1. Avvelenamento da impurità che portano alla disattivazione irreversibile
Le prestazioni catalitiche si basano su abbondanti siti attivi sulla superficie del catalizzatore. Nella produzione industriale, le materie prime contengono inevitabilmente tracce di impurità nocive come zolfo, fosforo e metalli pesanti. Queste impurità tendono ad adsorbirsi sui centri attivi, occupando i siti di reazione e legandosi chimicamente con i componenti attivi, causando così danni permanenti. L'avvelenamento da catalizzatore è per lo più irreversibile. Con il funzionamento a lungo-termine, il numero di siti attivi effettivi diminuisce gradualmente, portando a un continuo calo delle prestazioni e al possibile guasto completo del catalizzatore.
2. Micropori che bloccano la deposizione di carbonio superficiale
Nei processi catalitici come la raffinazione del petrolio e la sintesi organica, reazioni collaterali come cracking e polimerizzazione si verificano accanto alle reazioni principali, producendo depositi carboniosi. Questi depositi si accumulano sulla superficie del catalizzatore e sui micropori interni, coprendo i siti attivi e bloccando i canali dei pori, impedendo ai reagenti di entrare in contatto con il catalizzatore. La leggera deposizione di carbonio può essere rimossa tramite calcinazione e rigenerazione ad alta-temperatura per ripristinare le prestazioni catalitiche. Tuttavia, la deposizione pesante e a lungo termine-causerà il blocco permanente dei pori, rendendo il catalizzatore non riciclabile.
3. L'invecchiamento ad alta-temperatura danneggia la microstruttura del catalizzatore.
La maggior parte delle reazioni catalitiche procede ad alta temperatura, che è una delle principali cause dell'invecchiamento del catalizzatore. Una temperatura elevata e prolungata porta alla sinterizzazione del vettore e al collasso dei pori. La struttura porosa originale viene danneggiata, con conseguente forte calo dell'area di contatto effettiva. Nel frattempo, i grani attivi sulla superficie del catalizzatore si agglomerano e diventano più grandi con una dispersione ridotta, riducendo notevolmente i siti attivi disponibili. Forti sbalzi di temperatura genereranno anche stress strutturale, causando fessurazioni, polverizzazione e desquamazione e distruggendo completamente la struttura del catalizzatore.
4.Condizioni operative instabili che accelerano l'usura e il degrado delle prestazioni
Le fluttuazioni delle condizioni di lavoro accelerano notevolmente il deterioramento del catalizzatore. Le variazioni nella pressione del sistema e nel flusso di alimentazione incidono e distruggono continuamente le particelle del catalizzatore, provocando abrasione, frammentazione e polverizzazione, che interrompono la stabilità del sistema di reazione. La velocità spaziale instabile innesca anche più reazioni collaterali e aggrava la deposizione di carbonio.
Nella produzione pratica, la stabilizzazione della temperatura, della pressione e della velocità di alimentazione, nonché la rigorosa purificazione delle materie prime, sono le misure fondamentali per rallentare la disattivazione del catalizzatore e prolungarne la durata.