chuyển hóa hiđrocacbon và cacbon oxit trên các hệ xúc tác kim loại và oxit kim loại

H Nội - 2007 Hồ sĩ thoảng, lu cẩm lộc Chuyển hóa hiđrocacbon v cacbon oxit trên các hệ xúc tác kim loại v oxit kim loại Nh xuất Bản khoa học tự nhiên v công nghệ bộ sách chuyên khảo ứng dụng v phát triển công NGHệ cao Viện khoa học v công nghệ việt nam ViÖn khoa häc vμ c«ng nghÖ viÖt nam bé s¸ch chuyªn kh¶o øng dông vμ ph¸t triÓn c«ng nghÖ cao VIệN KHOA HọC V CÔNG NGHệ VIệT NAM Bộ SáCH CHUYÊN KHảO HộI ĐồNG BIÊN TậP Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Đặng vũ minh Phó Chủ tịch Hội đồng: GS.TSKH Nguyễn Khoa Sơn pgs.tskh Nguyễn Tác An, pgs.ts Lê Trần Bình, pgs.tskh Nguyễn Văn C, gs.tskh Vũ Quang Côn, ts. Mai Hà, gs.vs Nguyễn Văn Hiệu, gs.TSKH Hà Huy Khoái, gs.tskh Nguyễn Xuân Phúc, gs.ts Bùi Công Quế, gs.tskh Trần Văn Sung, pgs.ts Phạm Huy Tiến, gs.ts Trần Mạnh Tuấn, gs.tskh Nguyễn ái Việt Lời giới thiệu Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là cơ quan nghiên cứu khoa học tự nhiên và công nghệ đa ngành lớn nhất cả nớc, có thế mạnh trong nghiên cứu cơ bản, nghiên cú và phát triển công nghệ, điều tra tài nguyên thiên nhiên và môi trờng Việt Nam. Viện tập trung một đội ngũ cán bộ nghiên cứu có trình độ cao, cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đáp ứng các yêu cầu về nghiên cứu và thực nghiệm của nhiều ngành khoa học tự nhiên và công nghệ. Trong suốt 30 năm xây dựng và phát triển, nhiều công trình và kết quả nghiên cứu có giá trị của Viện đã ra đời phục vụ đắc lực cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Để tổng hợp và giới thiệu có hệ thống ở trình độ cao, các công trình và kết quả nghiên cứu tới bạn đọc trong nớc và quốc tế, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam quyết định xuất bản bộ sách chuyên khảo. Bộ sách tập trung vào ba lĩnh vực sau: Nghiên cứu cơ bản; Phát triển và ứng dụng công nghệ cao; Tài nguyên thiên nhiên và môi trờng Việt Nam. Tác giả của các chuyên khảo là những nhà khoa học đầu ngành của Viện các cộng tác viên đã từng hợp tác nghiên cứu, hoặc các tập thể tác giả của các chơng trình nghiên cứu do Viện chủ trì. Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xin trân trọng giới thiệu tới các quý đọc giả bộ sách này và hy vọng bộ sách chuyên khảo sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích, có giá trị phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng công nghệ, đào tạo đại học và sau đại học. Hội đồng Biên tập ChuyÓn hãa hi®rocacbon vμ cacbon oxit trªn c¸c hÖ xóc t¸c kim lo¹i vμ oxit kim lo¹i Hå sÜ tho¶ng, l−u cÈm léc Hμ NéI - 2007 Mục lục Lời giới thiệu i Lời nói đầu vii Chương I. Một số quan điểm cơ bản về xúc tác dị thể 1 I.1. Đặc điểm của hiện tượng xúc tác: 1 I.2. Tương tác trung gian trong xúc tác dị thể 3 I.3. Hấp phụ - giai đoạn tiền xúc tác 6 I.4. Kim loại chuyển tiếp và hoạt tính xúc tác 15 I.4.1. Liên kết trong kim loại 15 I.4.2. Liên kết trên bề mặt kim loại 20 I.4.3. Phản ứng của các tiểu phân hấp phụ hóa học 25 I.5. Hợp kim và hoạt tính xúc tác 33 I.5.1. Các tính chất của hợp kim 33 I.5.2. Hoạt tính xúc tác của hợp kim 37 I.6. Các oxit kim loại chuyển tiếp và hoạt tính xúc tác 43 I.7. Các phương pháp khảo sát chất xúc tác 56 I.7.1. Các tính chất vật lý của chất xúc tác 56 I.7.2. Các tính chất hóa học của khối xúc tác 58 I.7.3. Các tính chất bề mặt của chất xúc tác 59 I.8. Hoạt độ xúc tác 62 Chương II. Các phương pháp chế tạo xúc tác 71 I.1. Phương pháp kết tủa 72 II.1.1. Hòa tan 73 II.1.2. Kết tủa 73 II.1.2.1. Lý thuyết kết tủa 75 II.1.2.2. Ảnh hưởng của thành phần hóa học và điều kiện kết tủa đến độ phân tán chất kết tủa 76 II.1.2.3. Già hóa 77 II.1.3. Lọc 79 II.1.4. Rửa 79 II.1.5. Sấy khô 80 II.1.6. Nung 82 II.1.7. Tạo hình xúc tác 82 II.2. Phương pháp tẩm trên chất mang 83 II.2.1. Đặc điểm chung của phương pháp 83 II.2.2. Các phương pháp tẩm 86 II.2.2.1. Sự hình thành thành phần hoạt động trên xúc tác mang 87 II.2.2.2. Sự hình thành cấu trúc xúc tác. 88 II. 3. Phương pháp trộn cơ học 91 II.4. Xúc tác nóng chảy và xúc tác xương 93 II.5. Các nguyên lý cơ bản trong chế tạo xúc tác kim loại và đa kim loại trên chất mang 94 II.5.1. Xúc tác platin trên chất mang 94 II.5.2. Xúc tác đa kim loại trên chất mang 99 II.5.2.1. Xúc tác platin–thiếc 99 II.5.2.2.Xúc tác platin-reni 102 II.5.2.3. Xúc tác platin-molipđen và platin-vonfram. 103 II.5.2.4. Các hệ đa kim loại khác 104 II.6. Các phương pháp chế tạo xúc tác trên cơ sở oxit và hỗn hợp oxit 110 II.6.1. Xúc tác đồng oxit – nhôm oxit 112 II.6.2. Xúc tác crom oxit – nhôm oxit 113 II.6.3. Các xúc tác HDS và HDN 113 II. 7. Các xúc tác có cấu trúc nano 116 II. 8. Các chất xúc tác công nghiệp 120 II.8.1. Yêu cầu đối với xúc tác công nghiệp. 120 II.8.2. Thành phần của các chất xúc tác công nghiệp 123 II.8.3. Cấu trúc xốp của xúc tác 125 II.8. 4. Sự hình thành cấu trúc xốp của xúc tác 126 II. 9. Xúc tác công nghiệp và động học vĩ mô các phản ứng xúc tác dị thể 128 II.9.1. Các qui luật cơ bản của truyền nhiệt và chuyển khối 129 II.9. 2. Các vùng phản ứng 133 II.9.2.1. Vùng khuếch tán ngoại 136 II.9.2.2. Vùng động học ngoại 139 II.9.2.3. Vùng khuếch tán nội. 141 II.9.2.4. Các vùng chuyển tiếp. 146 Chương III. Đehidro hóa các Parafin nhẹ 149 III.1. Vai trò của phản ứng đehidro hóa (dehydrogenation) các parafin nhẹ trong công nghiệp lọc- hóa dầu 149 III.2. Nhiệt động học của các quá trình đehiđro hóa 150 III.3. Các chất xúc tác cho quá trình đehiđro hóa parafin nhẹ 156 III.3.1. Phương hướng tìm kiếm các chất xúc tác thích hợp 156 III.3.2. Các chất xúc tác đã và đang được sử dụng cho quá trình đehiđro hóa 158 III.3.2.1. Chất mang 158 III.3.2.2. Xúc tác oxit kim loại 159 III.3.2.3. Xúc tác kim loại 161 Xúc tác đa kim loại 165 III. 4. Phương hướng phát triển quá trình đehiđro hóa 174 III.5. Quy luậ t động học của phản ứng đehiđro hóa các parafin nhẹ trên một số xúc tác điển hình 176 III.5.1. Động học phản ứng đehiđro hóa parafin thấp trên xúc tác crom oxit/nhôm oxit 176 III.5.2. Động học phản ứng đehiđro hóa parafin thấp trên xúc tác kim loại 180 III.5.3. Động học phản ứng đehiđro hóa hỗn hợp các parafin thấp 183 III.5.4. Động học đehiđro hóa các parafin C 3 - C 5 trong môi trường có hiđro và hơi nước. 185 III.5.5. Động học đehiđro hóa các parafin nhẹ trong môi trường có H 2 S 187 III.5.6. Động học đehiđro hóa các parafin C 3 - C 5 trong vùng không ổn định 189 III.5.7. Động học quá trình tạo cốc trong đehiđro hóa các parafin C 3 - C 5 190 1. Xúc tác đơn kim loại 195 2. Xúc tác lưỡng kim loại 195 III.6. Cơ chế phản ứng đehiđro hóa các parafin nhẹ 196 Chương IV. Đehiđro hóa Xilohexan và Đehiđro- vòng hóa các n- Parafin 201 IV.1. Đehiđro hóa xiclohexan và Đehiđro-vòng hóa n-parafin – các phản ứng chủ yếu của quá trình refominh xúc tác 201 IV.2. Vài nét về lịch sử phát triển xúc tác đehiđro-vòng hóa n- parafin 204 IV.3. Vai trò lưỡng chức năng của xúc tác đehiđro-vòng hóa 207 IV.4 Xúc tác platin 218 IV.4.1 Platin kim loại (không chất mang) 218 IV.4.2 Platin trên chất mang 220 IV.4.3 Cơ chế quá trình mất hoạt tính của của xúc tác Pt/Al 2 O 3 221 IV.4.4 Tương tác kim loại - chất mang trong hệ xúc tác Pt/Al 2 O 3 223 V.4.5 Các hướng cải tiến xúc tác Pt/ Al 2 O 3 225 IV.5 Xúc tác lưỡng kim loại 226 [...]... xúc tác oxit kim loại, trạng thái bề mặt xúc tác, khả năng trao Lời giới thiệu iii đổi electron giữa bề mặt xúc tác và các phân tử tham gia phản ứng (oxi và hiđrocacbon) Xúc tác kim loại và xúc tác oxit kim loại bao quát hầu hết các quá trình hóa học trong công nghiệp lọc -hóa dầu, công nghiệp hóa chất và xử lý ô nhiễm môi trường hiện đại Những lĩnh vực xúc tác đó đã được các tác giả trình bầy một cách... xúc tác trên các kim loại (trên chất mang) và xúc tác trên các oxit kim loại, chiếm tỉ phần áp đảo đối với các quá trình chuyển hóa trong các ngành công nghiệp hóa học, công nghiệp chế biến dầu và hóa dầu và các lĩnh vực liên quan đến chuyển hóa hóa học, trong đó có lĩnh vực xử lý khí thải đang nổi lên với những đòi hỏi rất bức bách để phát triển công nghiệp và bảo đảm an toàn môi sinh cho tất cả các. .. này, các tác giả không có tham vọng trình bày đầy đủ những khía cạnh khoa học liên quan đến các hệ xúc tác trên kim loại và oxit kim loại, tuy nhiên, với những đối tượng nghiên cứu là các quá trình oxi hóa (chủ yếu là oxi hóa hoàn toàn) CO và hiđrocacbon và các quá trình đehiđro hóa, đồng phân hóa (cấu trúc) và đehiđro-vòng hóa các hiđrocacbon, đồng thời kết hợp tham khảo những kết quả nghiên cứu của các. .. trúc trong các phản ứng khác nhau cũng đã được hiểu thấu đáo hơn, làm cơ sở cho việc hoàn thiện độ chọn lọc của các quá trình xúc tác với nhiều hướng chuyển hóa khác nhau Các kết quả nghiên cứu chuyển hóa hiđrocacbon trên xúc tác kim loại (trên chất mang), bao gồm các phản ứng đehiđro hóa, đồng phân hóa và đehiđro-vòng hóa, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn Các hệ xúc tác lưỡng kim loại đã chứng... V.4.3 Đồng phân hóa khí ngưng tụ (conđensat) dầu Bạch Hổ và n-hexan 290 V.3.4 Đồng phân hóa các n-parafin mạch dài trong các phân đoạn nặng 293 Chương VI Oxi hóa cacbon monoxit và các hiđrocacbon trên các xúc tác oxit 297 VI.1 Vai trò của phản ứng oxi hóa trong công nghiệp và đời sống 297 VI.2 Oxi hóa hoàn toàn CO và các hợp chất hữu cơ 300 VI.2.1 Xúc tác kim loại quý ... Những chất xúc tác có thể được lựa chọn: 386 VII.1.4 Sàng lọc chất xúc tác 387 VII.1.5 Cơ chế phản ứng xúc tác 388 VII.2 Chất xúc tác trong quá trình vận hành 391 VII.2.1 Sự suy thoái hoạt tính xúc tác 391 VII.2.2 Tái sinh xúc tác (Catalyts regeneration) 396 VII.3 Vài nét về triển vọng nghiên cứu và ứng dụng xúc tác kim loại và xúc tác oxit 400 VII.3.1 Xúc tác kim loại ...IV.5.1 Xúc tác lưỡng kim loại trong phản ứng đehiđro hóa xiclohexan (DH CHX) 228 IV.5.2 Xúc tác lưỡng kim loại trong phản ứng đehiđro-vòng hóa n-heptan và n-hexan 237 IV.5.3 Xúc tác lưỡng kim loại có và không có chất mang trong phản ứng đehiđro-vòng hóa n-hexan 242 4.6 Sự hình thành các cluster và tương tác platin - kim loại thứ hai 245 4.7 Hiệu ứng lưỡng kim loại và tác dụng biến... học của các chất xúc tác rất đa dạng; có thể nói, hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn các nguyên tố đều có thể là chất xúc tác hoặc cấu tử của các chất xúc tác Chất xúc tác có thể ở dạng nguyên tố, ví dụ các xúc tác kim loại hoặc kim loại trên chất mang trơ; ở dạng hợp chất đơn giản như các oxit, các sunfua …; ở dạng các hợp chất phức tạp hơn như các phức chất mà cũng có thể ở dạng các hợp chất... 400 VII 3.2 Xúc tác oxit 404 Lời kết 413 Tài kiệu tham khảo 417 Lời giới thiệu Sách chuyên khảo Chuyển hóa hiđrocacbon và cacbon oxit trên các hệ xúc tác kim loại và oxit kim loại là một công trình khoa học độc đáo của tập thể tác giả GS.TSKH.Hồ Sĩ Thoảng và PGS.TSKH.Lưu Cẩm Lộc, những nhà khoa học hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực khoa học xúc tác GS.Hồ Sĩ Thoảng... giả cảm thấy bị lôi cuốn bởi những vấn đề lý thú của khoa học xúc tác, vai trò to lớn của nó đối với tiến bộ xã hội, và về triển vọng sắp tới đối với xúc tác trên vật liệu nano Nhìn chung, chuyên khảo Chuyển hóa hiđrocacbon và cacbon oxit trên các hệ xúc tác kim loại và oxit kim loại đã được trình bầy theo một bố cục hợp lý, đảm bảo tính hệ thống của tư duy khoa học, văn phong trong sáng, khúc chiết, . 3.2. Xúc tác oxit 404 Lời kết 413 Tài kiệu tham khảo 417 Lời giới thiệu Sách chuyên khảo Chuyển hóa hiđrocacbon và cacbon oxit trên các hệ xúc tác kim loại và oxit kim loại . II.5.2.4. Các hệ đa kim loại khác 104 II.6. Các phương pháp chế tạo xúc tác trên cơ sở oxit và hỗn hợp oxit 110 II.6.1. Xúc tác đồng oxit – nhôm oxit 112 II.6.2. Xúc tác crom oxit – nhôm oxit. và các phân tử tham gia phản ứng (oxi và hiđrocacbon) . Xúc tác kim loại và xúc tác oxit kim loại bao quát hầu hết các quá trình hóa học trong công nghiệp lọc -hóa dầu, công nghiệp hóa chất và