Comment prévenir la désactivation du catalyseur ?
Introduction
Lescatalyseurs sont essentiels dans de nombreux processus industriels, car ils permettent aux réactions chimiques de se produire plus efficacement et à des températures ou des pressions plus basses. Néanmoins, les catalyseurs peuvent être désactivés au fil du temps, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité et une augmentation des coûts. Dans cet article, nous verrons comment prévenir la désactivation des catalyseurs. Nous espérons que vous aurez une meilleure compréhension de l'entretien des différents catalyseurs.
Comment prévenir la désactivation du catalyseur ?
--Empoisonnement
La première cause de désactivation du catalyseur est l'empoisonnement. Il s'agit de la désactivation chimique réversible ou irréversible d'un catalyseur, qui entraîne une perte d'activité, de stabilité et de sélectivité du catalyseur, ce qui cause de graves problèmes et des pertes économiques dans les processus catalytiques industriels. La figure 1 montre l'empoisonnement au soufre par le H2S des catalyseurs au nickel avec et sans ajout d'oxygène.
Vous pouvez choisir le prétraitement ou l'élimination pour éviter l'empoisonnement du catalyseur.
- S'il est réversible, le catalyseur peut être réutilisé.
- Dans le cas contraire, le catalyseur doit être jeté et une grande quantité d'énergie et de dépenses est gaspillée. Il est toutefois possible d'appliquer un prétraitement aux catalyseurs. Par exemple, l'utilisation de ZnO et d'autres protections pourrait atténuer efficacement l'empoisonnement par le soufre.
- Retirez les catalyseurs désactivés si l'élimination totale des poisons est assez difficile.
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Figure 1. Empoisonnement au soufre
--Frittage
Le frittage est une autre cause fréquente de désactivation des catalyseurs. Il s'agit d'une dégénérescence thermique qui s'accompagne d'une réduction de la surface catalytique et de la surface de support. Pire encore, les phases catalytiques se transforment en phases non catalytiques, ce qui entrave les réactions chimiques prévues.
Il convient de faire preuve de prudence en ce qui concerne les matériaux et les environnements afin d'éviter le frittage.
- Les métaux alcalins accélèrent le frittage, tandis que les oxydes de Ba, Ca ou Sr le réduisent. Les substances poreuses présentent généralement des taux de frittage plus faibles.
- La vapeur et le chlore accélèrent le frittage. En outre, les atmosphères humides, la surchauffe et les pertes de surface accélèrent les changements structurels dans les supports d'oxyde.
--Cokéfaction
La cokéfaction représente environ 20 % de la désactivation des catalyseurs et est généralement liée au colmatage. En effet, les matériaux carbonés et autres présents dans les pores du catalyseur se déposent, réduisant la taille des pores et empêchant les molécules de réactifs de se diffuser dans les pores.
En général, ces dépôts carbonés peuvent être éliminés par gazéification avec de la vapeur d'eau ou de l'hydrogène, et nous obtenons respectivement du CH4, du CO et du COx. La désactivation de la cokéfaction est donc un processus réversible. La figure 2 est une illustration schématique du dépôt de coke sur des catalyseurs HZSM-5 non modifiés et modifiés par des métaux.
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Figure 2. Dépôt de coke
--Autres
Il existe de nombreuses autres approches utiles pour prévenir la désactivation des catalyseurs.
- Choisir le bon catalyseur
Le choix du bon catalyseur pour l'application spécifique est essentiel pour prévenir la désactivation. Les différents catalyseurs ont des degrés variables de stabilité et de résistance à la désactivation. Il est donc important de sélectionner un catalyseur adapté aux conditions spécifiques du procédé. La conception du catalyseur est également importante. Vous pouvez modifier la surface, la taille des pores et la taille des granulés pour éviter l'empoisonnement du catalyseur.
- Maintenir le catalyseur propre
L'une des principales raisons de la désactivation du catalyseur est l'accumulation de contaminants à sa surface. Ces impuretés peuvent provenir de la matière première ou de l'environnement. Pour éviter cela, il est essentiel de purger périodiquement le système ou de filtrer la matière première.
- Éviter les températures élevées
Les catalyseurs peuvent être sensibles aux températures élevées, ce qui peut entraîner leur désactivation. Il est essentiel d'éviter d'exposer le catalyseur à des températures supérieures à sa plage de fonctionnement sûre. Il est préférable de surveiller la température du système et d'ajuster le processus en conséquence.
- Surveiller l'activité du catalyseur
Le contrôle de l'activité du catalyseur peut aider à détecter tout changement dans ses performances. Pour ce faire, il est possible de mesurer régulièrement la vitesse de réaction ou de procéder à des essais périodiques du catalyseur. En surveillant l'activité du catalyseur, il est possible d'identifier rapidement tout problème et de prendre des mesures correctives pour éviter la désactivation.
Conclusion
En un mot, suivez les étapes ci-dessus pour lutter contre l'empoisonnement, le frittage et la cokéfaction, qui sont les principales causes de désactivation du catalyseur. En outre, il est préférable de prêter attention aux conditions de fonctionnement et à la sélection, à l'utilisation et à l'entretien appropriés du catalyseur. Ainsi, la durée de vie des catalyseurs peut être prolongée, ce qui permet d'améliorer l'efficacité et de réduire les coûts des processus industriels.
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Référence :
[1] Philipp Wachter, Christian Gaber, Juraj Raic, Martin Demuth, Christoph Hochenauer, (2021). Experimental investigation on H2S and SO2 sulfur poisoning and regeneration of a commercially available Ni-catalyst during methane tri-reforming [Photographie]. 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). Valorisation catalytique de la vapeur de pyrolyse dérivée de la biomasse sur HZSM-5 modifiée par des métaux en BTX : A comprehensive review [Photographie]. https://www.researchgate.net/publication/343461067_Catalytic_upgrading_of_biomass-derived_pyrolysis_vapour_over_metal-modified_HZSM-5_into_BTX_a_comprehensive_review
