Verlies zwavelatoom vermindert activiteit katalysator
15 februari 2005
Het verlies van zwavelatomen is mogelijk een belangrijke oorzaak voor
de afnemende activiteit van chemische katalysatoren gedurende de
productie van schone brandstof. Dit concludeert NWO-promovendus Bas
Vogelaar. Hij onderzocht hydroprocessing-katalysatoren die
zwavelhoudende verbindingen uit benzine en diesel verwijderen.
Vogelaar promoveert op 21 februari aan de Technische Universiteit
Delft.
Aardolie bevat zwavelhoudende verbindingen die bij verbranding
zwaveloxiden vormen. Deze zwaveloxiden vormen een belangrijke
veroorzaker van zure regen. Hydroprocessing-katalysatoren worden
gebruikt in olieraffinaderijen voor de verwijdering van deze
zwavelhoudende verbindingen, waardoor schone brandstoffen kunnen
worden geproduceerd. Na twee jaar gebruik is de activiteit van de
hydroprocessing-katalysatoren zo ver afgenomen dat ze moeten worden
ververst. Dit verversen is een ingrijpende en kostbare operatie. Om de
levensduur van katalysatoren te vergroten, stelde Vogelaar tijdens
zijn promotieonderzoek de belangrijkste oorzaken voor deactivering van
hydroprocessing-katalysatoren vast.
Een hydroprocessing-katalysator bestaat uit een drager van
aluminiumoxide, waaraan verschillende actieve metalen worden
toegevoegd. Op het oppervlak van de katalysator ontstaat zo een
zogeheten actieve fase. Hier vinden de chemische reacties plaats
waarbij zwavel wordt verwijderd. De actieve fase bestaat uit een
combinatie van molybdeen, zwavel en nikkel of kobalt.
Zelfreinigend
Een van de oorzaken van de afname van de activiteit van de
hydroprocessing-katalysatoren is dat kleine 'grafietachtige' deeltjes
op de katalysator gaan zitten. Vogelaar ontdekte dat deze 'coke'
vooral op de drager zelf neerslaat. De actieve fase heeft volgens
Vogelaar een 'zelfreinigende' werking, die de neerslag van coke
tegengaat. De promovendus ontdekte tevens dat onder modelcondities de
activiteit van de katalysatoren vooral afneemt door verlies van zwavel
uit de katalysator. Dit proces kan mogelijk ook een rol spelen in de
deactivering van deze katalysatoren tijdens de productie van schone
brandstoffen.
Ontzwaveling
Katalysatoren kunnen op twee manieren zwavelhoudende verbindingen
omzetten. Het zwavelatoom wordt direct verwijderd uit de verbinding of
er vindt een chemische reactie (hydrogenering) plaats waarna het atoom
wordt verwijderd. De resultaten van Vogelaar weerleggen de gangbare
theorie dat voor beide mechanismen eerst al een zwavelatoom van de
actieve fase verwijderd moet zijn. Voor de directe zwavelverwijdering
is inderdaad een zogenaamde 'vacante positie' nodig. De
hydrogeneringsstap vindt echter plaats op zwavelatomen aan de rand van
de actieve fase en niet op de 'vacante posities'. Op basis van deze
resultaten stelde Vogelaar een gedetailleerd model op voor de
structuur van de actieve fase. Daarnaast ontwikkelde hij een model
voor het reactiemechanisme van de ontzwaveling.
..............................
Meer informatie bij:
* ir. B.M. (Bas) Vogelaar (TU Delft, sectie Industriële Katalyse,
inmiddels werkzaam aan de Universiteit Utrecht)
* t: +31 (0)30 253 67 77, B.M.Vogelaar@chem.uu.nl
* promotie 21 februari, promotor prof. dr. J.A. (Jacob) Moulijn
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek