探讨烃类预转化催化剂性能下降的原因

摘要：电镜对催化剂的研究有着独特的、多功能的作用，电镜可以在同一个试样上获得晶粒大小和形貌、物相结合以及微区表面元素组成和分布等信息。本文介绍了应用扫描电镜能谱联用技术以及热重、比表面积测定等分析表征方法来快速确定烃类预催化剂活性降低的原因。

关键词：催化剂失活、电镜、烃类、热重表征、比表面积

前言

对大多数烃类预转化催化剂来说，它的物理性质及化学性质随催化反应的进行发生微小的变化，短期很难察觉，随着长期（2-3年）运行过程中这些变化累积起来，造成催化剂活性的显著下降，从而造成了催化剂的失活。本文针对新旧天然气预转化催化剂，应用扫描电镜-能谱联用技术，以及热重、比表面积测定等分析表征方法来探讨催化剂活性降低的原因。

一、新旧催化剂的扫描电镜表征

采用扫描电镜对新旧催化剂进行表征，结果见图1、图2。

从新旧催化剂5000倍扫描电镜图片可以看出，使用后的催化剂表面出现成团卷曲的丝状物。

取新鲜催化剂和失活催化剂的多个颗粒的多个位置，进行表面成分分析，检测结果见表1。

检测结果表明，丝状物上炭元素含量很高，达到20-30%左右，认为该催化剂存在积碳现象且为丝状炭，由于催化剂积碳现象，导致催化剂孔道堵塞，活性中心覆盖问题，最终导致其催化活性有所下降。

二、旧催化剂的热重表征

催化剂积炭是有机催化反应中常见的现象。由于积炭覆盖了活性中心或堵塞了孔道，阻止反应物接近活性中心及通畅的孔道，使催化剂失活或活性降低。进一步热重分析，旧催化剂在空气气氛下升温，当温度达到约650℃，积炭开始被烧掉，而且 当达到一定温度和时间后失重曲线趋于平缓，烧炭完成，由失重曲线看出催化剂积炭量较高。

3 新旧催化剂比表面积测定

对鲜催化剂和旧催化剂进行比表面积测定结果有孔径变化进行对比结果见表2。

从表2可以看出，使用过的催化剂BET比表面积从新鲜催化剂的120.5m /g下降到15.4m /g，催化剂孔径由6.04nm增大到12.5nm，说明催化剂微孔和在使用过程中存在明显收缩现象。积碳使催化剂的比表面积下降较大，这也是催化剂活性下降的一个重要原因。

结论：

1）烃类预转化催化剂使用过程中比表面积减少，孔径变大和积碳是催化剂活性降低或失活的重要原因之一。

2）在催化剂性能下降分析中，扫描电镜能谱联用仪与热重分析仪的配合使用，可得到较为理想的分析效果。

参考文献：

[1]梁明初，陈满元，预转化技术在合成氨装置上的应用.大氮肥，2003，26（2）：133～137

[2]史克英，徐恒泳，徐国林等，分子催化，1995，3：181-183