Tiểu luận động học xúc tác: Hiện trạng và xu hướng tương lai của xúc tác trong lọc hóa dầu

Xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu phát triển từ giữathế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 có tới 8090 % các sản phẩmtrong cuộc sống có sử dụng xúc tác trong sản xuất đặcbiệt trong ngành lọc hóa dầu.• Hiện nay các hãng năng lượng trên thế giới đang yêu cầucần giảm thiểu lượng CO2 nên đã xuất hiện nhiều nguồnnăng lượng thay thế nhưng ở mức độ nhất định và dầumỏ vẫn là nguồn năng lượng chính.=> Xúc tác vẫn đóng vai trò hàng đầu trong phát triển côngnghệ và kinh tế trong thế kỷ 21.2.1. Sự phát triển của lọc hóa dầu: các sự kiệnkinh tế chính trị dẫn đến hệ quả.1• Cần tìm năng lượng thay thế nhưng nănglượng dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế• Phân đoạn nặng ít được chế biến thànhphân đoạn nhẹ hơn dù nhu cầu phân đoạnnhẹ cao nên cracking xúc tác phát triển.n người nhận thức rõ hơn về việc bảo vệmôi trường nên đưa ra các tiêu chuẩn chonhiên liệu động cơ.

Đề tài: Hiện trạng và xu hướng tương lai của

xúc tác trong lọc hóa dầu

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

Nội dung

 Giới thiệu.

 Những yếu tố nổi bật trong sự phát

triển của công nghiệp xúc tác trong lọc hóa dầu vào nửa cuối thế kỷ 20.

 Định hướng lâu dài của ngành công

nghiệp xúc tác trong lọc hóa dầu.

 Kết

1.Giới thiệu

• Xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu phát triển từ giữa thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 có tới 80-90 % các sản phẩm trong cuộc sống có sử dụng xúc tác trong sản xuất đặc biệt trong ngành lọc hóa dầu.

• Hiện nay các hãng năng lượng trên thế giới đang yêu cầu cần giảm thiểu lượng CO2 nên đã xuất hiện nhiều nguồn năng lượng thay thế nhưng ở mức độ nhất định và dầu

mỏ vẫn là nguồn năng lượng chính.

=> Xúc tác vẫn đóng vai trò hàng đầu trong phát triển công nghệ và kinh tế trong thế kỷ 21.

2.1 Sự phát triển của lọc hóa dầu: các sự kiện kinh tế chính trị dẫn đến hệ quả.

3

• Con người nhận thức rõ hơn về việc bảo vệmôi trường nên đưa ra các tiêu chuẩn chonhiên liệu động cơ

2.Những yếu tố nổi bật trong sự phát triển xúc

tác trong lọc hóa dầu nửa cuối thế kỉ 20

Những nguồn năng lượng sử dụng trên thế giới năm 2013

Các tiêu chuẩn của nhiên liệu động cơ

Sản phẩm chính hướng đến tăng hàm lượng Hydro và giảm hàm lượng lưu huỳnh dẫn tới tăng lượng CO2 trong các nhà máy lọc dầu

Ngành công nghiệp hóa dầu ra đời bổ sung

cho ngành công nghiệp lọc dầu

2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá trình lọc dầu thông dụng.

2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá trình lọc dầu thông dụng.

1990s

đến nay

• ZSM-5

2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá

Pt-2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá

trình lọc dầu thông dụng.

Hydrocracking

Thay thế zeolit Y bằng zeolit Y siêu bền (USY)

Thay thế aluminasilica vô định hình bằng zeolite Y trao đổi

ion với kiềm thổ

Xúc tác lưỡng chức chức hydro hóa-chức khử

Chức Hydro hóa: sunfit Ni và

Mo hoặc các kim loại quý

Chức khử: chức axit mang trênaluminasilica vô định hình

akyl hoá isobutene-butene

1940s • xúc tác lỏng H2SO4 và HF

1990s

• Các xúc tác rắn được đề xuất bao gồm cácaxit zeolit (Shell, Akzo), siêu axit triflic mangtrên slica xốp (Topsoe),…

Isome hóa paraffin nhẹ C5-C6

2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá trình lọc dầu thông dụng.

Thay thế hai loại chất trợ bằng một chất trợ với tính axit tương đương hoặc gần với chlonirated alumina và dễ sử dụng như zeolit

Quá trình

hydro hóa

Hydro hóa của vòng thơm

1980 Xúc tác Pd

1960

• Rộng rãi nhất , diolefin và các ankyn trong phân đoạn olefin từ C2- C5

• Bổ sung thêm kim loại thứ 2

=> Cải thiện năng suất , nhất là đọ chọn lọc

• Xúc tác Ni sử dụng nguyên liệu chứa lưu huỳnh tự do như quá trình IFP

• Pt thay thế cho Ni nếu nguyên liệu chứa vết sulfur

2.2.3.1 Sự phát triển của các quá trình hóa dầu

2.2.3.2 Chuyển hóa của các olefin

• Xúc tác :

 Ziegler-Natta

 metallocene, single site

• Sử dung chính cho quá trình trùng hợp

• Các Olefin alpha nhẹ được sản xuất bởi quá trình oligomer hóa của ethylene.

• Sử dụng xúc tác ZSM5

Ngày nay • Xúc tác lưỡng chức

 Tầng sôi trong FCC năm 1940,

 Tái xúc tác hoặc CCR trong reforming 1970

 Chưng cất cột xúc tác năm 1980,quá trình alkyhoa benzene

 Sử dụng lò phản ứng năm 1964, quá trình hydro hóa benzene thành

cyclohexan, sử dụng rộng rãi năm 1993 cho tổng hợp Fischer-Tropsch.

2.3.3 Công nghệ

2.3 Các tiến bộ công nghệ

2.3.4 Phản ứng

1950-1960 hầu hết các phản ứng đã được biết đến

1970 phát hiện thêm 1 số phản ứng mới bởi Mobil

Sự chuyển hóa trực tiếp của methanol thành hydrocacbon và vòngthơm ankan nhẹ C3-C4 thành hợp chất thơm

Một số phản ứng sau này mới được biết đến như:

+ Ankyl hóa chọn lọc toluene bằng methanol

+ Sự hóa vòng thơm của paraffin thành C6+trên xúc tác bazo Pt/ K-L

Kỹ sư tự động hóa về xúc tác trong buồng đốt

ô tô

3 Định hướng lâu dài ngành công nghiệp xúc tác trong lọc hóa dầu

• Giảm lượng khí thải

• Thiếu trữ lượng và hiệu ứng nhà kính là động lực để bảo vệ môi trường

năng lượng mới

3.1 Hướng chính phát triển kinh tế trong lĩnh vực năng lương

3.3 Các nguồn năng lượng thay thế

3.3.1 KHÍ TỰ NHIÊN

- Ở châu Âu dùng sản xuất điện và nhiên liệu động cơ Trong tương lại phầnlớn khí tự nhiên dùng để sản xuất các nhiên liệu động cơ và các sản phẩm trung giancho ngành hóa học

- Có 2 cách chuyển đổi khí tự nhiên:

26

Phương pháp gián tiếp

• Dùng Fischer-tropcher biến đổi khí tự nhiên thành khítổng hợp hoặc tổng hợp methanol

• Tổng hợp FT cho sản phẩm là hydrocacbon và sảnphẩm chưng cất ở giữa chất lượng cao

3.3.2 Than đá

• Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch, thành phần chính là C ngoài ra còn có cácnguyên tố khác như S, N

• Khi đốt cháy sinh ra lượng lớn khí CO2

nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường

hiệu ứng nhà kính…

27

• AromatiicHóa lỏng

• Sản xuất hydrocacbon khí cho ngành hóa dầu và hydrocacbon lỏng cho nhiên liệu sạch.

• Thực hiện ở 1300-1400 C

• Khí tổng hợp thu được dùng để sản xuất nhiên liệu động cơ theo FT hoặc methanol

Hóa khí

Các cách chuyển đổi

3.3.3 Sinh khối (Biomass)

 Biomass là nguồn duy nhất không thể thay thế thức ăn của con người Nhiênliệu sinh khối tồn tại thể rắn, lỏng khí

Được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau như : Gỗ, chất thải nông nghiệp, thức

ăn thừa

Có 3 cách để chuyển hóa biomass thành nguồn năng lượng:

+Quá trình chuyển hóa hóa học với sự có mặt của xúc tác dẫn tới quátrình sản xuất nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học hoặc dầu nhờn sinh học hoặcquá trình khí hóa

+ Nhiệt phân xúc tác trong điều kiện thiếu oxi+ Lên men dùng xúc tác enzim

Sản phẩm

3.3.4 Công nghê sinh học

 Ngành công nghệ sinh học đặc biệt là các xúc tác sinh học đóng vai trò quan trọngtrong tương lai

 Khí hóa sản phẩm sinh học thành các sản phẩm thay thế để sản xuất khí tổng hợp vàhydro

 Các ứng dụng chủ yếu là : xử lý khí tổng hợp, chất thải rắn, xử lý sinh học nước bị

ô nhiễm…

 Hydro là chất quan trọng cung cấp năng lượng cao và hạn chế các phản ứng phụ

Được vận chuyển bằng đường ống ở dạng lỏng

 Sản xuất bằng khí hóa than, biomass, steam reforming của metan hoặc điện phân

nước…

PƯ WGS : CO + H20 <-> H2 +CO2+ Phản ứng quan trọng trong sản xuất H2 với mục đích giảm lượng CO vàtăng H2

+ Xúc tác : Fe3O4/Cr2O3/CuO

• Hydro thay thế một số nhiên

liệu động cơ dầu Có 2 cách

chuyển đổi : trực tiếp sử

dung động cơ đôt trong hoặc

pin nhiên liệu nhưng cả 2

cách đều gặp vấn đề phân

phối và lưu trữ

32

Các yêu cầu của xúc tác :

- các vật liệu xúc tác mới có mao quản nhỏ và trung bình,xúc tácmàng hoặc các thiết bị phản ứng màng, vật liệu mới cho lưu trữ hydrogen

- việc thay thế các kim loại quý hiếm

- sự phát triển của xúc tác sinh học cho các phân đoạn dầu mỏtrong thời gian trung hạn, và sự biến đổi của sinh khối trong dài hạn

- tối ưu hóa việc sử dụng các chất xúc tác thông qua các kỹ thuậtthực hiện các ngành công nghiệp mới

- cải thiện sự hiểu biết về cơ chế phản ứng và các chất xúc tác vàphương thức hoạt động thông qua việc sử dụng kỹ thuật phát triển mới

33

 -Tiếp tục thay đổi trong tương lai trong ngành công nghiệp lọc hóa dầu

+ Bảo vệ môi trường, chống lại hiệu ứng nhà kính.

+ Cạnh tranh quốc tế, tiến bộ trong tất cả các lĩnh vực.

+ Xúc tác chọn lọc là yếu tố đặc biệt quan tâm

- 2020 và xa hơn cần phải thay thế dần bằng các nguồn năng lượng khác : Hydro, nhiên liệu sinh học…

4 Kết luận