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主题:【原创】萨索故事(39) -- 橡树村

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家园 【原创】萨索故事(43)

影响催化剂寿命的,就是催化剂中毒。能让费托合成催化剂中毒的,除了前面说的那些杂质,还有水。

怎么样?觉得哪里不对劲了么?水是产物呀!对。但是费托合成催化剂怕水。

为什么怕水呢?无论是铁,还是钴,进行催化的时候,有活性的状态都是金属。铁和钴都是反应性比较好的金属,这些金属遇到水,就会有反应:

Fe + H2O -- FeO + H2

Co + H2O -- CoO + H2

就是说金属可以被水氧化。这个反应其实非常常见。铁生锈大家都知道,这就是金属铁和水反应。你看,常温下都可以,温度一高,不是更容易了?特别是作为催化剂的金属,都是以很小的颗粒分散开的,纳米级的,活性比大块的金属高很多,就更加容易反应。这个反应还放热。

那怎么办的?催化剂一开始使用酒中毒,那还玩什么呀!没这么糟糕。金属和水的反应是氧化反应,而费托合成本身,有一氧化碳,有氢气,这都是强还原的气氛,所以呢,在还原性气氛下,氧化反应很难进行。但是不是说不能进行。

当水的含量高的时候,这个反应就很难避免了。也就是说,如果反应转化率很高,生成了很多油,也生成了很多水,那么催化剂就会中毒了。

这个中毒是基本可逆的,被氧化的金属,再还原就成了金属了,就又有活性了,这个过程叫做催化剂再生。不过,经过这么处理的,也会不到新鲜催化剂的状态了,催化剂结构上会有变化,和助剂的结合形式也有影响,所以一般来讲催化剂是不进行再生的。当然现在也有研究如何有效再生的。铁催化剂便宜,仍就扔了,钴贵了一些,能再生怎么也是好的。

铁催化剂比钴催化剂更容易被水中毒。

水还有一个不利的影响,就是影响催化剂结构的稳定。低温费托合成使用的都是氧化物催化剂,经过还原以后,表面的金属氧化物都被还原了,成为活性组分,但是催化剂的结构骨架,基本上还是氧化物。这个氧化物也怕水。

什么?氧化物也怕氧化?倒不是氧化。而是水能改变这个氧化物的结构。在一定温度压力下,水可以改变氧化物的联接方式,堆积方式,就是改变氧化物的晶体结构。催化剂制备过程,有一个很重要的大类,叫做水热合成,就是利用水的这个作用,对催化剂的结构进行调整的。但是在催化剂使用过程中,我们可不希望催化剂的结构有变化。

对于费托合成催化剂,催化剂结构晶性的变化的影响还小,但是水可以导致氧化物结构强度降低,这样催化剂就会粉碎,形成很小的颗粒。这个小颗粒,会带来很多工艺上的麻烦。对于固定床来讲,小颗粒对造成下游管道的堵塞,对于浆态床来讲,小颗粒形成以后,下游的催化剂回收就有麻烦。

除了水,二氧化碳也能使得催化剂中毒,原理类似,一方面是氧化催化剂,一方面是改变催化剂结构。而对于铁催化剂,二氧化碳是不可避免的产物。

产物能让催化剂中毒,够麻烦的吧?

好消息是,使用钴的时候,这些无法避免的是催化剂中毒的事情,发生的速度要慢很多,体系里面允许的水和二氧化碳的含量也要高很多。

这就是钴催化剂寿命比铁催化剂长的主要原因。

【原创】萨索故事(44)

关键词(Tags): #萨索#中毒#催化剂

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