KỸ THUẬT XÚC TÁC CATALYST TECHNOLOGY

Trang 2

Các thành phần của nó như thế nào?

Kiểm tra tính chất hóa học và vật lý của nó bằng các

phương pháp gì?

Kiểm tra hoạt tính như thế nào?

Chi phí? Pilot? Sản xuất công nghiệp?

Sử dụng lý thuyết nào cho phản ứng này?

Trang 3

Xúc tác

Phản Ứng

Điều chế

Đánh giá xúc tác

Phương pháp nghiên cứu tĩnh

Phương pháp nghiên cứu dòng

Trang 4

Mô tả vắn tắt nội dung học phần

4

Học phần này bao gồm:

 Lý thuyết cơ bản về chất xúc tác và quá trình

xúc tác

 Xúc tác công nghiệp, các giai đoạn sản xuất xúc

tác trong công nghiệp

 Các phương pháp hiện đại đánh giá xúc tác

Trang 5

Mục tiêu của học phần

5

Sau khi hoàn tất học phần sinh viên có khả năng:

- Nắm vững kiến thức cơ bản về kỹ thuật xúc tác.

- Làm cơ sở nền tảng học tiếp các môn chuyên ngành.

Trang 6

Xúc tác trong môi trường

Điều chế xúc tác

Sản xuất xúc tác công nghiệp

Các phương pháp nghiên cứu và đánh giá xúc tác

Kiểm tra giữa kỳ Bài tập / thường kỳ

Xúc tác đồng thể

Thi cuối

kỳ

Trang 7

Tài liệu

7

Sách tham khảo

 [1] Charles N Satterfields, Heterogeneous Catalysis in

 [2] Mukhlenov I.P., Dobkina E.I., Catalyst technology,

Mir publishers, M 1976.

 [3].H.Scott Forgler, Elements of chemical reaction

 [4] Mai hữu Khiêm, Bài giảng Kỹ thuật xúc tác, NXB

ĐHQG TP HCM, 2003

Trang 8

Phương pháp đánh giá môn học

Thường kỳ / tiểu luận: kiểm tra

Thi giữa học phần: trắc nghiệm

Thi kết thúc học phần: trắc nghiệm

Trang 9

MỞ ĐẦU

Oxi Hóa

Các phản ứng sinh hóa

Vài tuần/tháng

Động thực vật phân hủy

Hàng triệu năm

Vài giây

Một số quá trình

không cần xúc tác

Trang 10

vận tốc phản ứng

Trang 11

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ

XÚC TÁC

1.1 History

Trang 12

Amoniac Methanol Butadien Rượu ethylic polyethylen

Pt, V2O5, Fe2O3

Pt, Pd, CoO,

Fe(K2O, Al2O3, SiO2, ) ZnO + Cr2O3 + CuO + K2O Cr2O3: photphat Ni va Cr2O3 H3PO4 trên chất mang Al2O3 TiCl4 + AlR3(Ziegler-Naptha)

1.2 Các giai đoạn phát triển

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XÚC TÁC

Trang 13

Nhiệm vụ chính của xúc tác

Trang 15

Các mốc thời gian

 1814 - Kirchhoff – tinh bột thành đường bởi acid.

 1817 -Davy – Khí than đá (Pt,Pd )

 1820s –Faraday H2 + O2 ⇒H2O (Pt);C2H4 và S

 1836- Berzelius đưa ra thuật ngữ ” Catalysis –sự xúc tác ”;

 1860 -Deacon’s Process ; 2HCl+0.5O2 ⇒ H2O + Cl2;

 1875 -Messel SO2 ⇒ SO3 (Pt);

 1880 -Mond CH4+H2O ⇒ CO+3H2(Ni);

 1902 -Ostwald- 2NH3+2.5O2 ⇒2NO+3H2O(Pt);

 1902 -Sabatie r C2H4+H2 ⇒ C2H6(Ni).

 1905 -Ipatieff Đất sét là xúc tác acid cho phản ứng; isomerisation, alkylation, polymerisation.

Trang 16

1910 - 20: Tổng hợp NH3 (Haber,Mittasch) ; Langmuir

1920 - 30 : Tổng hợp Methanol (ZnO-Cr2O3); Taylor;BET

1930: Mô hình Lang-Hinsh &Eley -Rideal models ; Tổng hợp FT; EO;

1930-50 : FCC / alkylates; xúc tác acid-base; Reforming và Platforming.

1950-70 : Định luật về khuếch tán; Zeolites, chọn lọc hình dạng; xúc tác hai chức năng Bifunctional; HDS; Khí tổng hợp và H2.

Trang 17

- CO +2 H2 ⇒ CH3OH (áp suất cao) (ZnCr)oxide

- Fischer-Tropsch synthesis Co,Fe

- SO2 ⇒ SO3 ⇒ H2SO4 V2O5

Trang 18

Cracking xúc tác (tầng sôi) SiAl vô dịnh hình

alkylation (xăng) HF/acid – đất sét

Platforming (xăng) Pt/Al2O3

C6H6 ⇒ C6H12 Ni

Trang 19

Xúc tác công nghiệp thế hệ 3: 1950

C2H4 ⇒ Polyethylene(Z-N) Ti

C2H4 ⇒ Polyethylene(Phillips) Cr-SiO2

Polyprop & Polybutadiene(Z-N) Ti

Steam reforming Ni-K- Al2O3

Trang 20

Catalytic cracking Zeolites

C2H4 ⇒ vinyl acetate Pd/Cu

C2H4 ⇒ vinyl chloride CuCl2

O-Xylene ⇒ Phthalic anhydride V2O5/TiO2

Hydrocracking Ni-W/Al2O3

CO+H2O ⇒ H2+CO2 (HTS) Fe2O3/Cr2O3/MgO

do (LTS) CuO-ZnO- Al2O3

Trang 21

Xylene Isom (p-xylene) H-ZSM-5

Methanol (press thấp) Cu-Zn/Al2O3

Toluene thành benzene và xylenes H-ZSM-5

Trang 22

Ethyl benzene H-ZSM-5

Methanol thành gasoline (MTG) H-ZSM-5

Vinyl acetate Pd

Oxdn t-butanol thành MMA Mo oxides

Phát triển than lỏng NiCo sulfides

Khí tổng hợp thành diesel Co

HDW của kerosene/diesel.GO/VGO Pt/Zeolite

Chưng cất xúc tác MTBE ion exchange resin

Cyclar Ga-ZSM-5

Oxi hóa methacrolein Mo-V-P heteropolyacid

N-C6 thành benzene Pt-L zeolite

Trang 23

polymer hóa Olefin metallocene / chất mang

Ethane thành acetic acid đa oxide

Xúc tác Fuel cell Rh, Pt, ceria-zirconia

Cr – tự do HT WGS Fe,Cu- based

Trang 24

Xúc tác công nghiệp thế hệ 8: 2000 +

 Xúc tác rắn cho biodiesel acid rắn

 Xúc tác cho carbon nanotubes Fe (Ni)-Mo-SiO2

Trang 25

Thách thức hiện nay

 Oxi hóa HC mạch dài thành alcohols/ald/acids;

 CH4 ⇒ CH3OH.

 Hoạt hóa & sử dụng CO2

CO2 + H2O/ CH3OH/C2H5OH ⇒ C2 +

 Xúc tác chiral với sự đối xứng (ee-enantiomeric excess) cao

 Sản xuất H2 từ H2O không sử dung HC .

 Xúc tác quang hóa với ánh sáng mặt trời.

Trang 26

Các phản ứng trong mơ đang chờ đợi xúc tác:

( theo Jens Rostrup-Nielsen)

CH4 + ½ O2 ↔ CH3OH CH4 + 1/2O2 ↔ CO + 2H2 2CH4 + O2 ↔ C2H4 +2 H2O nCH4 ↔ CnH2n+2 + (2n-2) H2 Dimethyl ether ↔ C2H5OH

H2 + O2 ↔ H2O2 2NO ↔ N2 + O2 2N2 + 2H2O+5 O2 ↔ 4HNO3

Trang 27

1.3 Đặc điểm chung của tác dụng xúc tác

1.3.1 Định nghĩa: Hiện tương biến đổi tốc độ phản

ứng hoá học hay kích động chúng do những chất mà cuối cùng vẫn được phục hồi gọi là xúc tác

“ Chất gây nên sự xúc tác gọi là chất xúc tác”

Trang 28

1.3.2 Hoạt độ của xúc tác: được đo bằng sự biến đổi lượng chất đầu tham

gia phản ứng trong một đơn vị thời gian và trên một đơn vị của lượng chất xúc tác

1.3.3 Tính chọn lọc của xúc tác: độ chọn lọc của xúc tác là tỉ số tốc độ tạo

sản phẩm so với tổng tốc độ biến đổi trên cơ sở chất tham gia phản ứng theo các hướng

Ví dụ 1: Phản ứng Fischer Trospch

Ví dụ 2: phản ứng ôxy hoá NH3:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O + 1300 KJ (a) 4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O + 1100 KJ (b) 4NH3 + 5O2 = 2NO + 6H2O + 900 KJ (c)

Trang 31

Vấn đề 2: Năng lượng hoạt hóa

Định nghĩa: Năng lượng cần thiết cần để vượt qua trở lực của phản ứng ( Ea hoặc ∆G≠)

Ea xác định phản ứng xảy ra

nhanh hoặc chậm như thế nào?

Năng lượng hoạt hóa càng

cao, vận tốc phản ứng càng

chậm và ngược lại

Xúc tác – Xúc tác âm (ức chế)

Trang 32

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ

CHUNG VỀ XÚC TÁC

Trang 33

oC và không có xúc tác k30oC = 2 (đơn vị k), khi có xúc tác k20oC = 1.5 (đơn vị k), k30oC = 2.2 (đơn vị k).

CPhOH (mol/L) -dCPhOH/dt (mol/L.s-1)

1.75 1.88 1.92 2.01 2.23

3.74 4.31 4.48 4.95 6.05

Trang 34

1.4 Phân lọai chất xúc tác

kim lọai, enzyme,…

lọai,…

Trang 37

Xúc tác đồng thể

Trang 39

1.5 Tầm quan trọng của xúc tác trong CN hóa học

- Tạo ra giá trị sản phẩm: 900 tỷ USD/năm (2010)

- Nhu cầu : 16.3 tỷ USD (2011)

Trang 40

1.5 Tầm quan trọng của xúc tác trong CN hóa học

1.5.1 85 – 90% các quá trình trong CN hóa học có sử dụng

xúc tác

a) Sản xuất nhiên liệu trong các nhà máy lọc dầu.

b) Sản xuất hóa chất trong các nhà máy hóa chất.

c) Sản xuất phân bón, chất dẻo,…

d) Giảm thiểu ô nhiễm.

e) Xử lý ô nhiễm.

f) Hóa dược (Fine chemistry)

g) Nhiên liệu sinh học

Trang 41

1.5.2 Vai trò của xúc tác:

sản xuất.

Trang 42

C6H5CHOH-CH3 + ½O2  C6H5CO-CH3 + H2O (xúc tác)

Trang 44

1.7 Các vấn đề khác liên quan đến xúc tác.

• Việt nam: Hội xúc tác hấp phụ, tạp chí hóa học, advances in

natural science, tạp chí khoa học công nghệ

• Châu Á: APACS (Asia Pacific Association of Catalysis Societies), các hiệp hội xúc tác của Nhật bản, Hàn quốc, trung quốc

• Thế giới: Journal of Catalysis, Applied Catalysis A, B, Catalysis Today,… các hiệp hội xúc tác của Mỹ, Châu Âu, Nga,…

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,1 MB