KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.4. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC

2.4.1. Sơ đờ thiết bị phản ứng

Khảo sát hoạt tính của xúc tác trong tổng hợp nhiên liệu DME từ khí tởng hợp CO/H2 ở áp suất 7at, lưu lượng dòng tởng 9,25 lít/giờ. Sơ đờ hệ thớng thí nghiệm gờm 3 bợ phận chính:

- Các bình cung cấp nguờn nạp liệu: bình N2, bình H2, bình CO/N2 (tỷ lệ 1/10). - Hệ thớng cấp dòng nguyên liệu đến lò phản ứng và nơi lấy mẫu: gờm đường

ớng, hệ phới trợn, van on/off, van chỉnh tinh, áp kế, lưu lượng kế, van điều áp. - Lò phản ứng: có dạng hình chữ U với đường kính 1,4cm, chiều cao là 20cm, 1

lò gia nhiệt để cung cấp nhiệt cho hệ và được diều khiển bằng 1 thiết bị vi tích phân (PID), áp suất duy trì trong hệ bằng van điều áp, nơi lấy mẫu tại đầu in và out.

Khí từ bình nạp liệu qua van điều áp, van chỉnh tinh, theo đường ớng đến nơi phới trợn thành dòng tởng. Dòng tởng được chia thành hai dòng, dòng lấy mẫu vào (in), dòng còn lại qua lưu lượng kế vào lò phản ứng, qua van giảm áp đến nơi trích mẫu đầu vào và đầu ra (in và out) và đi ra ngoài.

Hình 2.6. Sơ đờ hệ thớng thí nghiệm

2.4.2. Thực nghiệm

2.4.2.1. Chuẩn bị phản ứng

- Cân chính xác khới lượng xúc tác 2g (~2,4ml), cho vào bình phản ứng hình chữ U, xúc tác nằm giữa hai lớp thủy tinh (~2ml) giữ cớ định để tránh xúc tác khơng bị lơi cuớn theo dòng khí.

- Lắp bình phản ứng vào hệ, đặt dây sensor ngay giữa bình phản ứng tại vị trí lớp xúc tác để lấy chính xác nhiệt đợ phản ứng.

- Mở dòng khí N2 đi vào hệ để kiểm tra sự rò rỉ khí tại các mới nới của lò phản ứng bằng bọt xà phòng.

2.4.2.2. Tiến hành phản ứng

- Hoạt hóa xúc tác: trước khi tiến hành phản ứng, xúc tác được hoạt hóa bằng dòng H2/N2 (tỷ lệ 1/10), ở nhiệt đợ 250oC, áp suất 2at, trong 2 giờ với lưu lượng dòng tởng là 5 lít/giờ, để khử Cu2+ thành Cu kim loại.

- Tiến hành phản ứng: Sau khi hoạt hóa xong, đóng dòng N2 lại, mở dòng CO lên 7at, tăng dòng H2 lên 7at, điều chỉnh lưu lượng dòng tởng 9,25 lít/giờ, tỷ lệ mol H2/CO từ 1 ÷ 2. Sau khi chỉnh dòng xong ta tiến hành khảo sát phản ứng ở 4 chế đợ nhiệt 225oC, 250oC, 275oC và 300oC. Nờng đợ CO trong hỡn hợp nguyên liệu tham gia vào phản ứng dao đợng trong khoảng 8,3 ÷ 9,1% mol.

- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu dò TCD, 1 mũi đầu vào và 1 mũi đầu ra tính đợ chuyển hóa của CO.

- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu dò FID 1 mũi đầu ra để tính đợ chọn lọc DME, CH4 và CH3OH.

- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu GC/MS 1 mũi đầu ra để tính đợ chọn lọc của CO2.

• Thực nghiệm:

Máy sắc ký khí được sử dụng là máy sắc ký Agilent Technologies 6890 Plus, máy được trang bị phần mềm GC Chem Station để xử lý số liệu.

Hình 2.7. Máy GC Agilent Technologies 6890 Plus

Để phân tích hàm lượng CO, sử dụng cợt mao quản HP-PLOT MolecularSeive 5A (chiều dài 30m, đường kính trong của cợt 0,12μm, đường kính ngoài 0,32mm, nhiệt đợ tới hạn của cợt 350oC) với detector dẫn nhiệt TCD. Đầu dò FID và cợt HP-1 (chiều dài 30m) dùng để phân tích đợ chọn lọc của DME, CH3OH và CH4.

● Detector dẫn nhiệt (TCD)

- Nhiệt đợ lò: 70oC

- Nhiệt đợ buờng bơm mẫu: 250oC - Nhiệt đợ đầu dò: 250oC

- Với khí mang: N2 - Áp suất: 10Psi

● Detector ion hóa ngọn lửa (FID) - Nhiệt đợ lò: 70oC

- Nhiệt đợ đầu dò: 250oC - Với khí mang: N2 - Áp suất: 20Psi

- Lưu lượng dòng: 400 - Tỷ lệ chia dòng: 10:1

- Tiến hành: sau khi chỉnh dòng xong, để phản ứng ởn định khoảng 15 phút rời tiến hành lấy mẫu, đem đo sắc ký để xác định diện tích peak các mũi từ đó thiết lập các thơng sớ cần thiết.

• Xác định đợ chuyển hóa

Dùng xi lanh 1ml trích 0,5ml vào đầu dò TCD, phở sắc ký thể hiện các peak H2, O2, N2, CO trước và sau phản ứng. Thực hiện việc lập đường chuẩn cho các khí H2, N2

và CO nên kết quả sắc ký cho ta được sớ mol 10-6 các khí H2, N2 và CO. Đợ chuyển hóa của CO được xác định như sau:

.100% n n n X in CO out CO in CO CO − = (2.9) với in CO n và uot CO

n là sớ mol CO trước và sau phản ứng

• Xác định đợ chọn lọc:

Sản phẩm sau cùng của phản ứng là hỡn hợp gờm các chất hữu cơ (CH4, DME và

CH3OH) và sản phẩm vơ cơ (CO2), do đó để phân tích hết các chất trong hỡn hợp trên mợt máy sắc ký là rất khó nên được chia thành hai phần:

- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5 ml vào đầu dò FID, phở sắc ký thể hiện các peak CH4, DME, CH3OH, tính đợ chọn lọc của CH4, CH3OH và DME như sau:

.100 n n 2.n 2.n S 4 CH MeOH DME DME oDME = + + % (2.10) S 2.n nn n .100 4 CH MeOH DME MeOH oMeOH = + + % (2.11) .100 n n 2.n n S 4 4 4 CH MeOH DME CH oCH = + + % (2.12)

Với: SoDME đợ chọn lọc DME trong hỡn hợp các sản phẩm hữu cơ

oCH

S : đợ chọn lọc của metan nDME: sớ mol DME

nMeOH: sớ mol metanol

n : sớ mol metan

Các Hiđrocacbon khác chỉ phát hiện ở dạng vết.

- Đới với CO2 được phân tích riêng máy sắc ký phới hợp với thiết bị phân tích khới phở MS, dựa trên diện tích peak CO2 ta lập đường chuẩn CO2, kết quả máy sắc ký cho ta sớ mol 10-6 CO2. Từ đó ta tính được đợ chọn lọc của CO2 như sau:

100% n n S COpu CO oCO 2 2 = × (2.13)

Với SoCO2: đợ chọn lọc của CO2

nCO2: sớ mol CO2

nCOpu: sớ mol CO phản ứng - Đợ chọn lọc của sản phẩm DME

SDME = SoDME(100 – SCO2).% (2.14)

• Hiệu suất của sản phẩm DME

YDME = % 100

.X SDME CO

XÚC TÁC TỔNG HỢP DME

NỢI DUNG NGHIÊN CỨU