Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hoá và quá trình hydro hoá dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC HYDRO HÓA VÀ QUÁ TRÌNH HYDRO HĨA DẦU NHỜN THẢI ĐỂ NHẬN DẦU GỐC CHẤT LƯỢNG CAO HV Thực hiện: Bùi Hồng Hạnh Lớp: Cao học Hóa dầu, khóa 2003-2005 GV hướng dẫn: TS Lê Văn Hiếu môc lôc Trang Môc lôc danh mục ký hiệu, chữ viết tắt luận văn danh mục bảng luận văn danh mục Hình vẽ, đồ thị luận văn mở đầu chương Tổng quan lý thut 10 1.1 Mơc ®Ých, ý nghÜa cđa viƯc sư dụng dầu nhờn 10 1.2 Các tính chất sử dụng dầu nhờn 11 1.2.1 Tính chất làm nhờn, giảm ma sát 11 1.2.2 Tính lưu động 12 1.2.3 Tính phân tán, tẩy rửa 12 1.2.4 Tính ổn định chống oxy hoá 13 1.2.5 Khả chống gỉ, ăn mòn 13 1.3 Thành phần hoá học dầu nhờn 13 1.3.1 Các hợp chất hydrocacbon 14 1.3.2 Các thành phần khác 16 1.4 Một số tính chất vật lý hoá học dầu nhờn 18 1.4.1 Trị số axit kiềm 18 1.4.2 Độ nhớt 19 1.4.3 Chỉ số độ nhớt 20 1.4.4 Màu sắc 20 1.4.5 Khối lượng riêng tỷ trọng 21 1.4.6 Điểm chớp cháy bắt lửa 22 1.5 Sự thay đổi tính chất hoá lý dầu trình sử dụng 22 1.5.1 Sự oxy hoá 23 1.5.2 Sự phân huỷ nhiệt 26 1.5.3 Sự nhiễm bẩn tạp chất 26 1.5.4 Sự làm loÃng nhiên liệu 27 28 1.6 Các phương pháp tái sinh dầu 1.6.1 Các phương pháp tái sinh dầu chủ yếu 28 1.6.2 Các phát minh lĩnh vực tái sinh dầu 32 1.6.3 Các công nghệ xử lý dầu thải giới 33 1.6.4 Tình hình tái sinh dầu thải Việt Nam 36 1.7 Quá trình hydro hoá 1.7.1 Quá trình hydro hoá 36 36 1.7.2 ảnh hưởng thông số chuẩn bị chất mang lên cấu trúc xúc tác 38 chương thực nghiệm 43 2.1 Vật liệu, trình điều chế chất mang xúc tác 43 2.1.1 Vật liệu 43 2.1.2 Quá trình điều chế chất mang 43 2.1.3 Quá trình điều chế xúc tác 44 2.2 Các phương pháp thực nghiệm 48 2.2.1 Phương pháp hấp phụ 48 2.2.2 Phương pháp chưng chân không 50 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 51 2.2.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng theo BET 52 2.2.5 Phương pháp đo phân bố lỗ xốp 53 2.2.6 Phương pháp khử theo chương trình nhiệt độ (TPR) 54 2.2.7 Phương pháp xác định hàm lượng hydrocacbon thơm theo phương pháp điểm anilin 55 2.2.8 Phương pháp xác định hàm lượng olefin số Iốt 56 2.2.9 Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác 56 chương kết thảo luận 59 3.1 Xử lý sơ dầu nhờn thải 59 3.2 Quá trình điều chế Boehmit -Al2 O R R R 59 R 3.2.1 §iỊu chÕ Boehmit 59 3.2.2 §iÒu chÕ γ-Al O 60 R R R R 3.2.3 Khảo sát tính chất hoá lý đặc trưng -Al O R 3.3 Khảo sát mét sè tÝnh chÊt cđa xóc t¸c Ni/γ-Al O R R R R R 61 R 62 R 3.3.1 Khảo sát TPR 62 3.3.2 Khảo sát độ phân tán kim loại Ni chất mang -Al O R R R R 63 3.4 Nghiªn cøu phản ứng hydro hoá dầu thải hệ xúc tác Ni/γ-Al O R vµ Co/γ-Al O R R R R R R 63 R 3.4.1 ¶nh hưởng nhiệt độ phản ứng sơ đồ phản ứng loại vi dòng áp suất khí 63 3.4.2 Khảo sát, so sánh hoạt tính xúc tác Ni/γ-Al O vµ Co/γ-Al O R R R R R R R 65 R 3.4.3 Nghiªn cứu thời gian làm việc xúc tác Ni/-Al O (20%) theo R R R R thêi gian phản ứng 66 3.4.4 Xác định hàm lượng cốc, khối lượng khí tính cân vật chất phản ứng xúc tác Ni/-Al O (20%) R R R R 67 3.5 Nghiên cứu phản ứng hydro hoá dầu thải hệ xúc tác Ni-Mo/Al O Co-Mo/-Al O nồng độ kh¸c R 68 R R R R R R R 3.5.1 Nghiên cứu phản ứng hydro hoá dầu thải hệ xúc tác Ni-Mo/Al O (Ni:2%, 3%, 5% & Mo:20%) R R R R 68 3.5.2 Nghiên cứu phản ứng hydro hoá dầu thải hệ xóc t¸c Co-Mo/γAl O (Co:2%, 3%, 5% & Mo:20%) R R R R 69 3.6 Đánh giá tiêu kỹ thuật dầu nguyên liệu dầu sản phẩm sau thực phản ứng hydro hoá làm 69 3.6.1 Điểm anilin 70 3.6.2 Chỉ số iốt 70 3.6.3 Độ nhớt động học số độ nhớt 71 kết luận 72 tài liệu tham khảo 73 phụ lục danh mục ký hiệu, chữ viết tắt luận văn BET : Brunauer Emmett Teller (Tên riêng) XRD: X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X TPD: Temperature Programmed Desorption Khư hÊp phơ theo nhiệt độ TPR: Temperature Programmed Reduction Khử theo chương trình nhiệt độ danh mục bảng luận văn Trang Bảng 2.1: Số liệu để điều chế xúc tác Ni/-Al O (16%, 20%, 24%) 44 Bảng 2.2: Số liệu để điều chế xúc tác Co/-Al O (16%, 20%, 24%) 45 R R R R R R R R Bảng 2.3: Số liệu để điều chÕ Ni-Mo/γ-Al O (Ni 2%,3%,5% : Mo 20%) R R R R 46 Bảng 2.4: Số liệu để ®iÒu chÕ Co-Mo/γ-Al O (Co 2%,3%,5%: Mo 20%) R R R R 47 B¶ng 3.1 : KÕt qu¶ đo tỷ trọng dầu thải sau hấp phụ 59 Bảng 3.2: Mật độ quang phân đoạn sau chưng chân không 59 Bảng 3.3: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xúc tác Ni/-Al O (16%) R R R 64 R Bảng 3.4: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xóc t¸c Ni/γ-Al O (20%) R R R 64 R Bảng 3.5: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xúc t¸c Ni/γ-Al O (24%) R R R 64 R Bảng 3.6: Mật độ quang sản phẩm nhận với xúc tác Ni/-Al O R R R R nồng độ khác nhau, nhiệt độ phản ứng 400oC P 65 P Bảng 3.7: Mật độ quang sản phẩm nhận với xúc tác Co/-Al O R R nồng độ khác nhau, nhiệt độ phản ứng 400oC P R R 65 P Bảng 3.8: Mật độ quang với Ni/-Al O (20%) theo thêi gian ph¶n øng R R R R 66 Bảng 3.9: Kết đốt cốc thu xúc tác Ni/-Al O (20%) R R R R 67 B¶ng 3.10: KÕt xúc tác Ni-Mo/-Al2O3 nồng độ khác R R R R 68 Bảng 3.11: Kết xúc tác Co-Mo/-Al 2O3 nồng độ khác R R R R 69 Bảng 3.12: Kết đo độ nhớt động học số độ nhớt 70 Bảng 3.13: Kết xác định điểm anilin 70 Bảng 3.14: Kết xác định số Iốt 71 danh mục Hình vẽ, đồ thị luận văn Trang Hình 1.1: Sơ đồ khối trình kti rulube 34 Hình 1.2: Công nghệ Berc/Niper đơn giản (usa) 35 Hình 1.3: Sơ đồ phân huỷ nhiệt Hydroxyt nhôm 40 Hình 2.1: Sơ đồ phản ứng thực thiết bị MAT 5000 58 Hình 2.2: HƯ thèng thiÕt bÞ Microactivity Test MAT 5000 58 Hình 3.1: Phổ Rơnghen -Al O nung boehmit 60 R R R R Hình 3.2: Giản đồ hấp phụ nhả hấp phụ -Al O R Hình 3.3: Đồ thị phân bố lỗ xèp cña γ-Al O R R R R R 61 R R 62 Hình 3.4: Giản đồ xác TPR cña mÉu Ni/γ-Al O (20%) R R R 62 R Hình 3.5: Độ phân tán kim loại Ni trªn chÊt mang γ-Al O R R R R 63 Mở đầu Trên giới nay, dầu nhờn chất bôi trơn chủ yếu ngành công nghiệp dân dụng Với vai trò quan trọng mình, dầu nhờn đà trở thành loại vật liệu công nghiệp thiếu Cùng với phát triển xà hội, loại máy móc, thiết bị, công cụ đưa vào ứng dụng công nghiệp dân dụng ngày nhiều dẫn đến mức tiêu thụ dầu bôi trơn tăng lên không ngừng năm qua Toàn lượng dầu nhờn phải nhập từ nước dạng thành phẩm dạng dầu gốc với loại phụ gia tự pha chế Trong toàn dầu thải (dầu sau sử dụng) thải trực tiếp môi trường Đó lÃng phí lớn dầu thải nguồn nguyên liệu sử dụng công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nếu lượng dầu thải tái sinh cho phép tiết kiệm đáng kể nguồn nguyên liệu mà giải nạn ô nhiễm môi trường, vấn đề xúc ®èi víi c¸c n­íc ®ang ph¸t triĨn Do vËy, viƯc nghiên cứu để đưa phương pháp nâng cao chất lượng dầu nhờn phù hợp với điều kiện Việt Nam vấn đề đáng quan tâm Hiện giới có nhiều công nghệ tái sinh dầu khác dựa thiết bị phức tạp, xử lý hoá chất, chưng cất chân không, trích lyTất phương pháp tái sinh dầu nhờn thải đại cho sản phẩm dầu gốc hoàn toàn thay dầu gốc khoáng ban đầu Tuy nhiên đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng dây chuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao, công nghệ phức tạp Từ trước đến nay, việc tái sinh dầu thải nước ta thực phương pháp đơn giản Do đặc điểm phương pháp việc chưa hoàn chỉnh công nghệ nên hiệu tái sinh thấp, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy, cần tìm mét biƯn ph¸p tèi ­u phï 76 24 Gates B.C., Katzer J R and Schuit G C.A (1979), Chemistry of Catalytic Processes, New York 25 George Wills J (1980), Lubrication Fundamentals, Mobil Oil Corporation, New York 26 Hobson G D (1984), Modren Petroleum Technology, New York 27 Inomata M (1998), Manufacturing Processes of Highly Products and Handbook of High Puification Technology, Fuji Technosystem, Japan 28 Kasztelan S (1996), Hydrotreating technology for pollution control Catalysts, Catalysis, and Processes, New York 29 Mortier R M., Orszulik S T (1992), Chemistry and technology of lubricants, New York 30 Nelson W L (1958), Petroleum rafinery engineering, New York 31 Okamoto Y., Tomioka H., Imanaka T and teranishi S (1980), Proc 7th Int Congr Catal., Elsevier, Amsterdam 32 Portefaix J L., Cattenot M., Dalmon J A and Mauchausse C (1989), Advances in Hydrotreating Catalysis, Amsterdam 33 Robert W.Miller (1993), Lubricants and Their Applications, IneUnited States of America 34 Topsoe H., Clausen B S and Massoth F E (1996), Hydrotreating Catalysis, Springer-Verlag, Berlin 35 Van Veer J A R., Colijn H A., Hendriks P A J M , and Van Welsenes A J (1993), Fuel Processing Technology, London 36 Wachs I E., Deo G., Kim D S., Vuurnam M A (1992), Proc 10th Int Congr Catal., Elsevier, Amsterdam 37 Zuidema H H (1959), The performance of lubricating oils, Reinhold Publishing Corporation New York 77 phô lôc 78 79 80 81 82 83 phô lôc 84 85 86 87 phô lôc 88 89 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hoá trình hydro hoá dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao Chuyên ngành: Công nghệ Hữu - Hoá dầu Mà số: Bùi hồng hạnh Người hướng dẫn khoa học: TS lê văn hiếu Hà Nội 2005 90 ... sinh cao Đây mục đích ý nghĩa đề tài này, tiến hành chọn nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hoá trình hydro hoá dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao Quá trình hydro hoá xúc. .. tính hydro hoá cao nhất, xúc tác Ni hoạt động xúc tác Pt Xúc tác dị thể trình thường là: xúc tác dựa sở Co, Ni, Pd, Mo Có thể đưa chế cho trình hydro hoá olefin xúc tác dị thể sau: * Bước một: hydro. .. lỏng, tạo pha Xúc tác tốt (Ph P) RhCl (Wilkinson) R R R R - Xúc tác dị thể xúc tác rắn, chia làm hai loại: + Xúc tác cho trình cố định, xúc tác cố định chất phản ứng qua xúc tác + Xúc tác tầng