Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác thải fcc đối với bê tông nghiên cứu khoa học

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần chính của xi măng và xúc tác thải FCC% khối lượng Bảng 1.2 Một số thông số công nghệ của quá trình cracking xúc tác Bảng 2.1.. Sơ đồ gồm một reactor

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Thuộc nhóm ngành khoa học: Vật liệu xây dựng

Năm thứ : 4.5 /Số năm đào tạo: 4.5

Người hướng dẫn : Thạc sĩ TRẦN TRUNG DŨNG

Thành phố Hồ Chí Minh, 3/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác thải FCC đối với bê tông

Sinh viên thực hiện: VÕ HOÀNG TUẤN

Lớp: XD10A1 Khoa:Xây dựng & Điện Năm thứ: 4.5 Số năm đào tạo: 4,5

Người hướng dẫn: Th.s Trần Trung Dũng

2 Mục tiêu đề tài:

- Đánh giá hiệu quả của phế thải xúc tác FCC trong bê tông

- Các tính chất của bê tông được nghiên cứu gồm : độ sụt, cường độ, chống thấm, khả năng chống xâm thực và hiệu quả kinh tế

3 Tính mới và sáng tạo:

Tận dụng được sản phẩm FCC thải của nhà máy lọc dầu

Nếu kết quả nghiên cứu khả quan, hoàn toàn có thể đưa vào ứng dụng thực tế tại các trạm trộn và nhà máy sản xuất bê tông tươi hoặc cấu kiện bê tông đúc sẵn gần nhà máy lọc dầu Dung Quốc sẽ hiệu quả kinh tế hơn khi tiết kiệm được chi phí cho 1m3

bê tông đồng thời giải quyết được vấn đề môi trường đối với loại nguyên liệu này

4 Kết quả nghiên cứu:

Mẫu FCC được thí nghiệm tốt với bê tông, kết quả thí nghiệm có cường độ nén mẫu FCC cao hơn so với mẫu đối chứng và hiệu quả về kinh tế trong xây dựng

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Tận dụng được sản phẩm FCC thải của nhà máy lọc dầu

Giảm thiểu lượng lớn chất thải FCC ra ngoài môi trường

Tạo ra nguồn nguyên, nhiên liệu mới góp phần làm đa dạng nguồn nguyên liệu cho ngành xây dựng và công nghiệp

Sử dụng vật liệu phế thải để thay thế vật liệu xi măng trong bê tông sẻ giảm đáng

kể chi phí khi thi công nhưng vẫn đảm bảo chất lượng cho công trình

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực

hiện đề tài:

……………….

………

………

……….

………

………

……….

………

………

……….

………

………

……….

………

………

……….

………

Ngày tháng năm

Xác nhận của đơn vị

(ký tên và đóng dấu)

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: VÕ HOÀNG TUẤN

Sinh ngày: 12 tháng 09 năm1991

Nơi sinh: P.Vĩnh Hòa, TP Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa

Lớp: XD10A1 Khóa:2010

Khoa: Xây Dựng & Điện

Địa chỉ liên hệ: 193/20 Ung Văn Khiêm, P22, Quận Bình Thạnh,TPHCM

Điện thoại: 01645.270.227 Email: vhtuan1991@gmail.com

CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: NGÔ XUÂN KHÁNH

Sinh ngày: 10 tháng 10 năm 1992

Nơi sinh: Huyện Hòa Thành, tỉnh Tây Ninh

Lớp: XD10A7 Khóa:2010

Khoa: Xây Dựng & Điện

Địa chỉ liên hệ: 012 lô B cc Phạm Viết Chánh, P.19, Q.Bình Thạnh, TP HCM Điện thoại: 0962715726 Email: khanhngo.green@gmail.com

CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: LÊ THỊ HỒNG VÂN

Sinh ngày: 07 tháng 03 năm 1992

Nơi sinh: Xã Hưng Thạnh, Huyện Tân Phước, Tỉnh Tiền Giang

Lớp: XD10A4 Khóa:2010

Khoa: Xây Dựng & Điện

Địa chỉ liên hệ: Số nhà 465, Nơ Trang Long, P13, Q Bình Thạnh

Điện thoại: 01648517960 Email: levan.ou92@gmail.com

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, nhà máy lọc dầu Dung Quốc thải ra trung bình khoảng 1540 tấn RFCC, trước đây xúc tác FCC thải ra môi trường được xử lý bằng phương pháp đơn giản là đem đi chôn lấp (như một loại rác thải rắn nguy hại thông thường) Thành phần hạt xúc tác FCC thường ở dạng rất mịn (khả năng gây bụi là rất lớn) đồng thời chứa nhiều thành phần có khả năng gây ô nhiễm môi trường như Si, Al, Fe, Ni, Ti, Pt…

Nhưng trong thành phần chất xúc tác FCC có nhiều thành phần và các đặc tính kỹ thuật quý nên việc chôn lấp là một điều rất lãng phí Với các thành phần chính giàu SiO2, Al2O3 …lớn hơn nhiều so với xi măng và thành phần hạt rất mịn Nên nhóm

nghiên cứu phát sinh ý tưởng “Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác thải FCC đối với bê tông” với hi vọng xử lý được vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng tối

đa thành phần khoáng vào trong bê tông

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

- Đánh giá hiệu quả của phế thải xúc tác FCC trong bê tông

- Các tính chất của bê tông được nghiên cứu gồm : độ sụt, cường độ, chống thấm, khả năng chống xâm thực và hiệu quả kinh tế

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm để xét các yếu tố ảnh hưởng của chất xúc tác

đối với bê tông, qua đó rút ra các ưu điểm và hạn chế trong quá trình thí nghiệm

- Từ mẫu đối chứng không có chất xúc tác, tiến hành thay thế một phần xi măng bằng chất xúc tác theo tỉ lệ 1% đến 80%  so sánh khảo sát sự thay đổi các tính chất của bê tông như độ sụt, độ hút nước, cường độ và đánh giá hiệu quả kinh tế và các tính chất bê tông

4 ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Phòng thí nghiệm vật liệu Xây Dựng

Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ tháng 10 năm 2014 đến tháng 03 năm 2015

5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

phân tích đánh giá hiệu quả của FCC thải đối với bê tông và khảo sát những tính chất của nó Qua đó đề xuất và kiến nghị cũng như đóng góp cho các đề tài tiếp theo

Phạm vi nghiên cứu : Thực nghiệm ảnh hưởng FCC thải với cường độ bê tông

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Tận dụng được sản phẩm FCC thải của nhà máy lọc dầu

Nếu kết quả nghiên cứu khả quan, hoàn toàn có thể đưa vào ứng dụng thực tế tại các trạm trộn và nhà máy sản xuất bê tông tươi hoặc cấu kiện bê tông đúc sẵn gần nhà máy lọc dầu Dung Quốc sẽ hiệu quả kinh tế hơn khi tiết kiệm được chi phí cho 1m3 bê tông đồng thời giải quyết được vấn đề môi trường đối với loại nguyên liệu này

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần chính của xi măng và xúc tác thải FCC(% khối lượng)

Bảng 1.2 Một số thông số công nghệ của quá trình cracking xúc tác

Bảng 2.1 Quan hệ giữa tỉ lệ N/X và cường độ nén bê tông theo ACI 211.1997

Bảng 3.1 Thành phần chính của xi măng và xúc tác thải FCC (% khối lượng)

Bảng 3.2: Khối lượng riêng của xi măng

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm lượng nước tiêu chuẩn, độ dẻo tiêu chuẩn

Bảng 3.4 :Kết quả thí nghiệm các tính chất của xi măng HÀ TIÊN PCB40

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm lượng sót của sàn

Bảng 4.1: Thành phần cấp phối bê tông

Bảng 4.2: Cường độ nén bê tông (đơn vị Mpa)

Bảng 4.3: Kết quả kiểm tra độ sụt bê tông :

Bảng 4.4: Khối lượng thể tích của các mẫu

Bảng 4.5: Độ hút nước của các mẫu

Bảng 4.6: Cấp phối của các mẫu thí nghiệm mác 300

Bảng 4.7: Kết quả cường độ nén mẫu 300

Bảng 4.8: Kết quả cường độ nén mẫu mác 300 và mác 400

Bảng 4.9: Cấp phối của mác bê tông tận dụng tối đa

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ nghiên tắc của quá trình cracking xúc tác công nghiệp

Hình 1.2 : Công nhân vận hành dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC

đã qua sử dụng của nhà máy Lọc dầu Dung Quốc

Hình 2.1 Quá trình thủy hóa xi măng

Hình 2.5 Quan hệ giữa cường độ nén và tỉ lệ N/X (theo phương pháp thiết kế của Anh)

Hình 3.1: Thiết bị dùng để thử khối lượng riêng của xi măng

Hình 3.2 : Thiết bị dùng để thử độ dẻo tiêu chuẩn

Hình 4.4: Thí nghiệm kiểm tra độ sụt

Hình 4.5: Kiểm tra độ sụt của các mẫu thí nghiệm

Hình 4.6: Biểu đồ độ sụt của các mẫu

Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện độ hút nước của các mẫu

Hình 4.8: Biểu đồ kết quả cường độ nén mẫu mác 300 và mác 400

MỤC LỤC

PHẦN GIỚI THIỆU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, nhà máy lọc dầu Dung Quốc thải ra trung bình khoảng 1540 tấn RFCC, trước đây xúc tác FCC thải ra môi trường được xử lý bằng phương pháp đơn giản là đem đi chôn lấp (như một loại rác thải rắn nguy hại thông thường) Thành phần hạt xúc tác FCC thường ở dạng rất mịn (khả năng gây bụi là rất lớn) đồng thời chứa nhiều thành phần có khả năng gây ô nhiễm môi trường như

Si, Al, Fe, Ni, Ti, Pt…

Nhưng trong thành phần chất xúc tác FCC có nhiều thành phần và các đặc tính kỹ thuật quý nên việc chôn lấp là một điều rất lãng phí Với các thành phần chính giàu SiO2, Al2O3 …lớn hơn nhiều so với xi măng và thành phần hạt rất

mịn Nên nhóm nghiên cứu phát sinh ý tưởng “Nghiên cứu ứng dụng chất xúc

tác thải FCC đối với bê tông” với hi vọng xử lý được vấn đề ô nhiễm môi

trường mà còn tận dụng tối đa thành phần khoáng vào trong bê tông.

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

- Đánh giá hiệu quả của phế thải xúc tác FCC trong bê tông

- Các tính chất của bê tông được nghiên cứu gồm : độ sụt, cường độ, chống thấm, khả năng chống xâm thực và hiệu quả kinh tế

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Sử dụng bài toán thực nghiệm để xét các yếu tố ảnh hưởng của chất xúc

tác đối với bê tông, qua đó rút ra và hạn chế được thí nghiệm

- Từ mẫu đối chứng không có chất xúc tác, tiến hành thay thế một phần xi măng bằng chất xúc tác theo tỉ lệ 1% đến 80%  so sánh khảo sát sự thay đổi các tính chất của bê tông như độ sụt, độ hút nước, cường độ và đánh giá hiệu quả kinh tế và các tính chất bê tông

Phạm vi nghiên cứu: bê tông nặng thông thường

4 ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Phòng thí nghiệm vật liệu Xây Dựng

Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ tháng 10 năm 2014 đến tháng 03 năm 2015

5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là sản phẩm FCC thải của nhà máy lọc dầu, nghiên cứu phân tích đánh giá hiệu quả của FCC thải đối với bê tông và khảo sát những tính chất của nó Qua đó đề xuất và kiến nghị cũng như đóng góp cho các đề tài tiếp theo

Phạm vi nghiên cứu : Thực nghiệm ảnh hưởng FCC thải với cường độ bê tông

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Tận dụng được sản phẩm FCC thải của nhà máy lọc dầu

Nếu kết quả nghiên cứu khả quan, hoàn toàn có thể đưa vào ứng dụng thực tế tại các trạm trộn và nhà máy sản xuất bê tông tươi hoặc cấu kiện bê tông đúc sẵn gần nhà máy lọc dầu Dung Quốc sẽ hiệu quả kinh tế hơn khi tiết kiệm được chi phí cho 1m3

bê tông đồng thời giải quyết được vấn đề môi trường đối với loại nguyên liệu này

CHƯƠNG1: MỞ ĐẦU

1.1 GiỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ FCC

Ngày nay, nhu cầu về nhiên liệu nói riêng và năng lượng nói chung ngày một tăng,

do đó quá trình công nghệ FCC được sử dụng ngày càng nhiều nên lượng xúc tác FCC

thải ra là rất lớn Bên cạnh đó việc sử lý rác thải từ công nghệ FCC chưa được quan

tâm và chú trọng đến, hiện nay cũng có một số đề tài nghiên cứu về cách xử lý FCC

như nghiên cứu quy trình, công nghệ tái sử dụng cracking FCC hay sử dụng gạch

không nung bằng khí chưng áp cao của FCC Nhưng do điều kiện về mặt công nghệ và

kỹ thuật nên giá thành các loại sản phẩm còn khá cao nên khả năng ứng dụng còn

nhiều hạn chế

Việc sử dụng công nghệ, nhiên liệu cho máy móc ngày một tăng nên lượng

cracking thải FCC từ nhà máy lọc dầu Dung Quốc có tiềm năng rất lớn Vì vậy, vấn đề

xử lý xúc tác FCC thải ngày càng trở nên quan trọng và được quan tâm nhiều hơn

Trước đây, việc sử lý xúc tác FCC đa số là được xử lý bằng phương pháp đơn giản là

đóng rắn rồi chôn lấp (như một loại rác thải nguy hại thông thường) Tuy nhiên, khi

tổng lượng xúc tác thải này ngày càng lớn thì việc chôn lấp mất dần tính thực tế, gây

nguy hại cho môi trường

Mặt khác, xúc tác FCC thải vẫn còn có nhiều thành phần và các đặc tính kỹ thuật

quý nên việc chôn lấp là một sự lãng phí lớn Với thành phần chính là silic và nhôm -

thành phần tương tự như trong vật liệu xây dựng (bảng 1.1), qua đó nhóm nghiên cứu

đã tận dụng nguồn FCC thải để đặt mục tiêu “Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác

thải FCC đối với bê tông” với hi vọng xử lý được vấn đề ô nhiễm môi trường mà

còn tận dụng tối đa thành phần khoáng vào trong bê tông

Bảng 1.1 Thành phần chính của xi măng và xúc tác thải FCC(% khối lượng)

Các quá trình cracking hiện nay tại nhà máy lọc dầu, thoạt tiên được thực hiện

không có mặt xúc tác, nhưng về sau nhiều chất xúc tác cracking liên tục được nghiên

cứu và cải tiến

Hầu hết chất xúc tác cracking là xúc tác axit Sự phát minh ra xúc tác zeolit và

liên tục cải tiến chất xúc tác này là thành tự lớn trong lĩnh vực lọc – hóa dầu Các

zeolit xúc tác cho phản ứng cracking dầu mỏ nhanh hơn, hiệu quả hơn rất nhiều so với

chất xúc tác dạng aluminosilicat vô định hình trước kia Zeolit là vật liệu

aluminosilicat tinh thể, bên trong nó chứa những hệ mao quản đồng đều có kích thước

cỡ phân tử [2] Cấu trúc tinh thể và tính chất bề mặt của zeolit được xác định khá

chính xác và rõ ràng, trong khi đó các tham số cấu trúc của các chất xúc tác rắn ở dạng

vô định hình lại hay thay đổi và khó xác định

Ngày nay, với xúc tác zeolit Y siêu bền (USY) người ta thực hiện trong thiết bị

phản ứng kiểu reactor ống nhỏ thẳng đứng (reactor – riser) Trong reactor – riser, các

hạt xúc tác có kích thước nhỏ (20 – 200 μm) [1] được chuyển qua reactor rất nhanh

nhờ dòng hydrocacbon hóa hơi trong trạng thái lưu thể (fluid), chất xúc tác và

hydrocacbon tiếp xúc nhau trong một thời gian rất ngắn (5 – 10 giây)

Sơ đồ nguyên tắc của một quá trình cracking xúc tác trong công nghiệp được thể hiện

ở hình 1.1 Sơ đồ gồm một reactor chứa lớp xúc tác động cùng một bộ phận tách hạt

xúc tác và sản phẩm; một thiết bị hoàn nguyên xúc tác và một thiết bị chưng cất để tác

sản phẩm cracking thành các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau và một phần dầu

nặng được hồi lưu trở lại thiết bị cracking xúc tác Một số thông số công nghệ của quá

trình cracking xúc tác xảy ra trong reactor ống đứng được trình bày trong bảng 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ nghiên tắc của quá trình cracking xúc tác công nghiệp

Bảng 1.2 Một số thông số công nghệ của quá trình cracking xúc tác

Từ giữa thập kỷ 1960 việc ứng dụng xúc tác zeolit ở quy mô công nghiệp đã tạo ra

một bước nhảy vọt trong công nghệ xúc tác cho các quá trình lọc dầu Các xúc tác

zeolit có hoạt tính, độ chọn lọc gasolin và độ ổn định rất cao so với chất xúc tác

aluminosilicat vô định hình Nhờ những ưu điểm nổi bật của chất xúc tác zeolit mà từ

đó đến nay nhiều sáng chế và cải tiến quy trình công nghệ cracking xúc tác đã liên tục

triển khai Hãng UOP đã chế tạo ra một hệ thiết bị phản ứng mới với các phản ứng

cracking được thực hiện trong một reactor dạng ống đứng (reactor – riser) Hệ thiết bị

này đem lại độ chọn lọc gasolin cao hơn, khí và cốc giảm hơn

Bên cạnh quan tâm cải tiến reactor phản ứng, người ta còn quan tâm cải tiến hệ

thống hoàn nguyên xúc tác Trước đây hệ thống hoàn nguyên xúc tác được thực hiện

bằng phương pháp đốt cháy không hoàn toàn nên vẫn còn nhiều cốc bám trên bề mặt

xúc tác và khí thải chứa nhiều CO Từ năm 1973, hãng UOP lắp đặt thiết bị hoàn

nguyên xúc tác mới có khả năng chuyển hóa trực tiếp CO thành CO2 Hệ thiết bị hoàn

nguyên xúc tác này còn làm giảm hàm lượng cốc còn lại trên xúc tác do đó làm tăng

chất lượng xúc tác Từ cuối những năm 1980, do khó khăn về nguồn dầu mỏ, các nhà

máy lọc dầu bắt đầu quan tâm đến việc chế biến dầu nặng hơn, đặc biệt là cặn dầu của

tháp chưng cất khí quyển Với nguyên liệu nặng thì hàm lượng chất gây ngộ độc xúc

tác cao hơn, đặc biệt là các kim loại như vanadi, nicken, do đó cần phải có một hệ

hoàn nguyên xúc tác tốt hơn để đáp ứng được đòi hỏi công nghệ này Năm 1983, hãng

UOP giới thiệu hệ hoàn nguyên xúc tác hai giai đoạn, trong đó giai đoạn một là đốt

cháy cốc không hoàn toàn sau đó xúc tác được chuyển sang giai đoạn tái sinh thứ hai,

ở đây, cốc được đốt cháy hoàn toàn để thu được xúc tác có chất lượng cao hơn

1.2 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC FCC

Các xúc tác FCC công nghiệp thường được chế tạo từ 3 – 25% (khối lượng)

zeolit tinh thể trong một chất nền là aluminosilicat vô định hình và hoặc

khoáng sét Để bảo đảm chế độ làm việc ở trạng thái lưu thể trong dòng hơi

hydrocacbon, đường kính hạt xúc tác nằm trong khoảng 20 - 60µm [1] Zeolit phải

được phân tán vào trong pha nền aluminosilicat để tránh hiệu ứng nhiệt cục bộ, để

ổn định hoạt tính xúc tác của zeolit nhờ cấu trúc xốp và độ axit khác nhau giữa

zeolit và pha vô định hình

Nhờ sự khác nhau đó mà xúc tác zeolit có hoạt tính cracking gasoil và độ chọn lọc

gasolin cao hơn nhiều so với xúc tác aluminosilicat vô định hình Ngày nay trong

chất xúc tác FCC, ngoài các hợp phần cơ bản là zeolit Y dạng USY và pha nền là

aluminosilicat vô định hình, người ta còn thêm vào các zeolit phụ gia (với hàm

lượng từ 1 – 10% khối lượng) như HZSM-5, HZSM-11… để tăng chỉ số octan của

xăng hoặc gia tăng hàm lượng olefin nhẹ trong thành phần của khí cracking, và thêm

một số phụ gia thụ động hóa kim loại [1]

1.2.1 Zeolit Y

a Đặc điểm cấu trúc của zeolit Y

Zeolit Y là thành phần quan trọng nhất trong xúc tác cracking Zeolit Y có

cấu trúc tinh thể giống như một zeolit có trong tự nhiên là Faujasite Thành phần hóa

học của một đơn vị tinh thể cơ bản của zeolit Y là:

Na56[(AlO2)56(SiO2)136].250H2O [1]

Tinh thể cơ bản của Y có cấu trúc lập phương, thuộc nhóm đối xứng

Fd3m, khoảng cách ô mạng a = 24,7 A0 Mật độ vật liệu của Y là 17,7

T/1000A3 (số nguyên tử T của tứ diện TO4 (T = Si, Al) trong 1000 A3) rất thấp,

chứng tỏ Y là zeolit khá rỗng, bên trong chứa nhiều thể tích trống [1]

b Các phương pháp điều chế zeolit Y có tỷ số Si/Al cao

Từ công thức thành phần hóa học cơ bản ta có thể dễ dàng nhận thấy tỷ

số Si/Al của zeolit Y là:

2

2

136

2, 43 56

SiO Si

AlO  Al  

Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng các zeolit có cấu trúc tinh thể kiểu

faujasite có thể dễ dàng tổng hợp trong điều kiện thủy nhiệt, với tỷ số Si/Al biến đổi

từ 1 – 2,5 [1] Trong đó zeolit có tỷ số:

1 < Si/Al < 1,5 gọi là zeolit X

1,5 < Si/Al < 2,5 gọi là zeolit Y

Sự phân loại như vậy chỉ có tính chất quy ước song nó thể hiện một đặc điểm

về độ bền nhiệt và độ bền thủy nhiệt của 2 loại zeolit đó Vì liên kết Si – O bền vững

hơn liên kết Al – O do đó khi tăng tỷ số Si/Al thì cấu trúc tinh thể zeolit bền vững

hơn ở nhiệt độ cao hơn trong sự có mặt của hơi nước

Chính vì thế, trong chế tạo xúc tác FCC ngày nay, người ta không sử dụng zeolit

X và các zeolit Y có tỷ số Si/Al thấp Các zeolit Y có tỷ số Si/Al cao (≥ 2,5) được

quan tâm đặc biệt khi chế tạo xúc tác cracking [1]

Sau khi tổng hợp được zeolit Y có tỷ số Si/Al ∼ 2,5, người ta thường sử dụng

các phương pháp sau để nâng tỷ số Si/Al của zeolit Y:

- Xử lý nhiệt và nhiệt - hơi nước

- Xử lý hóa học

- Kết hợp xử lý thủy nhiệt và xử lý hóa học

- Tổng hợp trực tiếp

* Xử lý nhiệt và nhiệt hơi nước

Nung zeolit Y đã trao đổi với ion NH4+ trong môi trường hơi nước để tách

nhôm trong tứ diện AlO4 ra khỏi mạng cấu trúc của zeolit Quá trình đó được tiến

hành ở nhiệt độ cao nhằm phân hủy các liên kết Si – O – Al, tạo ra các dạng nhôm

ngoài mạng và làm tăng tỷ số Si/Al trong mạng, làm giảm kích thước ô mạng cơ

sở Do độ dài liên kết Si – O = 1,619 A0

, của Al – O =1,729 A0, do đó khi tỷ số Si/Al tăng thì khoảng cách ô mạng cơ sở giảm [1]

Trong quá trình tách nhôm bằng nhiệt – hơi nước có thể làm phá vỡ một phần

cấu trúc tinh thể của zeolit, tạo ra một số dạng oxit nhôm, oxit silic,

aluminosilicat vô định hình Số lượng và dạng pha vô định hình tạo ra phụ thuộc

rất nhiều vào tỷ lệ Si/Al của zeolit ban đầu

* Xử lý hóa học

Zeolit Y có tỷ số Si/Al cao có thể được điều chế bằng cách tách nhôm từ zeolit

Y thông thường bằng các tác nhân hóa học khác nhau Trong trường hợp này, sự

tách nhôm kèm theo các phản ứng giữa zeolit và các tác nhân hóa học Có thể có hai

trường hợp xảy ra: vừa tách nhôm vừa thế silic vào mạng, tách nhôm nhưng không

thế silic vào mạng Các tác nhân tách nhôm có thể là: (NH4)2SiF6, SiCl4, tác nhân

selat (etylen diaminetetraacetic acid and salt), halogen bay hơi, fluorin

* Kết hợp xử lý nhiệt và xử lý hóa học

Phương pháp này nhằm chuyển zeolit Y dạng amoni ban đầu thành dạng siêu

bền bằng cách xử lý nhiệt tiếp đến xử lý hóa học để tách nhôm ngoài mạng Xử

lý hóa học có thể thực hiện bằng dung dịch axit (ví dụ HCl) hoặc dung dịch bazơ (ví

dụ NaOH), muối (ví dụ KF) hoặc bằng một số tác nhân selat (ví dụ EDTA) Nhôm

ngoài mạng cũng có thể loại bỏ bằng các phản ứng rắn – khí với các halogenua ở

nhiệt độ cao

* Tổng hợp trực tiếp

Hầu hết các zeolit Y thương mại đều có tỷ số Si/Al trong khoảng 2,5 –2,75

Việc tổng hợp trực tiếp zeolit Y có tỷ số Si/Al cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

nguồn vật liệu, thành phần gel, nhiệt độ và thời gian kết tinh, chất tạo cấu trúc hoặc

mầm kết tinh Ví dụ tăng chỉ số Si/Al trong gel hoặc thời gian kết tinh làm tăng tỷ

số Si/Al trong zeolit Thêm sol silic vào gel aluminosilicat làm tăng tỷ số Si/Al trong

zeolit Tuy nhiên các zeolit Y có tỷ số Si/Al cao hơn 3 – 3,25 chưa thể thực hiện

được ở quy mô công nghiệp bằng cách tổng hợp trực tiếp

c Các tính chất cơ bản của zeolit Y có tỷ số Si/Al cao

- Tỷ số Si/Al trong mạng tinh thể cao hơn

- Độ bền nhiệt và thủy nhiệt tốt hơn

- Khả năng trao đổi ion giảm

- Kích thước ô mạng cơ sở giảm

- Sự phân bố của nhôm trong hầu hết các zeolit USY là không đồng nhất

- Độ axit tổng giảm

- Lực axit của zeolit tăng

- Mật độ tâm axit giảm

1.2.2 Chất nền

Thành phần quan trọng thứ hai của xúc tác FCC là chất nền (pha nền) Nhiều

pha nền có thành phần tương tự thành phần của chất xúc tác cracking được sử dụng

trước đây khi chưa phát hiện ra zeolit, trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ 2, đất

sét xử lý axit hoặc aluminosilicat vô định hình được sử dụng làm xúc tác

cracking

Trong chất xúc tác FCC, zeolit được phân tán trong chất nền Thành phần

của chất nền và điều kiện chế tạo chất xúc tác được lựa chọn sao cho chất xúc tác

có hoạt tính và độ bền thích hợp

a Chức năng vật lý của chất nền

Chất nền của chất xúc tác đảm bảo một số chức năng vật lý quan trọng sau:

- Tác nhân kết dính: một trong những chức năng chính của chất nền là liên kết các

tinh thể zeolit trong hạt xúc tác Hạt phải có độ bền cơ học thích hợp, chịu được va

đập giữa các hạt và giữa các hạt với thành thiết bị phản ứng

- Hỗ trợ khuếch tán: chất nền đóng vai trò như chất hỗ trợ khuếch tán cho các

phân tử nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cracking Chất nền có hệ thống mao

quản với kích thước khá lớn nên thuận lợi cho sự vận chuyển các hydrocacbon

đến và rời khỏi bề mặt zeolit Các hệ thống mao quản của chất nền không bị

hỏng trong quá trình xử lý nhiệt, nhiệt-hơi nước, hoàn nguyên xúc tác

- Môi trường pha loãng: chất nền có tác dụng như một môi trường “pha loãng” các

tinh thể zeolit trong một thể tích vật liệu lớn hơn nhằm điều chỉnh hợp lý hoạt tính

xúc tác của zeolit và nhằm tránh các phản ứng cracking sâu

- Chất tải nhiệt: chất nền có chức năng như một vật liệu tải nhiệt trong các hạt xúc tác

FCC Nhờ khả năng tải nhiệt tốt của pha nền mà không xảy ra hiện tượng quá nhiệt

cục bộ, do đó, cấu trúc tinh thể zeolit không bị phá vỡ trong quá trình cracking và

hoàn nguyên xúc tác

- Chất thu gom natri: natri là một chất gây hại cho hoạt tính xúc tác, độ bền nhiệt và

thủy nhiệt của zeolit Nhờ khả năng trao đổi ion trong pha rắn, các ion natri trong

zeolit có thể di chuyển từ zeolit đến pha nền và do đó làm giảm hàm lượng natri trong

zeolit

b Chức năng xúc tác của chất nền

Ngoài chức năng vật lý, chất nền còn có chức năng xúc tác Chất nền đóng vai

trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất xúc tác của chất xúc tác FCC Do đó các

nhà sản xuất xúc tác đã sử dụng các chất nền hoạt động như oxit nhôm hoặc

aluminosilicat vô định hình Có thể chia chất nền thành hai loại:

- Chất nền có hoạt tính thấp: xúc tác FCC nếu chứa cùng một loại zeolit và cùng một

lượng zeolit thì xúc tác nào có pha nền hoạt tính thấp sẽ tạo ra ít cốc và khí hơn Ảnh

hưởng của pha nền đến giá trị octan của xăng là không đáng kể Tuy nhiên vì khả

năng tạo cốc và khí thấp nên xúc tác FCC này có thể hoạt động trong những điều

kiện khắc nghiệt hơn và do đó có thể tăng độ chuyển hóa và cải thiện chỉ số octan

của xăng nhiều hơn

- Chất nền có hoạt tính xúc tác cao và trung bình: các chất nền này có hoạt tính xúc

tác cracking, nhưng vẫn yếu hơn nhiều so với zeolit Hoạt tính của chất nền được

tạo ra là do bề mặt riêng cao (> 150 m2/g), có tính axit bề mặt và mao quản trong

khoảng 50 – 150 A0 Một chất nền hoạt động có thể thực hiện các chức năng xúc

tác sau:

+ cracking phân tử lớn trong phân đoạn đáy tháp (chưng cất), vì các hydrocacbon đó

không thể khuếch tán vào bên trong mao quản zeolit

+ Cải thiện chất lượng LCO do tăng hàm lượng hydrocacbon hydrophatic, vì các

aliphatic nặng của phân đoạn đáy được cracking dễ dàng nhờ chất nền

+ Nâng cao độ bền của xúc tác với kim loại, vì chất nền có thể cracking các phân

đoạn nặng chứa kim loại và liên kết với kim loại nhờ đó bảo vệ zeolit trước sự

tấn công của kim loại

+ Cải thiện độ bền của xúc tác đối với các hợp chất nitơ trong nguyên liệu cracking

nhờ đó tránh được ngộ độc bởi các hợp chất của nitơ

+ Giảm thiểu lượng phát thải SOx

+ Cải thiện trị số octan của xăng do hạn chế tốc độ phản ứng chuyển dịch hydro

Xúc tác FCC có pha nền hoạt tính thường được sử dụng trong các công đoạn mà

người ta không thể tiến hành cracking trong những điều kiện khắc nghiệt Dưới

những điều kiện cracking bình thường, chất nền hoạt tính có thể góp phần gia tăng

độ chuyển hóa và giá trị octan của xăng Tuy nhiên, chất nền hoạt tính cũng làm

giảm độ chọn lọc, làm tăng cốc, khí khô và các olephin C3, C4

1.2.3 Các chất phụ trợ xúc tác [1]

Nhằm nâng cao chất lượng nhiên liệu, sản xuất gasolin nhiều hơn, đồng thời

phải tạo ra nhiều sản phẩm khác, ví dụ như anken nhẹ nhằm phục vụ cho công nghiệp

hóa dầu, các chất phụ trợ được thêm vào xúc tác FCC như zeolit ZSM-5, zeolit β,

và một số chất phụ trợ khác

a Zeolit ZSM-5

Công thức hóa học: NanAlnSiO96-nO192.~16H2O (n<27)

Zeolit ZSM-5 là một zeolit có hàm lượng SiO2 cao, tỉ số SiO2/Al2O3 có thể

biến đổi từ 20 đến 8000 Ngoài tính chất axit mạnh của H- ZSM-5, zeolit này cón có

một tính chất nổi bật là tính chất chọn lọc hình dạng Đây là yếu tố then chốt làm gia

tăng chỉ số octan của gasolin khi ZSM-5 được sử dụng là chất phụ trợ cho xúc tác

cracking FCC Zeolit ZSM-5 thực sự là một chất phụ trợ hiệu quả cho xúc tác FCC

để làm tăng giá trị octan của gasolin và olefin nhẹ, đặc biệt là propen

b Các vật liệu rây phân tử (RPT) dẫn xuất từ AlPO 4 : SAPO, MeAPO, MeAPSO

Theo một số phát minh, vật liệu rây phân tử dạng aluminophosphat và dẫn

xuất được thêm vào xúc tác FCC nhằm làm tăng chỉ số octan của gasolin, tuy nhiên

cho đến nay các xúc tác này chưa được thương mại hóa

- AlPO4-n

Thành phần hóa học: xR.Al2O3.1,0-1,2P2O5.4H2O (R là chất tạo cấu trúc hữu cơ) Vật

liệu AlPO4-n có độ axit bề mặt rất nhỏ nên bị hạn chế trong chế tạo chất xúc tác

craking

- Các vật liệu SAPO, MeAPO và MeAPSO

Các loại vật liệu SAPO, MeAPO và MeAPSO được điều chế bằng cách thay

thế đồng hình một số nguyên tố khác nhau vào mạng AlPO4 Chẳng hạn, thêm silic

vào mạng cấu trúc của hệ aluminophosphat có thể tạo ra vật liệu RPT mới là silico

aluminophosphat (SAPO) Việc thay thế đồng hình một số ion kim loại vào mạng

cấu trúc AlPO4 có thể tạo ra MeAPO, còn thay thế đồng hình một số ion kim loại

vào mạng cấu trúc SAPO thì lại tạo ra vật liệu MeAPSO Các loại vật liệu này khi

được thêm vào xúc tác FCC sẽ làm tăng hiệu quả của việc sử dụng xúc tác thông qua

việc làm tăng chỉ số octan của gasolin và nâng cao tính axit của xúc tác FCC

c Các loại vật liệu khác

Ngoài các chất phụ trợ trên, người ta còn có thể sử dụng zeolit mordenit,

ZSM-11, ZSM-22, hoặc các loại vật liệu mao quản trung bình làm chất phụ trợ cho xúc

tác FCC

Tuy nhiên, cho đến nay hệ xúc tác ZSM-5/Y/pha nền là nổi trội hơn cả và đang

được sử dụng ở quy mô công nghiệp cho các quá trình cracking tạo ra gasolin có chỉ

số octan cao và nhiều olefin nhẹ Ngoài ra, các chât phụ trợ khác như mordenit,

VPI-5, zeolit β và một số vật liệu mao quản trung bình khác đang là mục tiêu

nghiên cứu để chế tạo ra các chất xúc tác FCC mới nhằm tận dụng tối đa

nguồn dầu mỏ và nâng cao chất lượng sản phẩm cracking

1.2.4 Các tính chất vật lý quan trọng của chất xúc tác FCC

Những tính chất vật lý quan trọng nhất của chất xúc tác FCC là độ bền nhiệt

và thủy nhiệt, bề mặt riêng, khối lượng riêng, độ tinh thể Đây là những tính chất

quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của vật liệu Ngoài ra có một số tính chất

khác như độ bền mài mòn, phân bố kích thước hạt và khối lượng ảnh hưởng trực tiếp

đến tính chất cơ học của xúc tác

a Độ bền nhiệt và thủy nhiệt

Việc duy trì ổn định hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác trong quá trình

hoàn nguyên khắc nghiệt đòi hỏi độ bền nhiệt và thủy nhiệt cao của xúc tác FCC

Độ bền nhiệt và thủy nhiệt của zeolit Y chịu tác động của tỷ số Si/Al, độ

tinh thể, dạng ion trao đổi, hàm lượng ion natri còn lại và kích thước tinh thể Độ

bền nhiệt và thủy nhiệt của zeolit Y tăng khi tỷ số Si/Al tăng, độ tinh thể cao và

kích thước hạt tinh thể lớn

Nói chung, các cation đa hóa trị tạo ra độ bền nhiệt và thủy nhiệt cao hơn

so với ion hóa trị 1 Zeolit Y trao đổi với cation đất hiếm là zeolit bền nhất

Chất nền bền vững đảm bảo một độ xốp ổn định cho xúc tác trong quá trình hoàn

nguyên, nghĩa là đảm bảo sự khuếch tán tốt cho các phân tử nguyên liệu và

các khí hoàn nguyên đến tận các tinh thể zeolit

b Độ bền mài mòn

Độ bền mài mòn là một tính chất quan trọng vì:

- Độ bền mài mòn quyết định tỉ lệ bổ sung xúc tác mới vào xúc tác đang hoạt

động, do đó, ảnh hưởng đến tính kinh tế của công nghệ

- Xúc tác có độ bền mài mòn kém có thể bị phá vỡ và thải một lượng bụi đáng kể

vào môi trường

- Ảnh hưởng đến tính linh động của xúc tác trong thiết bị

Hàm lượng zeolit cũng như kiểu và hàm lượng chất nền tác động trực tiếp

đến độ bền mài mòn của chất xúc tác FCC Nói chung tăng hàm lượng zeolit dẫn đến

giảm độ bền mài mòn Hình thể học của zeolit cũng ảnh hưởng đến độ bền mài mòn

Ví dụ, khi thay thế các tinh thể zeolit Y dạng tám mặt bằng zeolit dạng đĩa dẹt (kết

tinh khi có mặt ion K+) sẽ làm tăng độ bền mài mòn của xúc tác

c Thể tích mao quản và sự phân bố kích thước mao quản

Thể tích mao quản và sự phân bố kích thước mao quản phụ thuộc vào thành

phần, phương pháp điều chế và quá trình xử lý nhiệt và thủy nhiệt cho chất xúc tác

Zeoit Y là loại vật liệu vi mao quản với đường kính mao quản Φ= 8A°, trong khi

đó Zeolit USY có cả hai loại mao quản nên đóng vai trò quyết định tạo ra thể thích

mao quản và sự phân bố mao quản của chất xúc tác Các xúc tác được sản xuất bằng

phương pháp tổ hợp có thể tích mao quản rộng hơn

Sự phân bố kích thước mao quản trong pha nền chất xúc tác đóng vai trò quan

trọng trong sự định hình tính chất xúc tác Nếu chất nền chứa nhiều mao quản tương

đối hẹp (Φ < 100A°) thì có thể xảy ra sự bịt tắc mao quản do sự hình thành cốc và

do đó gây cản trở khuếch tán đồng thời độ bền thủy nhiệt của vật liệu không cao

Nếu chất nền chứa nhiều mao quản tương đối rộng (Φ> 200A°) thì thường có bề

mặt riêng thấp, làm giảm vai trò xúc tác của chất nền, đồng thời làm giảm độ

bền mài mòn của hạt xúc tác Sự phân bố kích thước mao quản tối ưu là sự phân bố

cân bằng giữa các mao quản hẹp và mao quản rộng còn tùy thuộc vào nguồn

nguyên liệu và các điều kiện cracking các nguyên liệu nặng (dầu cặn) Sự phân

bố kích thước mao quản của chất nền bị thay đổi khi thêm các chất khác vào,

chẳng hạn, tăng hàm lượng Al2O3 trong gel từ 13 đến 25% có thể làm tăng thể tích

và đường kính mao quản trung bình của vật liệu

Các điều kiện điều chế chất nền cũng ảnh hưởng đến cấu trúc mao quản, nồng

độ của hỗn hợp ướt, pH, nhiệt độ phản ứng, nhiệt độ và thời gian làm già, sự hiện

diện của các cation khác làm ảnh hưởng đến thể tích mao quản của chất nền

Thể tích mao quản từ 20 - 600A° được được xác định bằng phương pháp đẳng nhiệt

hấpphụ Nitơ (ASTM D-4222 và D-4641) trong khi đó thể tích các mao quản từ

600-20000A° được xác định bằng phương pháp porosimet thủy ngân (ASTM D-4284)

Thể tích mao quản cũng có thể được xác định bằng phương pháp hấp phụ nước

d Phân bố kích thước hạt

Khi sấy phun người ta nhận được các hạt xúc tác có kích thước nằm

trong phân bố Gauss với cực đại khoảng 60 - 80 µm, các hạt có đường kính nhỏ

hơn 40 µm và đặc biệt nhỏ hơn 20 µm (hạt mịn) hầu như rất ít bởi vì chúng sẽ

không lưu lại ở trong thiết bị FCC Các hạt lớn (>140 µm) không tốt cho sự luân

chuyển trong trạng thái lưu thể

Các điều kiện sấy phun quyết định phần lớn sự phân bố kích thước hạt xúc

tác Ví dụ, tăng hàm lượng pha rắn và độ nhớt của nguyên liệu sấy phun làm tăng

kích thước hạt, khi tăng áp suất hoặc tăng tốc độ của đĩa phân tán làm giảm kích

thước hạt Bằng cách thay đổi điều kiện sấy phun, với chất xúc tác có thành phần hóa

học như nhau nhưng người ta có thể nhận được sự phân bố kích thước hạt khác

nhau, đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng nhà máy lọc dầu

Sự phân bố kích thước hạt được đo dựa trên mối quan hệ giữa cường độ ánh

sáng lazer với kích thước hạt (ASTM 4464) hoặc bằng kỹ thuật điện tử (ASTM

D-4438)

e Khối lượng riêng

Khối lượng tiêng của chất xúc tác là khối lượng của một đơn vị thể tích chất

xúc tác có thể được biểu diễn như là mật độ khối trung bình ABD ( average

bulk density) hoặc mật độ lèn chặt CD (compacted density), chúng được xác định

theo phương pháp ASTM D-4164 và D-4512

Khối lượng riêng của chất xúc tác phụ thuộc vào thành phần và phương pháp

điều chế và điều kiện sấy phun Khối lượng riêng của xúc tác cao thì độ xốp và thể

tích mao quản không cao nhưng tuy nhiên thường biểu hiện độ bền tốt của chất xúc

tác Do đó, khối lượng riêng cũng là một đặc trưng vật lý của chất xúc tác FCC

f Độ tinh thể

Độ tinh thể thường được xác định theo phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD),

biểu hiện hàm lượng của zeolit trong xúc tác FCC Khi hàm lượng zeolit trong xúc

tác FCC và mức độ hoàn thiện quá trình kết tinh zeolit tăng thì độ tinh thể XRD

cũng tăng So sánh với độ tinh thể XRD của mẫu xúc tác cân bằng và mẫu xúc tác

mới có thể biết được sự phá vỡ cấu trúc và độ bền của chất xúc tác Xác định độ

tinh thể XRD thường được thực hiện bằng phương pháp ASTM D-3906

Tóm lại: Chất xúc tác FCC cần có những tính chất vật lý cần thiết để đảm

bảo độ bền cơ học và thực chất để đảm bảo độ bền hóa học và xúc tác của chất

xúc tác Các tham số vật lý này đóng vai trò phát triển, bảo vệ và tăng tính hiệu

quả của tâm xúc tác trong quá trình thực hiện phản ứng cracking và hoàn

nguyên chất xúc tác

1.2.5 Nghiên cứu hoạt tính xúc tác cracking

Cracking xúc tác là một quá trình rất phức tạp Việc đánh giá hoạt tính của

một chất xúc tác thường gặp rất nhiều khó khăn vì ngoài các phản ứng cracking sơ

cấp còn có nhiều phản ứng thứ cấp, bề mặt chất xúc tác lại bị che chắn bởi một lớp

phủ cốc luôn biến đổi Hoạt độ xúc tác bị suy giảm liên tục theo thời gian Do đó

nhiều khi số liệu đánh giá chất xúc tác ở quy mô phòng thí nghiệm và thử nghiệm

công nghiệp không phù hợp nhau Có hai loại mô hình đánh giá sự suy giảm hoạt

tính chất xúc tác là[1]:

+ Mô hình suy giảm hoạt tính xúc tác do sự hình thành cốc

+ Mô hình suy giảm hoạt tính chất xúc tác theo thời gian phản ứng trong dòng (Decay

model based on time on stream)

Sự suy giảm hoạt tính xúc tác có thể được giải thích bằng hai nguyên

nhân: nguyên nhân hóa học và nguyên nhân vật lý Các nguyên nhân vật lý bao

gồm sự tụ hợp các tâm xúc tác, sự bít tắc các mao quản, tổn thất (giảm) bề mặt

riêng Nguyên nhân hóa học thường phức tạp hơn, có thể chia thành:

- Ngộ độc thuận nghịch: do sự hấp phụ cạnh tranh của các tạp chất trong nguyên

liệu Sự suy giảm này có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể khôi phục tính chất xúc

tác bằng cách khử hấp phụ chất ngộ độc như thổi khí N2, xử lý nhiệt,

- Ngộ độc không thuận nghịch: bởi các tạp chất trong nguyên liệu (kim loại, )

Xúc tác khi bị ngộ độc không thuận nghịch không thể phục hồi bằng cách xử lý vật lý

hoặc hóa học

- Tự ngộ độc: là sự suy giảm hoạt tính xúc tác do các phản ứng mong muốn xảy

ra Đây là nguyên nhân chính của sự suy giảm chất xúc tác cracking

Như vậy, trong quá trình cracking, hoạt tính chất xúc tác luôn luôn bị suy giảm

Sự suy giảm đó là do sự ngộ độc thuận nghịch và không thuận nghịch của một

số tạp chất có trong nguyên liệu cracking, do sự che phủ của cốc, do ngộ độc bởi các

tâm xúc tác trong quá trình phản ứng

1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Như vậy, xúc tác FCC thải ở dạng rất mịn (khả năng gây bụi là rất lớn) đồng

thời chứa nhiều thành phần có khả năng gây ô nhiễm môi trường Mặt khác, cùng với

nhu cầu về nhiên liệu nói riêng và năng lượng nói chung ngày một tăng thì quá trình

công nghệ FCC được sử dụng ngày càng nhiều nên lượng xúc tác FCC thải ra là rất

lớn Vì vậy, vấn đề xử lý xúc tác FCC thải ngày càng trở nên quan trọng và được quan

tâm nhiều hơn, với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng chất xúc tác thải FCC đối với bê

tông”

Nghiên cứu với cơ sở, khi xúc tác ở dạng mịn hay hạt có kích thước từ 1 – 200

μm thì khi kết hợp với chất kết dính sẽ có khả năng chống lại các tác động của môi

trường Đặc biệt, khi phối trộn vôi hydrat hóa và xúc tác thải sẽ thích hợp để ứng dụng

cho vật liệu chống thấm chịu áp lực như bê tông, bê tông chịu xâm thực Khi xúc tác

thải trộn với tro bay (fly ash) và/hoặc xi măng portland kết hợp với một lượng nhỏ vôi

hydrat hóa sẽ thích hợp làm vật liệu có khả năng chống thấm, chịu áp lực vừa phải

nhưng có khả năng dễ dàng định hình như để xây dựng đập, đê và các công trình ven

biển chống sự ăn mòn sunphat của nước biển

1.4 SỬ DỤNG FCC TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG

Tận dụng nguồn xúc tác FCC đã qua sử dụng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Công

ty CP Cơ-Điện-Môi trường Lilama đã tái chế thành công sản phẩm gạch không nung

phục vụ cho xây dựng dân dụng và công nghiệp Với thành phần chính của chất xúc

tác FCC đã qua sử dụng là Zeolit, pha nền (SiO2, Al2O3 ) tương tự như các hợp chất

aluminosilicat trong vật liệu xây dựng

Hình 1.2 : Công nhân vận hành dây chuyền sản xuất gạch không nung từ xúc tác FCC

đã qua sử dụng của nhà máy Lọc dầu Dung Quốc

Công nghệ được lựa chọn để sản xuất GKN từ xúc tác FCC đã qua sử dụng là công

nghệ hoạt hoá nước kết hợp với kỹ thuật nén ép GKN bằng máy ép gạch thuỷ lực, lực

ép tối đa có thể lên tới 130kg/cm2

Với công nghệ trên, sản phẩm GKN của công ty đảm bảo đạt các tiêu chuẩn về xây

dựng và môi trường; đồng thời công nghệ này không chỉ phù hợp với xúc tác FCC thải

ra từ cracking với nguồn nguyên liệu đầu vào hiện nay của Nhà máy Lọc dầu Dung

Quất là dầu ngọt, mà còn đáp ứng được trường hợp Nhà máy thay đổi nguồn nguyên

liệu khác (dầu chua, dầu nặng )

Dây chuyền sản xuất GKN có công suất 2 triệu viên/năm, tương đương với lượng thải

xúc tác FCC hằng năm là 1.540 tấn từ Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hiện tại, sản

phẩm đã được đưa vào sử dụng ngay trong các công trình xây dựng và cải tạo khu vực

thu gom, xử lý và tái chế chất thải của Công ty CP Cơ -Điện-Môi trường Lilama tại

Bình Sơn

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

2.1 QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN CỦA CÁC LOẠI XI MĂNG

Những quá trình phản ứng hoá học của bột xi măng pooclăng khi tác dụng với nước xảy ra phức tạp Do trong clinker ximăng bao gồm nhiều khoáng, nhiều thành phần tạo nên, khi nghiền ximăng lại thêm nhiều phụ gia khác như: thạch cao, phụ gia puzolan hoạt tính, v.v… Chúng sẽ đồng thời xảy ra các phản ứng khi ximăng trộn với nước

Theo Jun, quá trình hoá học xảy ra 2 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu: gọi là phản ứng sơ cấp, chủ yếu các khoáng ximăng phản ứng

thủy phân hay thủy hoá với nước

- Giai đoạn thứ hai: gọi là phản ứng sơ cấp của các sản phẩm thủy phân, thủy

hoá của khoáng ximăng tác dụng tương hổ với nhau hay chúng tác dụng với phụ gia hoạt tính trong ximăng…

Giai đoạn đầu chủ yếu khi đóng rắn ximăng porltand và các loại ximăng khác Giai đoạn hai là đóng rắn ximăng portland còn quá trình phản ứng những sản phẩm phụ gia nghiền trong ximăng với các sản phẩm hydrat khoáng ximăng chỉ xảy ra trong ximăng porland puzơland, porland xỉ…

Theo Jun khi phân tích quá trình hydrat hoá khoáng ximăng tóm tắt cho từng loại khoáng như sau:Khảo sát quá trình đóng rắn của xi măng portland là quá trình hydrate hoá của xi măng portland xảy ra 2 phản ứng là phản ứng thủy hoá và thủy phân Sự hydrate của các khoáng, ta chỉ nghiên cứu sự hydrate hoá của khoáng alít, belít dưới dạng đơn giản 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S) Khoáng 3CaO.SiO2 khi tác dụng với nước xảy ra phản ứng thủy hoá và thủy phân rất mạnh với điều kiện thuộc tính chất nước

Đối với khoáng alít 3CaO.SiO 2 (C 3 S ) Nước ròng : nước có hợp chất hoá học thì C3S thủy phân rất mạnh và thủy phân hoàn toàn

3CaO.SiO2 +5H2O  Si(OH)4 + 3Ca(OH)2

2CaO.SiO2 +4H2O  Si(OH)4 + 2Ca(OH)2

3CaO.Al2O3 +6H2O  2Al(OH)3 + 3Ca(OH)2

Nước có nồng độ vôi nhỏ:

3CaO.Al2O3 +6H2O  3CaO.Al2O3.6H2O

Nước có nồng độ vôi lớn:

3CaO.Al2O3.6H2O + Ca(OH)2 +6H2O  4CaO.Al2O3.13H2Ò

Đối với khoáng 4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 (C 4 AF ):khoáng Alumoferit calci

Quá trình hydrat hoá phụ thuộc vào môi trường nước và nhiệt độ môi trường

Nước lớn + t 0

thấp 020 0: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 +(n+3)H2O  4CaO.Al2O3.nH2O + 2Fe(OH)3

Nước lớn + t 0

thấp 2025 0 :

4CaO.Al2O3.nH2O  4CaO.Al2O3.(n-1)H2O + Ca(OH)2

{hợp chất không bền}

Nước bão hoà vôi 020 0:

4CaO.Al2O3.Fe2O3 +nH2O  4CaO.(Al2O3.Fe2O3).nH2O

Những phản ứng hydrat hoá của xi măng portland thông thường diễn tả quá trình hydrate hoá các khoáng chính trong xi măng portland Đối với khoáng Calcium Silicates sản phẩm hydrate là những gel calcium cilicates hydrate CSH và calcium hydroxite Ca(OH)2 Những phản ứng giữa các khoáng trên với nước cho sản phẩm giống nhau nhưng khác ở chỗ là lượng Ca(OH)2 nhiều hay ít Ca(OH)2 nhiều được tạo ra từ phản ứng giữa khoáng 3CaO.SiO2 và nước Ngược lại là khoáng 2CaO.SiO2 Đối với sản phẩm calcium silicates hydrate CSH thì chủ yếu ớ dạng gel C3 S2 H3 Sản phẩm này được tạo ra do phản ứng của khoáng 2CaO.SiO2 và khoáng 3CaO.SiO2 đều như nhau Trong điều kiện đóng rắn của xi măng khi hydrate hoá xi măng ngoài Ca(OH)2, còn có mặt của hydro aluminate canxi 3CaO.Al2O3.6H2O và phụ gia thạch cao CaSO4.2H2O (đây là phụ gia có nhiệm vụ kéo dài thời gian ninh kết của xi măng)

Vì trong các sản phẩm tạo ra, thì sản phẩm của C3A quyết định quá trình đông kết Khi

C3A tác dụng với nước, bề mặt của C3A ban đầu xuất hiện các ion Al3+ tồn tại dưới dạng Al(OH)3, Al2O3.3H2O (bemit) Dạng Al(OH)3có khả năng keo tụ lớn, sinh màng nhày bao phủ các hạt ximăng lại, nói khác nó tạo ra một khối ximăng nhanh đông cứng

lại Để khắc phục điều này tức là kéo dài thời gian đông kết, người ta cho thạch cao vào làm nhiệm vụ điều chỉnh thời gian đông kết

Khi C3A và thạch cao tác dụng với nhau trong nước xảy ra quá trinh hoà tan Xung quanh C3A xuất hiện nhiều ion aluminat còn xung quanh hạt thạch cao xuất hiện nhiều ion sunfat đó là điều kiện phản ứng bề mặt C3A tạo thành khoáng 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O, còn trên bề mặt hạt thạch cao nồng độ sunfat cao sẽ tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O Do đó trên bề mặt của C3A tạo nên màng chắc xít đặc của 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O ngăn không cho ion aluminat thoát ra ngoài môi trường làm giảm nồng độ ion aluminat ở xung quanh Ngược lại xung quanh hạt thạch cao tạo nên màng xốp có cấu trúc hình kim của các tinh thể 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O làm cho xung quanh hạt thạch cao vẫn đảm bảo ion sunfat thoát ra màng xốp, tạo cho dung dịch ở vị trí xung quanh hạt thạch cao vẫn bão hoà sulfat Đó chính là điều kiện cơ bản làm cho màng axit đặc của 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O thành trạng thái bền 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O có cấu trúc xốp bao lấy C3A lúc này tạo điều kiện cho ion aluminat đi qua màng xốp ra môi trường xung quanh gặp ion sulfat tạo nên màng xít đặc 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O bao bên ngoài C3A Gọi đó là chu kỳ cảm ứng làm giảm tốc độ ninh kết khi đóng rắn ximăng, chính là điều kiện tổng hợp hydrosulful aluminate canxi

Quá trình diễn biến xuất hiện 2 hydrosulfulaluminate canxi C3A.CaSO4.12H2O

và hydrotrisulful aluminate canxi C3A.3CaSO4.32H2O (ettrigite)

C3A + 3 CaSO4.2H2O + 26H2O  C3A.3CaSO4.32H2O

Ettrigite làm việc ổn định nếu hàm lượng sulfat nhiều Khi sulfat bị tác dụng hết trước khi phản ứng hydrat hoá khoáng C3A chưa hoàn thành thì C3A sẽ biến đổi sản phẩm ettrigite mới tạo thành để cho ra một sản phẩm mới hydrosulfulaluminate canxi

C3A.CaSO4.12H2O (sản phẩm này tồn tại trong môi trường không có sulfat)

Phản ứng này làm thay đổi ettrigite là nguyên nhân làm giảm, hư hại phá vở liên kết của khoáng kết tinh trong xi măng portland khi nó tiếp xúc với môi trường có ion sulfate

Nếu không có CaSO4.2H2O thì ta biết C3A phản ứng trơ với nước tạo ra

C3A + 21H  C4AH13 + C2AH8Phản ứng này xảy ra rất nhanh và sản phẩm sẽ toả nhiệt ra rất lớn Phản ứng này

là nguyên nhân gây ra khô cứng xi măng đột ngột và xảy ra rất nhanh và sớm đây là hiện tượng đông kết tức thời CaSO4.2H2O cho thêm vào để tránh hiện tượng đó

2.2 SỰ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC CỦA XI MĂNG HYDRÁT VÀ CẤU TRÚC

ĐÁ XI MĂNG [1][2][5]

2.2.1 Sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng

Sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó xảy ra như sau: những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là ettrigite, hydroxite canxi và các sợi gen CSH Ettrigite dạng lăng trụ lục giác được tạo thành sau 2 phút, còn mầm tinh thể Ca(OH)2 xuất hiện sau vài giờ Phần gen của hidroxite canci đầu tiên ở hình kim, sau đó tiếp tục phát triển, phân nhánh trở thành dạng bó Những lớp gel mỏng tạo thành gen giữa các tinh thể Ca(OH)2 làm đặc chắc thêm hồ xi măng

Hình sau sẽ giới thiệu sự phát triển cấu trúc của hồ xi măng theo thời gian Cấu trúc ban đầu là khung không gian kém bền, tạo ra từ các hạt phân tán của các sản phẩm thủy hoá liên kết với nhau bằng lực VandecVan và màn nước hấp thụ của các hạt đó Đến cuối giai đoạn ninh kết cấu trúc cơ bản của hồ xi măng được hình thành làm cho

nó biến đổi thành đá xi măng

Hình 2.1 Quá trình thủy hóa xi măng

Giải thích quá trình rắn chắc, khi xi măng rắn chắc các quá trình vật lý và hoá lý phức tạp đi kèm theo các phản ứng hoá học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đổi tổng hợp khiến cho xi măng khi nhào trộn với nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo sau biến thành đá cứng có cường độ Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng thời, xen

kẻ và ảnh hưởng lẫn nhau Các sản phẩm mới cũng có tác dụng tương hỗ với nhau và với các khoáng khác của clinker để hình thành những liên kết mới Do đó, hồ xi măng

là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc thành phần cũng như sự biến đổi Để giải thích quá trình rắn chắc người ta thường dùng thuyết của Baikov-Rebinder Theo thuyết này quá trình rắn chắc xảy ra ba giai đoạn:

Giai đoạn hoà tan: khi nhào trộn với nước, giữa chúng sẽ xảy ra các tác dụng

hoá học và vật lý Đầu tiên cùng với sự phân bố nước trên bề mặt hạt ximăng, quá trình hoà tan các khoáng và sự thủy hoá bắt đầu, trước hết các khoáng hoạt tính cao nhất thủy hoá như C3A, C3S và do độ hoà tan của chúng bé, sự bão hoà pha lỏng bởi các sản phẩm thủy hoá bắt đầu Giai đoạn đầu tiên tương đối ngắn của quá trình rắn chắc là giai đoạn hoà tan đã kết thúc

Giai đoạn hoá keo: thời kỳ này tương đối dài và là thời kỳ tiến triển mạnh mẽ,

đặc biệt ở nhiệt độ cao Quá trình cơ bản của thủy hoá các khoáng clinke là sự hoá hợp trực tiếp của nước và pha rắn không có sự hoà tan trung gian tạo nên những hợp chất hydrát mới có tính ổn định nhiệt lực cao hơn các khoáng tạo nên nó và do tác dụng tương hỗ của nước, các sản phẩm thủy hoá có độ mịn khá lớn và gần với dạng keo Baicốp gọi giai đoạn này là giai đoạn hoá keo,A.A.Baicốp gọi giai đoạn này là giai đoạn hoá keo Các sản phẩm thủy hoá (và một phần thủy phân) cơ bản của các khoáng ximăng Porland là các hydro silicat canxi với số lượng chiếm từ 75-80% khối lượng clinker Các chất này trong giai đoạn đầu có độ phân tán cao gần với thể keo (trong phạm vi từ 5-20, có khi 100-200 micrô) dần dần chuyển hoá thành gel và cũng tạo mầm kết tinh

Ngoài các hydrô silicat canxi, do kết quả thủy phân các khoáng clinker, trong đá ximăng rắn chắc còn tạo nên nhóm thứ 2 các hydrat mới tạo thành có cấu trúc kết tinh thô hơn, khác với những tinh thể gel, đó là hydrat của ôxit canxi Ca(OH)2 tạo ra khi thủy phân C3S hoặc hydrô aluminat canxi 3CaO.Al2O3.6H2O (sản phẩm thủy hoá của

C3A), hydrô ferit canxi 3CaO.Fe2O3.H2O (sản phẩm thủy phân của C4AF), cũng như

hydro sunfua aluminat canxi (3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O) tạo nên do thêm chất phụ gia thạch cao vào ximăng khi nghiền clinker ximăng

Trong giai đoạn này, một phần nước tự do chuyển sang dạng nước liên kết hoá học, làm giảm thể tích tuyệt đối của sản phẩm mới tạo thành so với thể tích tuyệt đối của các thành phần ban đầu của ximăng, nhưng do thể tích bên ngoài của đá ximăng không thay đổi đáng kể dẫn đến sự hình thành lỗ rỗng kín, nâng cao độ đặc chắc của pha rắn Tổng thể tích của các lỗ rỗng này tỉ lệ với lượng chất kết dính được thủy hoá

và có thể đạt đến 6-7 lít cho 100 kg ximăng porland trong hỗn hợp bê tông

Giai đoạn ninh kết, rắn chắc : cùng với sự phát triển của quá trình thủy hoá và

sự tăng lên của sản phẩm thủy hoá, lượng nước tự do trong hệ không ngừng giảm xuống Trừ một lượng nước mất đi do bốc hơi hoặc tách ra trong quá trình trầm lắng, nước còn lại được phân bố lại và trong hệ xuất hiện những dạng liên kết phức tạp của nước với pha rắn Do sự giảm lượng nước tự do dự trữ trong hệ, hồ ximăng (hỗn hợp bêtông) dần dần sệt lại cho đến khi mất hoàn toàn tính lưu động Thời kỳ này gọi là thời kỳ ninh kết Thời kỳ này là thời kỳ quan trọng của quá trình hình thành cấu trúc

đá ximăng Kết cấu keo tụ được hình thành trong thời gian này có đặc tính là có cường

độ dẻo, khác với cường độ cơ học ở chỗ có khả năng phục hồi xúc biến Trong thời kỳ ninh kết cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình thủy hoá kèm theo sự toả nhiệt của các khoáng khi hoà tan

Sau đó là thời kỳ rắn chắc tương đối dài với sự phát triển không ngừng cường độ

cơ học do cấu trúc đá ximăng không ngừng được lèn chặt và quá trình kết tinh phát triển Tác dụng lèn chặt này sinh ra do sự phát triển của quá trình thủy hoá và sự tăng thể tích của pha rắn (thể tích các hydrat luôn luôn lớn hơn thể tích rắn ban đầu trong khi thể tích ngoài của hệ không tăng, thậm chí có khi giảm) Sự phát triển các tinh thể

do hiện tượng tái kết tinh làm thay đổi trạng thái tiếp xúc giữa các màng nước biến thành tiếp xúc thể Ở giai đoạn này, kết cấu keo tụ của hồ ximăng rắn chắc được thay thế bằng kết cấu kết tinh của đá ximăng

Song song với những biến đổi về kết cấu trên, thể tích rỗng trong hồ xi măng, cũng như hỗn hợp bê tông cũng biến đổi Ban đầu, khi mới nhào trộn với nước, thể tích lỗ rỗng trong hồ ximăng tương đối lớn, các phần rỗng là các ống mao quản lớn thông nhau, chứa một lượng đáng kể nước nhào trộn Trong quá trình thủy hoá, số

lượng hợp chất thủy hoá mới tạo thành ngày càng nhiều, thể tích pha rắn lấp dần làm tiết diện của mao quản bé lại và thể tích rỗng giảm đi

2.2.2 Cấu trúc đá xi măng

Đá ximăng là một thể rắn phức tạp về thành phần, không đồng nhất về mặt cấu tạo, chứa một số lượng lớn lỗ rỗng li ti và những mao quản, trong đó tuỳ theo tuổi rắn chắc và điều kiện ẩm mà chứa đầy không khí, nước hoặc hơi nước Trong đá ximăng

có ba thành phần chủ yếu:

Các hydrát mới tạo thành dưới dạng gen và tinh thể

Thành phần cấu trúc dạng gel được tạo nên từ những hạt hydrô silicát canxi có độ phân tán cao (độ mịn từ 50-200A0) quyết định phát triển cường độ chậm chạp lâu dài của đá ximăng, có quan hệ chặt chẽ với nước hấp thụ và tính biến dạng dẻo

Thành phần cấu trúc tinh thể của đá ximăng được tạo nên từ mầm kết tinh, quyết định sự phát triển nhanh của cường độ và tính đàn hồi Mầm kết tinh đóng vai trò bộ xương trong đá ximăng và được phân bố trong môi trường các thành phần cấu trúc dạng gel

Cốt liệu và vi cốt liệu

Gồm các phần còn lại của hạt chất kết dính không phản ứng với nước và phụ gia

vô cơ nghiền mịn cho vào khi nghiền clinke cũng như khi chuẩn bị hỗn hợp bê tông Thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đá ximăng, chúng có kích thước khác nhau và chiếm một tỉ lệ lớn về số lượng và tạo cho

đá ximăng cấu trúc tương tự bêtông nén V.N.Dzung gọi cấu trúc đá ximăng là “vi bêtông”

Các loại lỗ rỗng lớn bé và mao quản:

Thể tích chúng chiếm từ 25-40% thể tích chung của đá xi măng Thể tích và tích chất của chúng ảnh hưởng lớn đến tính chất của đá ximăng Căn cứ vào cấu tạo kích thước và nguồn gốc hình thành, có thể chia lỗ rỗng trong đá ximăng thành 3 loại sau:

Lỗ rỗng dạng gel: là loại lỗ rỗng trong đá ximăng( đường kính 10-50 có khi đến 100A0), được hình thành do nước hấp thụ bốc hơi sinh ra

Lỗ rỗng thu nhỏ và kín: kích thước từ 100-1000A0, về kích thước nó chiếm vị trí trung gian giữa lỗ rỗng gel và lỗ rỗng mao quản

Lỗ rỗng mao quản: tạo nên phần thể tích rỗng chủ yếu trong đá ximăng, nó có phạm vi kích thước rộng Sự xuất hiện của chúng liên quan đến việc dùng nước ban đầu trong hỗn hợp Loại lỗ rỗng này ảnh hưởng không tốt đến tính chất của bê tông, làm giảm độ đặc chắc, tính chống thấm và cường độ Có thể giảm thể tích rỗng loại này bằng cách giảm lượng dùng nước ban đầu trong hỗn hợp bê tông

2.2.3 Bê tông cường độ cao

Bê tông cường độ cao là bê tông có cường độ chịu nén đặc trưng 55Mpa hoặc lớn hơn ở 28 ngày theo tiêu chuẩn ASTM C39 và thí nghiệm mẫu hình trụ có đường kính D = 150 mm và chiều cao H = 300 mm

Trong bê tông cường độ cao thì tỷ lệ nước trên xi măng (N/X) được thay thế bằng tỉ lệ N/CKD, vì mỗi loại hỗn hợp bê tông cường độ cao thường bao gồm nhiều chất kết dính khác nhau Tỷ lệ N/CKD được tính toán theo khối lượng

Mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và cường độ chịu nén được coi là yêu cầu cơ bản của

bê tông cường độ cao Việc sử dụng phụ gia hóa học và các chất kết dính khác để đạt được yêu cầu chung là bê tông với tỷ lệ N/CKD thấp Tỷ lệ N/CKD cho bê tông cường

độ cao khoảng từ 0,2 đến 0,4

Bê tông cường độ cao thí nghiệm ở tuổi 7, 28, 56, 91 ngày hoặc 1 năm Tùy theo yêu cầu của công trình và vật liệu chế tạo có thể chọn tuổi bê tông cho thiết kế phù hợp và kinh tế Việc lựa chọn tỉ lệ thành phần hỗn hợp có thể bị ảnh hưởng bởi tuổi thí nghiệm

2.2.3.1 Lựa chọn các loại vật liệu thành phần

Để chế tạo bê tông cường độ cao cần lựa chọn vật liệu phù hợp với các yêu cầu

kỹ thuật Để đạt được cường độ cao hơn, cần lựa chọn tối ưu các thành phần, xem xét đến các đặc tính của xi măng, muội silic và tro bay, chất lượng cốt lượng, sự tương phản giữa hồ và cốt liệu, loại phụ gia, hàm lượng phụ gia và cách trộn Đánh giá xi măng, muội silic, tro bay, phụ gia hóa học và cốt liệu từ các nguồn khác nhau, để kết hợp các loại vật liệu một cách tối ưu Nhà phân phối bê tông cường độ cao phải đảm bảo tính đồng nhất và tuân thủ các phép thử được chấp thuận với tất cả các vật liệu trong sản xuất bê tông cường độ cao