（单质碳）引起的。事实上此类结焦过程是可逆的，如停止甲烷供应，催化剂便可以进行再生。现在，通过蒸汽氧化焦炭，导致快速失重率为0.9%wt/min。仅在15分钟内，就从催化剂表面去除了超过4mg的焦炭。这证明了如果反应条件调整得足够快，结焦过程便是可逆的。图2显示，如果在结焦开始后反应条件没有迅速改变，结焦会导致大量碳的形成。