Xúc tác cơng nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES Tiểu luận Xúc tác công nghiệp chế biến dầu khí Phan Thị Dạ Thảo Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xúc tác cơng nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES 1- Thành phần cấu trúc Zeolite: Zeolites tinh thể nhôm – silicate ngậm nước, có nguồn gốc tự nhiên tổng hợp với cấu trúc có độ trật tự cao Zeolites chứa tứ diện SiO4 AlO-4, liên kết với thông qua nguyên tử oxy, tạo nên mạng lưới chiều với nhiều đường dẫn Bên zeolites, đường dẫn tạo nên tính chất đặc biệt zeolites, phân tử nước ion kim loại kiềm di động trao đổi với cations khác Hệ thống lỗ xốp có kích thước quy mơ ngun tử định độ hoạt động bề mặt zeolites Cấu trúc lỗ xốp phụ thuộc vào thành phần, loại zeolites cations Công thức tổng quát zeolites: MIM0,5 II [(AlO2)x _ (SiO2)y _(H2O)z] Zeolite có bốn đặc tính mà làm cho chúng trở nên đặc biệt thú vị loại xúc tác không đồng nhất: Cations trao đổi, nhờ mà zeolites có tính chất xúc tác khác dựa cation khác Nếu tâm cation trao đổi với H, zeolites tạo nên lượng lớn tâm acid mạnh Đường kính lỗ xốp nhỏ 10Å Các lỗ xốp có nhiều kích thước khác Hai tính chất sau tạo nên tính chất rây phân tử zeolites Zeolite ứng dụng làm chất xúc tác từ năm 1960 Đường kính lỗ xốp sàng rây phân tử phụ thuộc vào số lượng tứ diện vịng Kích thước lỗ xốp zeolites: Số tứ diện Đường kính tối đa lỗ Å Loại zeolite 2.8 4.3 Erionite, A 10 6.3 ZSM-5, Ferrierite 12 8.0 L, Y, Mordenite 18 15 Not yet observed (So sánh với kích thước hydrobenzen: 5.7Å x 2.2Å) Kích thước lỗ xốp thực tế phụ thuộc vào loại cation diện zeolite Những phân tử ammonia, hydrogen, oxygen, argon qua lỗ xốp hầu hết loại rây phân tử Rây loại “A” có cấu trúc lập phương với lỗ xốp đủ lớn cho phép paraffins bình thường qua Tuy nhiên, cation chiếm số vị trí che phần lỗ xốp Các cations hoá trị (như sodium, potassium) hạn chế kích thước lỗ xốp xuống 4Å Tất phân tử hữu (trừ methane) xâm nhập zeolite NaA LiA Các cation hoá trị chiếm giữ vị trí cation khác để tạo khơng gian vừa đủ cho paraffins thông thường khuếch tán qua Kích thước phân tử Isobutane lớn so với kích thước lỗ xốp CaA nên khơng thể tiếp xúc với tâm xúc tác Các phân tử có kích thước danh nghĩa khoảng 0.5Å lớn có cách riêng để qua lỗ xốp nhỏ dao động phân tử dễ Phan Thị Dạ Thảo Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xúc tác công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES dàng cho chúng qua Thêm vào đó, vết hở liên kết việc tái xây dựng liên kết tạo điều kiện thuận lợi cho khuếch tán phân tử lớn qua lỗ xốp nhỏ Nếu hầu hết tâm xúc tác bị giới hạn cấu trúc lỗ xốp lỗ xốp nhỏ phân tử chất phản ứng khả hình thành phân tử sản phẩm chủ yếu xác định kích thước cấu hình mức phân tử Chỉ phân tử có kích thước nhỏ kích thước tới hạn vào lỗ xốp, tiếp xúc với tâm xúc tác thực phản ứng Tiếp theo đó, số phân tử khỏi lỗ xốp sản phẩm cuối Một số kiểu cấu trúc zeolites: Phan Thị Dạ Thảo Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xúc tác công nghiệp chế biến dầu khí Phan Thị Dạ Thảo Shape Selective Catalysis – ZEOLITES Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Xúc tác công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES 2- Các loại chọn lọc hình dạng: Sự chọn lọc hình dạng lần nhắc đến Weisz Frilette năm 1960 PB Weisz, NY Chen, VJ Frilette, JN Miale người tiên phong nghiên cứu xúc tác chọn lọc hình dạng Các nhà khoa học tập trung nhiều vào ứng dụng xúc tác chọn lọc hình dạng, tính chọn lọc chất phản ứng sản phẩm ► Cơ sở chọn lọc hình dạng: Nếu hầu hết tâm xúc tác bị giới hạn cấu trúc lỗ xốp lỗ xốp nhỏ phân tử chất phản ứng khả hình thành phân tử sản phẩm chủ yếu xác định kích thước cấu trúc mức phân tử Chỉ phân tử có kích thước nhỏ kích thước tới hạn vào lỗ xốp, tiếp xúc với tâm xúc tác thực phản ứng Tiếp theo đó, số phân tử khỏi lỗ xốp sản phẩm cuối Chúng ta phân thành nhiều loại hình chọn lọc, tùy thuộc vào kích thước lỗ xốp giới hạn tham gia phân tử phản ứng, định hướng phân tử sản phẩm, hay hình thành trạng thái chuyển tiếp định Ví dụ: phản ứng hydro hóa chọn lọc n-olefin xúc tác CaA (6-7) Pt ZSM-5 Xúc tác Nhiệt độ % hydro hoá ºC Pt-Al2O3 Pt-ZSM-5 Hexene 275 27 90 4,4-dimethylhexene-1 275 35