- 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 độ 250oC, áp suất 2at, trong 2 giờ với lưu lượng dòng tổng 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 tổng 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 độ nhiệt 225oC, 250oC, 275oC và 300oC. Nồng độ CO trong hỗn hợp nguyên liệu tham gia vào phản ứng dao động trong khoảng 8,3 ÷ 9,1% mol.
* Khi nhiệt độ ổn định ta tiến hành trích lấy mẫu.
- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu dò TCD, 1 mũi đầu vào và 1 mũi đầu ra tính độ chuyển hóa của CO.
- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu dò FID 1 mũi đầu ra để tính độ chọn lọc DME, CH4 và CH3OH.
- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5ml vào đầu GC/MS 1 mũi đầu ra để tính độ chọn lọc của CO2.
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 cột mao quản HP-PLOT MolecularSeive 5A (chiều dài 30m, đường kính trong của cột 0,12μm, đường kính ngoài 0,32mm, nhiệt độ tới hạn của cột 350oC) với detector dẫn nhiệt TCD. Đầu dò FID và cột HP-1 (chiều dài 30m) dùng để phân tích độ chọn lọc của DME, CH3OH và CH4.
● Detector dẫn nhiệt (TCD)
- Nhiệt độ lò: 70oC
- Nhiệt độ buồng bơm mẫu: 250oC - Nhiệt độ đầu dò: 250oC
- Với khí mang: N2 - Áp suất: 10Psi
● Detector ion hóa ngọn lửa (FID)
- Nhiệt độ buồng bơm mẫu: 320oC - Nhiệt độ 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 ổn định khoảng 15 phút rồi tiến hành lấy mẫu, đem đo sắc ký để xác định diện tích peak các mũi từ đó thiết lập các thông số cần thiết.
• Xác định độ chuyển hóa
Dùng xi lanh 1ml trích 0,5ml vào đầu dò TCD, phổ 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 số mol 10-6 các khí H2, N2 và CO. Độ 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 số mol CO trước và sau phản ứng
• Xác định độ chọn lọc:
Sản phẩm sau cùng của phản ứng là hỗn hợp gồm các chất hữu cơ (CH4, DME và CH3OH) và sản phẩm vô cơ (CO2), do đó để phân tích hết các chất trong hỗn hợp trên một máy sắc ký là rất khó nên được chia thành hai phần:
- Dùng xi lanh 1ml bơm 0,5 ml vào đầu dò FID, phổ sắc ký thể hiện các peak CH4, DME, CH3OH, tính độ 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 độ chọn lọc DME trong hỗn hợp các sản phẩm hữu cơ SoMeOH: độ chọn lọc của metanol
4 oCH
S : độ chọn lọc của metan nDME: số mol DME
nMeOH: số mol metanol
4 CH
n : số mol metan
Các Hiđrocacbon khác chỉ phát hiện ở dạng vết.
- Đối với CO2 được phân tích riêng máy sắc ký phối hợp với thiết bị phân tích khối phổ MS, dựa trên diện tích peak CO2 ta lập đường chuẩn CO2, kết quả máy sắc ký cho ta số mol 10-6 CO2. Từ đó ta tính được độ chọn lọc của CO2 như sau:
100% n n S COpu CO oCO 2 2 = × (2.13)
nCO2: số mol CO2
nCOpu: số mol CO phản ứng - Độ chọn lọc của sản phẩm DME
SDME = SoDME(100 – SCO2).% (2.14)
• Hiệu suất của sản phẩm DME
YDME = %
100 .X SDME CO
CHƯƠNG 3