Die Katalysatorvergiftung (engl. Poisoning) bezeichnet die Deaktivierung eines Katalysators durch die Adsorption unerwünschter Substanzen, sogenannter Gifte, auf dessen aktiven Zentren (siehe Chemisorption). Diese Gifte, wie beispielsweise H₂S, HCl oder Schwermetalle, gelangen meist als Verunreinigungen im Feed-Gasstrom (Fremdvergiftung) in das System und führen zu einer verminderten Aktivität und in manchen Fällen auch zu einer verringerten Selektivität des Katalysators. In industriellen Prozessen stellt die Kontrolle und Vermeidung von Katalysatorvergiftung daher eine zentrale Herausforderung dar.
Ein grundlegender Unterschied besteht zwischen Giften und Inhibitoren: Gifte binden meist stark und irreversibel an die aktiven Zentren des Katalysators, während Inhibitoren nur schwach und reversibel adsorbieren, was eine einfachere Regeneration ermöglicht. Gifte lassen sich zudem nach ihrer Wirkung klassifizieren: Bei „selektiven“ Giften werden spezifische aktive Zentren, oft die effektivsten, zuerst deaktiviert. Dies führt dazu, dass die Beziehung zwischen der katalytischen Aktivität und der Menge des adsorbierten Gifts nicht linear verläuft. Im Gegensatz dazu wirken „nicht-selektive“ Gifte gleichmäßig auf alle aktiven Zentren, was zu einem proportionalen Aktivitätsverlust führt. Dies kann unter anderem auch eingesetzt werden, um einen Katalysator gezielt zu vergiften, um unerwünschte Nebenreaktionen zu verhindern.
Ein Beispiel zur Steigerung der Selektivität ist die Behandlung (engl. Tempering) von Pt-Re/Al₂O₃-Reformierungskatalysatoren mit Schwefelverbindungen. Hierbei wird das Trägermaterial mit Schwefelverbindungen behandelt, wodurch die Hydrocrackaktivität reduziert wird. Die gewünschten Hydrogenierungsreaktionen, die durch die Übergangsmetalle katalysiert werden, bleiben hingegen weitgehend unbeeinträchtigt
Ein weiterer Aspekt ist die Reversibilität der Vergiftung. Reversible Vergiftungen, beispielsweise durch Wasser (H2O) in der Ammoniaksynthese, können bereits durch die Entfernung des Gifts aus dem Reaktionsgemisch beseitigt werden. Im Gegensatz dazu bilden irreversible Gifte stabile Bindungen mit den katalytisch aktiven Metallen, was eine dauerhafte Deaktivierung des Katalysators zur Folge hat. Ein klassisches Beispiel ist die Vergiftung von Drei-Wege-Katalysatoren in Fahrzeugen durch Blei (Pb), die maßgeblich zum europaweiten Verbot verbleiten Benzins im Jahr 2000 führte („Super Bleifrei“).
Insgesamt ist die Vermeidung von Katalysatorgiften im Feed-Gasstrom ist ein zentrales Ziel, um die Lebensdauer der Katalysatoren in industriellen Prozessen zu verlängern. In der Praxis werden dazu häufig Adsorbenzien wie beispielsweise C&CS #1247 – eine dotierte Aktivkohle zur Entschwefelung – eingesetzt. Ergänzend werden auch katalytische Umwandlungsverfahren, wie sie durch HDMax® eingeleitet werden,angewendet, um Katalysatorgifte in chemische Verbindungen zu überführen, welche optimal von den Adsorbenzien aufgenommen werden können.
Zusammenfassend ist die Katalysatorvergiftung ein komplexes und herausforderndes Phänomen, das jedoch durch innovative Techniken und Materialien effektiv kontrolliert werden kann, um die Effizienz und Nachhaltigkeit industrieller Prozesse zu gewährleisten.
