Tiểu luận môn động học xúc tác nghiên cứu hệ xúc tác trong phản ứng chuyển hóa co nhiệt độ thấp

Nghiên Cứu hệ xúc tác phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ thấp GV hướng dẫn : PGS.TS Phạm Thanh Huyền Sinh Viên : Nguyễn Thanh Tùng Vũ Trí Hiếu Bùi Thái Hào I Giới Thiệu • Phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ thấp ( Low-Temparature WaterGas Shift ) phản ứng quan trong ngành công nghiệp hóa học, có nhiều ứng dụng điều chế H₂ tổng hợp NH₃, tổng hợp methanol… 1- Xúc tác LTWGS phản ứng tổng hợp NH3 • Phản ứng tiến hành nhiệt độ thấp để sản xuất lượng lớn khí H₂ làm nguyên liệu cho trình tổng hợp NH₃ A-Lưu Trình Công Nghệ Sơ Đồ Thiết Bị HTWGS Khí sản phẩm từ qt Steam Reforming thứ cấp chứa 10-30% CO xử lí để giảm hàm lượng khí CO xuống 2-3 % đồng thời tăng hàm lượng khí H₂ Quá trình tiến hành thiết bị lớp xúc tác cố định, chế độ đoạn nhiệt ( ∆T=50⁰C) Nhiệt độ phản ứng 350-500⁰C, áp suất 20-30 at, tốc độ thể tích 4001200 h ˉ LTWGS Khí từ thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao chứa 2-3% CO đưa vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp để giảm hàm lượng khí CO xuống 0,2%, nâng cao hàm lượng khí H₂ Quá trình tiến hành thiết bị lớp xúc tác cố định,chế đô đoạn nhiệt ( ∆T= 15⁰C ) Nhiệt độ phản ứng 230⁰C, áp suất từ 10-30 at, tốc độ thể tích 3600 hˉ A-Lưu Trình Công Nghệ • Khí trước vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp cần giảm nhiệt độ xuống 200⁰C, phải giữ nhiệt độ nhiệt độ điểm sương khí từ 15-20⁰C • Khí khỏi thiết bị làm lạnh xuống khoảng 180⁰C thông qua thiết bị trao đổi nhiệt trước đến cụm tách loại CO2 B- Xúc tác thiết bị phản ứng • Xúc tác thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao Fe₃O₄ với chất trọ xúc tác Cr₂O₃ làm cho xúc tác Fe₃O₄ không bị thiêu kết B- Xúc tác thiết bị phản ứng • Trong thiết bị phản ứng, xúc tác nạp với hai loại khác Thành phần đỉnh hệ xúc tác Crom với thành phần • 40-50 % Cr₂O₃ • 15-20 % CuO • 25-35 % ZnO • Thành phần xúc tác đáy hệ xúc tác CuO/ZnO/Al2O3 dạng hạt hình cầu có thành phần • 30 % CuO • 35-55 % ZnO • 15-35 % Al₂O₃ B- Xúc tác thiết bị phản ứng • Vai trò nên xúc tác Crom bảo vệ hệ xúc tác CuO/ZnO/Al₂O₃ khỏi tiếp xúc với Clo, S- chất có khả gây ngộ độc xúc tác giọt ngưng tụ • Trong hỗn hợp xúc tác CuO/ZnO/Al₂O₃ ZnO có vai trò : • +) Làm giảm thiêu kết CuO suốt trình phản ứng • + ) tăng độ bền xúc tác Cu khỏi tạp chất gây ngộ đôc Clo, S • + ) Làm tăng phân tán Cu tăng tâm hoạt động III Đặc trưng,phương pháp điều chế nguyên nhân hoạt tính • Xúc Tác M-OMS – • Các xúc tác Ag-OMS-2, Co-OMS-2, Cr-OMS-2, H-OMS-2 chế tạo hai cách: trao đổi ion dung dịch muối kim loại tương ứng đồng tổng hợp Sảm phẩm lọc rửa kỹ sấy không khí 120oC, sau nung 350 – 400oC • Dưới cho thấy Độ chuyển hóa CO (x%) nhiệt độ khác xúc tác M – OMS – với M= Cu (A), Cr (B), Co (C), Ag (D), H (E) diễn biến theo thời gian Cu – OMS – (F • Qua thấy nhìn chung vùng nhiệt độ làm việc chúng tương đối thấp ( từ 100 – 170oC, So với số chất xúc tác khác, ví dụ hệ xúc tác Pt độ chuyển hóa CO đạt 50% 290oC M – OMS – có hoạt tính cao hơn) • Ngoài M – OMS – (M= Cu, Cr, Co) điều chế phương pháp đồng kết tinh có khả oxy hóa CO cao chất thu từ phương pháp trao đổi ion vùng nhiệt độ thấp ví dụ như:trường hợp 50oC độ chuyển hóa CO mẫu Cu – OMS -2 (phương pháp kết tinh ) 45% mẫu Cu – MOS – ( phương pháp trao đổi ion ) 4,6% Từ thấy Có thể thấy việc đưa hợp chất kim loại M vào thành phần hỗn hợp phản ứng trước kết tinh OMS tạo hiệu tốt nhiệt độ thấp • So sánh xúc tác M – OMS – • Từ bảng kết cho thấy hoạt tính vùng 100 – 170oC mẫu xếp từ cao đến thấp sau : Ag – OMS – > Cr – OMS –2 > Cu – OMS – > Co – OMS – > H – OMS – > OMS–2 III- Xúc tác NANO Au Xúc tác NANO Au chất xúc tác đặc biệt có hoạt tính tốt cho phản ứng oxy hóa CO nhiệt độ phòng Các oxít có tính khử MnOx, TiO2, FeOx, CeO2 đóng góp đáng kể vào hoạt tính xúc tác vàng Vàng trở nên hoạt động xúc tác trạng thái riêng biệt điều chế phương pháo Các phương pháp sản xuất • tẩm (impregnation), • đồng kết tủa (Co-precipitation), • lắng kết tủa (Deposition- precipitation) • phương pháp sol vàng • Bằng thực nghiệm Khi nhiệt độ phản ứng 150 độ C độ chuyển hóa CO xúc tác thấp 10% Như vậy, khả xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO MgO nguyên chất thấp Tuy nhiên, khả oxy hóa CO tăng rõ rệt hạt Au đưa lên chất (mẫu 1%Au/MgO) Độ chuyển hóa CO thu cao nhiệt độ độ C với 90% CO chuyển hóa điều kiện Khả chuyển hóa CO xúc tác chất mang MgO ZnO2 • Kết hoạt tính chất xúc tác nano Au phản ứng oxy hóa CO nhiệt độ thấp cho thấy chất xúc tác có hoạt tính cao nhiệt độ thường Trong chất mang sử dụng MgO cho độ chuyển hóa CO tốt Kết Luận • Tìm hiểu phân biệt trình chuyển hóa CO nhiệt độ thấp cao • Xác định thành phần xúc tác dung thiết bị phản ứng nguyên nhân gây hoạt tính xúc tác • Các phương pháp điều chế xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ thấp Refenrence • CNTH Hữu Cơ- Hóa Dầu – Phạm Thanh Huyền- Nguyễn Hồng Liên • Luận văn xúc tác Nhà máy đạm Phú Mỹ • Khả Oxy hóa CO nhiệt độ thấp xúc tác NANO Au chất mang khác • Chuyển hóa CO nhiệt độ thấp với xúc tác M – OMS – • Tạp Chí Catalyst Today, Renewable Energy [...]... chuyển hóa CO thu được là cao ở ngay nhiệt độ 0 độ C với 90% CO chuyển hóa trong cùng điều kiện Khả năng chuyển hóa CO của xúc tác trên chất mang MgO và ZnO2 • Kết quả hoạt tính của chất xúc tác nano Au đối với phản ứng oxy hóa CO ở nhiệt độ thấp cho thấy các chất xúc tác có hoạt tính cao ngay ở nhiệt độ thường Trong các chất mang sử dụng thì MgO cho độ chuyển hóa CO là tốt nhất ... hạt nano vàng là xúc tác hoạt động kinh ngạc cho phản ứng oxy hóa CO ở nhiệt độ rất thấp và đặc biệt ở ≤ 0 • Một số oxyt kim loại chuyển tiếp như CuO, ZnO, NiO, Cr2O3 …trên chất mang MnO2 hay - Al2O3 … có hoạt tính khá cao cho phản ứng oxy hóa CO và được sử dụng rộng rãi\ • Các hệ xúc tác sử dụng cho phản ứng gồm xúc tác kim loại và oxit kim loại Hệ xúc tác kim loại quý đã được nghiên cứu nhiều nhất... đồng kết tủa (Co- precipitation), • lắng kết tủa (Deposition- precipitation) • phương pháp sol vàng • Bằng thực nghiệm Khi nhiệt độ phản ứng là 150 độ C thì độ chuyển hóa của CO xúc tác này cũng thấp hơn 10% Như vậy, khả năng xúc tác cho phản ứng oxy hóa CO của MgO nguyên chất rất thấp Tuy nhiên, khả năng oxy hóa CO tăng rõ rệt khi các hạt Au được đưa lên chất (mẫu 1%Au/MgO) Độ chuyển hóa CO thu được... các mẫu sắp xếp từ cao đến thấp như sau : Ag – OMS – 2 > Cr – OMS –2 > Cu – OMS – 2 > Co – OMS – 2 > H – OMS – 2 > OMS–2 III- Xúc tác NANO Au Xúc tác NANO Au là một chất xúc tác đặc biệt có hoạt tính tốt nhất cho phản ứng oxy hóa CO ở nhiệt độ phòng Các oxít có tính khử như MnOx, TiO2, FeOx, CeO2 đóng góp đáng kể vào hoạt tính xúc tác của vàng Vàng chỉ trở nên hoạt động xúc tác ở những trạng thái rất... vùng nhiệt độ làm việc của chúng tương đối thấp ( từ 100 – 170oC, So với một số chất xúc tác khác, ví dụ hệ xúc tác Pt độ chuyển hóa CO đạt 50% ở 290oC thì M – OMS – 2 có hoạt tính cao hơn) • Ngoài ra M – OMS – 2 (M= Cu, Cr, Co) điều chế bằng phương pháp đồng kết tinh đều có khả năng oxy hóa CO cao hơn hoặc bằng các chất thu từ phương pháp trao đổi ion ở vùng nhiệt độ thấp ví dụ như:trường hợp ở 50oC độ. .. Xử Lí Sự Cố • Trong quá trình phản ứng CO có xu hướng tăng lên đó là dấu hiệu cho thấy xúc tác bắt đầu mất lão hóa, mất hoạt tính, cho nên cần tăng nhiệt độ đầu vào ở thiết bị chuyển hóa CO để giảm hàm lượng CO xuống hoặc có thể thay thế xúc tác mới D-Các phương pháp điều chế xúc tác Điều chế chất mang γ-Al₂O₃ • Nhỏ giọt dung dịch nhôm nitrat trong nước cất vào dung dịch NH3 5% (tốc độ giọt khoảng... Xúc tác trong thiết bị phản ứng • Còn Al₂O₃ trong hệ xúc tác có những vai trò : • + ) Ức chế sự thiêu kết các phần tử Cu bằng cách hình thành kẽm aluminat với chức năng là tác nhân phân tán và chia tách các phân tử Cu • + ) Làm tăng diện tích bề mặt của Cu, quá đó cho thấy Al₂O₃ không những cải thiện được sự phân tán của tinh thể Cu , làm tăng độ phân tán của Cu-ZnO B- Xúc tác trong thiết bị phản ứng. .. với tốc độ 300 vòng/phút Kết tủa ở pH = 7, già hóa ở cùng điều kiện trong 1 giờ Sau đó, hỗn hợp được ly tâm và rửa 2 lần, Cuối cùng, cho γ-Al2O3 vào hỗn hợp và khuấy ở nhiệt độ phòng với tốc độ 500 vòng/phút trong 1 giờ sau đó cho hỗn hợp bay hơi, sấy hỗn hợp ở 60⁰C trong 4 giờ; 80⁰C trong 4 h; 120⁰C trong 3 giờ và nâng nhiệt độ lên đến 500⁰C với tốc độ gia nhiệt 3⁰C/phút và nung ở nhiệt độ này trong. .. của xúc tác bao gồm + ) Sự tăng áp suất ∆P do đó cần liên tục đo độ giảm áp suất theo chiều cao của thiết bị để điều chỉnh nhiệt độ đầu vào tối ưu hóa độ giảm áp suất + ) Xúc tác bị mất hoạt tính nên ta cần liên tục đo lượng % CO ra khỏi thiết bị để kiểm tra hoạt tính của xúc tác + ) Phản ứng tạo sản phẩm phụ là Metanol bởi quá trình tổng hợp Metanol cũng dung xúc tác Cu,nguyên liệu cũng là khí CO và... hoạt tính • 1 Xúc Tác M-OMS – 2 • Các xúc tác Ag-OMS-2, Co- OMS-2, Cr-OMS-2, H-OMS-2 cũng được chế tạo bằng hai cách: trao đổi ion trong dung dịch muối kim loại tương ứng và đồng tổng hợp Sảm phẩm được lọc rửa kỹ và sấy trong không khí ở 120oC, sau đó nung ở 350 – 400oC • Dưới đây cho thấy Độ chuyển hóa CO (x%) ở các nhiệt độ khác nhau trên các xúc tác M – OMS – 2 với M= Cu (A), Cr (B), Co (C), Ag (D),