Bài thuyết trình sản xuất xúc tác trên chất mang

• Tùy thuộc vào loại thiết bị phản ứng, chất xúc tác trên chất mang có thể có những hình dạng như: cầu, trụ, vẩy… I/ ĐẶC TRƯNG CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP... Sản xuất xúc tácOxit nhơm Đặc trưn

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

• Cho cấu tử hoạt động gắn vào chất mang.

• Chất mang là vật liệu trơ, có nhiều lỗ xốp và ít hoạt động hóa học

• Tùy thuộc vào loại thiết bị phản ứng, chất xúc tác trên chất mang có thể có những hình dạng như: cầu, trụ, vẩy…

I/ ĐẶC TRƯNG CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

Đặc trưng chung của phương pháp

Thường người ta tẩm cấu tử xúc tác lên chất mang bằng dung dịch chứa cấu tử đó

Xúc tác kim loại thường thu ở dạng hydroxyt trên chất

mang, sau đó chuyển sang dạng oxyt và khử đến kim

loại

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN VIỆC TẨM HẠT

CHẤT MANG

• Hút chân không khí từ lỗ xốp của chất mang

• Xử lý chất mang bằng dung dịch

• Tách dung dịch thừa

• Sấy và nung

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

Hút chân không chất mang

• Tăng sự đồng nhất của hạt trong quá trình tẩm

• Tăng nhanh quá trình tẩm

Hút chân không chất mang

• Kỹ thuật chân không có nhiều phức tạp nên thường giai đoạn này được bỏ qua

• Mặt khác, áp suất mao quản khi tẩm có thể đạt đến hàng trăm atm, nó dễ dàng thay thế không khí trong mao quản

• Quá trình thay thế này càng nhanh nếu có gia nhiệt

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

• Tẩm liên tục cho sản phẩm đồng nhất hơn về thành phần hoạt tính xúc tác

• Sau mỗi lần tẩm cần chuyển qua giai đoạn gia công nhiệt

• Số lần tẩm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc lỗ xốp của chất mang để chuyển vận đến tận bên trong mao quản…

• Đặc biệt mao quản nhỏ, tẩm nhiều có thể làm bít hoàn toàn các mao quản, làm mất tác dụng xúc tác

Tẩm xúc tác

• Đa số các trường hợp, thời gian tẩm có thể xác định theo pt Enstein:

• r: quãng đường đi trung bình của cấu tử khuếch tán (xem là bán bán kính hạt)

• De : hệ số khuếch tán.

τ = r 2 /(2D e )

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

II/ MỘT SỐ CHẤT MANG QUAN TRỌNG

• Là chất trong suốt hay hạt mờ, có nhiều lỗ xốp.

S i l i c a g e l

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

• Cấu trúc xốp phụ thuộc vào loại silicagel, có thể dao động khoảng 20-60%

• Bề mặt riêng 200-800 m2/g

• Đường kính lỗ xốp khoảng 3-10 nm

• Đóng vai trò như là chất mang của chất xúc tác hoạt động

S i l i c a g e l

• Trong công nghiệp, cho hydroxit silicagel pư với H2SO4.

• Quy trình

• Hydroxyt vô định hình của silic (SiO2.n H2O)

• Sự biến đổi của gel theo cơ chế đa ngưng tụ, tạo các

phần tử với kích thước keo dạng cầu

• nSi(OH)4 Si→ Si nO2n-m + (2n-m)H2O

Sản xuất

S i l i c a g e l

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

• Ngoài ra, sản xuất silicagel trong công nghiệp theo pư:

• Na2O.3SiO2 + H2SO4 3SiO→ Si 2 + H2O + Na2SO4

• Keo tạo ra được đóng rắn, rửa làm khô và nung

• Loại gel như vậy có cấu trúc xốp đồng nhất

Sản xuất

S i l i c a g e l

Hệ thống sản xuất

S i l i c a g e l

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

O x i

t n h ơ m

-Al α-Al 2O3 γ- Al - Al2O3

 γ- Al- Al2O3 không những là chất mang mà còn là chất xúc tác của nhiều phản ứng

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

Đặc điểm của - Al γ- Al 2O3

Thành phần (% khối lượng) : Na2O từ 0,1-0,6%; SiO20,1-1,0%; Fe2O3 0,1-1,0%

Đường kính của hạt khoảng 3-4 nm

Khối lượng riêng chất đống 0,6-0,9 g/m3 Độ xốp tổng 0,4-0,7 cm3/g

Đường kính mao quản 3-4 nm

O x i

t n h ơ m

• Kỹ thuật sản xuất - Al γ- Al 2O3

 Hầu hết đều dựa trên cơ sở thu Al(OH)3 bằng cách tái kết

tủa đất sét dạng hydrat

 Bản chất quá trình thể hiện theo phản ứng sau:

• 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O

• Al2(SO4)3 + 6 NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4

 Sau đó, người ta nung Al(OH)3 thu được - Alγ- Al 2O3

O x i

t n h ơ m

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

Chuyển hóa - Al γ- Al 2O3 → Si -Al α-Al 2O3

• Thực hiện ở nhiệt độ cao hơn 11000C:

• γ- Al- Al2O3 → Si θ Al2O3 → Si -Alα-Al 2O3

• Ta phải chuyển như vậy vì trong một số trường hợp phải sử

dụng xúc tác ở trạng thái tầng sôi, đảo trộn mạnh bị mài → Si

mòn nhanh và có thể lôi cuốn ra khỏi vùng phản ứng

 Cần loại chất mang đặc biệt rắn chắc

•

O x i

t n h ơ m

SẢN XUẤT KHỐI TIẾP XÚC

• 1/ Xúc tác GIAP-3

• Thành phần(%khối lượng): -Al α-Al 2O3 (93%), - Al γ- Al 2O3(1,8%), NiO (5,1%)

• Thể tích xốp: ~35%

• Bề mặt riêng: ~5 m2/g

• Mật độ chất đống: ~1,0 g/cm3

O x i

t n h ơ m

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

2/ Khối tiếp xúc tầng sôi (FB)

 Dùng để oxy hóa SO2 trong lớp tầng sôi

 Chất xúc tác phải đặc biệt rắn chắc, vì khi đảo trộn mạnh, nó thường bị mài mòn nhanh và lôi cuốn ra khỏi vùng phản ứng

Ví dụ: Sự tổn thất Vanadi khi làm việc ở chế độ tầng

sôi trong 1 tháng >8-10% so với trọng lượng ban đầu

 Độ bền được tăng lên đáng kể khi sử dụng chất mang aluminosilicat

O x i

t n h ơ m

Sản xuất xúc tác

Oxit nhơm

Khối tiếp xúc tầng sôi (FB)

Là dạng hạt hình cầu màu vàng sậm

Thành phần (% khối lượng): V2O5 >= 7 ; K2O >=7 ;

Al2O3 ~ 4-6 ; SiO2 ~ 82-80Thể tích xốp ~ 50%

Bề mặt riêng ~ 20 m2/gĐộ mài mòn trong 1 tháng <= 1%

O x i

t n h ơ m

Quá trình thu chất xúc tác FB

1- Chuẩn bị dung dịch aluminosufat

2- Thu chất mang hình cấu

3- Làm khô, nung chất mang hình cầu

4- Tẩm chất mang

5- Làm khô và xúc tác

O x i

t n h ơ m

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Z e o l i t e

Công thức chung có dạng sau:

M2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O

trong đó n: hóa trị của ion kim loại M

x: tỉ số mol SiO2/Al2O3

y:số mol nước

x : xác định tính chất và cấu trúc của zeolite

Zeolite là các Aluminosilicate có cấu trúc tinh thể hở theo không gian 3 chiều

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

1 Cấu trúc zeolit :

Z e o l i t e

Giá trị nhất trong số xúc tác zeolite là các zeolite A,X,Y và một số khác .

Zeolite A có x ≈ 2;

X có x = 2,2-3

Y có x = 3,1-5,0Zeolite tổng hợp thu được thường là zeolite -Na

Bộ khung của zeolite cấu trúc với hàng trăm khoang tương đối lớn, thông với nhau qua cửa sổ kích

thước nhỏ Ví dụ:Trong 1 gam zeolite có đến

o l i t e

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Zeolite A Zeolite X,Y

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Z e o l i t e

 Trong mỗi loại zeolite có thành phần, cấu trúc, bản chất cation, kiểu phân bố cation khá đồng nhất

 Có cấu trúc xốp ( thể tích xốp chiếm khoảng 50%V)

 Bề mặt tiếp xúc pha lớn

 Dễ dàng tạo các trung tâm acid base khác nhau

Z e o l i t e

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Các lỗ xốp

Hấp phụ có tính chọn lọc rất cao

Dễ dàng trao đổi ion

Xúc tác có hoạt tính và độ chọn lọc cao

Z e o l i t e

3 Ứng dụng của zeolite

Ngoài ra zeolite còn là chất mang để tạo ra nhiều loại xúc tác khác : xúc tác base, oxi hóa khử

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Một phân tử phản ứng trên zeolite phải thực hiện các bước sau:

• Khuếch tán đến bề mặt của zeolit

• Đi vào mao quản qua các cửa sổ và khuếch tán đến trung tâm hoạt động

• Hấp phụ vào bên trong mao quản trên trung tâm hoạt động và hình thành hợp chất trung gian của phản ứng

• Thực hiện phản ứng tạo sản phẩm

• Khử hấp phụ và khuếch tán sản phẩm ra ngoài mao quản

4.Tổng hợp zeolite

-Các zeolite tổng hợp có thể thu được bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt ở dạng các tinh thể với kích thước cỡ micromet

-Việc tổng hợp các zeolite ở dạng Na+ tạo ra kết tủa alumosilicat của bazơ và cuối cùng tạo kết tủa

Z e o l i t e

Sản xuất zeolite dạng viên

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Z e o l i t e

Z e o l i t e

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Hơi quá nhiệt

Z e o l i t e

Z e o l i t e

4.Đưa xúc tác vào chất mang zeolite

Các phương pháp sử dụng :

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Z e o l i t e

Phương pháp xử lý zeolite:

3 phương pháp

Z e o l i t e

Trao đổi ion

Z e o l i t e

Nhận xét:

-Sự phân bố tốt nhất kim loại có thể đạt được trong trường hợp : trước giai đoạn khử phải khử hết nước trong zeolite

-Trong quá trình khử các mẫu người ta nhận thấy có sự di chuyển kim loại từ thể tích của tinh thể zeolite đến bề mặt bên trong của chúng

và tạo ra các kim loại dạng khối Dọc theo khoang sự di chuyển của kim loại trong zeolite được sắp xếp theo dãy sau: Ag>Pb>Cu>Ni > Pt

Z e o l i t e

Tẩm zeolite

được thực hiện bằng một số dung dịch hữu cơ hay

vô cơ chứa hợp chất các kim loại mà có thể tách thành kim loại khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bền của tinh thể do vậy thường sử dụng cacbonat và hydrocacbonat của Fe, Co, Ni, Cr

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Z e o l i t e

Sản xuất xúc tác

Oxit nhôm

Nguồn tài liệu :

Bài giảng kỹ thuật xúc tác - Mai Hữu Khiêmwww.Wikipedia.com

www.china-silicagel.net

www.sciences.com