Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp xe hơi trong những năm
30 của thế kỉ 20, nhu cầu về xăng tăng cao cả về chất lượng lẫn số lượng. Sự cần thiết phải
cho ra đời quá trình reforming xúc tác để thay thế cho quá trình reforming nhiệt.
Quá trình reforming xúc tác thường dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có chỉ số
octane thấp, không đủ tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng với tỷ số nén được thiết kế ngày
càng cao mà cụ thể là phân đoạn xăng của quá trình chưng cất khí quyển hay phân đoạn
xăng của các quá trình ch ế biến thứ cấp khác. Quá trình reforming dùng xúc tác đa chức
năng: chức hydro-dehydro hóa do kim loại đảm nhiệm (chủ yếu là Pt), được mang trên
chất mang acid (thông thường dùng là gama oxyt nhôm -Al2O3
, để tăng tốc các phản ứng
theo cơ ch ế ion cacboni như isomer hoá, vòng hóa, hydrocracking).
24 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 3786 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tiểu luận Xúc tác cho quá trình reforming xúc tác, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
TRƯỜNG ĐẠI QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT HÓA DẦU
TI U LU N
XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH REFORMING
XÚC TÁC
HV: Nguy n H ng Thoan
MSHV:10400162
CBGD: TS. Nguy n H u L ng
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 2 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp xe hơi trong những năm
30 của thế kỉ 20, nhu cầu về xăng tăng cao cả về chất lượng lẫn số lượng. Sự cần thiết phải
cho ra đời quá trình reforming xúc tác để thay thế cho quá trình reforming nhiệt.
Quá trình reforming xúc tác thường dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có chỉ số
octane thấp, không đủ tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng với tỷ số nén được thiết kế ngày
càng cao mà cụ thể là phân đoạn xăng của quá trình chưng cất khí quyển hay phân đoạn
xăng của các quá trình chế biến thứ cấp khác. Quá trình reforming dùng xúc tác đa chức
năng: chức hydro-dehydro hóa do kim loại đảm nhiệm (chủ yếu là Pt), được mang trên
chất mang acid (thông thường dùng là gama oxyt nhôm -Al2O3, để tăng tốc các phản ứng
theo cơ chế ion cacboni như isomer hoá, vòng hóa, hydrocracking).
Hình 1: Vị trí của phân xưởng REFORMING trong nhà máy lọc dầu
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 3 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Chương 1
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC
Quá trình reforming xúc tác với lớp xúc tác cố định đầu tiên được áp dụng trong
công nghiệp vào năm 1940 ở Mỹ và khi đó dùng xác tác molipden MoO2/Al2O3 theo mục
đích nghiên cứu nhằm thu được xăng có RON bằng 80. Loại xúc tác này rẻ tiền, bền với
lưu huỳnh, nhưng hoạt tính không cao nên quá trình reforming phải được thực hiện ở chế
độ cứng (vận tốc thể tích thấp vào khoảng 0,5h-1, nhiệt độ vận hành cao vào khoảng
3400C), ở điều kiện này các phản ứng hydrocracking xảy ra mạnh mẽ. Để tăng độ chọn lọc
của quá trình phải duy trì áp suất thấp 14 20 at. Nhưng sự giảm áp suất lại thúc đẩy quá
trình tạo cốc, do vậy không kéo dài được thời gian làm việc của chất xúc tác. Chính vì thế
quá trình này không được phát triển.
Trong thế chiến thứ hai, người ta đã xây dựng ở nhiều nước các hệ thống reforming
xúc tác nhằm mục đích thu hồi toluene để sản xuất thuốc nổ. Trong những năm đầu của
chiến tranh, nhu cầu về xăng máy bay, ôtô và toluene giảm đáng kể, sự phát triển
reforming xúc tác có phần chững lại, sau đó do sự phát triển của công nghiệp xe hơi với tỷ
số nén của động cơ ngày càng cao nên yêu cầu một loại xăng có chất lượng cao đã trở nên
cấp thiết.
Đến năm 1949, hãng UOP của Mỹ đã đưa vào sử dụng hệ thống reforming xúc tác
(quá trình Platforming) với chất xúc tác là Pt trên chất mang là Al2O3 được clo hoá với
hoạt tính xúc tác cao. Quá trình được tiến hành ở áp suất 70 bar, xúc tác được tái sinh
trong thời gian vài tháng. Hàm lượng Pt trong xúc tác từ 0,2 0,6%m, do độ acid của
Al2O3 giảm dần nên cần phải tiến hành clo hoá để tăng độ acid. Quá trình này còn có tên
gọi là Semi-Régénératif (SRRC). Có thể nói rằng sự phát triển của hãng UOP trong công
nghiệp chế biến dầu mỏ nói chung và trong công nghệ reforming nói riêng có thể đưa ra
gần như đầy đủ nhất về công nghệ này trên toàn thế giới và là dấu son khởi điểm cho
những thiết bị cùng kiểu tiếp theo được ra đời.
Từ 1950 - 1960 có rất nhiều quá trình reforming xúc tác được phát triển từ xúc tác
Pt, chất xúc tác sử dụng là Pt/silice alumine, được gọi là xúc tác một chức kim loại, đã
giảm áp suất vận hành của thiết bị xuống còn 30 bar. Mục đích của việc thêm kim loại vào
là để tăng hoạt tính cho xúc tác hoặc giảm giá thành xúc tác. Tất cả các quá trình
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 4 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
reforming xúc tác trên đây đều sử dụng thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định nên nó
phải định kỳ dừng làm việc để tái sinh xúc tác bị cốc hoá. Một số quá trình sử dụng
reactor có đường van song song để dễ tái sinh xúc tác ở từng reactor riêng biệt mà không
cần phải dừng làm việc toàn bộ hệ thống (quá trình Power Former). Xúc tác hai chức kim
loại (bimétallique) đã được cải tiến sau năm 1960 có độ bền cao, chống lại sự tạo cốc đã
góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm áp suất vận hành của thiết bị còn
10 bar.
Đầu những năm 1970, một cải tiến nổi bật của quá trình reforming xúc tác đó là sự
ra đời của quá trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và tiếp theo là của IFP. Xúc tác bị
cốc hoá được tháo ra liên tục khỏi thiết bị phản ứng (reactor) và được đưa quay trở lại
thiết bị phản ứng sau khi đã được tái sinh trong thiết bị tái sinh riêng. Quá trình này được
gọi là quá trình tái sinh liên tục xúc tác (CCR-Continuous Catalyst Regeneration, RRC-
Régénératif). Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị cốc hoá, quá trình CCR cho phép
dùng áp suất thấp và thao tác liên tục. Cũng nhờ giảm áp mà hiệu suất thu hydrocarbon
thơm và H2 tăng lên đáng kể.
Năm 1988, UOP tiếp tục giới thiệu quá trình Platforming tái sinh xúc tác liên tục
thế hệ thứ hai mà đặc điểm chính là thiết bị Lock Hopper không dùng van, hoạt động ở áp
suất cao. Thiết bị thế hệ mới này cho phép phục hồi gần như hoàn toàn hoạt tính xúc tác
chỉ hao hụt khoảng 0,02%m, tăng cường khả năng sản xuất xăng và khí hydro.
Ngày nay, quá trình CCR với áp suất siêu thấp, có thể làm việc ở áp suất 3,5at.
Hầu như tất cả các quá trình reforming xúc tác mới được xây dựng đều là quá trình CCR.
Các hãng đi đầu trong quá trình này là UOP và IFP, đến năm 1996 UOP đã có 139 nhà
máy và IFP có 48 nhà máy CCR.
Sau một thời gian dài phát triển, công nghiệp lọc hoá dầu đã thiết lập công nghệ
mới có khả năng reforming chọn lọc khí hóa lỏng và naphtha nhẹ thành các cấu tử có chỉ
số octane cao cho phép pha trộn tạo xăng có chất lượng cao và các sản phẩm hydrocarbon
thơm. Khí hoá lỏng trở thành một vấn đề lớn của lọc dầu vì khí hoá lỏng đã vượt quá mức
tiêu thụ và trở nên khó bán trên thị trường, naphtha nhẹ cũng thừa do số lượng trộn vào
xăng có chỉ số octane cao ngày một giảm xuống do nó có trị số octane quá thấp. Năm
1997, UOP đã cho ra đời quá trình “New Reforming”. Xúc tác sử dụng cho công nghệ mới
của UOP là zeolit, xúc tác này có tính chọn lọc hình học cho quá trình vòng hoá. Tính
chọn lọc hình học của zeolit làm hạn chế kích thước phân tử của các hợp chất sản phẩm
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 5 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
trung gian và cho sản phẩm chủ yếu là hydrocarbon thơm một vòng. So với các phản ứng
reforming bình thường khác, quá trình “New Reforming” tạo cốc bám trên xúc tác nhiều
hơn do đó việc tái sinh xúc tác phải áp dụng công nghệ CCR hay sử dụng lò dự trữ. Hãng
BP và UOP tập trung phát triển quá trình Cyclar với nguyên liệu là LPG và ở Arap Xêut
đã xây dựng nhà máy “New Reforming” đầu tiên của Chiyoda (Nhật Bản) với năng suất
đến 47.000 thùng/ngày. Hãng Chiyoda và Mitsubishi phát triển quá trình Z-former mà xúc
tác là zeolit được chế tạo cùng với silicat kim loại và chất liên kết đặc biệt. Xúc tác có độ
bền vật lý tuyệt vời, có thể tái sinh nhiều lần và cho năng suất cao với thời gian làm việc
suốt cả năm. Với công nghệ này trong phân xưởng có thêm thiết bị phản ứng đoạn nhiệt
dự trữ để đốt cốc lắng trên xúc tác khi tái sinh, quá trình tái sinh đơn giản như quá trình tái
sinh gián đoạn. Cũng dùng nguyên liệu là naphtha nhẹ, hãng CRC đã thiết kế quá trình
Aromax ở Mỹ, Nhật, Arập Xêut. Tương tự hãng IFP cũng dùng nguyên liệu naphtha nhẹ
thiết kế quá trình Aroforming. Hãng Mobil cũng đã đưa ra công nghệ cho quá trình Mz
Forming mà nguyên liệu là naphtha nhẹ, naphtha nhiều olefin.
Tên quá trình Hãng thiết kế Loại Reactor Loại xúc tác Tái sinh
PlatFormer UOP Xúc tác cố định
R11-R12
Pt=0,375-0,75
Tái sinh gián
đoạn
PowerFormer Exxon Xúc tác cố định
KX, RO, BO
(Pt, Re)
Tái sinh gián
đoạn
IFP Reformer IFP Xúc tác cố
định
RG 400
Pt (0,2-0,6)
Tái sinh gián
đoạn
Maona Former Engelhard Xúc tác cố định
RD.150
(Pt=0,6)
E.500
Tái sinh gián
đoạn
Reni Former CRC Xúc tác cố
định F (Pt, Re)
Tái sinh gián
đoạn
CCR
Platformer UOP
Xúc tác
chuyển động
R 16, 20
Pt, Re
Tái sinh liên
tục
Aromizer IFP Xúc tác chuyển động Pt, Re
Tái sinh liên
tục
Bảng 1: Các hãng đi đầu trong quá trình reforming xúc tác.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 6 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Chương 2:
XÚC TÁC CỦA QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC
2.1. Các yêu cầu đối với xúc tác reforming xúc tác:
Để có một quá trình reforming xúc tác tốt thì xúc tác đó cần phải có hoạt tính cao đối
với các phản ứng tạo hydrocarbon thơm, có đủ hoạt tính đối với các phản ứng đồng phân
hoá paraffin và có hoạt tính thấp đối với phản ứng hydrocracking. Ngoài ra còn thể hiện
qua các chỉ tiêu sau:
- Xúc tác phải có độ chọn lọc cao.
- Xúc tác phải có độ bền nhiệt và khả năng tái sinh tốt.
- Xúc tác phải bền với các chất gây ngộ độc.
- Xúc tác phải có độ ổn định cao.
- Xúc tác có giá thành hạ, dễ chế tạo.
Thông thường người ta đánh giá xúc tác qua các chỉ tiêu: hàm lượng Pt, bề mặt riêng
của chất mang, độ bền…
2.2. Sự tham gia của xúc tác trong quá trình reforming.
2.2.1. Chức năng của xúc tác sử dụng trong quá trình REFORMING.
Xúc tác được sử dụng trong quá trình reforming xúc tác là loại xúc tác đa chức
năng, gồm chức năng oxy hoá - khử và chức năng acid:
Chức oxy hoá - khử (chức kim loại): tăng cường các phản ứng hydro hoá, dehydro hoá.
Chức acid: tăng cường các phản ứng alkyl hoá, isomer hoá, cracking …
Chức năng kim loại đóng vai trò chính, giúp hình thành các hợp chất
hydrocacbon không no và dehydro hoá các naphten. Cần thiết lập được sự cân bằng giữa
hai chức năng để có thể có hoạt tính xúc tác cao và độ lựa chọn tốt. Nếu xúc tác quá axít
sẽ dễ xảy ra cracking làm giảm nhanh hoạt tính xúc tác. Trong công nghiệp người ta luôn
kiểm tra hàm lượng Cl- đưa vào để đảm bảo cân bằng trên luôn ổn định.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 7 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
• Mục đích:
Biến đổi thành phần hydrocacbon các phân đoạn nhẹ của dầu mỏ, chủ yếu là các
Parafin (P) và naphten (N) có từ 6 ÷ 10 nguyên tử cacbon (thường là 7,8, 9) thành các
hydrocacbon thơm có số cacbon tương ứng
2.2.2. Sơ đồ miêu tả tổng quát các phản ứng xảy ra.
Sơ đồ dưới đây mô tả tổng quát các phản ứng chính xảy ra trong quá trình
reforming với sự tham gia của hai loại tâm xúc tác:
Hình 2-1: Sơ đồ miêu tả tổng quát các phản ứng xảy ra.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
Hình 2-2: Sơ đồ miêu tả tổng quát các phản ứng xảy ra.
Hình 2-3: Sơ đồ miêu tả tổng quát các phản ứng xảy ra.
2.3. Các phản ứng chính trong quá trình reforming
* Dehydro hóa naphten thành hydrocacbon thơm
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 9 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
* Phản ứng dehydrohoa vòng n-parafin
* Izome hóa n-parafin
* Phản ứng dehydroizome hóa các alkyl xyclopental
* Phản ứng hydrocracking parafin và napptan
- Đối với parafin, thường xảy ra các phản ứng hydrocracking và hydrogenolyse
- Với naphten
* Ngoài ra cũng còn có phản ứng hydrodealkyl hóa các hydrocacbon thơm và tạo cốc
2.4. Vai trò xúc tác hai chức năng:
Thành phần chính của xúc tác sử dụng trong quá trình REFORMING xúc tác.
Tâm họat động kim lọai: 0,2-0,6 % Pt.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 10 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Chất mang và tâm họat động acid: -Al2O3 được chlor hóa liên tục với HCl,
C2H4Cl2, CH3Cl, . . .
Các kim loại phụ gia như Re, Sn, Ir, Ge (còn gọi là các chất xúc tiến)
Phản ứng Cơ chế Tâm hoạt động
Khử hydro P, N 1 chức Pt
Khử hydro và khép vòng 1 chức và 2 chức Pt + chất mang acide
Isomer hóa 2 chức Pt + chất mang acide
Hydrocracking 2 chức Pt + chất mang acide chất mang acide
Alkyle hóa 1 chức Pt hoặc chất mang acide
Cốc hoá 1 chức và 2 chức Pt + chất mang acide
Bảng 2: Cơ chế của các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming
Kim loại Pt được đưa vào xúc tác ở các dạng khác nhau, phổ biến là dùng dung dịch
của acid platin clohydric H2(PtCl6). Platin có chức năng oxy hoá-khử xúc tiến cho phản
ứng oxy hóa, dehydro hóa để tạo hydrocarbon vòng no và vòng thơm. Ngoài ra, nó còn
thúc đẩy quá trình no hoá các hợp chất trung gian, làm giảm tốc độ tạo thành cốc bám trên
xúc tác. Hàm lượng Pt vào khoảng 0,2 0,6%m. Yêu cầu Pt phải phân tán đều trên bề mặt
các acid rắn. Độ phân tán càng cao thì hoạt tính của xúc tác sẽ càng cao, hiệu suất thu
xăng cao hơn và chất lượng thu được tốt hơn.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 11 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Hình 3: Các quá trình chuyển hóa của các paraffine xảy ra trên bề mặt xúc tác
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 12 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Al2O3 là chất mang có tính acid, có chức năng acid-base, thúc đẩy phản ứng isomer
hóa, hydrocracking. Có thể sử dụng -Al2O3 bề mặt riêng dao động trong khoảng 150
250 m2/g. Chất mang Al2O3 cần phải tinh khiết (hàm lượng Fe và Na không quá 0,02%m).
Để tăng độ acid cho xúc tác, người ta phải sử dụng các hợp chất halogen như C2H4Cl2,
CH3Cl….
Hình 4: Sơ đồ miêu tả tổng quát các phản ứng xảy ra trên xúc tác tâm acid
Nghiên cứu các phản ứng dehydro hóa và dehydro đóng vòng hóa các
hydrocacbon riêng rẽ như cyclohexan, n-heptan ... người ta thấy việc đưa các kim loại
phụ gia như Re, Sn, Ir, Ge (còn gọi là các chất xúc tiến) đã làm tăng tốc độ phản ứng
dehydro hóa và dehydro vòng hóa (nhất là ở vùng áp suất thấp) của hệ xúc tác lưỡng kim
so với xúc tác chỉ chứa Pt.
Ở vùng áp suất thấp, các kim loại phụ gia cũng đóng vai trò quan trọng trong việc
giảm tốc độ cracking và hydro phân tử (hydrogenolysis) từ đó làm giảm khả năng tạo cốc
và tăng hiệu suất sản phẩm chính.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
Trong số các hệ xúc tác lưỡng kim, chúng ta thấy hai hệ xúc tác Pt-Sn và Pt-Re tỏ ra
ưu việt hơn cả, chúng cho phép làm việc ở áp suất thấp (<10 atm) mà vẫn bảo đảm hoạt
tính dehydro hóa và dehydro đóng vòng hóa cao. Riêng hệ xúc tác Pt-Sn hơi đặc biệt, chỉ
thể hiện hoạt tính cao ở vùng áp suất thấp. Lớn hơn 5 atm, hệ xúc tác này không phát huy
được tác dụng tích cực so với Pt và các hệ lưỡng kim khác trong phản ứng dehydro và
dehydrovòng hóa.
Nếu như ở thập niên 70 chỉ khoảng 30% reformat thu được từ hệ xúc tác lưỡng kim
thì đến những năm 80 thị phần đó đã lên tới 80%. Chúng ta xem xét kỹ hơn về vai trò của
2 kim loại phụ gia được đưa vào xúc tác reforming công nghiệp hiện nay là Re (Renium)
và Sn (Thiếc).
Người ta nhận thấy Re có các chức năng sau: thay đổi cơ chế tạo cốc và có tác dụng
bảo vệ kim loại chính Pt và làm tăng độ bền và tuổi thọ xúc tác, từ đó làm tăng chu kỳ
hoạt động của xúc tác.
Còn Sn thì lại có các vai trò như liên kết với Pt làm thay đổi cơ chế phản ứng theo
hướng có lợi. Cho hiệu suất và độ lựa chọn theo reformat cao ở điều kiện áp suất thấp (< 5
atm). Tuy nhiên loại xúc tác này kém bền hơn so với xúc tác chứa Re.
Với các đặc điểm trên, người ta thường sử dụng Re trong công nghệ bán tái sinh và
Sn trong công nghệ tái sinh liên tục (CCR).
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 14 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Chất xúc tác monométallique:
Chỉ có Pt là tâm kim loại. Hàm lượng Pt trong xúc tác chiếm 0,2 0,6%m. Có 2
loại chất mang: Pt/alumosilicat, Pt/-Al2O3.
Thành phần của xúc tác Pt/-Al2O3:
Kiềm, kiềm thổ, sắt < 500 ppm.
Cl = 1%m.
S < 10 15 ppm.
Đường kính lỗ xốp: 8 10 nm.
Bề mặt riêng: 150 250 m2/g.
Đường kính hạt: 1,2 2,2 mm.
Chất xúc tác bimétallique:
Ngoài Pt, xúc tác còn được thêm các nguyên tố Ir, Sn, Re, Ge.
S < 1 ppm.
Ir = 0,02 0,6%m. Ir làm tăng hoạt tính xúc tác ở cùng điều kiện vận hành.
Re = 0,2 0,6%m. Re làm giảm áp suất vận hành của quá trình với cùng chu kỳ
làm việc của xúc tác.
Sn = 0,25 0,5%m. Sn làm tăng hiệu suất thu sản phẩm.
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 15 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
Chương 3:
NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH CỦA XÚC TÁC.
3.1. Thay đổi tính chất của xúc tác khi làm việc:
Sự thay đổi xúc tác trong quá trình reforming xúc tác thường là các tính chất vật lý
cùng với sự tiếp xúc với các độc tố ở nhiệt độ cao. Sự thay đổi được phân ra hai loại sau:
Thay đổi tính chất tạm thời: do sự tạo cốc hay do ngộ độc thuận nghịch bởi các hợp
chất của O, N, S. Sự thay đổi này có thể khôi phục được bằng phương pháp tái sinh.
Thay đổi tính chất vĩnh viễn: là những thay đổi không có khả năng tái sinh được nữa
như sự thiêu kết ở nhiệt độ cao mà bề mặt riêng xúc tác và cấu trúc của Al2O3, độ phân tán
của Pt giảm đi.
Những thay đổi trên sẽ làm lão hóa và giảm tuổi thọ của xúc tác. Đến một thời gian
nào đó cần phải thay thế một phần xúc tác này bằng một lượng xúc tác mới có hoạt tính
cao hơn nhằm ổn định hoạt tính xúc tác.
3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác.
3.2.1. Sự gây ngộ độc bởi các độc tố:
Các hợp chất hữu cơ chứa S, N, O và các kim loại nặng là những chất độc đối với
xúc tác reforming.
3.2.1.1 Gây ngộ độc bởi các hợp chất lưu huỳnh:
Các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu làm giảm hoạt tính của xúc tác Pt, ảnh
hưởng xấu đến chức năng dehydro và dehydro vòng hóa. Trong điều kiện reforming các
hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ dễ dàng chuyển hóa thành H2S, đầu độc chức năng kim loại
do hình thành sulfua platin:
Pt + H2S PtS + H2
Từ đó, chức năng quan trọng nhất của xúc tác là dehydro, dehydro đóng vòng hóa đã
bị đầu độc. Trong số các hợp chất chứa lưu huỳnh thì mecaptan (R-S-H) và H2S có ảnh
hưởng đầu độc lớn hơn cả, làm giảm hiệu suất và chất lượng reformat, làm tăng tỉ trọng
Môn h c xúc tác trong ch bi n d u khí Ti u lu n xúc tác cho quá trình Refroming xúc tác
CBGD: TS. Nguy n H u L ng 16 Ng i th c hi n: Nguy n H ng Thoan
khí chứa hydro, tăng mức độ lắng đọng cốc. H2S có tính axit nên còn gây ăn mòn thiết bị.
Ngoài ra còn làm biến đổi Al2O3 tạo thành kết tủa sunfat nhôm Al2(SO4)3. Mức độ
ngộ độc của mỗi hợp chất lưu huỳnh khác nhau sẽ khác nhau:
mercaphtan > sunfit > thiophen > H2S > S nguyên tố.
Khi hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng thì hiệu suất và chất lượng xăng
sẽ giảm khi đó cần phải nâng tỷ lệ H2/RH. Chính H2S trong khí tuần hoàn sẽ làm tăng khả
năng ăn mòn thiết bị, đường ống và nhất là ống xoắn trong lò đốt. Để khôi phục hoạt tính
xúc tác, ta tiến hành hydro hoá nhẹ chất xúc tác trong quá trình tái sinh.
Yêu cầu hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tuỳ thuộc vào loại xúc tác sử dụng:
- Đối với xúc tác monométallique: hàm lượng lưu huỳnh phải nhỏ hơn 10 15 ppm.
- Đối với xúc tác bimétallique: hàm lượng lưu huỳnh phải nhỏ hơn 1 ppm.
3.2.1.2 Gây ngộ độc bởi các hợp chất nitơ: