NGHIÊN cứu ĐỘNG học PHẢN ỨNG ISOMER hóa n HEXANE TRÊN hệ xúc tác 0,35pt HZSM 5

Trang -i- I HC QUC GIA TP.H CHÍ MINH I HC BÁCH KHOA KHOA K THUT HÓA HC B MÔN K THUT CH BIN DU KHÍ o0o LUẬN VĂN KĨ SƢ NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ISOMER HÓA n-HEXANE TRÊN HỆ XÚC TÁC 0,35Pt/HZSM-5 GVHD: GS. TSKH LƢU CẨM LỘC SVTH: LÊ KHANG KIỀU MSSV: 61001617 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2015 i hc Quc Gia Tp.HCM CNG HOÀ XÃ HI CH T NAM  c lp - T do - Hnh phúc S:  NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC B MÔN: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ H VÀ TÊN: LÊ KHANG KIỀU MSSV: 61001617 NGÀNH: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ LP: HC10DK 1.  tài lu NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ISOMER HÓA n-HEXANE TRÊN HỆ XÚC TÁC 0,35Pt/HZSM-5 2. Nhim v và ni dung: - u ch xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5. - Nghiên cu tính cht lý  hóa c    nh thành phn pha nh cu trúc b mt ca xúc tác (TEM), chu xung (HPC), kh  (TPR), m tâm acid (TPD). - Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane  u kin áp sut ng (1atm), nhi kho sát t 225 o C n 300 o C (vc nhy là 25 o C) nhnh ng ca các yu t nhi, nguyên liu, sn phn tc  phn ng. T    ng hc cho phn ng isomer hóa n- hexane trên h xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5. 3. Ngày giao nhim v lu 4. Ngày hoàn thành nhim v 5. H ng dn: Gm Lc Ni dung và yêu cc thông qua B môn. Ngày … tháng … năm 2015 Ngày … tháng … năm 2015 CH NHIM B MÔN NG DN CHÍNH PHN DÀNH CHO KHOA, B MÔN: i duyt (ch): : Ngày bo v: m tng kt:  lu C HOÀN THÀNH TI PHÒNG THÍ NGHI DU KHÍ  B MÔN K THUT CH BIN DU KHÍ - KHOA K THUT HÓA HC  I HC BÁCH KHOA  I HC QUC QUA TP H CHÍ MINH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang Kiu Trang -ii- LỜI CẢM ƠN c tiên, em xin gi li cm Lc, ng dn và truyt cho em nhng kin thc quý báu trong sut thi gian thc hin lu Em xin gi li c n T và Th.S Nguyng dn trong sut thi gian qua. Xin c  , các anh ch phòng thí nghi Du khí  khoa K thut Hóa hc và các anh ch phòng Du khí  Xúc tác, Vin Công ngh c  và tu kin thun li cho em hoàn thành lu Xin cy, Cô b môn K thut Ch bin Du khí - Khoa K thut Hóa hi hi hc Qu Chí Minh  dy d và trang b nhng kin thc cn thit cho em trong quãng thi gian hc tp ti ng. Xin cy, Cô trong hng chm lu  n xét giúp em hoàn thi Xin cp thêm cho tôi nim tin và ngh lc trong thi gian qua.  TP. H Chí Minh, tháng 01 2015 Lê Khang Kiu Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang Kiu Trang -iii- TÓM TẮT Trong khuôn kh  tài nghiên cu này, xúc tác 0,35%kl Pt/HZSM-5 u ch bm. Nghiên cu tính cht lý  hóa (XRD, TEM, BET, TPC, TPR, TPD) ca xúc tác u ch c các kt qu sau: - Nung HZSM-5  500 o C và t cu trúc tinh th ca cht mang. Trên xúc tác này Pt tn ti  dng phân tán cao trên b mt vi kích c khong 1,5 nm. Trong xúc tác Pt/HZSM-5 tn ti  dng Pt 2+ nm trong hc sodalit và hc l.  m bc kh hoàn toàn ta cn kh xúc tác  nhi khong 500 o C, trong 2 h. - Mu xúc tác có m tâm axit yu và trung bình chi  so vi tâm axit mnh làm cho hot tính ca xúc tác khá cao trong quá trình isomer hóa n- hexane. ng hc ca phn ng phân hóa n-hexane trên mu ch c nghiên cu bng cách kho sát ng ca nhi phn ng và n ca tác cht, sn phm n t phn ng. Kt qu nghiên cc ng hc có dng: 62 66 0,5 nC H 1 nC 3 iC KP P r= 1+k P +k P  hin: - Phn ng din ra trong vùng che ph trung bình, n-hexane tham gia  dng hp ph không phân ly, còn hydro  dng hp ph phân ly. - Trong phn ng n-hexane và sn phm phn ng hp ph m và th hin s i vi phn ng, còn hydro thì không kìm hãm phn ng. Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang Kiu Trang -iv- ABSTRACT In the framework of this research project, 0.35 wt% Pt/HZSM-5 catalyst is modulated by the impregnation method. These are following results from studying the physico  chemical characteristics of the catalyst (XRD, TEM, BET, TPC, TPR, TPD). - Calcining of HZSM-5 catalyst at 500 o C and Pt impregnation have no significant change in the structure of catalyst support. On the surface of this catalyst, Pt exists in a highly dispersal form of about 1.5 nm in size. TPR spectrum of catalyst display 2 peaks at 200 o C and 400 o C. In order to make sure that the catalyst is deactivated entirely, deactivation of catalyst has to be carried out at 500 o C in 2 hours. - The catalyst sample has higher density of weak and medium acid centers so that the activity of catalyst is quite high for the isomerization of n-hexane. Kinetics of isomerization reaction of n-hexane over modulated catalyst is researched by studying the effect of temperature, concentration of reactant and products on the reaction rate. The result of this project is dynamical equation of the form: 62 66 0,5 nC H 1 nC 3 iC KP P r= 1+k P +k P This equation indicates that: - The reaction takes place in the average coverage, n-hexane participate in the adsorbed nonionic form, whereas Hydro participate in the form of dissociative adsorption. - In the reaction, n-hexane and product adsorb stronger than hydro and express the ability of reaction inhibition. Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang Kiu Trang -v- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1 1.1. LI M U 1 1.2. MC TIÊU NGHIÊN CU 3 1.3. NI DUNG NGHIÊN CU 3 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN 4 2.1. PHN NG PHÂN HÓA 4 2.1.1. Phn ng phân hóa 4 2.1.2. Mng phân hóa 5  ng phân hóa 7 2.1.4. Các yu t ng phân hóa 10 2.2. XÚC TÁC CA PHN NG PHÂN HÓA 15 2.2.1. Quá trình phát trin ca xúc tác cho phn ng phân hóa 15 ng cha xúc tác 20 NG HC PHN NG PHÂN HÓA 25 ng hóa hc 25 2.3.2. Các nghiên cng hc phn  26 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM 30 Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang Kiu Trang -vi- U CH XÚC TÁC 30 3.1.1. Thit b, dng c và hóa cht 30 ng tin cht s dng 30 u ch xúc tác 30 3.2. NGHIÊN CU TÌNH CHT LÝ  HÓA CA XÚC TÁC 32 u x tia X 33 3.2.2. Nghiên cu b mt xúc tác b 33 nh din tích b mt riêng ca xúc tác bp hp ph BET 34 3.2.4. Chu xung HPC 35 3.2.5. Kh  TPR 37 3.2.6. Hp ph và gii hp NH 3  TPD 39 3.3. NGHIÊN CNG HC PHN NG 40  h thng thí nghim 40 3.3.2. Tin hành thc nghim 41 3.3.3. Phân tích hn hp phn ng 46 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50 4.1. TÍNH CHT LÝ  HÓA CA XÚC TÁC 50 4.1.1. Thành phn pha ca xúc tác 50 4.1.2. Kt qu hình thái b mt xúc tác 51 4.1.3. Kh  TPR 52 4.1.4. Kt qu  tâm axit ca xúc tác 53 NG HC PHN NG ISOMER HÓA n-HEXANE 53 4.2.1. ng ca khung hc phn ng isomer hóa 53 4.2.2. ng ca nhi n t phn ng isomer hóa n-hexane 54 [...]... Khang Kiều Trang -2- Chƣơng 1 Giới thiệu đƣa ra phƣơng trình động học ph n ứng isomer hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 1.2 MỤC TIÊU NGHI N CỨU Đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ nhiệt độ ph n ứng, áp suất riêng ph n của các tác chất và s n phẩm ph n ứng đ n tốc độ ph n ứng Đƣa ra phƣơng trình động học ph n ứng đồng ph n hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 1.3 N I DUNG NGHI N CỨU... 0,35Pt/ HZSM- 5) với hoạt tính cao Tiếp n i các nghi n cứu trƣớc, ph n ứng đồng ph n hóa tr n xúc tác n y c n đƣợc làm rõ quy luật động học, các yếu tố ảnh hƣởng đ n tốc độ ph n ứng nhƣ nhiệt độ ph n ứng, áp suất riêng ph n của các tác chất và s n phẩm ph n ứng Vì vậy, đề tài: Nghi n cứu động học ph n ứng isomer hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM5 ” đƣợc ti n hành thực hi n trong lu n v n này Tr n cơ.. .Nghi n cứu động học ph n ứng isomer hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 4.2.3 Ảnh hƣởng của áp suất H2 đ n tốc độ ph n ứng isomer hóa n- hexane 57 4.2.4 Ảnh hƣởng của áp suất nC6 đ n tốc độ ph n ứng isomer hóa n- hexane 60 4.2 .5 Ảnh hƣởng của áp suất iC6 đ n tốc độ ph n ứng isomer hóa n- hexane 62 4.3 XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC 64 CHƢƠNG 5 KẾT LU N VÀ KI N NGHỊ 66 5. 1... 61 2 6 Bảng 4.7 Sự phụ thuộc của tốc độ ph n ứng isomer hóa n- hexane (r) vào áp suất iC6 (X = 0 ,50 ; T = 250 oC; PH = 616 hPa; PnC = 77) 63 2 6 Bảng 4.8 Giá trị các hằng số của phƣơng trình động học ph n ứng isomer hóa nhexane tr n xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 . 65 SVTH: Lê Khang Kiều Trang -x- Nghi n cứu động học ph n ứng isomer hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 DANH MỤC CHỮ VIẾT... Khang Kiều n- hexane) và s n phẩm ph n ứng (i -hexane) Trang -3- Chƣơng 2 Tổng quan CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 PH N ỨNG ĐỒNG PH N HÓA 2.1.1 Ph n ứng đồng ph n hóa Đồng ph n hóa, hiểu theo nghĩa rộng là chuy n hóa ph n tử từ dạng đồng ph n này sang dạng đồng ph n khác, là ph n ứng có nhiều kiểu chuy n hóa khác nhau, ví dụ: di chuy n các n i đôi trong ph n tử, chuy n hóa từ một cấu hình n y sang cấu hình khác,... Trong khu n khổ lu n v n này, đề tài ti n hành nghi n cứu các n i dung sau: - Điều chế xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 bằng phƣơng pháp tẩm - Nghi n cứu tính chất lý – hóa của xúc tác đã đƣợc điều chế: BET, XRD, TPR, HPC, TEM, TPD - Nghi n cứu động học ph n ứng đồng ph n hóa n- hexane: khảo sát sự phụ thuộc của tốc độ ph n ứng vào nhiệt độ ph n ứng, áp suất riêng ph n của các tác chất ph n ứng (H2, SVTH: Lê Khang... việc nghi n cứu tìm hệ xúc tác có hoạt tính cao, làm việc n định và có hiệu quả về mặt kinh tế đƣợc quan tâm nghi n cứu Với xu hƣớng n y, nhóm nghi n cứu của GS Lƣu Cẩm Lộc thuộc Vi n Công nghệ Hóa học cũng đã nghi n cứu và đƣa ra thành ph n tối ƣu, quy trình điều chế xúc tác phù hợp cho hệ xúc tác Pt trong ph n ứng đồng ph n hóa n- hexane, trong đó phải kể đ n xúc tác 0, 35% kl Pt /HZSM- 5 (ký hiệu 0,35Pt/ HZSM- 5) ... LU N 67 5. 1.1 Tính chất hóa lý của xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 67 5. 1.2 Phƣơng trình động học ph n ứng isomer hóa n- hexane 67 5. 2 KI N NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 72 SVTH: Lê Khang Kiều Trang -vii- Nghi n cứu động học ph n ứng isomer hóa n- hexane tr n hệ xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Trử lƣợng dầu mỏ đƣợc phát hi n từ những... nguy n lý hệ thống dòng vi lƣợng tu n ho n 40 Hình 4.1 Gi n đồ XRD của xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 50 Hình 4.2 Ảnh TEM của mẫu xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 51 Hình 4.3 Gi n đồ TPR của xúc tác 0,35Pt/ HZSM- 5 52 Hình 4.4 Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng dòng tổng đ n độ chuy n hóa của ph n ứng 54 Hình 4 .5 Mối quan hệ giữa tốc độ ph n ứng (r) và độ chuy n hoá của n- hexane (X) ở các nhiệt độ khác nhau ( PH... [2] : n- pentane – 1,0; n- hexane – 1,2; n- octane – 4,2 2.1.3.2 Ph n ứng đồng ph n hóa với xúc tác lưỡng chức n ng Đồng ph n hóa tr n xúc tác lƣỡng chức n ng: ph n ứng di n ra theo hai bƣớc: hydro hóa – dehydro hóa và isomer hóa Cơ chế ph n ứng tr n xúc tác lƣỡng chức n ng đòi hỏi quá trình xảy ra theo thứ tự sau [4] : (i) dehydro hóa n- paraffin tr n tâm kim loại thành n- olenfin, (ii) di chuy n và hấp . HC BÁCH KHOA KHOA K THUT HÓA HC B MÔN K THUT CH BIN DU KHÍ o0o LUẬN VĂN KĨ SƢ NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ISOMER HÓA n-HEXANE TRÊN HỆ XÚC TÁC 0,35Pt/HZSM-5 GVHD:. c   ng hc phn ng isomer hóa n- hexane trên xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 65 Nghiên cng hc phn ng isomer hóa n-hexane trên h xúc tác 0,35Pt/HZSM-5 SVTH: Lê Khang. chuyn hóa và hot tính xúc tác 0,3% Pt/Al-MCM-41 trong phn ng isomer hóa n-hexane theo thi gian tip xúc (H 2 /n-hexane = 3,5; TOS = 45 phút) 15 Hình 2.6. S phân b cc trên xúc tác HY