Hầu hết các chất nền để sản xuất chất xúc tác FCC đều là các oxyt vô cơ tổng hợp (chủ yếu là oxyt nhôm) và các hợp phần tự nhiên - khoáng sét. Zeolit đ−ợc phân tán tốt trong các hợp phần của pha nền rồi đ−ợc sấy phun. Một sơ đồ sản xuất chất xúc tác FCC đ−ợc giới thiệu ở hình 3.13.
Alum t
ina natri
Máy lọc Lò nung
Máy lọc Máy sấy nhanh (NH4)2SO4 NaOH Mầm Silicat natri H2O H2O H2O Rửa NH4,NaY NaY
Trao đổi ion Khoáng sét Al2O3 SiO2 Sấy phun x ú c t á c F C C b á n thành phẩm NH4,NaY
Tác nhân trao đổi, H2O
Chất phụ trợ, nếu cần Na-USY
Xúc tác FCC
Hình 3.13. Sơ đồ sản xuất chất xúc tác FCC: zeolit USY đ−ợc trao đổi ion sau khi phối trộn với chất nền.
Có rất nhiều số liệu về thành phần của chất nền của xúc tác FCC. Sau đây là một vài ví dụ minh hoạ.
3.3.3.1. Chất xúc tác với chất nền hoạt tính thấp
•Chất nền từ sol SiO2
Sol n−ớc của SiO2, pH 3,0 Hỗn hợp −ớt SiO2/khoáng sét Hỗn hợp zeolit/ khoáng sét/SiO2 (>40% vật liệu rắn) Xúc tác bán thành phẩm Xúc tác −ớt Xúc tác FCC
Axit Silicat natri
Khoáng sét NaY hoặc Na-HSY Trộn Trộn Sấy phun
Sơ đồ sản xuất chất xúc tác FCC với chất nền −ớc của oxyt silic (silicasol).
Một sol-n−ớc (hydrosol) của oxyt silic đ−ợc điều chế bằng cách axit hoá dung dịch silicat natri đến pH ~ 3,0. Zeolit và khoáng sét ở dạng hạt mịn (NaY, HSY) đ−ợc cho vào hydrosol và khuấy trộn. Sau khi sấy phun, sản phẩm đ−ợc đ−ợc trao đổi ion với NH4+ hoặc
Trao đổi ion Rửa n−ớc
Sấy nhanh
Hình 3.14.
ion đất hiếm để tách bỏ ion natri, chuyển zeolit về dạng hoạt động xúc tác. sau đó, tiến hành rửa, lọc và sấy khô vật liệu nhận đ−ợc. Quy trình điều chế đ−ợc mô tả nh− trên hình 3.14.
Thành phần chứa zeolit - đất hiếm và chất nền gồm SiO2 vô định hình và khoáng sét. Chất xúc tác này có giá thành không cao, có độ mài mòn tốt, nh−ng chất nền có mao quản nhỏ và bề mặt riêng thấp, và do đó không tác động đáng kể đến hoạt tính xúc tác cracking.
•Chất nền khoáng sét
Ng−ời ta có thể điều chế chất xúc tác FCC với chất nền khoáng sét theo sơ đồ sau (hình 3.15): (i) sét kaolinit mịn dạng hydrat đ−ợc nung ở khoảng 1000oC, khi đó sét chuyển thành dạng spinel, (ii) sét đã nung đ−ợc hoà với muối và một ít sét kaolinit hydrat, silicat natri và “mầm” zeolit. (iii) Hỗn hợp −ớt đó đ−ợc sấy và các hạt vi cầu đ−ợc nung ở 732oC để chuyển kaolinit hydrat thành metakaolinit. Hai dạng sét đã nung (spinel và metakaolinit) liên kết với nhau trong hạt vi cầu bởi chất kết dính silicat natrị (iv) Các hạt vi cầu sau khi nung đ−ợc zeolit hoá với dung dịch silicat natri và xút ở 90 ữ 95oC khoảng 20 h, trong quá trình đó có sự hình thành zeolit bên trong các hạt vật liệu vi cầụ (v) Các hạt vi cầu đ−ợc zeolit hoá một phần lại đ−ợc trao đổi ion với các cation cần thiết.
Kao lanh Lò nung, T~1000o Silicat natri Máy trộn Sấy phun Kao lanh Mầm zeolit Vi hạt Lò nung, ~732Co Kết tinh, H2O Silicat natri NaOH ~95Co, 10-24h Lọc Vi hạt đã nung Vi hạt zeolit hoá
Trao đổi ion
Sấy khô nhanh H O rửa Vi hạt đã rửa Vi hạt trao đổi RE/NH4 Xúc tác FCC 2 RE3+ và/ hoặc NH4+ Phụ gia
Zeolit kết tinh trong hạt vi cầu có thể đ−ợc biến tính cấu trúc bằng các xử lý nhiệt - hơi n−ớc. Muốn thế, ng−ời ta tiến hành trao đổi ion các hạt vi cầu với NH4+, sau đó nung d−ới hơi ẩm. Sự ổn định cấu trúc cũng có thể thực hiện bằng cách nung các hạt vi cầu trong hỗn hợp hơi n−ớc và amoniac. Một số ion Al có thể bị tách ra ngoài mạng zeolit và đ−ợc “rửa” sạch khỏi bề mặt zeolit bằng cách xử lý axit. Chất nền bằng đất sét nung không có ảnh h−ởng đáng kể đến giá trị octan của xăng.
Một số khoáng sét đ−ợc xử lý hoá học, xử lý nhiệt (hoặc không xử lý nhiệt) cũng đ−ợc sử dụng làm chất nền để điều chế chất xúc tác. Ví dụ, kaolin nung ở nhiệt độ cao, xử lý bằng kiềm (xút) đ−ợc dùng làm chất nền cho xúc tác chứa zeolit.
3.3.3.2. Chất xúc tác với chất nền hoạt tính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
•Chất nền từ sol oxyt nhôm
Chế tạo một chất xúc tác với chất nền từ sol oxyt nhôm và một ít oxyt silic vô định hình đ−ợc thực hiện nh− ở sơ đồ hình 3.16. Cấu tử hoạt động của chất nền là oxyt nhôm vô định hình, mặc dầu có một ít aluminosilicat vô định hình đ−ợc tạo thành.
Nhôm
Nhôm/Sét
Zeolit/Nhôm/Sét
Zeolit/Sét/SiO2-Al2O3 Sét −ớt