xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí

2-- Các loại chọn lọc hình dạng Các loại chọn lọc hình dạng • Chúng ta có thể phân thành nhiều loại hình chọn lọc, tùy thuộc vào kích thước lỗ xốp sẽ giới hạn sự tham gia của các phân t

1 Thành phần Thành phần

và cấu trúc Zeolite

• Bên trong zeolites, các phân tử nước và ion kim loại kiềm di

động có thể trao đổi với những cations khác và những đường

dẫn cũng tạo nên tính chất đặc biệt của zeolites

• Hệ thống lỗ xốp có kích thước ở quy mô nguyên tử sẽ quyết

định độ hoạt động trên bề mặt của zeolites Cấu trúc lỗ xốp phụ thuộc vào thành phần, loại zeolites và cations.

• Công thức tổng quát của zeolites:

M I M II

0,5 [(AlO 2 ) x .(SiO 2 ) y .(H 2 O) z ]

4

• Nếu các tâm cation được trao đổi với H, zeolites có thể tạo nên một lượng lớn các tâm acid mạnh.

• Đường kính của lỗ xốp nhỏ hơn 10Å

• Các lỗ xốp có nhiều kích thước khác nhau

 Hai tính chất sau đã tạo nên tính chất rây phân tử

của zeolites

5

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Zeolite đã được ứng dụng làm chất xúc tác từ những năm 1960 Đường kính của lỗ xốp trong sàng rây phân tử phụ thuộc vào số lượng tứ diện trong vòng.

• Kích thước lỗ xốp của zeolites:

Số tứ diện Đường kính tối đa của lỗ Å Loại zeolite

 Các cation hoá trị 2 chỉ chiếm giữ những vị trí của cation

khác để tạo không gian vừa đủ cho những paraffins thông

thường khuếch tán qua

7

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

8

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

9

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

10

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

11

Thành phần và cấu trúc Zeolite

• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

12

2 Các loại chọn lọc Các loại chọn lọc

hình dạng

2 Các loại chọn lọc hình dạng Các loại chọn lọc hình dạng

• Chúng ta có thể phân thành nhiều loại hình chọn lọc,

tùy thuộc vào kích thước lỗ xốp sẽ giới hạn sự tham

gia của các phân tử phản ứng, hoặc quyết định hướng

đi của các phân tử sản phẩm, hay sự hình thành của các trạng thái chuyển tiếp nhất định

15

2.1- Chọn lọc theo chất phản ứng

18

2.2- Chọn lọc theo sản phẩm

• Sự chọn lọc theo sản phẩm xảy ra khi một vài sản

phẩm hình thành bên trong lỗ xốp là quá lớn và không thể khuếch tán ra ngoài Các sản phẩm này có thể

chuyển thành dạng phân tử nhỏ gọn hơn hoặc làm giảm hoạt tính xúc tác bằng cách bịt kín các lỗ xốp

• Độ chọn lọc theo sản phẩm tăng khi:

 Tăng kích thước tinh thể zeolites

 Kết hợp với các cation hoặc vật liệu khác trong cấu trúc lỗ xốp

 Bịt một số lỗ xốp không mong muốn

19

2.2- Chọn lọc theo sản phẩm

• Ví dụ: Chọn lọc theo sản phẩm: methyl hoá toluene,

tăng độ chọn lọc para-xylene từ 24% (khi không dùng xúc tác) lên 90%

20

2.2- Chọn lọc theo sản phẩm

• Ví dụ: Ethyl hoá toluene

21

2.2- Chọn lọc theo sản phẩm

• Hầu hết các ứng dụng và biểu hiện của chất xúc tác

chọn lọc hình dạng đều liên quan đến các phản ứng xúc tác acid như isomer hoá, cracking, dehydrate hoá…

• Khả năng phản ứng xúc tác acid của các nguyên tử

carbon bậc 1, bậc 2, bậc 3 là khác nhau

 Nguyên tử carbon bậc 3 phản ứng dễ dàng hơn rất

nhiều so với carbon bậc 2

 Carbon bậc 1 không thể hình thành ion carbonium trong điều kiện bình thường, do đó không phản ứng

22

2.2- Chọn lọc theo sản phẩm

• Vì vậy, trong các trường hợp bẻ mạch và isomer hoá

isoparaffins sẽ nhanh hơn so với paraffins thông

thường

• Tuy nhiên trật tự này bị đảo ngược trong các xúc tác

chọn lọc hình dạng, tức là những paraffins thông

thường sẽ thực hiện phản ứng nhanh hơn những

paraffins có nhánh, và đôi khi các isoparaffins

không thể thực hiện phản ứng trong xúc tác chọn

lọc hình dạng

23

2.3 Chọn lọc theo trạng thái Chọn lọc theo trạng thái

• Sự chọn lọc theo trạng thái chuyển tiếp cần giới hạn

được thực hiện khi những phản ứng nhất định bị ngăn chặn bởi trạng thái chuyển tiếp tương ứng cần không gian lớn hơn không gian bên trong lỗ xốp

• Vì vậy mà chất phản ứng cũng như các sản phẩm đều được ngăn chặn để tránh khuếch tán qua lỗ xốp

• Các phản ứng cần không gian hẹp hơn để được ưu

tiên thực hiện.

24

Chọn lọc hình dạng

• Phân biệt bằng thực nghiệm giữa sự chọn lọc theo chất phản ứng hay theo sản phẩm hoặc chọn lọc theo trạng thái dựa trên việc nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ hạt

• Sự chọn lọc theo chất phản ứng hay sản phẩm bị giới hạn theo khối lượng và cũng vì vậy mà bị tác động bởi kích thước tinh thể trong khi độ chọn lọc theo trạng

thái thì không

26

Chọn lọc hình dạng

• Ví dụ nổi bật nhất cho sự chọn lọc theo trạng thái là việc không

có (hoặc gần như không có) hiện tượng cốc hoá trên ZSM-5 loại rây phân tử.

• Điều này có ý nghĩa rất lớn bởi vì những phản ứng tương tự có thể xảy ra trong điều kiện áp suất hydro cao Phản ứng cốc hoá lại ít xảy ra trên ZSM-5 do lỗ xốp không đủ không gian cho việc polymer hoá

• Trên ZSM-5, cốc sẽ được lưu lại trên bề mặt ngoài của tinh thể, trong khi những zeolite khác như offretite

((K2;Ca)2.5Al5Si13O36.15H2O) và mordenite

((Na2,K2,Ca)Al2Si10O24·7H2O) cho phép cốc hình thành bên

trong lỗ xốp, dẫn tới làm giảm nhanh hoạt độ của xúc tác.

27

Chọn lọc hình dạng

• Đối với những zeolites có kích thước lỗ xốp lớn (HY, mordenite) thì bước quan trọng nhất trong cốc hoá có thể là phản ứng alkyl hoá aromatics

• Những alkylaromatics đóng vòng hay kết tụ thành các hợp chất đa vòng và sau khi dehydro hoá sẽ tạo thành cốc

• Paraffins cũng có thể góp phần tạo cốc thông qua phản ứng polymer hoá liên kết, tạo naphthenes

28

3 Kiểm soát độ chọn lọc hình dạng Kiểm soát độ chọn lọc hình dạng

• Chọn lọc hình dạng có thể được hoàn thiện bằng cách giảm số tâm hoạt động trên bề mặt ngoài của các hạt

Thanks all

for listening!

Your Topic Goes Here

• Your Subtopics Go Here

31