c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu [18]
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới quá trình phản phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng
khí tổng hợp trong pha lỏng
Đối với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng hàm lượng xúc tác có tác động lớn tới hiệu suất quá trình. Để xác định nồng độ xúc tác phù hợp với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng, ta tiến hành khảo sát phản ứng với nồng độ xúc tác khác nhau.
3.3.1.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa CO
Để nghiên cứu ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất của quá trình, khối lượng xúc tác được thay đổi ở các giá trị khác nhau trong khi các thông số khác cố định như bảng 3.5.
Bảng 3.5. Điều kiện phản ứng F-T khi thay đổi lượng xúc tác
Mẫu Nhiệt độ phản ứng, oC Áp suất, atm Nồng độ xúc tác, % HPC2 240 10 2 HPC10 240 10 10
Kết quả thu được khi so sánh độ chuyển hóa của CO của quá trình FT thực hiện ở 2 điều kiện nồng độ xúc tác khác nhau thể hiện trên hình 3.7.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến độ chuyển hóa
Từ hình 3.7 ta có thể thấy độ chuyển hóa CO khi nồng độ xúc tác 2% ổn định hơn và cao hơn (20%) so với độ chuyển hóa CO khi sử dụng nồng độ xúc tác
hóa xúc tác không triệt để như với trường hợp lượng xúc tác ít hơn. Ngoài ra, lượng xúc tác lớn quá cũng gây khó khăn cho việc hòa trộn tạo huyền phù, làm một lượng xúc tác lắng xuống dưới đáy thiết bị phản ứng, giảm hiệu quả quá trình FT.
Kết quả thực nghiệm với hai nồng độ xúc tác khác nhau cho thấy nồng xúc tác là 2% cho kết quả độ chuyển hóa tốt nhất và phù hợp với điều kiện phản ứng của thiết bị.
3.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chọn lọc sản phẩm
Phân tích GCMS các mẫu sản phẩm ứng với các điều kiện nồng độ xúc tác thay đổi, phân bố sản phẩm được thể hiện trên hình 3.8.
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới độ chọn lọc sản phẩm
Quan sát hình 3.8 ta thấy: sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 2% có số nguyên tử cacbon trong phân tử tập trung chủ yếu từ 16-20. Và con số này vượt trội so với sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 10%. Kết quả cụ thể thống kê phân bố sản phẩm với nồng độ xúc tác khác nhau dựa trên đồ thị hình 3.8 được chỉ ra trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: : Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa với nồng độ xúc tác khác nhau
Nồng độ xúc tác C7- C10 C11- C15 C16- C22 >C22
2% 0,71 % 6,71% 39,83% 52,75%
10% 0% 10,85% 58,38% 30,77%
Dựa vào kết quả bảng 3.6, có thể thấy sản phẩm trong phân đoạn C15- C22 hình thành nhiều nhất (58,38%) khi sử dụng nồng độ xúc tác 10%. Còn khi sử dụng xúc tác với nồng độ 2%, sản phẩm tạo thành nhiều nhất nằm trong phân đoạn có số cacbon lớn hơn 22 (52,75%). Như vậy, khi tăng nồng độ xúc tác từ 2% lên 10%, tổng lượng hydrocacbon có số cacbon từ 15 trở lên hầu như không thay đổi, chỉ có điều hàm lượng sáp thu được giảm đi và lượng diezen tăng lên.
Sự thay đổi về độ chọn lọc sản phẩm có thể được giải thích như sau: khi tăng nồng độ xúc tác trong huyền phù, số lượng tâm hoạt tính được tạo ra trong quá trình hoạt hóa xúc tác cao hơn. Tuy nhiên, với lượng xúc tác lớn hơn, khi thực hiện quá trình hoạt hóa, xúc tác không được hoạt hóa sâu, khả năng tiếp tục nối dài mạch cacbon chỉ dừng lại ở một mức độ nhất định. Chính vì thế, độ chọn lọc sản phẩm trong phân đoạn >C22 khi sử dụng nồng độ xúc tác 10% thấp hơn so với khi sử dụng nồng độ xúc tác 2%.
Như vậy, tính đến cả độ chuyển hóa, độ chọn lọc sản phẩm và hiệu quả sử dụng xúc tác, nồng độ 2% vẫn tiếp tục được dùng trong các nghiên cứu tiếp theo để so sánh phản ứng Fischer- Tropsch thực hiện trong hai pha lỏng và khí.