催化学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 1048-1061.DOI: 10.1016/S1872-2067(20)63552-5

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积碳失活催化剂的再生

周吉彬a,b, 赵建平a,b, 张今令a, 张涛a, 叶茂a, 刘中民a   

  1. a 中国科学院大学化学物理研究所, 甲醇制烯烃国家工程实验室, 大连洁净能源国家实验室, 能源材料化学协同创新中心, 辽宁大连 116023;
    b 中国科学院大学, 北京 100049
  • 收稿日期:2019-09-30 出版日期:2020-07-18 发布日期:2020-04-18
  • 通讯作者: 叶茂
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(91834302).

Regeneration of catalysts deactivated by coke deposition: A review

Jibin Zhoua,b, Jianping Zhaoa,b, Jinling Zhanga, Tao Zhanga, Mao Yea, Zhongmin Liua   

  1. a National Engineering Laboratory for Methanol to Olefins, Dalian National Laboratory for Clean Energy, iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
    b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2019-09-30 Online:2020-07-18 Published:2020-04-18
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (91834302).

摘要: 催化反应常伴随着积碳的生成,而积碳又可以通过覆盖催化剂酸性位点或者堵塞催化剂孔道而引起催化剂失活,表现为产物选择性的降低.根据不同的失活机理可以将催化剂失活分为永久性失活和可逆性失活,而积碳失活一般是可逆的,可以通过再生的方式来除去积碳并恢复催化剂活性.对于工业生产而言,为了保证反应的连续运行,失活催化剂的及时再生是非常必要的.尽管前人已经做了大量的研究,并尝试不同的再生方法来除去催化剂积碳,但发展一种操作简单、高效和经济的再生方法仍然是一个巨大的挑战.目前工业催化剂积碳失活后最常用的再生手段是氧化再生,其主要以空气或氧气为再生气体,将积碳转化为一氧化碳、二氧化碳和水等.但空气或氧气氧化再生为强放热反应,放出的大量热量及生成的水蒸气会对催化剂的组分及结构带来一定的影响.虽然以臭氧和氮氧化物为再生气体可以有效降低再生温度,但是作为有毒有害气体,它们的排放受到严格的限制,这也阻碍了其进一步工业化应用.与氧化再生相比,二氧化碳或水蒸气气化再生可以有效降低再生过程中的放热量,并将无价值的积碳转化为高品质的合成气,同时减少二氧化碳的排放.但由于二氧化碳和水蒸气的氧化性较弱,需要较高的再生温度,对催化剂的水热稳定性提出了更高的要求.此外,在氢气气氛下,可以通过加氢裂解除去积碳,但同样需要较高的再生温度或压力.通过添加金属或金属氧化物等添加剂,可以有效降低再生温度并增加再生速率,但也可能会引起催化剂中毒,造成催化剂的永久性失活,所以需要严格控制添加剂的含量.本文分析了目前常用的几种再生方法的优缺点及面临的挑战,并对未来的研究重点及研究方向进行了展望.

关键词: 催化剂, 积碳, 失活, 再生, 氧化, 气化, 加氢

Abstract: In industrial catalytic processes, coke deposition can cause catalyst deactivation by covering acid sites and/or blocking pores. The regeneration of deactivated catalysts, thereby removing the coke and simultaneously restoring the catalytic activity, is highly desired. Despite various chemical reactions and methods are available to remove coke, developing reliable, efficient, and economic regeneration methods for catalytic processes still remains a challenge in industrial practice. In this paper, the current progress of regeneration methods such as oxidation (air, ozone and oxynitride), gasification (carbon dioxide and water steam), and hydrogenation (hydrogen) is reviewed, which hopefully can shed some light on the design and optimization of catalysts and the related processes.

Key words: Catalyst, Coke, Deactivation, Regeneration, Oxidation, Gasification, Hydrogenation