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Katalysator-Desaktivierung

Katalysatordesaktivierung

Die Lebensdauer von Katalysatoren ist begrenzt. Sie verlieren ihre Wirksamkeit ja nach Prozess in einem Zeitraum von einigen Sekunden bis zu mehreren Jahren.

Die Aktivität a eines Katalysators zu einem bestimmten Zeitpunkt wird als Verhältnis der aktuellen Reaktionsgeschwindigkeit zur Reaktionsgeschwindigkeit bei Beginn des Katalysatoreinsatzes angegeben:

a ( t ) = r ( t ) r ( t = 0 )

Der zeitliche Aktivitätsverlauf eines technischen Katalysators lässt sich durch folgende Kurvenverläufe qualitativ beschreiben:

Abb.1

Häufig tritt neben dem Verlust an Aktivität auch eine Verschlechterung der Selektivität auf. In der Industrie wird deshalb mit hohem Aufwand nach Möglichkeiten gesucht, die Desaktivierung zu verhindern oder desaktivierte Katalysatoren zu regenerieren. Um die Produktion nicht zu unterbrechen, werden dabei kontinuierliche Verfahren bevorzugt.

Die wichtigsten Desaktivierungsmechanismen sind:

  • Vergiftung
  • Thermische Sinterung
  • Verlust über die Gasphase
  • Ablagerung

Anschauliches: Verbrauchte Katalysatoren

Vergiftung

Verunreinigungen im Eduktstrom können mit der Oberfläche des Katalysators starke adsorptive Bindungen eingehen und somit aktive Zentren blockieren. Schon kleine Mengen können so die Adsorption von Reaktanden stören.

Abb.2
aus Folienserie/Textheft 19 (Katalyse), Fonds der chemischen Industrie, S. 31, Folie 17

mit freudlicher Genehmigung des Fonds der chemischen Industrie

Tab.1
Katalysatorgifte bei chemischen Prozessen
ProzessKatalysatorGift
Ammoniak-SyntheseFeS-, Se-, Te-, P-, As-Verbindungen, Halogene
HydrierungNi, Pt, Pd, CuS-, Se-, Te-, P-, As-Verbindungen, Halogene, CO, O2
Katalytisches CrackenAlumosilicateKoks

Thermische Sinterung

Durch das temperaturbedingte Sintern der relativ kleinen Katalysatorteilchen zu größeren Agglomeraten verringert sich die Gesamtoberfläche des Katalysators und somit auch seine Aktivität.

Abb.3
aus Folienserie/Textheft 19 (Katalyse), Fonds der chemischen Industrie, S. 31, Folie 17

mit freudlicher Genehmigung des Fonds der chemischen Industrie

Verlust über die Gasphase

Ähnlich der Vergiftung können Verunreinigungen im Eduktstrom leichtflüchtige Verbindungen mit dem Katalysator eingehen, der so durch Austrag über die Gasphase verloren geht.

Abb.4
aus Folienserie/Textheft 19 (Katalyse), Fonds der chemischen Industrie, S. 31, Folie 17

mit freudlicher Genehmigung des Fonds der chemischen Industrie

Ablagerung

Durch Nebenreaktionen entstandene Verbindungen können nicht desorbiert werden und blockieren so die Katalysatoroberfläche bzw. die Poreneingänge.

Diese Ablagerungen treten häufig bei Reaktionen von Kohlenwasserstoffen auf, bei denen durch Nebenreaktionen Polymere auftreten, die den Katalysator bedecken. Bei höheren Temperaturen werden diese Polymere zu wasserstoffarmen Verbindungen dehydriert. Man spricht dabei von Verkokung.

Abb.5
aus Folienserie/Textheft 19 (Katalyse), Fonds der chemischen Industrie, S. 31, Folie 17

mit freudlicher Genehmigung des Fonds der chemischen Industrie

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