在催化劑的失活一文中，我們介紹過催化劑的幾種失活方法，包括中毒、燒結(jié)、熱失活、結(jié)焦和堵塞。

催化劑的中毒方式有很多種，積碳是最常見的一種中毒方式。

     積碳，又稱碳沉積，催化劑表面積碳。是指催化劑在使用過程中逐漸在表面上沉積了一層含碳化合物，當(dāng)碳生成速率遠(yuǎn)大于碳?xì)饣俾剩a(chǎn)生的碳將沉積在催化劑表面上，減少了有效可用的比表面積，堵塞催化劑毛孔，從而引起催化劑活性的衰退，導(dǎo)致催化劑失活。

     在工業(yè)催化反應(yīng)中，尤其是涉及烴類的反應(yīng)如催化裂化、加氫裂化、重整、異構(gòu)化、烷基化等反應(yīng)中，催化劑積碳是一種不可避免的現(xiàn)象。

一、積碳的危害

     積碳會(huì)導(dǎo)致催化劑孔道和活性點(diǎn)的堵塞，降低氣體與催化劑的接觸面積，使得催化劑活性位點(diǎn)減少，使催化劑床溫失控，引起催化劑過熱失活。從而影響催化劑的使用壽命，增加工廠的催化劑更換頻次，直接增加工廠的生產(chǎn)成本。

     與此同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致催化劑床層阻力增大，影響正常的生產(chǎn)運(yùn)行。

     催化劑的積碳根據(jù)形態(tài)，一般分為無定型碳、層狀石墨碳、管須狀結(jié)晶碳以及粘稠狀液態(tài)碳和焦油。

二、催化劑積碳失活方式

催化劑的積碳失活方式分為孔口失活和孔內(nèi)失活兩種：

     孔口失活：積碳較快就易引起孔口堵塞而失活，這種失活主要發(fā)生在小孔的孔口；

     孔內(nèi)失活：催化劑縫隙內(nèi)部分積碳后造成孔口直徑變小，致使催化劑孔內(nèi)表面利用率顯著降低，從而引起催化劑活性的大幅度下降。當(dāng)積碳使孔口直徑縮小到小于分子擴(kuò)散所要求尺寸時(shí)，催化劑將完全失活。

三、催化劑積碳的機(jī)理

積碳可看做是反映副產(chǎn)物的毒化作用。不同催化劑在不同條件下發(fā)生積碳反應(yīng)的機(jī)理也不盡相同，大體可分為以下幾類：

     底物分子經(jīng)脫氫-聚合而形成了不具有揮發(fā)性的高聚物，它們可以進(jìn)一步脫氫而形成含氫量很低的類焦物質(zhì)；

     由于低溫下的聚合，形成了樹枝狀物質(zhì)，從而覆蓋了活性位點(diǎn)，堵塞了催化劑孔道，使表面活性位點(diǎn)失去活性；

     原料氣中高濃度的CO和CO₂在加氫催化劑作用下會(huì)發(fā)生強(qiáng)放熱的甲烷化反應(yīng)和析碳反應(yīng)，這些反應(yīng)放出的反應(yīng)熱使催化劑床溫度迅速升高，促使烴類分解，析碳增多。

催化劑的積碳按形成方式可分為非催化積碳和催化積碳兩大類：
01非催化積碳

     非催化積碳指的是氣相積碳或非催化表面上生成碳質(zhì)物的焦油或固體碳質(zhì)物的過程。氣相積碳一般認(rèn)為是烴類按自由基聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的。

02催化積碳

     催化積碳指的是在催化活性中心上，進(jìn)行主催化反應(yīng)的同時(shí)，由副反應(yīng)生成的碳。催化積碳的生成比氣相碳的生成對(duì)催化劑活性的影響大，如果將氣相碳、焦油及催化積碳對(duì)催化劑失活的影響作比較，它們?cè)斐纱呋瘎┦Щ羁赡苄源笮〉捻樞驗(yàn)椋?/p>

氣相碳＜焦油≤催化積碳

四、影響催化劑積碳的因素

01原料情況

     原料中的殘?zhí)亢扛撸瑫?huì)增加催化劑上的積碳量；若原料中含有一些酸性雜質(zhì)，也會(huì)增加催化劑的積碳量；

02反應(yīng)條件

     原料氣的組成、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空速等反應(yīng)條件皆影響催化劑積碳，其中以反應(yīng)溫度的影響最為主要，有機(jī)物轉(zhuǎn)化反應(yīng)中如脫水、脫氫、加氫和鹵化反應(yīng)等皆容易發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生高分子物質(zhì)，溫度升高，副反應(yīng)速率也會(huì)加快，使得積碳速率加大。

03催化劑的性能影響

     在多相催化反應(yīng)中，催化劑的宏觀結(jié)構(gòu)（如孔徑大小、結(jié)構(gòu)及其分布情況、孔隙率、比表面等）、催化劑的晶粒大小及表面酸堿性等皆會(huì)影響積碳形成的速率等。

五、解決催化劑積碳的辦法

     控制反應(yīng)溫度，能滿足生產(chǎn)要求情況下，降低反應(yīng)溫度，增加水蒸氣的量。水蒸氣可以與形成的積碳反應(yīng)生產(chǎn)CO和H₂ ，消除積炭；

      對(duì)催化劑進(jìn)行高溫焙燒，除去催化劑表面的積碳。

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