CO + H2O ⇄CO2 + H2 + Q
Cân bằng của phản ứng chuyển hoá chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ở nhiệt độ thấp và có nhiều hơi nƣớc hơn, tuy nhiên, tốc độ phản ứng do đó sẽ tăng nếu ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ tối ƣu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của khí.
1.1.72. 3.5.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác
Xúc tác SK-201-2
Thành phần CuO-Fe2O3-Cr2O3
Thành phần hoạt hóa Fe/Cu/Cr
Diện tích bề mặt riêng 6,5 Đƣờng kính mao quản 81 Hình dạng Viên Kích thƣớc 6x6 Chất mang Cr2O3 Khối lƣợng ,m3 42,3 Bảng 3.5 Tính chất lý hóa chất xúc tác SK-201-2 • Hàm lƣợng lƣu huỳnh rất thấp • Tăng độ ổn định cơ học ở tỷ lệ S/C thấp • Không hình thành sản phẩm phụ ở tỷ lệ S/C là 2.8 - • Không có Cr6+
• Hoạt tính chuyển hóa cao cho phép giảm độ dày lớp xúc tác nạp vào Chất xúc tác là hỗn hợp crôm oxit đƣợc tăng cƣờng sắt oxit dƣới dạng hạt đƣờng kính 6mm và cao 6mm
CuO đƣợc xem là pha hoạt động chính trong xúc tác CuO/Fe2O3/Cr2O3 cho phản ứng chuyển hóa Co
Cr2O3 đóng vai trò chất trợ xúc tác làm cho xúc tác Fe3O4 không bị thiêu kết (kết tụ). Giúp phân tán tốt pha hoạt động.Xúc tác đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp đồng
kết tuả.
Dạng hoạt tính của xúc tác( Fe3O4) đƣợc tạo ra bằng phản ứng khử của Fe2O3 bằngCO và H2 trong dòng khí phản ứng.Do xúc tác có Fe nên tránh sự hình thành sắt cacbua sẽ theo PƢ sau:
5Fe3O4 + 32CO ⇄ 3Fe5C2 + 26CO2
1.1.73. 3.5.6 Các yếu tố vận hành ảnh hƣởng đến chất xúc tác 1.1.74. 3.5.6.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ
Nhƣ đã đề cập, điều kiện thuận lợi cho phản ứng là nhiệt độ thấp và tỷ lệ hơi nƣớc/ khí khô (S/DG) cao nếu chỉ mong CO rò rỉ thấp. Tuy nhiên, hơi nƣớc có thể ngƣng tụ trong lỗ mao quản của xúc tác nên giới hạn nhiệt độ đầu vào phải >15-20°C so với nhiệt độ điểm sƣơng của khí. Ở S/DG cao thì làm tăng nhiệt độ điểm sƣơng của khí. Một công thức tính xấp xỉ nhiệt độ điểm sƣơng của khí là T(dew point)/°C trong đó P(H2O) là áp suất riêng phần của nƣớc trong không khí.
Tối ƣu hóa điều kiện vận hành bằng cách điều chỉnh nhiệt độ đầu vào để khi đạt đƣợc chênh nhiệt �T qua TB phản ứng cao nhất. Có một cách khác là quan sát đƣờng cân bằng ở dƣới đây.
Sơ đồ chỉ ra đƣờng cong cân bằng của phản ứng chuyển hóa CO cũng nhƣ vai trò của nhiệt độ để cho phản ứng chuyển hóa là tối ƣu. Khi điều kiện phản ứng tại cụm reforming, hàm lƣợng CO đầu vào đƣợc cho sẵn và nhiệt độ đầu vào có thể thay đổi
1.1.75. 3.5.6.2 Hình thành sắt cacbua
5 Fe3O4 + 32 CO 3 Fe5C2 + 26 CO2 Sự hình thành sắt cacbua làm:
Săt cacbua thúc đẩy phản ứng Fischer-Tropsch : nCO + (n+m/2)H2 CnHm + nH2O Sắt cacbua giảm độ bền xúc tác
Phản ứng Fischer-Tropsch tiêu thụ H2
Khi tỷ lệ hơi nƣớc /cacbon (S/C) thấp thì sắt cacbua sẽ hình thành theo PƢ sau: 5Fe3O4 + 32CO 3Fe5C2 + 26CO2.
Sự hình thành sắt cacbua sẽ làm yếu viên XT và là nguyên nhân gây vỡ vụn XT, tăng chênh áp.
Trong nhà máy NH3 của Haldor Topsøe A/S thì S/C tối thiểu là 2,8 còn trong nhà máy H2 thì là 3,0.
Săt cacbua thúc đẩy phản ứng Fischer-Tropsch (Iron-carbide will catalyse Fischer- Tropsch by-product formation): theo PƢ sau :
nCO+ (n+m/2)H2 ⇄CnHm + nH2O
Theo đó PƢ Fischer-Tropsch tiêu thụ H2 và làm giảm hiệu quả của PƢ chuyển hóa.
1.1.76. 3.5.8 Chất xúc tác bị ngộ độc
Các chất gây ngộ độ xúc tác • Hợp chất của Silic
• Hợp chất phốt pho kiềm ảnh hƣởng: chặn các khe xúc tác • Clo
• Lƣu huỳnh ảnh hƣởng: giảm hoạt tính xúc tác ở nồng độ cao
Ngộ độc Silic có thể xảy ra ở công đoạn trƣớc hoặc các vật liệu trơ nhƣ bi nhôm hoặc bi sứ trong thiết bị [20].
Hơn nữa , nếu nhiệt độ tại thiết bị phản ứng reforming thứ cấp tăng cao thì hợp chất Silic có thể bay hơi , đặc biệt nếu đầu đốt chạm vào tƣờng chịu nhiệt.
Tác động nữa của Silic, nó bao bọc bề mặt xúc tác và lỗ mao quản làm giảm hoạt tính bề mặt xúc tác
Nguồn gốc Clo có thể do PƢ đốt cháy trong thiết bị R2003 của nhà máy hoặc nhà máy đặt gần biển.Clo cũng có thể đƣợc tìm thấy ở nguyên liệu đầu vào, đặc biệt là naphtha.Tƣơng tự là S và chúng làm giảm hoạt tính xúc tác nếu có hàm lƣợng cao.
Tuy nhiên , tại điều kiện vận hành bình thƣờng của xúc tác thì phần lớn hợp chất chứa Clo và S sẽ dịch chuyển sang thiết bị cụm chuyển hóa CO nhiệt độ thấp
1.1.77. 3.5.8 An toàn xúc tác
-Xúc tác bền có tính dạng viên bền khi tiếp xúc với không khí
-Tránh va chạm mạnh khi vận chuyển -xúc tác an toàn hô hấp và tiếp xúc qua da