khác nhau
Tính chất axit bề mặt và chọn lọc hình dáng của zeolit là hai tính chất đặc biệt quan trọng khi ứng dụng zeolit làm xúc tác. Zeolit ZSM-5 có mao quản khá nhỏ và đồng đều do đó khả năng chọn lọc hình dáng của nó là rất tốt. Hơn nữa nó là zeolit có độ axit cao nhất. Vì vậy zeolit ZSM-5 là một trong những xúc tác axit tốt nhất.
Để đạt được hiệu quả cracking cao, chúng tôi tiến hành trộn xúc tác với chất nền nhằm hai mục đích: tăng độ bền nhiệt và cracking sơ cấp. Các xúc tác phối trộn có độ axit thấp hơn so với H-ZSM-5, đồng thời tận dụng được tính bền nhiệt cao của các chất nền γ- Al2O3, SAPO-5. Khi thêm chất nền, phản ứng cracking ngoài việc diễn ra trên các mao quản trung bình của H-ZSM-5 còn xảy ra trên bề mặt của chất nền, giúp nâng cao hiệu quả của quá trình phản ứng.
Xúc tác 1: 30% H-ZSM-5 + 70% γ-Al2O3
Xúc tác 2: 20% H-ZSM-5 + 80% γ-Al2O3
Xúc tác 3: 20% H-ZSM-5 + 15% SAPO-5 + 65% γ-Al2O3
Xúc tác 4: 20% H-ZSM-5 + 20% SAPO-5 + 60% γ-Al2O3
Các điều kiện công nghệ: - Nguyên liệu: 200ml - Xúc tác/nguyên liệu = 1/10 - Nhiệt độ phản ứng: 400 oC - Thời gian phản ứng: 60 phút - Tốc độ khuấy: 400 vòng/phút Bảng 3.3. Khảo sát tỉ lệ phối trộn các thành phần xúc tác Lượng sản phẩm ,%V XT1 XT2 XT3 XT4 XT5 Khí 12.7 4.6 9.8 5.8 7.9 Sản phẩm lỏng 79.2 82.2 81.7 85.2 81.1 Cặn 7 13.2 8 9 11
Lượng diesel trong
sản phẩm lỏng 69.83 70.23 71.27 71.83 70.13
Hiệu suất thu diesel 55.2 57.6 57.95 61.2 56.6
Nhìn vào bảng số liệu có thể thấy: càng tăng lượng SAPO-5 thay thế -Al2O3, độ chuyển hóa tăng, hiệu suất khí tăng, hiệu suất diesel tăng. Nhưng nếu thay thế hoàn toàn SAPO-5 thì hiệu suất diesel lại giảm. Xúc tác 4 cho hiệu suất diesel tốt nhất, như vậy sử dụng SAPO-5 phối trộn với -Al2O3 làm chất nền cho hiệu quả tốt hơn so với việc chỉ sử dụng chất nền duy nhất là -Al2O3. Điều này có thể giải thích như sau:
So với -Al2O3, SAPO-5 có độ axit cao hơn, thể hiện ở kết quả phân tích TPD-NH3. Kết quả TPD-NH3 của SAPO-5 hai cực đại nhả hấp phụ tương ứng ở các nhiệt độ 250oC và 421oC với thể tích NH3 lần lượt là 0,46 và 0,25 mmol/g tương ứng với tâm axit mạnh và trung bình. Trong khi đó, kết quả TPD-NH3 của -Al2O3 chỉ có một cực đại nhả hấp phụ tại 193oC và một pic mở rộng tại 307oC tương ứng với tâm axit trung bình và yếu. Có thể khẳng định độ axit ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất quá trình cracking.
Mặt khác, SAPO cấu trúc dạng hexagonal, cấu trúc mao quản kênh 1 chiều thông thoáng, kích thước mao quản khoảng 7,3Ao, bề mặt riêng 200-300m2/g, thuận lợi cho quá trình khuếch tán các phân tử đến tâm hoạt tính, thúc đẩy phản ứng xảy ra.
So sánh độ bền nhiệt, SAPO-5 bền nhiệt ở nhiệt độ 1300K (hơn 1000oC), tương tự -Al2O3, độ bền nhiệt cao khoảng 1000oC, vì vậy việc phối trộn SAPO-5 cũng có tác dụng như -Al2O3 làm tăng độ bền nhiệt của xúc tác.
Qua các phân tích trên, có thể thấy độ axit và kích thước lỗ xốp và bề mặt riêng ảnh hưởng nhiều đến quá trình cracking.
Tỉ lệ phối trộn giữa xúc tác và chất nền đạt hiệu quả cao nhất là 20% H-ZSM-5 +
với SAPO-5, với tính chất này, nó thúc đẩy quá trình bẻ gãy mạch sâu, hiệu suất các sản phẩm nhẹ (xăng, kerosen) tăng, vì vậy việc phối trộn SAPO-5 làm tăng hiệu quả thu diesel của quá trình. Tuy nhiên nếu tăng lượng SAPO-5 phối trộn lên quá nhiều, độ axit giảm nhiều, đồng thời bề mặt riêng của SAPO-5 thấp hơn của H-ZSM-5, nên làm giảm hiệu suất cracking.