카탈리스트 비활성화를 방지하는 방법은 무엇인가요?

소개

촉매는 화학 반응이 더 낮은 온도나 압력에서 더 효율적으로 일어날 수 있게 해주므로 많은 산업 공정에서 필수적입니다. 하지만 촉매는 시간이 지남에 따라 비활성화될 수 있으며, 이는 효율성 저하와 비용 증가로 이어질 수 있습니다. 이 글에서는 촉매 비활성화를 방지하는 방법에 대해 설명합니다. 다양한 촉매의 유지 관리에 대해 더 잘 이해할 수 있기를 바랍니다.

촉매 비활성화를 방지하는 방법은 무엇인가요?

사용 중 촉매 비활성화를 방지하려면 촉매 비활성화의 원인을 파악하여 효과적인 해결책을 찾을 수 있습니다.

--중독

촉매 비활성화의 주요 원인은 중독입니다. 이는 촉매의 가역적 또는 비가역적 화학적 비활성화를 의미하며 촉매 활성, 안정성 및 선택성의 상실로 이어져 산업 촉매 공정에서 심각한 문제와 경제적 손실을 초래합니다. 그림 1은 산소를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우의 니켈 촉매의 H2S에 의한 황 중독을 보여줍니다.

촉매 중독을 방지하기 위해 전처리 또는 제거를 선택할 수 있습니다.

• 가역적인 경우 촉매를 재사용할 수 있습니다.
• 그렇지 않은 경우 촉매를 폐기해야 하며 많은 양의 에너지와 비용이 낭비됩니다. 하지만 촉매에 약간의 전처리를 할 수 있습니다. 예를 들어, 산화아연과 기타 보호제를 사용하면 유황 중독을 효과적으로 완화할 수 있습니다.
• 독극물을 완전히 제거하기 어려운 경우 비활성화된 촉매를 제거하세요.

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그림 1. 유황 중독

--소결

소결은 촉매 비활성화의 또 다른 일반적인 원인입니다. 소결은 촉매 표면적과 지지 면적이 감소하는 열적 변성입니다. 더 나쁜 것은 촉매 상이 비촉매 상으로 전환되어 의도한 화학 반응을 방해할 수 있다는 것입니다.

소결을 방지하기 위해 재료와 환경에 주의를 기울이세요.

• 알칼리 금속은 소결 속도를 높이는 반면, Ba, Ca 또는 Sr의 산화물은 소결 속도를 감소시킵니다. 다공성 물질은 일반적으로 소결 속도가 더 느립니다.
• 증기와 염소는 소결을 가속화합니다. 또한 습한 대기, 과열, 표면적 손실은 산화물 지지체의 구조적 변화를 가속화합니다.

--코킹

코킹은 촉매 비활성화의 약 20%를 차지하며 일반적으로 막힘과 관련이 있습니다. 즉, 촉매 기공에 탄소질 및 기타 물질이 침착되어 기공 크기를 감소시키고 반응물 분자가 기공으로 확산되는 것을 방지합니다.

일반적으로 이러한 탄소질 침전물은 수증기 또는 수소로 가스화하여 제거할 수 있으며 각각 CH4, CO, COx를 얻게 됩니다. 따라서 코킹 비활성화는 가역적인 프로세스입니다. 그림 2. 는 개질되지 않은 촉매와 금속 개질된 HZSM-5 촉매에 코크스 침착을 개략적으로 나타낸 그림입니다.

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그림 2. 코크스 증착

--기타

촉매 비활성화를 방지하는 다른 유용한 접근 방식이 많이 있습니다.

• 올바른 촉매 선택

특정 애플리케이션에 적합한 촉매를 선택하는 것은 비활성화를 방지하는 데 매우 중요합니다. 촉매마다 안정성과 비활성화에 대한 저항성이 다릅니다. 따라서 특정 공정 조건에 적합한 촉매를 선택하는 것이 중요합니다. 촉매 설계도 중요합니다. 표면적, 기공 크기, 펠릿 크기를 변경하여 촉매 중독을 방지할 수 있습니다.

• 촉매를 깨끗하게 유지하세요

촉매 비활성화의 주요 원인 중 하나는 촉매 표면에 오염 물질이 쌓이기 때문입니다. 이러한 불순물은 공급 원료 또는 주변 환경에서 발생할 수 있습니다. 이를 방지하려면 주기적으로 시스템을 퍼지하거나 공급 원료를 필터링하는 것이 필수적입니다.

• 고온 방지

촉매는 고온에 민감할 수 있으며, 이로 인해 비활성화될 수 있습니다. 촉매가 안전한 작동 범위를 벗어난 온도에 노출되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 시스템 온도를 모니터링하고 그에 따라 프로세스를 조정하는 것이 좋습니다.

• 촉매 활동 모니터링

촉매의 활동을 모니터링하면 촉매의 성능 변화를 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 정기적으로 반응 속도를 측정하거나 주기적으로 촉매 테스트를 수행하여 달성할 수 있습니다. 촉매의 활동을 모니터링하면 문제를 조기에 파악하고 비활성화를 방지하기 위한 시정 조치를 취할 수 있습니다.

결론

한마디로 촉매 비활성화의 주요 원인인 중독, 소결, 코킹을 방지하기 위해 위의 단계를 따르시기 바랍니다. 또한 작동 조건과 촉매의 적절한 선택, 사용 및 유지 관리에도 주의를 기울이는 것이 좋습니다. 이를 통해 촉매의 수명을 연장하여 산업 공정의 효율을 높이고 비용을 절감할 수 있습니다.

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참조:

[1] 필립 바흐터, 크리스티안 가버, 유라즈 라익, 마틴 데무트, 크리스토프 호체나우어, (2021). 메탄 삼원 개질 중 H2S 및 SO2 황 중독에 대한 실험적 조사 및 상업적으로 이용 가능한 Ni-촉매의 재생 [사진]. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319920340921

[2] 발라순드람, 베케스 & 이브라힘, 노라자나 & 카스마니, 라피지아나 & 이샤, 루지나 & 압드 하미드, 모흐드 카마루딘 & 하스불라, 하스리나. (2022). 바이오매스 유래 열분해 증기를 금속 개질 HZSM-5를 통해 BTX로 촉매 업그레이드: 포괄적 인 검토 [사진]. https://www.researchgate.net/publication/343461067_Catalytic_upgrading_of_biomass-derived_pyrolysis_vapour_over_metal-modified_HZSM-5_into_BTX_a_comprehensive_review