Кратко и по делу.
Кратная реакция (Оствальд, окисление NH${}_3$ до NO):
$$4N{H}_3+5O_2\to 4NO+6H_{2}O$$
Основные механизмы деградации катализа при окислении аммиака (обычно Pt–Rh в виде вато́й/ситовых грат):
- Испарение/окислительная летучесть металла: образование летучих оксидов/хлоридов платины (увеличивается с температурой и при наличии Cl${}_2$/HCl), приводит к потере массы каталитической проволоки.
- Синтеринг/коарсенс: укрупнение кристаллитов и уменьшение удельной поверхности; скорость описывается Аррениус-зависимостью $k=A{e}^{-E_a/(RT)}$.
- Механическая эрозия и износ проволок потоком газа, утомление при термocyклировании → ломкость/обрыв.
- Отложение побочных солей и сульфатов (фасады из SO${}_x$, NH${}_4$X и т.п.) — физическая блокировка активных участков и изменение локальной стехиометрии.
- Химическое отравление примесями (S, As, Pb, Sn, Cl, щелочные металлы): сильная квадрупольная/ковалентная адсорбция, формирование стабильных соединений на поверхности, снижение числа активных центров.
- Структурная перестройка поверхности (формирование "цветной корки"/«cauliflower»): сначала повышает активную площадь, затем при дальнейшей эксплуатации приводит к плотным наслоениям и падению эффективности.
- Контактные отложения/пересадка металла: перенос утерянного Pt на нижележащие слои, что меняет пространственное распределение активности и может засорять нижние слои.
Как минимизируют эти эффекты на промышленных установках:
- Материал и конструкция: используют Pt–Rh сплавы с оптимальным Rh (повышает стабильность), многослойные цепочки (cascade) из предварительно отожжённых/предстарённых сеток; применяют связывающие/защитные покрытия там, где возможно.
- Конфигурация грат: несколько слоёв (верхний — «жертвенный», нижние — рабочие), дышащая топология для улавливания переносимого Pt и равномерного распределения нагрузки.
- Контроль состава газа: тщательная очистка подачи NH${}_3$ и воздуха от S-, As-, Cl‑соединений и аэрозолей (скрубберы, осушки, фильтры) — главная мера против отравления и образования летучих соединений.
- Оптимизация режима: поддержание оптимальной температуры и парциальных давлений (типично $800-950^{\circ }\mathrm{C}$), избежание перегрева; управление соотношением NH${}_3$:O${}_2$ чтобы уменьшить аммиачный «slip» и локальные горячие точки; плавный пуск/остановка для снижения термоусталости.
- Техническое обслуживание и замена: регулярная инспекция, своевременная замена верхних (жертвенных) сеток; восстановление/рециклинг осаждённой платины с нижних сеток.
- Улавливание и рециклинг металла: сбор и переработка осевших частиц/вторичных сеток для возврата Pt в систему.
- Мониторинг: 在线‑контроль выхода NO/NOx, падения давления, состава газа и температуры для раннего выявления деградации и корректировки режима.
Ключевые практические акценты: предотвращение попадания примесей (S, As, Cl), использование многослойных жертвенных конструкций и контролируемый температурно‑стехиометрический режим — это основные меры, дающие наибольшую долговечность катализатора.