Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp xúc tác kim loại trên chất mang với kim loại trợ xúc tác khác nhau cho phản ứng tổng hợp fischer – tropsch

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tổng Hợp Xúc Tác Kim Loại Trên Chất Mang Với Kim Loại Trợ Xúc Tác Khác Nhau Cho Phản Ứng Tổng Hợp Fischer – Tropsch
Tác giả	Nguyễn Thị Hồng Hoa
Người hướng dẫn	TS. Đào Quốc Tùy
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Hóa Học
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	4,32 MB

Cấu trúc

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT (19)
- 1.1. Qúa trình tổng hợp F-T (0)
  - 1.1.1. Giới thiệu về quá trình tổng hợp F-T (19)
  - 1.1.2. Phản ứng hóa học và cơ chế phản ứng của quá trình tổng hợp F-T (21)
    1.1.2.1. Phản ứng hóa học của quá trình tổng hợp F-T (21)
    1.1.2.2. Cơ chế của quá trình tổng hợp F-T (22)
  - 1.1.3. Nguyên liệu, công nghệ và sản phẩm của quá trình tổng hợp F-T (24)
    1.1.3.1. Nguyên liệu của quá trình tổng hợp F-T (24)
    1.1.3.2. Công nghệ của quá trình tổng hơp F-T (24)
    1.1.3.3. Sản phẩm của quá trình tổng hợp F-T (26)
- 1.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp F-T (27)
  - 1.2.1. Kim loại hoạt động (28)
  - 1.2.2. Chất phụ trợ (chất xúc tiến) (30)
  - 1.2.3. Chất mang (33)
    1.2.3.1. Chất mang silicagel (33)
    1.2.3.2. Chất mang mao quản trung bình (34)
    1.2.3.3. Vật liệu MQTB biến tính (38)
  - 1.2.4. Phương pháp tổng hợp xúc tác (40)
    1.2.4.1. Phương pháp ngâm tẩm (41)
    1.2.4.2. Phương pháp đồng kết tủa (42)
    1.2.4.3. Phương pháp Sol-gel (42)
  - 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp F–T (43)
    1.2.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp F-T (43)
    1.2.5.2. Ảnh hưởng của áp suất đến quá trình tổng hợp F-T (45)
    1.2.5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu và tốc độ dòng nguyên liệu đến quá trình tổng hợp F-T (46)
    1.2.5.4. Ảnh hưởng của xúc tác đến quá trình tổng hợp F-T (47)
- 1.3. Mục tiêu nghiên cứu (48)
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM (50)
- 2.1. Tổng hợp xúc tác (50)
  - 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ (50)
    2.1.1.1. Hóa chất (50)
    2.1.1.2. Dụng cụ, thiết bị (50)
  - 2.1.2. Tiến hành tổng hợp (50)
    2.1.2.1. Tổng hợp chất mang SBA-15 (50)
    2.1.2.2. Tổng hợp chất mang Al- SBA-15 (51)
    2.1.2.3. Tổng hợp hệ xúc tác (52)
- 2.2. Các phương pháp nghiên cứu đánh giá đặc trưng hóa lý của xúc tác (54)
  - 2.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission Electron Microscopy) (54)
  - 2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) (54)
  - 2.2.3. Xác định diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản bằng phương pháp hấp phụ vật lý (54)
  - 2.2.4. Xác định hàm lượng kim loại mang trên chất mang bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) (55)
  - 2.2.5. Xác định độ axit của vật liệu bằng giải hấp phụ theo chương trình nhiệt độ (TPD -NH 3 ) (55)
  - 2.2.6. Xác định độ phân tán kim loại trên chất mang bằng hấp phụ hóa học xung (55)
- 2.3. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác cho phản ứng tổng hợp F-T (55)
  - 2.3.1. Sơ đồ phản ứng thiết bị phản ứng tổng hợp F-T (55)
  - 2.3.2. Cơ sở phương pháp tính toán kết quả (57)
  - 2.3.3. Tiến hành quá trình chuyển hóa khí tổng hợp (58)
  - 2.3.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm của quá trình tổng hợp (59)
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (61)
- 3.1. Đặc trưng hóa lý của chất mang SBA-15 và Al-SBA-15 (61)
  - 3.1.1. Đặc trưng pha tinh pha tinh thể của chất mang SBA-15 và Al-SBA-15 (0)
  - 3.1.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của SBA-15 và Al-SBA-15 (0)
  - 3.1.3. Đặc trưng bề mặt vật liệu, ảnh TEM của SBA-15 và Al-SBA-15 (0)
  - 3.1.4. Phổ tán xạ tia X của Al-SBA-15 (64)
  - 3.1.5. Độ axit của Al-SBA-15 (65)
- 3.2. Kết quả đặc trưng hóa lý của xúc tác Co/Al-SBA-15 và 5%Co-x%B/Al- SBA-15 (66)
  - 3.2.1. Đặc trưng pha tinh thể xác tác Co/Al-SBA-15 và 5%Co-x%B/Al-SBA-15 . 53 3.2.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của xác tác Co/Al-SBA-15 và 5%Co-x%B/Al-SBA-15 (0)
  - 3.2.3. Đặc trưng bề mặt vật liệu, ảnh TEM của các mẫu xúc tác/chất mang (69)
  - 3.2.4. Nghiên cứu quá trình khử xúc tác bằng phương pháp TPR-H 2 (71)
  - 3.2.5 Độ phân tán kim loại trên chất mang, xác định bằng phương pháp hấp phụ hóa học xung CO, TP-CO (72)
- 3.3. Khảo sát ảnh hưởng các điều kiện hoạt hóa xúc tác đến quá trình chuyển hóa khí tổng hợp (73)
  - 3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khử hóa đến quá trình F-T (74)
  - 3.3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng H 2 đến quá trình F-T (76)
  - 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến quá trình F-T (77)
  - 3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng (79)
  - 3.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ thể tích (81)
  - 3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng (82)
- 3.5. Đánh giá hoạt tính xúc tác khi bổ sung chất xúc tiến B với các hàm lượng khác nhau đến quá trình tổng hợp F-T (85)
  - 3.5.1. Ảnh hưởng đến độ chuyển hóa nguyên liệu H 2 và CO (86)
  - 3.5.2. Ảnh hưởng đến sự phân bố các phân đoạn trong sản phẩm lỏng (87)
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN (90)
TÀI LIỆU THAM KHẢO (92)
PHỤ LỤC (98)

Nội dung

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số SV: CA160066 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ng

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Xúc tác cho quá trình tổng hợp F-T

Xúc tác đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch (F-T), quyết định trực tiếp đến hiệu suất chuyển hóa CO và H2 cũng như ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

LVTHS Khoa học nghiên cứu

LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS.ĐÀO QUỐC TÙY

HVCH: NGUYÊN THỊ HỒNG HOA 14 KHÓA: 2016A trọng đến độ chọn lọc sản phẩm

Xúc tác cho quá trình tổng hợp F-T là các xúc tác dị thể, gồm ba hợp phần:

Kim loại hoạt động đóng vai trò quan trọng trong xúc tiến phản ứng hóa học, tạo bề mặt hoạt động với các tâm kim loại giúp tăng cường hiệu suất phản ứng Các kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm VIIIB như sắt (Fe), coban (Co), rutheni (Ru), rhodi (Rh), rheni (Re), bạch kim (Pt) và paladi (Pd) thường được sử dụng làm kim loại hoạt động trong các quá trình phản ứng hóa học.

Chất phụ trợ đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của xúc tác, bao gồm tăng độ phân tán của kim loại trên bề mặt chất mang, tăng độ chọn lọc và tuổi thọ xúc tác Các chất phụ trợ thường được sử dụng là các kim loại như Mg, Rh, Pd hoặc các oxyt như MgO, ZnO, giúp nâng cao các đặc tính cơ lý của xúc tác, bao gồm tăng độ bền vật lý, độ bền hóa học, chịu được nhiệt độ cao và độ bền cơ học.

Chất mang đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán các tâm kim loại hoạt động, giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa chất phản ứng và xúc tác Các chất mang phổ biến thường được sử dụng bao gồm SiO2, Al2O3, zeolite (NaX, NaY…) và MCM, giúp xúc tác hoạt động hiệu quả hơn.

Tất cả các kim loại nhóm VIIIB đều sở hữu khả năng xúc tác đặc biệt cho phản ứng hydro hóa CO, cho phép chuyển đổi hỗn hợp khí tổng hợp thành nhiên liệu một cách hiệu quả.

Rutheni cùng với sắt, niken và coban là những kim loại phù hợp nhất cho phản ứng tổng hợp F-T

Niken thường được ưu tiên xúc tiến cho phản ứng tạo metan, nhưng rutheni lại có giá thành quá cao, khiến nó khó có thể áp dụng vào quy mô sản xuất rộng rãi Vì vậy, coban và sắt trở thành lựa chọn tối ưu cho phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch (F-T) Cả hai loại xúc tác này đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu tổng hợp, và bảng 1.4 dưới đây sẽ tổng hợp và so sánh các đặc điểm của chúng.

Bảng 1.3: Bảng so sánh xúc tác Fe và xúc tác Co cho phản ứng tổng hợp F-T[34]

Các chỉ tiêu Xúc tác Co Xúc tác Fe

Tuổi thọ Dài Ngắn(do chịu ảnh hưởng của quá trình cốc hóa,

LVTHS Khoa học nghiên cứu

LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS.ĐÀO QUỐC TÙY

HVCH: NGUYÊN THỊ HỒNG HOA 15 KHÓA: 2016A phản ứng tạo sắt cacbit) Độ hoạt động Cao Thấp

Hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong nguyên liệu

Ngày đăng: 29/12/2023, 15:19

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo

Loại

Chi tiết

1. Đỗ Thị Thanh Hà, Nguyễn Anh Vũ, Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên (2011), “Ảnh hưởng của K và Re tới khả năng làm việc của xúc tác Co/γ-Al 2 O 3cho quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch”. Tạp chí Hóa học, 49, 203-207

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	“Ảnh hưởng của K và Re tới khả năng làm việc của xúc tác Co/γ-Al"2"O"3"cho quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch”
Tác giả:	Đỗ Thị Thanh Hà, Nguyễn Anh Vũ, Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Hồng Liên
Năm:	2011

2. Lê Công Dưỡng, “Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1984

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen”
Nhà XB:	NXB Khoa học và Kỹ thuật

3. Nguyễn Hữu Đính, Trần Đình Đà, “Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử”, Nhà xuất bản Giáo dục, 1999

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử”
Nhà XB:	Nhà xuất bản Giáo dục

4. Vũ Đăng Độ, “Các phương pháp vật lý trong hóa học”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Các phương pháp vật lý trong hóa học”
Nhà XB:	Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội

5. Đỗ Xuân Đồng, Dương Tuấn Quang, Trần Quang Vinh, Nguyễn Anh Vũ, Bùi Quang Hiếu, Nguyễn Việt Hưng, Hoàng Trọng Hà, Lê Thị Hoài Nam, “ Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất xúc tiến đối với hoạt tính xúc tác của vật liệu 15%Co/xCe-SBA-15 trong phản ứng tổng hợp F-T”, Tạp chí Hóa học, 2016, T.54

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất xúc tiến đối với hoạt tính xúc tác của vật liệu 15%Co/xCe-SBA-15 trong phản ứng tổng hợp F-T”

6. Nguyễn Văn Hòa, Đào Quốc Tùy, “Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng hệ xúc tác Co-B/Al-MCM-41 cho quá trình Fischer-Tropsch thu nhiên liệu lỏng”, Tạp chí xúc tác và hấp phụ Việt Nam, (N 0 2,2017), Tr.36-40

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	“Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng hệ xúc tác Co-B/Al-MCM-41 cho quá trình Fischer-Tropsch thu nhiên liệu lỏng”

7. Đặng Ngọc Long, Nguyễn Anh Vũ, Nguyễn Hồng Liên, Phạm Thanh Huyền, “Nghiên cứu đặc trưng và đánh giá hoạt tính xúc tác MOF-Co cho phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch”, Tạp chí dầu khí, (số 4/2013), p.36 – 41

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	“Nghiên cứu đặc trưng và đánh giá hoạt tính xúc tác MOF-Co cho phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch”

8. Từ Văn Mặc, Trần Thị Ái, “Phân tích hóa lý”, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2008

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Phân tích hóa lý”
Nhà XB:	NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội

9. Nguyễn Hữu Phú, “Hấp phụ và chất xúc tác trên vật liệu vô cơ mao quản”, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1998

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	Hấp phụ và chất xúc tác trên vật liệu vô cơ mao quản
Nhà XB:	Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội

10. Nguyễn Tiến Thành, Đào Quốc Tùy , “Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ dòng nguyên liệu đến phân bố sản phẩm trong phản ứng Fischer-Tropsch dưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thường” , Tạp chí hóa học và ứng dụng, 2014LVTHS Khoa học nghiên cứu

Sách, tạp chí

Tiêu đề:	“Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ dòng nguyên liệu đến phân bố sản phẩm trong phản ứng Fischer-Tropsch dưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thường”