Tiểu luận môn động học xúc tác xúc tác cho quá trình reforming hơi nước sơ cấp

Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác V... Phương pháp khử các oxit kim loại Tác nhân khử: H 2 ở nhiệt độ cao... Đặc trưng của xúc tácHình dạng xúc tác có lỗ xốp... Đặc trưng của xúc

Ngô Anh Bình Nguyễn Quỳnh Trang Vương Thị Thúy

MỤC LỤC

I Sơ lược về quá trình reforming hơi nước sơ cấp

II Xúc tác và điều chế xúc tác

III Nguyên nhân mất hoạt tính

IV Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác

V Kết luận

I Sơ lược về quá trình reforming hơi nước sơ cấp

I Sơ lược về quá trình reforming hơi nước sơ cấp

II.1 Xúc tác

Xúc tác % m Ni /chất mang Dạng hạt ,kích thước Mật độ lớn nhất Nhiệt độ

SC – G56A 15%Ni/CaAl2O4 Vòng 19/9x19mm 1,20 870 - 1426 TOPSE RKS-2 15% Ni/MgAl2O4 Bảng 7 lỗ

II.1 Xúc tác

II.2 Thành phần xúc tác

II.3 Cơ chế xúc tác

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

Ni/MgAl2O3

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

1 Phương pháp khử các oxit kim loại

Tác nhân khử: H 2 ở nhiệt độ cao

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

2 Phương pháp điện hóa

Kim loại được tạo ra nhờ quá trình điện phân muối

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

3 Phương pháp đồng kết tủa

Ni(OH)2, Al(OH)3 NiO

CaO, Al2O3CaO, Al2O3

Ni/CaAl2O4Ni/CaAl2O4

Ni/MgO

H2

H2MgO

và pha hoạt động không cao

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

5 Ngoài ra còn có các biện pháp khác

• Phương pháp tổng hợp sol-gel

• Phương pháp trao đổi ion

• Phương pháp bay hơi

• Phương pháp tẩm

ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC

Đặc trưng của xúc tác

Đặc trưng của xúc tác

Đặc trưng của xúc tác

Đặc trưng của xúc tác

Hình dạng xúc tác có lỗ xốp

Đặc trưng của xúc tác

Kết quả định lượng cho các lò phản ứng sử dụng

5 dạng hình học của xúc tác

Đặc trưng của xúc tác

Bảng phân tích cho từng hạt

Đặc trưng của xúc tác

Catalyst Composition(wt%) b Particle form/size

mm c

Bulk density g/cm 3

Operating temp ( o C)

SC G56A 15%Ni/CaAl2O4 Ring, 19/9x19mm 1.20 870-1426

Topsoe

RKS-2 15% Ni/MgAl2O4

7-hole table, pellet

Đặc trưng của xúc tác

III.1 Nguyên nhân mất hoạt tính

1 Lắng đọng C và tạo cốc

2 Ngộ độc xúc tác do lưu huỳnh

3 Thiêu kết xúc tác

III.1.1 Lắng đọng C và tạo cốc

Trên bề mặt xúc tác, carbon có thể hình thành thông qua ba dạng:

- Carbon dạng sợi (whisker-like carbon)

- Carbon dạng lớp (encapsulating carbon, gum)

- Carbon dạng cốc (pyrolytic carbon)

Tác hại:

 Bịt kín các mao quản.

 Phá vỡ cấu trúc của xúc tác.

III.1.1 Lắng đọng C và tạo cốc

Carbon dạng lớp (gum):

- RH phân hủy tạo thành Cgr

- Cgr kết hợp thành màng mỏng trên bề mặt xúc tác Tác hại:

- Che phủ bề mặt xúc tác.

- Gây mất hoạt tính xúc tác.

III.1.1 Lắng đọng C và tạo cốc

Carbon dạng coke:

- Tạo thành từ phản ứng trùng

hợp gốc của RH không no (alkenes, AR) và ngưng tụ.

- Bọc hạt xúc tác và gây mất hoạt tính xúc tác.

- Tích tụ ở thành ống gây quá

nhiệt và có thể làm vỡ ống.

III.1.1 Lắng đọng C và tạo cốc

III.1.2 Ngộ độc S

 Các hợp chất chứa S có mặt trong thành phần nguyên liệu với hàm lượng 25 – 10000 ppm (gas – residue).

 S là chất độc nghiêm trọng nhất trong phản ứng SR:

H2S + Nisurface S-Ni ⇨ S-Ni surface + H2

III.1.2 Ngộ độc S

 Về cơ chế, chất độc hấp phụ hóa học lên các tâm hoạt động:

- Tạo liên kết bền với xúc tác.

- Bao vây , che phủ tâm hoạt động.

 Bản chất:

- Các tinh thể kim loại tích tụ với nhau làm giảm

diện tích pha hoạt động và giảm hoạt tính xúc tác.

- Quá trình không thuận nghịch, không thể hoàn

nguyên xúc tác.

III.2 Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác

 Ngăn ng a quá trình hình thành soft coke:ừa quá trình hình thành soft coke:

- Gia nhi t nguyên li u đ u.ệt nguyên liệu đầu ệt nguyên liệu đầu ầu

- Tăng t l Hỉ lệ H ệt nguyên liệu đầu 2O/C n u có th ếu có thể ể

- Tăng đ phân tán các tâm axit.ộ phân tán các tâm axit

- Thêm ch t tr xúc tác (MgO, CaO, K…).ất trợ xúc tác (MgO, CaO, K…) ợ xúc tác (MgO, CaO, K…)

III.2 Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác

 Ngăn ng a quá trình hình thành hard coke:ừa quá trình hình thành soft coke:

- Gi m thi u s hình thành g c t do.ảm thiểu sự hình thành gốc tự do ể ự hình thành gốc tự do ốc tự do ự hình thành gốc tự do

- H n ch vùng ch t trong thi t b ph n ng.ạn chế vùng chết trong thiết bị phản ứng ếu có thể ếu có thể ếu có thể ị phản ứng ảm thiểu sự hình thành gốc tự do ứng

- H nhi t đ n u có th ạn chế vùng chết trong thiết bị phản ứng ệt nguyên liệu đầu ộ phân tán các tâm axit ếu có thể ể

- B m t thi t b ph n ng nh n, tr , b n.ề mặt thiết bị phản ứng nhẵn, trơ, bền ặt thiết bị phản ứng nhẵn, trơ, bền ếu có thể ị phản ứng ảm thiểu sự hình thành gốc tự do ứng ẵn, trơ, bền ơ, bền ề mặt thiết bị phản ứng nhẵn, trơ, bền

III.2 Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác

 Quá trình ng đ c do S:ộ phân tán các tâm axit ộ phân tán các tâm axit

- Gi m hàm lảm thiểu sự hình thành gốc tự do ượ xúc tác (MgO, CaO, K…).ng S xu ng 30 – 50 ppb b ng ốc tự do ằng

quá trình HDS

- Thêm tr xúc tác ch ng thiêu k t Vd: Re…ợ xúc tác (MgO, CaO, K…) ốc tự do ếu có thể

- Duy trì nhi t đ ph n ng < 0.33Tệt nguyên liệu đầu ộ phân tán các tâm axit ảm thiểu sự hình thành gốc tự do ứng m

III.2 Biện pháp khắc phục và tái sinh xúc tác

 Quá trình l ng đ ng C và t o coke: ắng đọng C và tạo coke: ọng C và tạo coke: ạn chế vùng chết trong thiết bị phản ứng.

- Xúc tác đ ượ xúc tác (MgO, CaO, K…) c tái sinh b i quá trình khí hóa ởi quá trình khí hóa ở ởi quá trình khí hóa ở

400-500 o C.

- T l H ỉ lệ H ệt nguyên liệu đầu 2 O/H 2 = 7.

- M t l ộ phân tán các tâm axit ượ xúc tác (MgO, CaO, K…) ng nh O ỏ O 2 (không khí) giúp h tr quá ỗ trợ quá ợ xúc tác (MgO, CaO, K…).

trình đ t c c ốc tự do ốc tự do.

Tài liệu tham khảo

• Động học xúc tác – GS.TS Đào Văn Tường

• Công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu – PGS.TS Phạm Thanh Huyền, PGS.TS Nguyễn Hồng Liên

• On the catalytic aspects of steam-methane

reforming – P van Beurden (2004)

• Fundamentals of industrial catalysis processes – Calvin H Bartholomew

• Handbook of Heterogeneous Catalysis