ĐỀ tài CHẾ tạo CHẤT xúc tác BẰNG VIỆC ỨNG DỤNG kỹ THUẬT TẦNG sôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO CHẤT XÚC TÁC BẰNG VIỆC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TẦNG SÔI GVHD: ĐÀO NGỌC DUY SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Lý Trung Trinh18139206 Nguyễn Tường Vũ 18139123 18139163 Trần Thị Ngọc Quỳnh nr I Phân mục lục I II III I II I II III I II III Phần mục lục .1 Phần 1: Tổng quan kỹ thuật tầng sôi .3 Quy trình làm việc kỹ thuật tầng sôi .3 Nguyên lí làm việc kỹ thuật tầng sôi .3 Yêu cầu thiết bị kỹ thuật tầng sôi PHẦN 2: Q TRÌNH CRACKING XÚC TÁC TẦNG SƠI (FLUID CATALYTIC CRACKING- FCC) Mục đích q trình Nguyên liệu: PHẦN 3: CHẤT XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH FCC 12 Theo chế phản ứng cracking xúc tác: .12 Thành phần chất xúc tác 13 a Zeloit 13 b Chất mang 15 c Phụ gia 15 Phát triển chất xúc tác cho trình FCC 18 PHẦN 4: SỰ MẤT HOẠT TÍNH VÀ TÁI SINH CHẤT XÚC TÁC FCC 19 Nguyên nhân gây hoạt tính chất xúc tác 19 Cơ chế' hoạt tính chất xúc tác FCC 19 Tái sinh chất xúc tác FCC 20 Mục lục hình ảnh: Hình 2.1: sơ đồ nhà máy lọc dầu đại Hình 2.2: Phân xưởng FCC đại: thiết bị phản ứng ống nâng Hình 2.3: FCC Thiết bị phản ứng tầng sôi thiết bị tái sinh chất xúc Hình 2.4: Phản ứng cracking Hình 2.5: Cracking anken tạo ion cacboni Hình 2.6: Cracking có mặt ion cacboni Hình 2.8: Các bước phản ứng tạo cốc Hình 2.9: Các bước phản ứng tạo cốc Hình 2.10: Các bước phản ứng tạo cốc Hình 2.11: Phân bố sản phẩm cracking nhiệt cracking xúc tác Hình 3.1: Xúc tác cho trình FCC Hình 3.2: Cấu trúc Zeloit Hình 3.3: Một số loại Zeloit Hình 3.4: Quy trình tổng hợp chất xúc tác FCC Hình 3.5: Sản xuất chất xúc tác FCC Hình 3.6: Phân bố sản phẩm trình cracking Gas oil Hình 3.7: Tính chọn lọc hình dạng Hình 3.8: Tính chọn lọc hình dạng Hình 3.9: Phát triển xúc tác Hình 4.1: Cơ chế hình thành cốc Hình 4.2: Cơ chế tích tụ kim loại nặng Hình 4.3: Cơ chế loại bỏ cốc Hình 4.4: Cơ chế loại bỏ kim loại nặng Phần 1: Tổng quan kỹ thuật tầng sơi I Quy trình làm việc kỹ thuật tầng sôi Chuẩn bị nguyên liệu (loại tạp chất, xử lí S) thiết bị phản ứng cracking xúc tác - sản phẩm cracking - xúc tác làm việc, xúc tác tái sinh - thiết bị tái sinh - xăng + khí hidrocacbon II Nguyên lí làm việc kỹ thuật tầng sơi Khi cho dịng khí từ lên qua lưới phân phối khí có chứa lớp hạt rắn: Tốc độ khí nhỏ, lớp hạt trạng thái bất động Khi chiều cao lớp hạt khơng thay đổi cịn trở lực lớp hạt tăng lên với tăng vận tốc dịng khí ị Tăng vận tốc khí đến giá trị giới hạn (vs) lớp hạt bắt đầu trở nên linh động, chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng lên, hạt chuyển động khuấy trộn với nhau, trở lực giá trị định giữ nguyên không đổi đạt tới Tiếp tục tăng vận tốc dịng khí giới hạn hạt rắn bị dịng khí theo khỏi thiết bị Lúc trạng thái sôi chấm dứt xảy trình vận chuyển hạt rắn khí thổi III Yêu cầu thiết bị kỹ thuật tầng sơi ■ Điều kiện phản ứng: •Y Nhiệt độ cracking từ 480oC - 530oC =>Thuận lợi cho phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt mạnh ■Y Áp suất vùng lắng 0.27 Mpa •Y Tốc độ khong gian thể tích nạo liệu tùy vào loại cơng nghệ ■Y Xúc tác chứa zeolit mang tính axít có hoạt tính cao, độ chọn lọc tốt, giá thành vừa phải ■ Tính khử hoạt hố: Có thê sử dụng chất xúc tác khử hoạt hoá ■ Độ bền chất xúc tác: Cần phải có tính chống mịn đủ tốt ■ Ưu điểm: o Pha rắn đảo trộn mãnh liệt • • • o Hệ số cấp nhiệt cấp khối từ pha khí tới hạt (hoặc ngược lại) lớn o Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ thực giới hóa tự động hóa ■ Nhược điểm: thời gian lưu hạt lớp sơi khơng PHẦN2: QUẢ TRÌNH CRACKING XÚC TẢC TẦNG SƠI (FLUID CATALYTIC CRACKING- FCC) I Mục đích q trình Sản xuất xăng có trị số octan cao, olefin nhẹ, phân đoạn nhẹ (LPG, FO) Nhận ngun liệu có chất lượng cao cho cơng việc tổng hợp hóa dầu hóa học II Nguyên liệu: Phân đoạn Gas-Oil, phân đoạn nặng trình chưng cất dầu thơ Hình 2.1: sơ đồ nhà máy lọc dầu đại Hình 2.2: Phân xưởng FCC đại: thiết bị phản ứng ống nâng Hình 2.3: FCC Thiết bị phản ứng tầng sôi thiết bị tái sinh chất xúc Các phản ứng xảy trình cracking: > Phản ứng cắt liên kết C-C > Phản ứng isome hóa > Phản ứng proton hóa/loại proton > Phản ứng alkyl hóa > Phản ứng polyme hóa > Phản ứng vịng hóa, ngưng tụ tạo cốc Hình 2.4: Phản ứng cracking xúc tác phản ứng cracking xúc tác H R — CH=CH2 + H + R—CH2-Ộ+ or R— c+— CH3 H Hình 2.5: Cracking anken tạo ion cacboni H H 3C —0 —c H 2—c H 2—c H 2—c H H + H3C— H—c H2-C H2-C H3 C H3 Hình 2.6: Cracking có mặt ion cacboni Phan ứng tạo cốc Bước 1: Khơi mào: H + tí" H Bước 2: Phát triền mạch: HH Hình 2.8: Các bước phản ứng tạo cốc Hình 2.9: Các bước phản ứng tạo cốc Hình 2.10: Các bước phản ứng tạo cốc sổ cacbon Hình 2.11: Phân bố sản phẩm cracking nhiệt cracking xúc tác PHẦN 3: CHẤT XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH FCC I Theo chế phản ứng cracking xúc tác: > Chất xúc tác phải có khả nhường H+ nhận H- > Chất xúc tác chứa tâm axit Chất xúc tác hệ Chất xúc tác hệ sau Dung dịch AlCl3: - Gây ăn mòn thiết bị - Có nước thải Khống sét (đã xử lý axit) • Aluminosilicat vơ định hình - Tính ổn định tính chọn lọc cao - Chịu mài mịn học tốt • Zeolit -Hoạt tính tính ổn định cấu trúc cao - Ít tạo cốc, ổn định nhiệt cao BẢNG 3.1 CÁC LOẠI XÚC TÁC Tâm axit mạnh Hình 3.1: Xúc tác cho trình FCC II Thành phần chất xúc tác Bao gồm ■ Zeloit: RE-USY ■ Chất mang: Vật liệu mao quản ■ Phụ gia: Sb, Sn, CaTiO2, MgO, Pt/Al2O3, CeO2 ZSM-5 a Zeloit Cấu trúc zeolit: ■ Đơn vị cấu trúc sở zeolit tứ diện Si Al ■ Các zeolit chứa mạng lưới cấu trúc mao quản với kích thước nhỏ (zeolit cho xúc tác FCC có kích thước mao quản khoảng Â) ❖ Hình 3.2: Cấu trúc Zeloit ❖ Một số loại zeolit tổng hợp ứng dụng cho sản xuất chất xúc tác FCC: ■ Zeolit X ■ Zeolit Y ■ Zeolit ZSM-5 Hình 3.3: Một số loại Zeloit b Chất mang o Các vật liệu mao quản với kích thước trung bình (2-50nm) đến lớn (>50nm) o Dẫn phân tử lớn đến tâm hoạt tính o Khuếch tán tác nhân phản ứng vào khỏi bề mặt chất xúc tác o Chống lại đầu độc chất xúc tác c Phụ gia o Chất xúc tiến nhóm Pt o Nhóm oxit kim loại (MgO, CeO2) o ZSM-5 o Phụ gia thụ động hóa kim loại (Antimon) Hình 3.4: Quy trình tổng hợp chất xúc tác FCC RECI3, NH4CI _ Wash liquor Sodium silicate Sodium aluminate VVate rNaOH Micro pores < nm Meso pores - 50 nm Macro pores > 50 nm lon exchange \ _ / xeolite mạtrix (d =2-10pm) Na zeolite Pilter Dryer crystallization Zeoiite 50-70 Lim Aip, source SiO, source VVater NaOH FCC catalysí partỉcles Matrix Silica-aluiĩiina synthesis Hình 3.5: Sản xuất chất xúc tác FCC Mixer Spray dryer Amorphous LowAI HighAI Zeolite REY USY Hình 3.6: Phân bố sản phẩm trình cracking Gas oil Hình 3.7: Tính chọn lọc hình dạng Hình 3.8: Tính chọn lọc hình dạng Phát triển chất xúc tác cho trình FCC Chất xúc tác FCC chứa ZSM-5: 0.51 - 0,55nm Sản xuất olefin nhẹ (C3 =, C4 =) làm nguyên liệu cho hóa dầu sản xuất MTBE, ETBE Hình 3.9: Phát triển xúc tác PH ẦN 4: SỰ MẤT HOẠT TÍNH VÀ TẢI SINH CHẤT XÚC TẢC FCC I Nguyên nhân gây hoạt tính chất xúc tác Mất hoạt tính thay đổi cấu trúc chất xúc tác Mất hoạt tính hình thành cốc Mất hoạt tính kim loại nặng II Cơ chế hoạt tính chất xúc tác FCC Hình 4.1: Cơ chế hình thành cốc Hình 4.2: Cơ chế tích tụ kim loại nặng III Tái sinh chất xúc tác FCC Hình 4.3: Cơ chế loại bỏ cốc Hình 4.4: Cơ chế loại bỏ kim loại nặng Cảm ơn thầy xem xét, mong nhận ý kiến nhận xét từ thầy! ... 1: Tổng quan kỹ thuật tầng sôi .3 Quy trình làm việc kỹ thuật tầng sôi .3 Nguyên lí làm việc kỹ thuật tầng sôi .3 Yêu cầu thiết bị kỹ thuật tầng sôi ... XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH FCC I Theo chế phản ứng cracking xúc tác: > Chất xúc tác phải có khả nhường H+ nhận H- > Chất xúc tác chứa tâm axit Chất xúc tác hệ Chất xúc tác hệ sau Dung dịch AlCl3: - Gây... tầng sơi I Quy trình làm việc kỹ thuật tầng sôi Chuẩn bị nguyên liệu (loại tạp chất, xử lí S) thiết bị phản ứng cracking xúc tác - sản phẩm cracking - xúc tác làm việc, xúc tác tái sinh - thiết bị