Nachweis von Katalysatorgiften

Organische Moleküle, Schwefelspezies und andere Verunreinigungen im ‘Feed‘, Reaktanten oder Zwischenprodukte innerhalb chemischer Prozesse können selbst auf Spurenebene die Aktivität / Effizienz teurer Katalysatoren beeinflussen. Es gibt es einen großen Bedarf, kleinste Konzentrationen zu detektieren und entfernen.

Ein Katalysatorgift ist eine Substanz, die die Wirksamkeit eines Katalysators bei einer chemischen Reaktion reduziert. Die meisten Reaktionen sind irreversibel und die Anreicherung dieser Verbindungen verringert die Leistung der Anlage kontinuierlich. Die Deaktivierung aufgrund von Katalysator-Reparaturen, -wechsel und Ausfallzeiten (‘down times‘) in industriellen Prozessen führt jährlich zu Schäden in Milliardenhöhe.

Übliche Verbindungen, die als Katalysatorgifte wirken, sind Kohlenmonoxid, Halogenide, Cyanide, Sulfide, Sulfite, Phosphate. Ebenso können organische Moleküle wie Nitrile, Nitroverbindungen, Oxime und stickstoffhaltige Heterocyclen eine giftige Wirkung auf Katalysatormaterialien haben. Schwefelspezies sind Katalysatorgifte, insbesondere für Prozesse mit reduzierten Metallen, wenn sie als aktive Phase angewendet werden.

Eine anwendungsbezogene Variante des GC-IMS von G.A.S. hat sich als sehr nützliches Online-Überwachungstool erwiesen, um eine Vielzahl der oben genannten Substanzen in einem 24/7-Monitoring und im niedrigen ppb-Konzentrationsbereich zu bestimmen.

Abb. 1: Schematische Darstellung einer Katalysatordesaktivierung durch Schwefelatome im Ethen-Hydrierungsprozess. Ein Schwefelatom (S) bindet an die Metalloberfläche des Katalysators (M) und verringert die katalytische Aktivität durch die folgenden beispielhaften Effekte:

1. Sterisch blockierte Adsorptions-/Reaktionsstellen des Katalysators (hemmt auch laterale Diffusion)

1. Elektronische Modifikation der Katalysatoroberfläche

Modifiziert nach [4]. Copyright 2006, Wiley-Interscience.