Xúc tác được sử dụng trong quá trình reforming là loại xúc tác đa chức (lưỡng chức ), gồm chức năng oxy hóa –khử và chức năng axit .
- Chức năng oxy hóa – khử có tác dụng tăng tốc các phản ứng hydro hóa – khử hydro.
- Chức năng axit có tác dụng thúc đẩy các phản ứng xảy ra theo cơ chế ioncacboni như đồng phân hóa và hydrocracking.
3.1.Quá trình phát triển xúc tác cho quá trình reforming xúc tác
Trước đây người ta sử dụng xúc tác oxit như MoO2/Al2O3. Loại xúc tác này có ưu điểm là rẻ tiền, bền với hợp chất chứa S. Khi có mặt của hợp chất chứa lưu huỳnh trong nguyên liệu thì MoO2 có thể chuyển một phần thành MoS2, dạng này cũng có hoạt tính như xúc tác nên không cần làm sạch S ra khỏi nguyên liệu .Những xúc tác loại này có nhược điểm là hoạt tính thấp nên quá trình reforming phải thực hiện ở điều kiện cứng: vận tốc thể tích thấp ( 0,5h-1), nhiệt độ cao ( ̴ 340˚C ). Ở điều kiện này các phản ứng hydro cracking xảy ra rất mạnh. Để tăng độ chọn lọc của quá trình phải thực hiện ở áp suất thấp, nhưng áp suất thấplại là tiền đề cho quá trình tạo cốc xảy ra mạnh do vậy không thể kéo dài thời làm việc liên tục của xúc tác. Vì lí do trên mà người ta phải nghiên cứu ra loại xúc tác Pt/ Al2O3 để thay thế cho loại xúc tác MoO2.
Loại xúc tác dạng Pt/Al2O3 là loại xúc tác có hoạt tính cao ,độ chọn lọc cao,nên sử dụng loại xúc tác này quá trình reforming chỉ cần thực hiện ở điều kiện mềm: vận tốc thể tích ( 1,5- 4h), nhiệt độ vừa phải ( 470 - 520˚C ). Khi dùng xúc tác loại này còn giảm được sự tạo cốc. Nhưng sau một thời gian sử dụng xúc tác Pt/Al2O3 hoạt tính của xúc tác sẽ giảm do độ axit của Al2O3 giảm nên người ta phải tiến hành clo hóa để tăng độ axit. Vì thế loại xúc tác này chỉ được sử dụng đến năm 1970.
Ngày nay người ta cải tiến xúc tác bằng cách biến tính xúc tác: cho thêm một kim loại hay thay đổi chất mang. Cho thêm kim loại loại để giảm giá thành xúc tác ,xúc tác sử dụng cho quá trình reforming hiện nay là 0,3% Pt + 0,3%Re mang trên ᵞ -
3.2.Tính chất của chất xúc tác 3.2.1.Độ hoạt tính
Có nhiều phương pháp để đánh giá hoạt tính của xúc tác. Nhưng về bản chất các phương pháp cơ bản đều giống nhau ,đều dựa vào thiết bị chuẩn và nguyên liệu mẫu cùng các điều kiện công nghệ của phòng thí nghiệm, để xác định hiệu suất của các sản phẩm. Độ hoạt tính của xúc tác được biểu diễn thông qua chỉ số hoạt tính ,đó là giá trị của hiệu suất xăng (% khối lượng ).
3.2.2.Độ chọn lọc
Khả năng của xúc tác làm tăng tốc độ các phản ứng có lợi ,đồng thời làm giảm tốc độ phản ứng không mong muốn được gọi là độ chọn lọc của xúc tác.Trong quá trình reforming xúc tác, độ chọn lọc của xúc tác quyết định có khả năng tạo ra sản phẩm có giá trị đó là xăng có chất lượng cao. Trong quá trình reforming xúc tác độ chọn lọc xúc tác được đo bằng tỷ lệ của hàm lượng hydrocacbon (có ít nhất hơn 5 nguyên tử cacbon ) trên hàm lượng hydrocacbon được chuyển hóa ( hiệu suất ),có hai phản ứng dẫn tới việc giảm hiệu suất là:
♦ Phản ứng hydro phân sinh ra khí C1, C2.
♦ Phản ứng hydrocracking tạo ra propan và butan .
Để tăng tính chọn lọc của chất xúc tác thì người ta thêm vào một số kim loại khác ( kim loại thứ hai), đặc biệt là ở áp suất thấp .
3.2.3. Độ bền
Trong quá trình phản ứng thì độ bền của chất xúc tác bị thay đổi (giảm dần ). Đó là chính ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong những điều kiện của reforming xúc tác, sự mất hoạt tính là do:
♦ Sự giảm hoạt tính axit.
Tuy nhiên sự giảm hoạt tính axit có thể được bổ sung bằng sự clo hóa trong khi tái sinh chất xúc tác. Mặt khác sự kém tinh khiết của chất độn cũng có thể làm cho chất xúc tác có độ bền kém.
3.3.Những nguyên nhân làm giảm hoạt tính của xúc tác 3.3.1.Ảnh hưởng của hợp chất chứa lưu huỳnh
Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S) rất dễ gây ngộ độc nguyên tử platin (Pt)gây ảnh hưởng không tốt tới chức năng dehydro hóa vì nó làm chokim loại hoạt tính pt bị sunfit hóa. Ngoài ra nguyên liệu chứa S sẽ tạo ra một số anhydrid, các anhydrid sẽ tác dụng với Al2O3 tạo ra Al2(SO4)3 làm cho quá trình tái sinh xúc tác sẽ gặp khó khăn hơn rất nhiều ,hơn nữa chất xúc tác sau khi tái sinh cũng không thể đạt được kết quả như mong muốn. Đối với nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác thì hàm lượng S cho phép là < 1ppm.
3.3.2.Ảnh hưởng của các hợp chất chứa nito (N)
Cũng như S các hợp chất chứa N cũng làm giảm độ hoạt tính của xúc tác vì các chất chứa N thường có tính bazo (như NH3) sẽ làm trung hòa các tâm axit của xúc tác nên giảm tốc độ phản ứng hydro hóa và dehydro hóa dẫn đến làm xấu đi các chỉ tiêu của xăng reforming. Hàm lượng của nito trong nguyên liệu sẽ không vượt quá 10-4% trọng lượng.
3.3.3.Ảnh hưởng của một số kim loại
Một số kim loại đặc biệt là As , Pb và Cu gây ngộ độc xúc tác rất mạnh. Những kim loại này có thể có sẵn trong nguyên liệu hoặc là do xâm nhập vào trong nguyên liệu khi vận chuyển ,chế biến. Các hợp chất chì tích đọng dần trên xúc tác và làm thay đổi nhanh hoạt tính xúc tác. Nếu lượng của Pb >0,5% thì chất xúc tác pt/Al2O3 sẽ không tách được hoàn toàn chì khi tái sinh do đó hoạt tính của chất xúc
tác sẽ không đảm bảo được để quá trình xảy ra với hiệu suất cao. Để làm sạch các kim loại chì và asen người ta dùng phương pháp hydro hóa .