Como evitar a desativação do catalisador?

Introdução

Os catalisadores são essenciais em muitos processos industriais, pois permitem que as reações químicas ocorram de forma mais eficiente e em temperaturas ou pressões mais baixas. No entanto, os catalisadores podem ser desativados com o tempo, o que pode levar à redução da eficiência e ao aumento dos custos. Neste artigo, discutiremos como evitar a desativação do catalisador. Esperamos que você possa ter uma melhor compreensão da manutenção de diferentes catalisadores.

Como evitar a desativação do catalisador?

Para evitar a desativação do catalisador durante o uso, podemos encontrar soluções eficazes identificando as causas da desativação do catalisador.

--Envenenamento

A principal causa da desativação do catalisador é o envenenamento. Ele se refere à desativação química reversível ou irreversível de um catalisador e leva à perda de atividade catalítica, estabilidade e seletividade, o que causa problemas graves e perdas econômicas em processos catalíticos industriais. A Figura 1 mostra o envenenamento por enxofre por H2S de catalisadores de níquel com e sem adição de oxigênio.

Você pode escolher o pré-tratamento ou a remoção para evitar o envenenamento do catalisador.

• Se for reversível, o catalisador poderá ser reutilizado.
• Caso contrário, o catalisador deverá ser jogado fora, e uma grande quantidade de energia e despesas serão desperdiçadas. No entanto, você pode aplicar algum pré-tratamento aos catalisadores. Por exemplo, o uso de ZnO e outras proteções pode mitigar com eficácia o envenenamento por enxofre.
• Remova os catalisadores desativados se a remoção total dos venenos for bastante difícil.

[1]

Figura 1. Envenenamento por enxofre

--Sinterização

A sinterização é outra causa comum de desativação do catalisador. Trata-se de uma degeneração térmica que resulta na redução da área de superfície catalítica e da área de suporte. E o que é pior, as fases catalíticas se transformariam em fases não catalíticas, dificultando assim as reações químicas pretendidas.

Tenha cuidado com os materiais e ambientes para evitar a sinterização.

• Os metais alcalinos aceleram a sinterização, enquanto os óxidos de Ba, Ca ou Sr diminuem a taxa de sinterização. Substâncias porosas normalmente apresentam taxas de sinterização mais baixas.
• O vapor e o cloro aceleram a sinterização. Além disso, atmosferas úmidas, superaquecimento e perdas de área de superfície aceleram as mudanças estruturais nos suportes de óxido.

--Coqueamento

A coqueificação é responsável por cerca de 20% da desativação do catalisador e geralmente está relacionada ao entupimento. Ou seja, o carbono e outros materiais nos poros do catalisador se depositam, diminuindo o tamanho do poro e impedindo que as moléculas reagentes se difundam no poro.

Normalmente, esses depósitos carbonáceos podem ser removidos por gaseificação com vapor de água ou hidrogênio, e adquirimos CH4, CO e COx, respectivamente. Portanto, a desativação do coqueamento é um processo reversível. A Figura 2 é uma ilustração esquemática da deposição de coque em catalisadores HZSM-5 não modificados e modificados por metal.

[2]

Figura 2. Deposição de coque

--Outros

Há muitas outras abordagens úteis para evitar a desativação do catalisador.

• Escolha o catalisador certo

A escolha do catalisador certo para a aplicação específica é fundamental para evitar a desativação. Os diferentes catalisadores têm graus variados de estabilidade e resistência à desativação. Portanto, é importante selecionar um catalisador que seja adequado para as condições específicas do processo. O design do catalisador também é importante. Você pode alterar a área da superfície, o tamanho dos poros e o tamanho dos grânulos para evitar o envenenamento do catalisador.

• Mantenha o catalisador limpo

Um dos principais motivos da desativação do catalisador é o acúmulo de contaminantes em sua superfície. Essas impurezas podem vir da matéria-prima ou do ambiente ao redor. Para evitar que isso aconteça, é essencial purgar periodicamente o sistema ou filtrar a matéria-prima.

• Evite altas temperaturas

Os catalisadores podem ser sensíveis a altas temperaturas, o que pode levar à sua desativação. É fundamental evitar a exposição do catalisador a temperaturas além de sua faixa operacional segura. É melhor monitorar a temperatura do sistema e ajustar o processo de acordo.

• Monitore a atividade do catalisador

O monitoramento da atividade do catalisador pode ajudar a detectar quaisquer alterações em seu desempenho. Isso pode ser feito medindo regularmente a taxa de reação ou realizando testes periódicos do catalisador. Ao monitorar a atividade do catalisador, qualquer problema pode ser identificado com antecedência e ações corretivas podem ser tomadas para evitar a desativação.

Conclusão

Em suma, siga as etapas acima para combater o envenenamento, a sinterização e a coqueificação, que são as principais causas da desativação do catalisador. Além disso, é melhor prestar atenção às condições de operação e à seleção, ao uso e à manutenção adequados do catalisador. Assim, a vida útil dos catalisadores pode ser prolongada, resultando em maior eficiência e redução de custos nos processos industriais.

A Stanford Advanced Materials (SAM) fornece todos os tipos de catalisadores de metais preciosos a preços acessíveis. Outros produtos de metais preciosos, incluindo cadinhos de metais preciosos e fios de metais preciosos, também estão disponíveis. Consulte nosso site para obter mais informações.

Referências:

[1] Philipp Wachter, Christian Gaber, Juraj Raic, Martin Demuth, Christoph Hochenauer, (2021). Investigação experimental sobre envenenamento por enxofre H2S e SO2 e regeneração de um catalisador de Ni disponível comercialmente durante a tri-reforma de metano [Fotografia]. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319920340921

[2] Balasundram, Vekes & Ibrahim, Norazana & Kasmani, Rafiziana & Isha, Ruzinah & Abd Hamid, Mohd Kamaruddin & Hasbullah, Hasrinah. (2022). Melhoramento catalítico de vapor de pirólise derivado de biomassa sobre HZSM-5 modificado com metal em BTX: A comprehensive review [Fotografia]. https://www.researchgate.net/publication/343461067_Catalytic_upgrading_of_biomass-derived_pyrolysis_vapour_over_metal-modified_HZSM-5_into_BTX_a_comprehensive_review