SlideShare a Scribd company logo
1 of 74
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 1
LỜI CẢM ƠN
Đối với một sinh viên trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đồ án tốt nghiệp
là một minh chứng cho những kiến thức đã có được sau năm năm học tập. Trong
quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ
không thể hoàn thành tốt được công việc của mình nếu không có sự chỉ bảo và
hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Hồng Liên. Em xin được gửi lời cảm ơn
chân thành nhất tới cô.
Ngoài ra trong suốt quá trình nghiên cứu em cũng nhận được được những
sự giúp đỡ, hỗ trợ tận tình của các anh, các chị đang công tác tại phòng thí nghiệm
Công nghệ Lọc Hóa Dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Viện Kỹ Thuật Hóa Học,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Em xin được gửi lời cảm ơn các anh chị và
ban chủ nhiệm bộ môn, tập thể cán bộ giảng dạy bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hóa
dầu, khoa Công nghệ Hóa học trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đã hết sức tạo
điều kiện để em có thể thực hiện tốt Đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, chia sẻ
cùng em trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2012
Sinh viên
Phan Hải Anh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................8
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP FISCHER-TROPSCH.. 10
1.1. Công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.................................................... 10
1.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch.................................... 12
1.3. Các công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.............................................. 14
1.4. Cơ chế phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch........................................... 16
1.5. Thiết bị phản ứng .................................................................................. 18
1.5.1. Các loại thiết bị được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer-
Tropsch....................................................................................................... 18
1.5.1.1. Thiết bị áp dụng cho công nghệ HTFT ............................................. 18
1.5.1.2. Thiết bị áp dụng cho công nghệ LTFT.............................................. 22
1.5.2. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong các thiết bị phản ứng khác
nhau……………………………………………………………………………28
1.5.2.1. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng phản ứng dạng huyền
phù……………………………………………………………………………..28
1.5.2.2. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định ................ 29
1.5.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng ............ 30
1.5.3.1. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng dạng
huyền phù................................................................................................... 30
1.5.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng tầng cố
định ………………………………………………………………………...32
1.6. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 34
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 3
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................... 35
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.................................................................... 35
2.2. Quá trình tổng hợp xúc tác....................................................................... 36
2.3. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của xúc tác................................................... 38
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) ..................................................... 38
2.3.2. Phương pháp hấp thụ và nhả hấp thụ nitơ............................................ 40
2.4.3. Phương pháp hấp phụ hóa học CO...................................................... 41
2.4.4.Khử hóa theo chương trình nhiệt độ bằng H2........................................ 43
2.4. Nghiên cứu chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng....................... 44
2.4.1. Phản ứng trong pha khí ...................................................................... 44
2.4.1.1. Sơ đồ phản ứng............................................................................... 44
2.4.1.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác............................................................... 47
2.4.1.3. Quá trình tiến hành phản ứng........................................................... 47
2.4.2. Phản ứng trong pha lỏng..................................................................... 48
2.4.2.1. Sơ đồ phản ứng............................................................................... 48
2.4.2.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác............................................................... 50
2.4.2.3. Quá trình tiến hành phản ứng........................................................... 50
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 52
3.1. Đặc trưng hóa lý của xúc tác.................................................................... 52
3.1.1. Đặc trưng pha tinh thể của xúc tác......................................................... 52
3.1.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của xúc tác ..................... 53
3.1.3. Độ phân tán kim loại Co trên γ- Al2O3............................................... 55
3.2. Ảnh huởng của lưu lượng khí tổng hợp tới quá trình phản ứng trong pha khí
...................................................................................................................... 56
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 4
3.2.1. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp tới độ chuyển hóa CO............. 56
3.2.2. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm....... 58
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới quá trình phản phản ứng chuyển hóa khí
tổng hợp trong pha lỏng.................................................................................. 60
3.3.1.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa CO........................ 60
3.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chọn lọc sản phẩm.................... 62
3.4. So sánh hiệu quả quá trình chuyển hóa trong pha lỏng và trong pha khí ..... 64
3.4.1. So sánh về kết quả độ chuyển hóa CO trong hai loại thiết bị phản ứng . 64
3.4.2. So sánh về kết quả độ chọn lọc sản phẩm............................................ 65
3.4.3. So sánh về hiệu suất quá trình............................................................. 67
KẾT LUẬN...................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 72
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1:Sơ đồ công nghệtổng hợp Fischer- Tropsch………………………………10
Hình 1.2:Thiết bị phản ứng dạngtầng sôituần hoàn xúc tác……………………….18
Hình 1.3:Thiết bị phản ứng dạngtầng sôicải tiến……………………………………20
Hình 1.4:Thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm…………………………21
Hình 1.5:Thiết bị phản ứng dạnghuyền phù…………………………………………..24
Hình 1.6. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm…33
Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tổng hợp xúc tác Co/ γ-Al2O3 ........................................36
Hình 2.2:Sơ đồ hệ phản ứng FT xúc tác cố định……………………………………...44
Hình 2.3:Mặt cắt dọc ống phản ứng……………………………………………………45
Hình 2.4. Sơ đồ thiết bị phản ứng huyền phù pha lỏng Fisher – Tropsch………….48
Hình 3.1:Phổ XRD của mẫu xúc tác 15%Co/γ-Al2O3……………………………….51
Hình 3.2:Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ của xúc tác 15%Co/ γ-
Al2O3…………………………………………………………………………………………52
Hình 3.3:Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3………………………...53
Hình 3.4:Giản đồ hấp phụ xung CO của xúc tác15%Co/ γ-Al2O3…………………54
Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến độ chuyển hóa CO………………56
Hình 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng tới độ chọn lọc sản phẩm……………………...57
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 6
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến độ chuyển hóa………………………60
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới độ chọn lọc sản phẩm………………61
Hình 3.9: Độ chuyển hóa CO trong pha lỏng và pha khí với xúc tác 15%Co/ γ-
Al2O3…………………………………………………………………………………………64
Hình 3.10: Ảnh hưởng của thiết bị phản ứng tới độ chọn lọc………………………65
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng so sánh xúc tác sắt và xúc tác coban cho phản ứng tổng hợp
Fischer- Tropsch…………………………………………………………………………...13
Bảng 1.2: Phân bố sản phẩm quá trình Fischer- Tropsch thực hiện theo hai
phương pháp LTFT và HTFT…………………………………………………………….15
Bảng 1.3: Độ chọn lọc trung bình sản phẩm thu được từ thiết bị phản ứng dạng
tầng sôi………………………………………………………………………………………19
Bảng 1.4: Những ưu nhược điểm chính của các thiết bị phản ứng Fischer-
Tropsch……………………………………………………………………………………...26
Bảng 3.1:Kết quả phân tích theo phương pháp đẳng nhiệthấp phụ và nhả hấp phụ
N2 của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3…………………………………………………….52
Bảng 3.2. Kếtquả đo độ phân tán Co/ γ –Al2O3………………………………………55
Bảng 3.3. Điều kiện phản ứng ở các lưu lượng khác nhau…………………………56
Bảng 3.4: Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa với tốc độ lưu
lượng khí nguyên liệu khác nhau………………………………………………………...58
Bảng 3.5. Điều kiện phản ứng F-T khi thay đổi lượng xúc tác………………………59
Bảng 3.6:: Thống kê phân bốsản phẩm của quá trình chuyển hóa với nồng độ xúc
tác khác nhau……………………………………………………………………………….62
Bảng 3.7 : Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa quá trong pha
lỏng và trong pha khí……………………………………………………………………...65
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 8
MỞ ĐẦU
Hiện nay, như tất cả chúng ta đã biết, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần
cạn kiệt. Trong khi, thực tế đã chứng minh nguồn nhiên liệu này đóng vai trò vô
cùng quan trọng đối với sự tồn tại của nền công nghiệp, giao thông vận tải…. Con
người đã và đang cố gắng nghiên cứu, đề xuất những nguồn nhiên liệu mới để thay
thế cho nhiên liệu hóa thạch. Điểm qua một số nguồn năng lượng mới, đầu tiên,
chúng ta phải nhắc tới năng lượng hạt nhân- nguồn năng lượng rất lớn, nhưng năng
lượng hạt nhân lại quá khó để khống chế và nguy hiểm. Năng lượng mặt trời, năng
lượng gió chưa thể đáp ứng tất cả nhu cầu của con người, lại có giá rất đắt khi đưa
vào sử dụng. Và gương mặt khả quan nhất, nguồn nhiên liệu sinh học, đây là nguồn
nhiên liệu có khả năng tái tạo, có những tính chất quý báu tương tự như nhiên liệu
hóa thạch. Tuy nhiên, trong quá khứ, chúng ta đã quá phụ thuộc vào nhiên liệu hóa
thạch, tất cả những máy móc, công nghệ đều được chế tạo, thiết kế sao cho phù hợp
với nguồn nhiên liệu này. Do đó, không thể thay thế một sớm, một chiều nguồn
nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu sinh học như nhiều người đã kì vọng và chúng
ta cần nhiều thời gian hơn để nghiên cứu và thay đổi công nghệ.
Chính trong thời điểm giao thời này, công nghệ đã dường như bị lãng quên-
công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch sản xuất nhiên liệu lỏng từ khí tổng hợp được
nhắc tới như giải pháp hiệu quả nhất đối với con người. Công nghệ này có thể sử
dụng nguồn nguyên liệu sinh học, nguồn khí tự nhiên cũng như than đá để thực
hiện quá trình chuyển hóa, sản xuất nhiên liệu chạy động cơ như xăng, diezen. Và
thực tế, trên thế giới đã có những nhà máy áp dụng công nghệ tổng hợp Fischer-
Tropsch sản xuất nhiên liệu trên quy mô lớn, và công nghệ này đang tiếp tục được
nghiên cứu để hoàn thiện hơn và hiệu quả hơn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 9
Theo xu hướng sử dụng nhiên liệu chung của thế giới ngày nay, các động
cơ đang dần được diezen hóa. Để đáp ứng cho nhu cầu này, xúc tác coban- dạng
xúc tác ưu tiên chuyển hóa khí tổng hợp tạo sản phẩm phần lớn nằm trong phân
đoạn diezen ngày càng được tập trung nghiên cứu và cải tiến. Bên cạnh việc nghiên
cứu, phát triển xúc tác cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp, các thiết bị cũng liên
tục được cải tiến để nâng cao hiệu suất cũng như năng suất của quá trình sản xuất
nhiên liệu.
Việc phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu lỏng từ khí tổng hợp là mong
muốn của nhiều quốc gia trên thế giới ở thời điểm hiện tại. Và Việt Nam, với lợi
thế về trữ lượng than và khí tự nhiên hứa hẹn cho sự phát triển của công nghệ tổng
hợp Fischer- Tropsch.
Với những lý do như trên, em lựa chọn đề tài đồ án của mình “ Nghiên cứu
so sánh quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong hệ phản ứng pha khí và pha
lỏng sử dụng xúc tác Co/-Al2O3”.
Đồ án của em bao gồm ba phần chính:
 Phần 1: Tổng quan về quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên
liệu lỏng và các thiết bị được sử dụng từ đó đưa ra mục tiêu nghiên
cứu.
 Phần 2: Quá trình thực nghiệm tổng hợp xúc tác, nghiên cứu đặc
trưng hóa lý xúc tác, thử nghiệm hoạt tính xúc tác trong pha lỏng và
khí.
 Phần 3: Thảo luận các kết quả đạt được.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 10
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP FISCHER-TROPSCH
1.1. Công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch [1, 2, 3, 4, 5, 6]
Phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch được định nghĩa là phản ứng chuyển
hóa hỗn hợp khí CO và H2 (hay còn được gọi là khí tổng hợp) dưới tác dụng của
xúc tác, thành nhiên liệu lỏng: xăng hoặc diezen. Ta có thể khái quát quá trình
tổng hợp thông qua phản ứng tổng quát như sau:
(2n+1)H2 + nCO = CnH2n+2 + nH2O
Phản ứng trên lần đầu tiên được thực hiện bởi hai nhà bác học người Đức
Franz Fischer và Hans Tropsch vào năm 1923, với mục tiêu sản xuất nhiên liệu
lỏng từ than đá trên nền xúc tác sắt. Sau này, khi chiến tranh thế giới thứ hai kết
thúc, do giá nhiên liệu sản xuất từ công nghệ này cao hơn rất nhiều so với giá
nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, nên công nghệ này đã dần bị lãng quên. Chỉ còn
một số quốc gia khan hiếm về nguồn dầu mỏ tiếp tục phát triển công nghệ này, để
đáp ứng nhu cầu nhiên liệu của quốc gia mình. Trong đó, phải kể tới hai tập đoàn
lớn với hai hướng phát triển công nghệ Fischer- Tropsch khác nhau. Đầu tiên là
SASOL của Nam Phi, với hướng phát triển sản xuất nhiên liệu lỏng từ than đá
(hay còn gọi là công nghệ Coal To Liquid- CTL), tập đoàn này đã có những nhà
máy trên quy mô công nghiệp được xây dựng từ những năm 1950. Thứ hai là tập
đoàn Shell của Anh, phát triển công nghệ Fischer- Tropsch theo hướng sản xuất
nhiên liệu với nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên từ những năm 1950 (hay còn gọi
là công nghệ Gas To Liquid- GTL). Và hiện nay, có nhiều tập đoàn khác bắt đầu
để mắt tới công nghệ này, thực hiện quá trình sản xuất trên quy mô nhỏ và theo
một hướng mới: sản xuất nhiên liệu lỏng từ sinh khối (hay còn gọi là công nghệ
Biomass To Liquid- BTL).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 11
Để thực hiện quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch với quy mô sản xuất công
nghiệp, công nghệ bao gồm ba quá trình chính: Quá trình khí hóa sản xuất khí tổng
hợp; quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch và quá trình nâng cấp sản phẩm để thu
được sản phẩm như mong muốn như trên hình 1.1.
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.
Ban đầu, để bảo đảm cho quá trình tổng hợp sử dụng xúc tác, nguyên liệu
cần được xử lý thô nhằm loại bỏ các hợp chất có khả năng làm ngộ độc xúc tác như
hợp chất của nitơ và lưu huỳnh.
Nguyên liệu sau khi được xử lý sẽ được chuyển qua quá trình sản xuất khí
tổng hợp. Có nhiều công nghệ khác nhau để sản xuất khí tổng hợp. Đối với nguyên
liệu là than và biomass, công nghệ khí hóa được sử dụng để thu được hỗn hợp CO
và H2. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều năng lượng, cũng như tỷ lệ H2/CO thu
được thấp. Đối với nguyên liệu là khí tự nhiên quá trình reforming hơi nước là quá
trình phổ biến nhất để sản xuất khí tổng hợp. Reforming hơi nước cho hiệu suất
chuyển hóa cao, đồng thời, hỗn hợp khí thu được có tỷ lệ H2/CO cao.
Tiếp đó, với quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch, tùy thuộc vào tỷ lệ H2/CO
mà chúng ta thực hiện quá trình tổng hợp với các điều kiện và xúc tác khác nhau.
Thông thường, phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch diễn ra ở khoảng nhiệt độ
225-3650C, dưới áp suất 5-40 atm. Sản phẩm của quá trình bao gồm chủ yếu là
Cung cấp
nguyên liệu.
Xưởng sản
xuất khí tổng
hợp
Fischer-
Tropsch
Nâng cấp
sản phẩm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 12
parafin, olefin và có lẫn một số sản phẩm phụ như những hợp chất chứa oxy,
hydrocacbon thơm,….với số cacbon trong phân tử từ C1-C40.
Cuối cùng, quá trình nâng cấp sản phẩm được thực hiện nhằm thu được các
sản phẩm thương mại. Từ quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch, có thể thu được
một hỗn hợp nhiều sản phẩm khác nhau. Do đó, để có được sản phẩm nhiên liệu
tiêu thụ trên thị trường thì cần phải thực hiện những quá trình nâng cấp cần thiết,
tạo ra các phân đoạn hydrocacbon phù hợp tiêu chuẩn thương phẩm. Bên cạnh đó,
một số quá trình công nghệ quen thuộc như cracking, reforming,….cũng được ứng
dụng để sản xuất các hóa phẩm có chất lượng cao.
1.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch.
Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch bao gồm ba phần chính:
kim loại hoạt động, chất hỗ trợ và chất mang. Chất hoạt động chính bao gồm:
coban và sắt; các kim loại hỗ trợ được sử dụng : reni, ruthedi, platin, các nguyên tố
đất hiếm,….; và các chất mang đặc trưng: gama- nhôm oxit, silic dioxit, titan
oxit,…. Nhiều yếu tố như điều kiện phản ứng, bản chất chất trợ xúc tác đã được
nghiên cứu để tăng những tính chất quý của xúc tác. Sâu xa hơn, điều kiện tổng
hợp xúc tác, cũng như độ phân tán của tâm hoạt tính trên bề mặt xúc tác cũng
được quan tâm nghiên cứu với mục tiêu cuối cùng là nâng cao hiệu quả của quá
trình.Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng, cũng như điều kiện nhiệt độ, áp suất của
quá trình mà hiệu suất và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng có thể thay đổi rất
khác nhau.[7]
Chúng ta có thể thấy, tất cả các kim loại nhóm VIIIB đều có khả năng xúc
tác cho phản ứng hydro hóa CO để chuyển hỗn hợp khí tổng hợp thành nhiên liệu.
Rutheni cùng với sắt, niken và coban là những kim loại phù hợp nhất cho phản ứng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 13
tổng hợp Fischer- Tropsch. Tuy nhiên, niken ưu tiên xúc tiến cho phản ứng tạo
metan còn rutheni lại quá đắt khó mà áp dụng vào quy mô sản xuất rộng rãi. Vì lẽ
đó, coban và sắt là sự lựa chọn tốt nhất cho phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch.
Cả hai loại này đều đã được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu tổng
hợp. Tổng hợp so sánh giữa hai loại xúc tác này được thể hiện ở bảng 1.1.
Giữa hai loại xúc tác này, coban đắt hơn nhưng lại có tuổi thọ dài hơn so với
xúc tác sắt, đồng thời độ chuyển hóa tạo sản phẩm hydrocacbon của xúc tác coban
cũng lớn hơn so với xúc tác sắt. Một đặc điểm nữa, xúc tác sắt xúc tiến cho phản
ứng WGS làm giảm hiệu suất của quá trình, trong khi xúc tác coban không hỗ trợ
cho phản ứng này.
Phản ứng với xúc tác sắt tạo thành nhiều sản phẩm olefin hơn so với xúc tác
coban. Cả hai loại xúc tác này đểu rất nhạy cảm với sự có mặt của lưu huỳnh trong
khí tổng hợp nguyên liệu. Với xúc tác sắt, khí tổng hợp không nên chứa quá
0,2ppm lưu huỳnh. Còn với xúc tác coban, lượng lưu huỳnh còn nhỏ hơn: 0,1ppm.
Coban được mang trên chất mang oxyt có khả năng chống ăn mòn cao hơn so với
xúc tác sắt, vì lẽ đó, xúc tác coban thích hợp với loại thiết bị phản ứng dạng huyền
phù.
Với xúc tác sắt, điều kiện phản ứng không phải là yếu tố chính ảnh hưởng tới
hoạt tính của xúc tác này(thậm chí nhiệt độ lên tới 613K cũng không ảnh hưởng tới
xúc tác). Coban thì ngược lại, một thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể dẫn tới sự thay
đổi lớn về độ chuyển hóa, điển hình, độ chọn lọc tạo metan tăng lên.
Cả xúc tác sắt và xúc tác coban có thể được sử dụng cho quá trình tổng hợp
Fischer- Tropsch ở nhiệt độ thấp. Quá trình tổng hợp tạo sản phẩm chủ yếu là
parafin với mạch dài. Chính vì thời gian sống, độ chọn lọc tạo sản phẩm mạch
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 14
cacbon dài hơn, độ chuyển hóa nguyên liệu cao hơn nên xúc tác coban được chọn
làm xúc tác chính cho quá trình tổng hợp LTFT.
Bảng 1.1: Bảng so sánh xúc tác sắt và xúc tác coban cho phản ứng tổng hợp
Fischer- Tropsch [8].
Các chỉ tiêu Xúc tác coban Xúc tác sắt
Giá thành Đắt Rẻ
Tuổi thọ Dài Ngắn(do chịu ảnh hưởng
của quá trình cốc hóa,
phản ứng tạo sắt cacbit)
Độ hoạt động Cao Thấp
Hàm lượng lưu huỳnh cho
phép trong nguyên liệu
<0,1ppm 0,2ppm
Xúc tác cho phản ứng
“water gas shift”
CO + H2O  CO2 + H2
Không xúc tác cho phản
ứng
Có xúc tác cho phản ứng
Tính linh động theo điều
kiện phản ứng
Cao, độ chọn lọc sản
phẩm phụ thuộc nhiều vào
điều kiện áp suất và nhiệt
độ
Thấp, ngay cả ở điều kiện
nhiệt độ cao 613K độ
chọn lọc tạo metan vẫn
thấp
Tỷ lệ H2/CO 2 0,5-2,5
1.3. Các công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch
Hiện nay, dựa vào xúc tác và điều kiện phản ứng người ta chia quá trình
tổng hợp Fischer- Tropsch thành hai loại: phản ứng Fischer- Tropsch ở nhiệt độ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 15
thấp (Low Temperature Fischer- Tropsch- LTFT)và phản ứng Fischer- Tropschở
nhiệt độ cao (High Temperature Fischer- Tropsch - HTFT). Với quá trình HTFT,
phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ 300-3300C, sử dụng xúc tác sắt và tỷ lệ
H2/CO nhỏ hơn 2. Tỷ lệ H2/CO này thông thường thu được khi tiến hành quá trình
khí hóa than và biomass. Còn quá trình LTFT, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ
200-2500C, sử dụng xúc tác sắt, coban và tỷ lệ H2/CO là 1.7-2.15. Tỷ lệ H2/CO
này thường thu được khi ta tiến hành quá trình reforming hơi nước khí tự nhiên.[9]
Mỗi quá trình cũng đưa ra kết quả độ chuyển hóa khí nguyên liệu, độ chọn
lọc sản phẩm khác nhau. Nếu quá trình HTFT ưu tiên tạo sản phẩm thuộc phân
đoạn xăng, nhiều hợp chất olefin, hợp chất phi hydrocacbon thì quá trình LTFT lại
ưu tiên tạo sản phẩm diezen, và hầu như rất ít những hợp chất phi hydrocacbon.
Với mỗi chế độ, mỗi loại sản phẩm lại có ứng dụng khác nhau. Nếu sản phẩm của
quá trình HTFT được sử dụng làm nhiên liệu xăng, làm nguyên liệu cho quá trình
tổng hợp hữu cơ hóa dầu, thì sản phẩm của quá trình LTFT được sử dụng chủ yếu
làm nhiên liệu, và các sản phẩm này rất đa dạng như: xăng, diezen, nhiên liệu phản
lực, ....
Đồng thời, đối với mỗi công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch, người ta lại sử
dụng những loại thiết bị khác nhau, để đạt được hiệu quả kỹ thuật, cũng như hiệu
quả kinh tế là cao nhất. Chính sự đa dạng này đã gợi mở những hướng phát triển
khác nhau cho các công ty đang tập trung vào nghiên cứu và ứng dụng quá trình
tổng hợp Fischer- Tropsch. Khi sử dụng các công nghệ khác nhau, phân bố sản
phẩm của quá trình cũng sẽ khác nhau (bảng 1.2) [7].
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 16
Bảng 1.2:Phân bốsản phẩm quá trình Fischer- Tropsch thực hiện theo hai
phương pháp LTFT và HTFT
Sản phẩm LTFT(%) HTFT(%)
CH4 4 7
C2-4 Olefin 4 24
C2-4 Parafin 4 6
Xăng 18 36
Phân đoạn trung bình 19 12
Diezen 48 9
Hợp chất chứa Oxy 3 6
1.4. Cơ chế phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch [10]
Trên cơ sở những chất xúc tác được sử dụng, có nhiều cơ chế phản ứng
được đề xuất để giải thích cho phản ứng Fischer- Tropsch. Tuy nhiên, hiện nay, cơ
chế được công nhận nhiều nhất trên thế giới bao gồm ba giai đoạn: Giai đoạn khơi
mào; giai đoạn phát triển mạch và giai đoạn ngắt mạch.
 Bước 1: CO hấp phụ lên các tâm hoạt tính của xúc tác, đồng thời dưới tác
động của H2 tạo nên các mắt xích liên kết C1:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 17
 Bước 2: Các mắt xích liên kết C1 được nối lại với nhau thành các gốc
hydrocacbon mạch dài:
 Bước 3: Các gốc tách ra khỏi tâm hoạt tính, kết hợp với hydro, nước hoặc kết
hợp với các gốc khác tạo thành sản phẩm:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 18
Việc phân bố các tâm hoạt tính trên nền chất mang cho phép sự tiếp xúc giữa
khí nguyên liệu với các tâm hoạt tính, khả năng hấp phụ của CO lên tâm hoạt tính
càng cao, bề mặt xúc tác với những tâm hoạt tính được phân bố hợp lý sẽ giúp hình
thành những mạch cacbon dài hơn, sản phẩm đa dạng hơn. Đây là lý do tại sao
chúng ta có thể chuyển hóa được khí tổng hợp thành những dạng nguyên liệu đang
được sử dụng phổ biến hiện nay, với hiệu suất tương đối cao.
1.5. Thiết bị phản ứng
Như đã nói ở trên, ngoài các yếu tố tác động về điều kiện phản ứng, cũng
như xúc tác, hiệu suất của quá trình hóa học còn phụ thuộc vào công nghệ, dạng
thiết bị được sử dụng. Trong đó, quá trình Fischer- Tropsch không phải là ngoại lệ.
Theo thời gian, các loại thiết bị gắn liền với công nghệ Fischer- Tropsch cũng dần
được thay đổi.
1.5.1. Các loại thiết bị được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer-
Tropsch
Hiện nay, tùy thuộc vào công nghệ mà thiết bị được lựa chọn và thiết kế
khác nhau. Chủ yếu các thiết bị sẽ được phân chia theo hai dạng công nghệ: công
nghệ HTFT và công nghệ LTFT.
1.5.1.1. Thiết bị áp dụng cho công nghệ HTFT
a, Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi tuần hoàn xúc tác
Hệ thống thiết bị dạng tầng sôi vận hành ở nhiệt độ 330-3500C, và tạo ra
những dạng sản phẩm nhẹ được mô tả như trong hình 2. Thiết bị sử dụng bột xúc
tác sắt được tuần hoàn liên tục trong hệ thống phản ứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 19
Hình 1.2: Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi tuần hoàn xúc tác
Khí nguyên liệu sạch được trộn với khí tuần hoàn ở 160- 2000C và áp suất
khoảng 20 atm. Khí chuyển qua lôi cuốn xúc tác thông qua van trượt ở nhiệt độ
340-3500C. Quá trình diễn ra gián đoạn đi vào tầng sôi nơi mà phản ứng được diễn
ra ở 315-3300C. Nhiệt được sinh ra từ các phản ứng tỏa nhiệt được giải phóng nhờ
quá trình tuần hoàn làm mát trong các ống bên trong thiết bị phản ứng. Trong hệ
thống Syntol, dầu được sử dụng như một chất làm mát, và nhiệt chuyển qua dầu
làm mát sẽ được dùng để sản xuất hơi nước. Hỗn hợp của sản phẩm, chất tham gia
phản ứng và xúc tác được đưa vào phễu chứa xúc tác, ở đó, tốc độ của dòng khí
được giảm xuống và xúc tác được tách ra khỏi dòng khí. Khí sau đó được chuyển
qua hai chùm xyclon để tách triệt để xúc tác khỏi dòng khí. Khí thải được chuyển
qua thiết bị ngưng tụ để tách lấy những sản phẩm hydrocacbon nặng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 20
Xúc tác được chuyển qua sẽ làm tăng hiệu suất của quá trình, tránh những
hiện tượng quá nhiệt cục bộ, hỏng xúc tác. Tuy nhiên, hệ thiết bị phức tạp, đắt tiền,
tốc độ dòng khí trong thiết bị khó được kiểm soát. Hơn nữa, với hệ thiết bị phản
ứng sử dụng cho quá trình tổng hợp HTFT, sản phẩm sinh ra chứa nhiều olefin,
rượu, các hợp chất chứa oxy. Những hợp chất này ảnh hưởng nhiều tới chất lượng
sản phẩm, và yêu cầu các nhà nghiên cứu cần có những cải tiến để nâng cấp thiết
bị. Sản phẩm thu được có độ chọn lọc trung bình như trong bảng 1.3.
Bảng 1.3:Độ chọn lọc trung bình sản phẩm thu được từ thiết bị phản ứng
dạng tầng sôi
Sản phẩm Công thức phân tử Phần trăm khối lượng(%)
Khí
Metan
Eten
Etan
Propen
Propan
Buten
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4H8
11
4
6
11
2
8
Lỏng
C5-C7
Dầu nhẹ
Dầu nặng
Rượu
Axit
8
33
6
9
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 21
Năng suất của hệ thiết bị đạt 6500 tỷ thùng/ngày. Trong khoảng thời gian từ
năm 1955-2000 có 19 thiết bị được tập đoàn Sasol sử dụng.[7]
b, Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến
Những nhược điểm của thiết bị phản ứng dạng tầng sôi đã được khắc phục
khi sử dụng thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến(SAS). Vì lý do đó, từ năm
1998-2000 các thiết bị phản ứng dạng tầng sôi đã dần được thay thế bởi các thiết bị
cải tiến. Thiết bị cải tiến có dạng như hình 1.3 được sử dụng cho xúc tác sắt dạng
tầng sôi. Khí tổng hợp được chuyển qua lớp xúc tác tầng sôi, nơi mà xúc tác sẽ
chuyển hóa chúng thành hydrocacbon hầu hết ở dạng hơi dưới điều kiện công nghệ:
3400C và 25bar.
Hình 1.3: Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến
Nhiệt sinh ra trong thiết bị phản ứng sẽ được giải phóng bằng việc sử dụng
nước làm mát trao đổi nhiệt bên trong thiết bị phản ứng, những ống trao đổi nhiệt
này cũng được sử dụng nếu muốn gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng. Ưu điểm chính
của hệ thiết bị cải tiến so với thiết bị phản ứng dạng tầng sôi ban đầu là hệ thống
đơn giản hơn, dễ dàng chế tạo, giá thành rẻ hơn do việc kết hợp thiết bị làm mát
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 22
bên trong thiết bị phản ứng, và tránh tiêu tốn năng lượng do phải tuần hoàn xúc tác
liên tục. Tổng lượng xúc tác được sử dụng trong hệ thiết bị mới giảm 40% so với
hệ thống ban đầu, do đó, giá của hệ thống giảm được 15% [7]. Trên thực tế, với hệ
phản ứng này, độ chuyển hóa cũng tăng lên do thời gian lưu của khí tăng lên.
1.5.1.2. Thiết bị áp dụng cho công nghệ LTFT
a, Thiết bị phản ứng tầng cố định
Dàn ống xúc tác tầng cố định đã được sử dụng từ những năm chiến tranh
thế giới thứ hai, nay vẫn đang được Sasol sử dụng trong công nghệ Arge của họ, và
được Shell sử dụng trong công nghệ sản xuất nhiên liệu có nhiệt độ sôi trung bình
[11]. Phản ứng Fischer- Tropsch xảy ra trong thiết bị phản ứng với xúc tác sắt
(Sasol) tương tự như trong thiết bị trao đổi nhiệt, với xúc tác được chứa đầy trong
các ống (hình 1.4). Hiệu quả của việc giải phóng nhiệt phản ứng phụ thuộc vào ảnh
hưởng qua lại giữa nhiệt được sinh ra bên trong quá trình phản ứng và nhiệt được
trao đổi với nước làm mát [7].
Hình 1.4: Thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 23
Trong các ống phản ứng, theo chiều từ trên xuống dưới, độ chuyển hóa và
hiệu quả của các phản ứng giảm dần do hầu hết khí nguyên liệu thực hiện quá trình
chuyển hóa ở phía trên của ống. Trong nhiều trường hợp, nhiệt độ làm việc trung
bình phải cao để đạt được độ chuyển hóa cao, và thông thường sẽ sử dụng nhiệt độ
cao nhất có thể. Tuy nhiên, khi làm việc ở nhiệt độ cao độ chọn lọc sản phẩm của
phản ứng sẽ bị ảnh hưởng. Do đó, nhiệt sinh ra trong phản ứng cần được loại bỏ
ngay lập tức và hiệu quả của việc khống chế nhiệt độ làm việc sẽ ảnh hưởng tới
hiệu quả của cả quá trình. Đồng thời, trong trường hợp có sử dụng khí tuần hoàn,
độ chuyển hóa một lần có thể giảm, nhưng độ chuyển hóa của cả quá trình tăng lên.
Chúng ta không thể phủ nhận những ưu điểm của thiết bị phản ứng phản
ứng tầng cố định. Đầu tiên, khả năng phân tách sản phẩm khỏi xúc tác một cách dễ
dàng là ưu điểm dễ nhận thấy nhất của loại thiết bị này, sản phẩm thu được sau quá
trình phản ứng sẽ đi cùng dòng khí nguyên liệu chưa phản ứng ra khỏi thiết bị phản
ứng và được ngưng tụ để tách khí nguyên liệu. Thiết bị phản ứng có thể hoạt động
ở khoảng nhiệt độ rộng, do đó, phù hợp với nhiều loại xúc tác khác nhau, đồng
thời, thiết bị loại này thích hợp để khảo sát các xúc tác mới trên quy mô phòng thí
nghiệm, cho tới thực hiện sản xuất quy mô lớn.[12]
Nhưng thiết bị phản ứng dạng dàn ống xúc tác tầng cố định phức tạp và đắt
tiền. Bởi lẽ, thiết bị khó chế tạo và cần yêu cầu thiết kế đặc biệt để có thể thay xúc
tác, nhất là đối với xúc tác sắt có thời gian làm việc ngắn. Xúc tác dễ dàng bị mất
hoạt tính do quá nhiệt cục bộ, cũng như việc lắng đọng cacbon trên bề mặt xúc tác
và hình thành sáp bên trong mao quản của xúc tác. Khi đó hoạt tính cũng như độ
bền của xúc tác bị giảm đáng kể.[13]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 24
b, Thiết bị phản ứng dạng huyền phù
Để khắc phục những nhược điểm của thiết bị phản ứng tầng cố định, thiết bị
phản ứng dạng huyền phù được nghiên cứu và sử dụng để tối ưu hóa hiệu quả quá
trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Thiết bị phản ứng dạng huyền phù được mô tả
trong hình 1.5.
Thiết bị bao gồm khoang chứa huyền phù với dung môi là sản phẩm trực
tiếp từ quá trình tổng hợp F-T với xúc tác phân bố trong lòng dung môi. Khí tổng
hợp được chuyển qua lớp huyền phù dưới dạng bong bóng và được chuyển hóa
thành hydrocacbon. Nhiệt sinh ra được giải phóng bằng bộ phận làm mát bên trong
thiết bị phản ứng, bộ phận này cũng nhận nhiệm vụ tận dụng nguồn nhiệt của phản
ứng tổng hợp sản xuất hơi nước.
Hydrocacbon nhẹ dưới dạng hơi được chuyển ra ngoài thông qua đỉnh của
thiết bị phản ứng với những chất phản ứng còn dư và được ngưng tụ trong bộ phận
ngưng tụ ở phía sau. Các hydrocacbon lỏng nặng hơn được trộn lẫn với dung môi
trong huyền phù, sau đó sẽ được thu hồi bằng quá trình phân tách rắn. Trong hệ
thống của Sasol, một hệ thống phân tách lỏng- rắn với nhiều thiết bị được sử dụng,
chính điều này khiến cho việc phân tách hỗn hợp lỏng- rắn rẻ hơn, đóng vai trò
quan trọng trong việc phát triển thiết bị phản ứng dạng huyền phù.
Việc lắng đọng và phân tách xúc tác từ hỗn hợp huyền phù sản phẩm và xúc
tác là một trong những khó khăn khi sử dụng thiết bị phản ứng dạng huyền phù, đặc
biệt là với xúc tác sắt. Điều quan trọng ở đây là xúc tác phải đủ bền để tránh bị phá
vỡ - điều mà làm cho việc phân tách rắn lỏng trở nên khó khăn hơn và có thể là
không thể thực hiện được. Khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị huyền phù tốt hơn so
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 25
với thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định, do đó, trạng thái đẳng nhiệt được duy trì
tốt hơn, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
Hình 1.5: Thiết bị phản ứng dạng huyền phù
Đối với xúc tác được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, điều quan trọng
là phải tìm được điều kiện làm việc của xúc tác phù hợp với thiết bị. Ví dụ khi sử
dụng thiết bị phản ứng dạng huyền phù, yêu cầu về thể tích thiết bị thấp hơn so với
thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm. Lý do là thiết bị phản ứng dạng
huyền phù có khả năng phối trộn tốt, tăng khả năng tiếp xúc của khí nguyên liệu
với xúc tác, do đó, nâng cao hiệu suất của quá trình chuyển hóa khí tổng hợp.[14]
Thiết kế đơn giản, kết hợp với điều kiện công nghệ được khống chế dễ
dàng, xúc tác ít bị ảnh hưởng bởi tác dụng của nhiệt độ đã làm nên những ưu điểm
của thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Đồng thời, so với thiết bị phản ứng tầng cố
định, thiết bị phản ứng dạng huyền phù cho độ chọn lọc sản phẩm hydrocacbon có
số cacbon trong phân tử lớn hơn.[15]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 26
Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị phản ứng loại này xúc tác có xu hướng thoát
ra ngoài cùng đường khí. Bên cạnh đó, đối với thiết bị phản ứng dạng huyền phù,
việc phân tách hỗn hợp sản phẩm- xúc tác khó hơn so với thiết bị xúc tác tầng cố
định. Khả năng mất mát xúc tác là một trong những vấn đề gây nên tính bất lợi của
hệ thống này. Tuổi thọ của xúc tác cũng bị ảnh hưởng khi phải làm việc trong điều
kiện hỗn hợp khuấy trộn liên tục, đòi hỏi công nghệ chế tạo xúc tác cần được cải
thiện để phát huy hết tiềm năng của thiết bị phản ứng dạng huyền phù.
Bảng 1.4 tóm tắt lại những ưu nhược điểm chính của các loại thiết bị phản
ứng được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 27
Bảng 1.4:Những ưu nhược điểm chính của các thiết bị phản ứng Fischer-
Tropsch
Loại thiết bị Ưu điểm Nhược điểm
Thiết bị xúc
tác cố định
+ Hoạt động đơn giản
+ Có thể sử dụng trong
khoảng nhiệt độ rộng
+ Dễ dàng tách sản phẩm từ
xúc tác
+ Dòng ổn định
+ Truyền nhiệt kém
+ Khó khăn trong việc cung cấp chất
phản ứng vào trong lớp xúc tác.
+ Độ giảm áp cao
+ Khó khăn và tốn chi phí cho thiết
kế và thay thế xúc tác
+ Xúc tác có thể mất hoạt tính do
cacbonlắng đọng .
Thiết bị xúc
tác tầng sôi
+Dễ thay thế xúc tác
+Hiệu ứng nhiệt cao hơn
thiết bị xúc tác cố định
+Hoạt động đẳng nhiệt
+ Truyền nhiệt kém
+ Khó khăn trong việc cung cấp chất
phản ứng vào trong lớp xúc tác
+ Độ giảm áp cao
+ Khó khăn và tốn chi phí cho thiết
kế và thay thế xúc tác
+ Xúc tác có thể mất hoạt tính do
cacbonlắng đọng
Thiết bị
huyền phù
+ Pha huyền phù trộn đều
với xu hướng tới làm việc
đẳng nhiệt .
+ Giảm áp suất hợp lý
+ Phân phối tốt chất phản
ứng bên trong thiết bị
+ Kiểm soát tốt sự phân
phối hydrocacbontại độ
chuyển hoá tương đốicao
+ Khó tách sản phẩm sáp ra khỏi xúc
tác
+ Bọt hình thành bên trong lò
+ Xúc tác tiêu hao, lắng đọng hoặc
tích tụ
+ Nếu chất phản ứng có chứa chất
độc có thể ảnh hướng xấu và gây mất
hoạt xúc tác
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 28
1.5.2. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong các thiết bị phản ứng khác
nhau
Thông qua tổng quan về các loại thiết bị phản ứng, ta thấy rằng chế độ làm
việc của thiết bị phản ứng tầng cố định và thiết bị phản ứng dạng huyền phù là khác
nhau. Thiết bị phản ứng tầng cố định thực hiện phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp
trong pha khí, trong khi thiết bị phản ứng dạng huyền phù thực hiện quá trình
chuyển hóa trong pha lỏng. Điều này dẫn tới quá trình chuyển hóa có sự khác biệt
nhất định, và là nguyên nhân dẫn tới sự khác biệt về hiệu suất chuyển hóa khí tổng
hợp thành nhiên liệu lỏng.
1.5.2.1. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng phản ứng dạng huyền
phù [16]
Thiết bị phản ứng dạng huyền phù là thiết bị thực hiện phản ứng ở nhiều
pha khác nhau bao gồm dung môi lỏng và hạt xúc tác rắn được trộn trong huyền
phù, ngoài ra còn có pha khí của khí nguyên liệu. Trong thiết bị phản ứng với ba
pha tồn tại như vậy, quá trình phản ứng xảy ra như sau:
 Bước 1: Khí nguyên liệu được chuyển qua dung môi dưới dạng các bóng khí.
 Bước 2: Khí nguyên liệu tiếp xúc với pha xúc tác rắn thông qua lớp màng
bóng khí ( sự tiếp xúc hiệu quả với tốc độ dòng khí chuyển qua phù hợp).
 Bước 3: Khí nguyên liệu khuếch tán lên bề mặt thông qua hệ thống mao
quản của xúc tác rắn.
 Bước 4: Xúc tác rắn hấp phụ khí nguyên liệu.
 Bước 5: Phản ứng hóa học xảy ra trên các tâm hoạt tính của xúc tác ( bao
gồm các bước khơi mào, phát triển mạch, và ngắt mạch cacbon ).
 Bước 6: Nhả hấp phụ sản phẩm của quá trình chuyển hóa trên tâm hoạt tính.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 29
 Bước 7: Qua hệ thống mao quản của xúc tác, các sản phẩm được khuếch tán
ra ngoài.
 Bước 8: Sản phẩm được hòa tan vào dung môi lỏng.
Như vậy, sự tồn tại của các pha trong thiết bị phản ứng dạng huyền phù
giúp tăng khả năng tiếp xúc của hỗn hợp khí nguyên liệu với tốc độ dòng khí
chuyển qua phù hợp. Thông qua những quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong
thiết bị phản ứng, ta có thể nhận thấy độ chuyển hóa, độ chọn lọc sản phẩm không
những phụ thuộc vào hoạt tính của tâm kim loại hoạt động trong xúc tác, khả năng
phân bố các tâm kim loại trên bề mặt chất mang mà còn bị ảnh hưởng nhiều bởi các
yếu tố vật lý.
1.5.2.2. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định [12]
Trong khi quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong thiết bị phản ứng dạng
huyền phù là phản ứng xảy ra với ba pha: rắn, lỏng, khí, thì quá trình chuyển hóa
xảy ra trong thiết bị phản ứng tầng cố định là phản ứng xảy ra với hai pha: rắn và
khí. Quá trình bao gồm các bước chính như sau:
 Bước 1: Hấp phụ chất khí nguyên liệu lên bề mặt xúc tác.
 Bước 2: Phản ứng hóa học xảy ra trên các tâm hoạt tính.
 Bước 3: Nhả hấp phụ sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác, sản phẩm dạng hơi
cùng với nguyên liệu đi ra khỏi thiết bị phản ứng.
Có thể thấy, quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định đơn
giản chỉ là quá trình hấp phụ nguyên liệu, nhà hấp phụ sản phẩm, kết hợp với phản
ứng hóa học. Điều này có một ưu thế là đơn giản trong việc khống chế các thông số
vật lý liên quan tới quá trình. Tuy nhiên, khi sản phẩm tạo ra không có khả năng
bay hơi ở điều kiện nhiệt độ phản ứng sẽ dẫn đến khả năng thiêu kết, tạo cốc trên
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 30
bề mặt xúc tác, ảnh hưởng lớn tới khả năng làm việc của xúc tác cũng như hiệu quả
của quá trình.
1.5.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng
Thông qua việc tìm hiểu về quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng
xúc tác tầng cố định và thiết bị phản ứng dạng huyền phù, ta có thể nhận thấy ngoài
ảnh hưởng của xúc tác, quá trình chuyển hóa còn chịu ảnh hưởng từ các yếu tố vật
lý. Đó là những đại lượng có liên quan trực tiếp tới những các quá trình vật lý như
hấp phụ, nhả hấp phụ và khuếch tán khi thực hiện phản ứng với sự có mặt của xúc
tác. Đồng thời, các yếu tố vật lý nêu trên cũng ảnh hưởng tới hiệu quả độ chuyển
hóa khí nguyên liệu, cũng như độ chọn lọc sản phẩm của cả quá trình.
1.5.3.1. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng dạng
huyền phù.
Đối với thiết bị phản ứng dạng huyền phù, bên cạnh ảnh hưởng của xúc
tác, năng suất và hiệu suất chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng của thiết
bị còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng khí, kích
thước hạt xúc tác. Thực tế nghiên cứu đã khảo sát những yếu tố nêu trên để đưa ra
những điều kiện hoạt động tối ưu cho thiết bị phản ứng dạng huyền phù.
a. Ảnh hưởng của áp suất.
Theo các nghiên cứu cho thấy, áp suất làm việc của thiết bị phản ứng dạng
huyền phù tốt nhất nằm trong khoảng từ 1 – 4 MPa. Nếu giá trị áp suất nhỏ hơn 1
MPa , xúc tác vẫn có thể làm việc ở điều kiện này tuy nhiên phản ứng sẽ rất khó
xảy ra hơn và hiệu suất sản phẩm giảm. Ngược lại áp suất lớn hơn 4 MPa, xúc tác
vẫn có thể làm việc, thực hiện các quá trình chuyển hóa. Tuy nhiên, thiết bị lúc này
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 31
cần được chế tạo sao cho chịu được áp suất cao làm tăng giá thành gia công chế tạo
thiết bị, thiết bị sẽ phức tạp hơn.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ làm việc được cho là tối ưu nằm trong khoảng từ 210 – 280ºC.
Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 210ºC , phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp sẽ khó xảy ra dẫn
đến hiệu suất quá trình giảm. Nếu nhiệt độ lớn hơn 280ºC , làm tăng quá trình tạo
ra nhiều metan trong khi sản phẩm ta muốn thu là sản phẩm lỏng. Bên cạnh đó,
nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình làm việc cũng như tuổi thọ và độ bền của
xúc tác, nhiệt độ tăng cũng khiến độ bền của xúc tác giảm.
c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí trong thiết bị.
Do sự hình thành bóng khí trong thiết bị phản ứng ảnh hưởng nhiều tới
khả năng tiếp xúc của khí nguyên liệu với các hạt xúc tác bên trong thiết bị, nên tốc
độ dòng khí cũng là một thông số ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất, độ chuyển hóa của
quá trình. Tốc độ dòng khí được cho là hiệu quả nhất với thiết bị phản ứng dạng
huyền phù nằm trong khoảng: ωg = 0,05 – 0,2m/s.
Giá trị tốc độ dòng khí ωg <0,05m/s gây khó khăn trong việc di chuyển của
các bong bóng trong thiết bị, kết quả là làm giảm khả năng hòa trộn, phân tán của
xúc tác trong dầu dung môi. Nồng độ huyền phù ở các vị trí khác nhau trong thiết
bị là không đồng nhất, do đó, khiến cho khả năng tiếp xúc pha kém đi và dẫn tới
hiệu suất quá trình giảm.
Còn với giá trị tốc độ dòng khí ωg >0,2m/s khiến cho thể tích khí trong
thiết bị lớn, cần một thiết bị có kích thước lớn hơn, gây tốn kém trong việc chế tạo
thiết bị.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 32
d. Tỷ lệ xúc tác trong huyền phù
Khoảng giá trị 10 – 40 %kl xúc tác trong hỗn hợp huyền phù được cho là
thích hợp nhất, cho hiệu suất chuyển hóa cao nhất đối với loại thiết bị thực hiện
phản ứng ở dạng huyền phù. Trong đó giá trị tối ưu nằm trong khoảng 20 – 30 %kl.
Với khối lượng xúc tác nhỏ hơn 10%, thiết bị phản ứng trở nên quá lớn so
với năng suất sản phẩm cần. Còn khối lượng xúc tác lớn hơn 40%, lượng xúc tác
quá lớn sẽ gây khó khăn cho việc xúc tác hòa trộn đều để tạo huyền phù trong thiết
bị, do đó, phản ứng khó thực hiện, giảm hiệu suất của quá trình và khiến cho lượng
sản phẩm thu được không cao.
1.5.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng tầng cố
định.
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiêt độ phản ứng là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng tới
tính chất xúc tác khi làm việc, ảnh hưởng tới đặc tính pha, tính chất vật lý của chất
phản ứng, dung môi hấp thụ, sản phẩm tạo thành,…. qua đó gây ảnh hưởng đến độ
chuyển hoá, độ chọn lọc sản phẩm. Khi nhiệt độ phản ứng quá thấp, hoạt tính xúc
tác sẽ không cao, do đó làm giảm độ chuyển hóa. Khi nhiệt độ phản ứng quá cao
xúc tác có thể bị thiêu kết, các tâm kim loại chuyển thành các tâm oxit, làm mất hoạt
tính của xúc tác, mặt khác nhiệt độ phản ứng quá cao còn làm tăng khả năng bay hơi
của dung môi hấp thụ, gây hao hụt dung môi, giảm khả năng hấp thụ sản phẩm, bẩn
cột phân tách GC trong quá trình phân tích [17].
Nhìn chung, tổng hợp FT thực hiện trong khoảng nhiệt độ phản ứng từ
150°C tới 300°C.Nếu nhiệt độ phản ứng cao sẽ làm tăng tốc độ phản ứng, tăng độ
chuyển hóa. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao quá trình tổng hợp có xu thế tạo nhiều metan.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 33
Với mỗi loại xúc tác sẽ có một khoảng nhiệt độ làm việc tối ưu, khoảng
nhiệt độ này đảm bảo xúc tác có hoạt tính cao, độ chọn lọc cao, làm việc ổn định.
b. Ảnh hưởng của áp suất.
Áp suất phản ứng cũng là một trong những yếu tố quan trọng trong quá
trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Đối với điều kiện làm việc thông thường, áp suất
tiến hành phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng nằm trong
khoảng 1MPa - 4MPa. Áp suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý của chất
phản ứng, của dung môi hấp thụ, và của sản phẩm. Khi áp suất quá cao, dung môi
hấp thụ bị khuấy trộn mạnh, bề mặt thoáng thay đổi liên tục, dung môi sẽ nhanh bị
hao hụt.
Khi áp suất quá thấp, giai đoạn phát triển mạch sẽ bị hạn chế, do khả năng
kết nối của các mắt xích (-CH2-) giảm. Ngoài ra áp suất thấp còn làm giảm tốc độ
quá trình nhả hấp phụ sản phẩm trên bề mặt xúc tác, dẫn đến các tâm hoạt tính của
xúc tác bị che bớt,làm giảm hoạt tính của xúc tác, dẫn đến giảm độ chuyển hóa
nguyên liệu [17].
c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu. [18]
Có thể thấy trên hình 1.6, không quan sát thấy ảnh hưởng nào của tốc độ
dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm của các hydrocacbon dưới C20. Với các
sản phẩm C20+ thì chúng gần như biến mất ở tốc độ dòng khí 100 sccm/gxt, trong
khi các hydrocacbon nặng C35 vẫn được tạo ra ở tốc độ dòng khí 50sccm/gxt. Một
điều thật thú vị đó là việc giảm GHSV của phản ứng lại làm tăng các sản phẩm
hydrocacbon mạch dài.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 34
Hình 1.6. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm.
(Điều kiện phản ứng ở 220oC; áp suất 45bar; H2/CO = 2)
1.6. Mục tiêu nghiên cứu.
Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng là một quá trình
phức tạp, hiệu quả quá trình và độ chọn lọc sản phẩm không những phụ thuộc
nhiều vào thành phần xúc tác được sử dụng, mà còn phụ thuộc vào yếu tố thiết bị
phản ứng được sử dụng. Chính vì thế, trong đồ án của mình, em tiến hành các phản
ứng chuyển hóa khí tổng hợp trên xúc tác coban trong hai thiết bị phản ứng khác
nhau: xúc tác cố định và huyền phù pha lỏng nhằm so sánh, đánh giá hiệu quả quá
trình khi thực hiện theo hai phương pháp khác nhau này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 35
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
+ Hóa chất:
- Al(OH)3 (Phòng thí nghiệm công nghệ lọc hóa dầu và vật liệu xúc tác hấp
phụ).
- Muối Co(NO3).6H2O tinh khiết, dạng tinh thể (Trung Quốc).
- Nước cất hai lần.
+ Dụng cụ:
- Cốc thủy tinh 50, 100 ml.
- Buret, pipet loại 1, 2 ml.
- Đũa thủy tinh.
- Chén nung.
+ Thiết bị:
- Tủ nung.
- Tủ sấy.
- Cân phân tích.
- Máy khuấy từ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 36
2.2. Quá trình tổng hợp xúc tác
Xúc tác cho phản ứng Fischer – Tropsch (FT) được tổng hợp theo phương
pháp tẩm ướt với hai giai đoạn: quá trình chuẩn bị chất mang và quá trình đưa kim
loại lên chất mang.
 Qui trình chuẩn bị chất mang:
Đổ một lượng nước cất vừa đủ vào Al(OH)3 rắn rồi khuấy trong
4giờ, sau đó dung dịch được lọc chân không để loại nước. Lặp lại
quá trình trên 4 lần. Mục đích của quá trình này là để rửa giải hết
các muối còn lẫn trong Al(OH)3.
Sau khi đã được rửa giải, Al(OH)3 được sấy ở 120ºC trong 12giờ
rồi đưa đi tạo chất mang γ- Al2O3 dạng bột.
Al(OH)3 được nung theo quy trình liên tục với tốc độ gia nhiệt
5ºC/ph như sau :
- 230ºC trong 3giờ.
- 450ºC trong 3giờ.
- 500ºC trong 2giờ.
Sau khi nung theo quy trình trên, ta sẽ thu được γ-Al2O3. Sau đó γ-
Al2O3 được nghiền nhỏ rồi đưa qua sàng để lọc lấy các hạt nhỏ hơn
120µm, các hạt lớn hơn được nghiền lại để đảm bảo kích thước hạt.
 Quy trình tổng hợp xúc tác
Tiến hành tổng hợp mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 bằng phương
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 37
pháp tẩm ở áp suất thường theo quy trình mô tả trên hình 2.1.
Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tổng hợp xúc tác Co/ γ-Al2O3
Ban đầu, γ-Al2O3 được nung ở 3500C, áp suất thường để thu
được γ-Al2O3 khan. Sau đó, ta tiến hành hòa tan muối
Co(NO3).6H2O trong dung dịch axit HNO3 10-6 M, rồi tẩm dung
dịch thu được lên chất mang vừa khuấy vừa gia nhiệt ở 800C trong 5
giờ. Cho mẫu vào tủ sấy ở 120oC trong 5 giờ rồi đưa sang tủ nung,
nung ở 450oC trong thời gian 4 giờ. Mẫu xúc tác thu được để nguội
trong dessicator.
Xúc
tác
3500
C
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 38
2.3. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của xúc tác
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD)
Phương pháp nhiễu xạ tia X là một phương pháp phổ biến và hiện đại, được
ứng dụng để nghiên cứu các vật liệu có cấu trúc tinh thể. Những kết quả thu được
từ phương pháp này giúp nhận diện nhanh chóng và chính xác cấu trúc tinh thể,
đồng thời giúp phân tích định lượng pha tinh thể với độ tin cậy cao.
Phân tích định tính pha tinh thể là phát hiện sự có mặt của một pha tinh thể
nào đó trong đối tượng khảo sát. Tương tự như các phương pháp phân tích khác,
một pha tinh thể nào đó không được phát hiện có thể hiểu là không có hoặc có
nhưng hàm lượng nằm dưới giới hạn nhận biết. Giới hạn phát hiện các pha tinh thể
của phương pháp này phụ thuộc vào các nguyên tố có trong vật liệu đó, hệ tinh thể,
độ kết tinh,…thay đổi từ 1% đến 20%.
Nguyên tắc:
Theo thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được cấu tạo từ các ion hay
nguyên tử, được phân bố một cách đều đặn và trật tự trong không gian theo một trật
tự nhất định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong mạng lưới tinh thể
khoảng vài A0 hay xấp xỉ bước sóng của tia Rơnghen. Khi chùm tia tới (tia
Rơnghen) đập vào phía ngoài mặt tinh thể và xuyên sâu vào trong do tia Rơnghen
có năng lượng cao, thì mạng tinh thể với các mặt phẳng nguyên tử song song sẽ
đóng vai trò là một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử hay ion trong mạng
tinh thể bị kích thích bởi chùm tia Rơnghen sẽ trở thành các tâm phát xạ phát ra
những tia sáng thứ cấp (tia tán xạ).
Mỗi một tinh thể được tạo bởi một chất nào đó đều có hằng số mạng và
kiểu đối xứng riêng và do đó cũng có một giản đồ nhiễu xạ đặc trưng cho chất đấy.
Ngược lại, khi có giản đồ nhiễu xạ chúng ta cũng có thể suy ngược ra dạng tinh thể
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 39
của nó. Dựa vào nguyên tắc trên, có thể có 2 cách tiếp cận để phân tích giản đồ
nhiễu xạ.
Về lý thuyết từ vị trí các đỉnh nhiễu xạ có thể xác định được hằng số mạng
và các kiểu đối xứng của nó thông qua định luật Bragg và các phép tính toán khác.
Như vậy về mặt nguyên tắc, khi đã biết những thông tin đó, chúng ta có thể tái hiện
lại “hình ảnh” của tinh thể.
Bằng thực nghiệm trên các mẫu chuẩn, chúng ta có thể xây dựng giản đồ
nhiễu xạ cho các mẫu này. Khi có giản đồ nhiễu xạ của một chất mà ta chưa biết thì
ta chỉ việc so sánh nó với thư viện phổ chuẩn, nếu trùng với chất chuẩn thì tinh thể
của chất cần tìm sẽ cùng loại với tinh thể có trong thư viện phổ chuẩn.
Thông tin trên phổ XRD
 Vị trí các peak cho các thông tin về các đặc trưng đối xứng có
định hướng (translational symmetry), có nghĩa là xác định được hình dạng và
kích thước ô mạng.
 Từ đây có thể xác định tên khoáng chất, vật liệu, hợp chất,
pha…nếu có các phổ chuẩn so sánh.
 Cường độ các peak có thể tính mật độ electron bên trong ô
mạng, có nghĩa là xác định được vị trí của các nguyên tử trong ô mạng.
 Hình dạng và bề rộng peak có thể cung cấp thông tin về sự sai
lệch so với tinh thể hoàn hảo (khuyết tật trong tinh thể).
Thực nghiệm:
Trong quá trình nghiên cứu, phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để
xác định định tính pha tinh thể của các mẫu xúc tác sau quá trình tổng hợp. Phổ
nhiễu xạ XRD của mẫu nghiên cứu được ghi trên máy Bruker D8 Advance (Đức),
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 40
ống phát tia Rơnnghen bằng Cu α , bước sóng K α = 1,540 A0 : góc quét thay đổi
từ 20 đến 800; tốc độ quét 0,050/phút. Qúa trình được thực hiện tại Khoa Hóa Học -
Trường ĐH KHTN - ĐH Quốc Gia Hà Nội.
2.3.2. Phương pháp hấp thụ và nhả hấp thụ nitơ
Diện tích bề mặt riêng có nhiều ý nghĩa khác nhau với vật liệu rắn xốp và
không xốp. Với vật liệu rắn xốp (trong nghiên cứu này là γ-Al2O3) thì bề mặt riêng
là tổng diện tích bên ngoài vật liệu và tổng diện tích mặt trong của các lỗ xốp. Và
tổng diện tích mặt trong luôn lớn hơn rất nhiều so với tổng diện tích bên ngoài.
Phương pháp phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng của một vật liệu
rắn là đo mức độ hấp phụ của nitơ hoặc một số khí khác có khả năng thâm nhập
vào tất cả các mao quản và tính toán diện tích bề mặt riêng dựa vào đường đẳng
nhiệt hấp phụ.
Nguyên tắc:
Vật liệu được hấp phụ khí N2 tại nhiệt độ N2 lỏng lả 77 0K. Từ phương
trình BET:
Trong đó:
Va: số mol khí bị hấp phụ ở áp suất Pa, (mol/g).
C: hằng số BET
Vm: thể tích cần thiết để hình thành đơn lớp hấp phụ trên bề mặt,
mol/g.
P: áp suất khí, mmHg
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 41
P0: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ tại nhiệt độ đã cho, mmHg
Có thể xây dựng được đồ thị biểu diễn mối liên hệ
P
Va(P0 - P)
và P/P0, đó
là một đường thẳng trong khoảng P/P0 = 0,0 – 0,3. Dựa vào hệ số góc và điểm cắt
trục tung của đường thẳng biểu diễn mối liên hệ giữa
P
Va(P0 - P)
và P/P0 xác định
được Vm và từ đó tính được diện tích bề mặt riêng (m2/gam) theo công thức:
S = Vm*an*Na*10-20
Trong đó:
An: tiết diện ngang của phân tử Ni, 0A
Na: Số Avogadro; Na = 6,023.1023 mol-1
Thực nghiệm:
Trong nghiên cứu này hấp phụ vật lý nitơ được áp dụng để xác định diện
tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/γ- Al2O3. Đường đẳng
nhiệt hấp phụ N2 được ghi trên máy Micromerictics ASAP 2010 (Mỹ) tại PTN CN
Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách khoa Hà Nội.
2.4.3. Phương pháp hấp phụ hóa học CO.
Người ta xác định độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang bằng phương
pháp chuẩn độ bề mặt, dùng khí CO hoặc H2.
Nguyên tắc:
Phương pháp hấp phụ xung CO là phương pháp xác định độ phân tán của
một số kim loại trên bề mặt xúc tác và kích thước các phần tử hoạt động trên cơ sở:
Đo lượng khí CO hấp phụ lên kim loại trên bề mặt của mẫu phân tích và từ đó tính
được sự phân bố kim loại trên bề mặt chất mang.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 42
Thực nghiệm:
Đo lượng khí CO hấp phụ trên bề mặt kim loại của mẫu nghiên cứu (ở đây
là Co) dựa vào đó ta đo được lượng khí CO bị hấp phụ bởi kim loại trên bề mặt
mẫu nghiên cứu. Và từ đó ta có thể tính được sự phân bố kim loại trên bề mặt chất
mang. Trước khi hấp phụ CO, các xúc tác được khử trong dòng H2 ở 350oC trong
60 phút với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Dòng CO được đưa vào với tốc độ 15
ml/phút trong 10 phút và đo tại 355oC, và hấp phụ hóa học CO được dẫn ở nhiệt
độ 35oC.
Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc
hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tính toán độ hấp phụ:
Thể tích khí CO hấp phụ lên các tâm kim loại được tính theo công
thức sau:
V = Σ
Ac -Ai
Ac
* Vc *
273
273+T
*
P
760
Trong đó:
V: thể tích khí CO/H2 được hấp phụ, cm3.
Ac: trung bình của lần bơm không hấp phụ
Ai: vùng hấp phụ riêng phần của lần bơm
Vc: thể tích của khí CO hoặc H2 được bơm vào
T: nhiệt độ phòng, 0C
P: áp suất phòng, mmHg.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 43
Độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang được tính theo công thức:
D =
Số nguyên tử kim loại trên bề mặt
Số nguyên tử kim loại trong toàn khối xúc tác
2.4.4.Khử hóa theo chương trình nhiệt độ bằng H2
Nguyên tắc:
Phản ứng tổng quát
MOn + nH2 → M + nH2O
Hỗn hợp khí khử (thường dùng H2 pha loãng trong một khí trơ khác như
Ar, He hoặc N2) được đưa qua bề mặt của mẫu oxit cần phân tích. Nhiệt độ của
mẫu được tăng dần lên theo chương trình của nhiệt độ. Khi quá trình khử bắt đầu,
lượng H2 trong hỗn hợp khí mang giảm đi làm thay đổi độ dẫn nhiệt của hỗn hợp
khí. Sự thay đổi độ dẫn nhiệt này được nhận biết bằng detector dẫn nhiệt TCD và
được chuyển hóa thành tín hiệu điện.
Khi quá trình khử dừng lại, H2 không bị tiêu thụ nữa, tỷ lệ các cấu tử trong
hỗn hợp khí mang quay trở về tỷ lệ đã được thiết lập ở đầu thí nghiệm. Độ dẫn
điện quay trở về giá trị ban đầu, tín hiệu điện của TCD trở về đường nền.
Trong quá trình khử, các kim loại ở trạng thái hóa trị cao sẽ bị khử xuống
trạng thái hóa trị thấp. Trong giản đồ TPR, sẽ có sự xuất hiện của một vài peak ở
các mức năng lượng nhiệt khác nhau. Mỗi peak sẽ ứng với một mức chuyển trạng
thái hóa trị, nhiệt độ khử cao hay thấp sẽ tương ứng với sự khử khó hay dễ của oxit
kim loại nghiên cứu.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 44
Quá trình khử của một oxit kim loại ở dạng khối khác với quá trình khử của
oxit kim loại mang trên chất mang. Bởi vì khi mang lên chất mang, oxit kim loại
thường tương tác với chất mang tạo phức chất. Nhiệt độ khử lúc này sẽ tăng hay
giảm phụ thuộc vào tương tác giữa oxit kim loại và chất mang.
Thực nghiệm:
Các phân tích TPR H2 được tiến hành trong một thiết bị phản ứng vi dòng
hình chữ U làm bằng quartz và được kết nối với một detector dẫn nhiệt (TCD). Các
mẫu xúc tác trước tiên được rửa trong dòng khí Ar tại 350oC để loại bỏ vết nước.
Khí khử là hỗn hợp 10% H2/Ar được nạp vào thông qua một bộ điều khiển lưu
lượng dòng. Mẫu được gia nhiệt từ 50 đến 800oC với tốc độ gia nhiệt là 10oC/phút.
Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc hóa dầu
và vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
2.4. Nghiên cứu chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng
Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng được thực hiện
trong hai hệ thiết bị phản ứng, với phản ứng thực hiện trong pha lỏng và trong pha
khí nhằm so sánh độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm.
2.4.1. Phản ứng trong pha khí
2.4.1.1. Sơ đồ phản ứng
Phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng trong pha khí được
thực hiện trên hệ phản ứng xúc tác cố định (hình 2.2).
Các dòng khí được điều chỉnh bằng các bộ điều chỉnh lưu lượng dòng điện tử
MFC (Omega, FMA 5400/5500). Tất cả các bộ điều chỉnh lưu lượng đã được hiệu
chuẩn tại áp suất đầu ra là 35 bar và tổn thất áp suất tối đa là 3,5 bar. Lò gia nhiệt
(2) loại một vùng gia nhiệt RT 50-250/11 được điều khiển bằng bộ điều khiển
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 45
Nabertherm B180 được sử dụng để gia nhiệt cho ống phản ứng (1). Áp suất toàn hệ
thống được duy trì bằng một bộ điều chỉnh áp suất thấp BPR (Swagelok
KBP1N0A412P30000).
Hình 2.2: Sơ đồ hệ phản ứng FT xúc tác cố định
1.Ống phản ứng; 2.Bộ điều chỉnh lưu lượng dòng; 3.Lò đốt; 4.Áp kế;
5.Van đóng mở; 6.Van một chiều; 7.Bình phân tách khí lỏng; 8.Van xả áp;
9.Lọc khí; 10.Bộ điều chỉnh áp suất thấp; 11.Van tinh chỉnh; 12.Đường xả
khí; 13,14.Đường ra sắc ký; 15.Đường tháo sản phẩm lỏng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 46
Các ống phản ứng được làm bằng thép không gỉ (Swagelok 316, ½” ×
0,028”) và được hàn một que thăm nhiệt ở chính giữa ống có tác dụng giữ lớp xúc
tác và cắm đầu dò nhiệt (hình 2.3)
Hình 2.3: Mặt cắt dọc ống phản ứng
Phía dưới ống phản ứng là một thiết bị phân tách khí lỏng làm bằng thép
không gỉ (thể tích 60 ml), có tác dụng để phân tách các sản phẩm lỏng và khí. Bình
phân tách được làm lạnh nhờ sử dụng Julabor với môi chất lạnh R404A tránh các
sản phẩm lỏng bay hơi. Các sản phẩm lỏng thu được sau phản ứng được tháo ra và
phân tích off-line bằng GC-MS.
Khí nguyên liệu và các khí sản phẩm được phân tích trực tiếp bằng sắc ký
khí. Với detector dẫn nhiệt (TCD), sắc kí khí có khả năng phân tích các khí Ar, N2,
H2, CO, CO2 và các hydrocacbonnhẹ được giải hấp khỏi cột nhồi. Với một detector
ion hóa ngọn lửa (FID) hệ sắc ký có thể phân tích tât cả các sản phẩm khác.
Hoạt tính xúc tác được đánh giá qua hàm lượng nguyên liệu và sản phẩm
trong hỗn hợp nguyên liệu trước và sau phản ứng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 47
Độ chuyển hóa C được tính theo công thức:
C (%) =
Lượng khí CO đã tham gia phản ứng
Lượng khí CO vào
x100%
Lượng CO vào và phản ứng được tính theo diện tích peak đo được khi phân
tích bằng sắc ký khí.
2.4.1.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác
Do được tổng hợp bằng phương pháp tẩm ướt sử dụng dung dịch muối
Co(NO3)2, rồi nung ở nhiệt độ cao nên ban đầu, kim loại hoạt động tồn tại trong xúc
tác ở dạng oxit. Để có được khả năng chuyển hóa khí nguyên liệu thành sản phẩm
lỏng, xúc tác cần được tiến hành hoạt hóa bằng cách khử ở nhiệt độ cao trong dòng
H2.
Ban đầu, xúc tác dạng bột đã nung được trộn với chất độn là oxit nhôm
được nung ở 10000C để trơ hóa. Hỗn hợp xúc tác và chất độn sẽ được nhồi vào ống
phản ứng giữa hai lớp bông thủy tinh.
Các điều kiện cũng như thông số của quá trình chuyển hóa xúc tác cho phản
ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí như sau:
 Nhiệt độ hoạt hóa xúc tác: 4400C, với tốc độ gia nhiệt 10C/phút.
 Khí nguyên liệu: bình khí H2 là khí hỗn hợp 35%H2/Ar.
 Tốc độ dòng khí: 200ml/phút.
 Áp suất hoạt hóa xúc tác: 1 atm.
 Hợp phần xúc tác: 1g xúc tác/ 3g chất độn.
2.4.1.3. Quá trình tiến hành phản ứng
Sau quá trình hoạt hóa, lớp xúc tác sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ tiến
hành phản ứng trên 2000C, ở nhiệt độ này, hầu hết sản phẩm trong các phân đoạn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 48
xăng, hay diezen sẽ bị bay hơi và ra khỏi ống phản ứng ở dạng hơi. Chính vì thế,
trong bình ngưng tụ sản phẩm, 30ml dung môi Methyl Ethyl Keton (MEK) được
chuẩn bị, nhằm hấp thụ toàn bộ sản phẩm tạo thành. Bình ngưng tụ sản phẩm được
làm lạnh bằng Julabor sử dụng môi chất lạnh R404A nhằm ngưng tụ triệt để các sản
phẩm tạo thành, cũng như tránh hiện tượng dung môi MEK bay hơi, làm bẩn cột
máy phân tích sắc kí khí.
Hỗn hợp khí không phản ứng được đưa đi phân tích online nhờ máy sắc ký
khí sử dụng cột nhồi, detector TCD. Quá trình phân tích được thực hiện 15 phút
một lần để khảo sát liên tục độ chuyển hóa CO của phản ứng.
2.4.2. Phản ứng trong pha lỏng.
2.4.2.1. Sơ đồ phản ứng.
Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng trong hệ phản
ứng huyền phù pha lỏng được mô tả trên hình 2.4.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 49
Hình 2.4. Sơ đồ thiết bị phản ứng huyền phù pha lỏng Fisher – Tropsch
1.Thiếtbị phản ứng;2.Bảoôn;3.Cánh khuấy;4.Thiếtbị phân phối khí; 5.Cảm
biến nhiệt; 6.Đồng hồ đo áp suất; 7.Thiết bị điều chỉnh lưu lượng; 8.Van;
9.Đường khí phóng không; 10.Bộ phận ngưng tụ
Tương tự quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí, quá trình
chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng được thực hiện với các thiết bị điều chỉnh
lưu lượng đầu vào (7) giống như của hệ phản ứng trong pha khí. Bộ thiết bị phản
ứng bao gồm: Thiết bị phản ứng (1), bộ phân phối khí (4), cánh khuấy (3), bộ điều
chỉnh gia nhiệt (2) và đồng hồ đo áp suất (6). Thiết bị phản ứng được làm bằng thép
không gỉ, dung tích 1(lít). Bên trong thiết bị phản ứng là một cánh khuấy và một
đầu thăm đo nhiệt độ để xác định nhiệt độ thực tế bên trong thiết bị khi phản ứng.
Khi tiến hành phản ứng, huyền phù bên trong thiết bị có tác dụng giữ lại
những sản phẩm lỏng có nhiệt độ sôi cao. Trong khi sản phẩm khí được ngưng tụ
trong bình tam giác được làm lạnh bởi Julabor với môi chất lạnh R404A. Sau khi
sản phẩm khí được ngưng tụ, phần khí nguyên liệu chưa phản ứng được phân tích
trực tiếp bằng sắc ký khí. Với detector dẫn nhiệt (TCD) có khả năng phân tích các
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 50
khí Ar, N2, H2, CO và CO2. Phần sản phẩm lỏng thu được sẽ được chuyển qua phân
tích off-line bằng GC-MS.
Độ chuyển hóa khí CO cũng được tính toán theo công thức:
CO (%) =
Lượng khí CO đã tham gia phản ứng
Lượng khí CO vào
x100%
Lượng CO vào và phản ứng được tính theo diện tích peak đo được khi phân
tích bằng sắc ký khí.
2.4.2.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác.
Với mục đích so sánh hiệu quả hai quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong
pha lỏng và trong pha khí, quá trình hoạt hóa xúc tác được tiến hành tương tự như
trong đối với thực hiện phản ứng trong pha khí.
Tuy nhiên, do phản ứng tổng hợp trong pha lỏng sử dụng một lượng xúc tác
lớn hơn để tạo huyền phù trong dung môi nên xúc tác vẫn được hóa trong ống thép
và được cố định bằng hai lớp bông thủy tinh. Các thông số hoạt hóa xúc tác cho
phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng như sau:
 Nhiệt độ hoạt hóa xúc tác: 4400C, với tốc độ gia nhiệt 10C/phút.
 Khí nguyên liệu: bình khí H2 là khí hỗn hợp 35%H2/Ar.
 Tốc độ dòng khí: 200ml/phút.
 Áp suất hoạt hóa xúc tác: 1 atm.
 Khối lượng xúc tác: 5g.
2.4.2.3. Quá trình tiến hành phản ứng
Sau quá trình hoạt hóa, xúc tác được chuyển vào thiết bị phản ứng cùng với
dung môi với tỷ lệ nhất định để tạo hỗn hợp huyền phù. Khí nguyên liệu được
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 51
chuyển qua bộ phân phối khí ở dưới đáy thiết bị phản ứng, kết hợp với cánh khuấy
bên trong thiết bị để tăng hiệu quả phân phối khí trong huyền phù. Dung môi hấp
thụ các hydrocacbon nhẹ được chuẩn bị là Metyl Etyl Keton.
Khi hệ thiết bị phản ứng được lắp đặt hoàn chỉnh, ta cho dòng khí nguyên
liệu vào hệ thổng phản ứng. Tỷ lệ H2/CO là 2:1, với khí H2 là khí hỗn hợp
35%H2/Ar và khí CO là CO tinh khiết. Nhiệt độ của thiết bị phản ứng được tăng
chậm, với tốc độ gia nhiệt 10C/ph từ nhiệt độ môi trường tới nhiệt độ phản ứng là
2400C và giữ ở nhiệt độ đó trong 16 giờ.
Trong quá trình phản ứng, lượng khí không tham gia phản ứng sau khi được
tách hết sản phẩm lỏng, nhẹ cuốn theo được kết nối online với máy sắc ký khí để
phân tích độ chuyển hóa CO.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 52
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc trưng hóa lý của xúc tác
3.1.1. Đặc trưng pha tinh thể của xúc tác
Cấu trúc pha tinh thể của xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 được đưa ra trên hình
3.1.
Hình 3.1: Phổ XRD của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3
Quan sát hình 3.1, có thể thấy sau khi tẩm và nung, coban tồn tại chủ yếu ở
dạng oxit Co3O4. Các pic đặc trưng cho tinh thể Co3O4 xuất hiện ở các giá trị góc
quét 2θ xấp xỉ 310, 370, 450, 590, 650.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 15%Co-gama Al2O3-DB
00-009-0418 (D) - Cobalt Oxide - Co3O4 - Y: 96.89 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.08400 - b 8.08400 - c 8.08400 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - 8 - 5
File: Hien BK mau 15%Co-gama Al2O3 dang bot.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° -
Lin(Cps)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
2-Theta - Scale
20 30 40 50 60 70 80
d=2.859
d=2.437
d=2.018
d=1.556
d=1.429
d=1.286
d=2.321
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 53
3.1.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của xúc tác
Tiến hành phân tích mẫu xúc tác theo phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và
nhả hấp phụ vật lý N2, ta thu được kết quả diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp
của xúc tác như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1:Kết quả phân tích theo phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và nhả
hấp phụ N2 của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3
Diện tích bề mặt
riêng(m2/g)
Thể tích lỗ xốp (cm3/g) Đường kính mao quản tập
trung (A0)
238 0.48 30 và 50
Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ được thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2:Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ của xúc tác 15%Co/ γ-
Al2O3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 54
Quan sát hình 3.1 ta thấy, đường hấp phụ và nhả hấp phụ không trùng nhau
và tạo thành một vòng trễ, hình dạng của vòng trễ này đặc trưng cho vật liệu mao
quản trung bình.
Phân bố mao quản trong xúc tác thể hiện trên hình 3.3.
Hình 3.3: Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3
Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 cho thấy, xúc tác hình
thành có kích thước mao quản tập trung trong khoảng 30 và 50 A0.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 55
3.1.3. Độ phân tán kim loại Co trên γ- Al2O3
Giản đồ hấp phụ xung CO trên mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 được thể hiện
trên hình 3.4.
Hình 3.4: Giản đồ hấp phụ xung CO của xúc tác15%Co/ γ-Al2O3
Giản đồ hấp thụ xung CO cho thấy mẫu xúc tác có 7 pic đặc trưng tương
ứng với các mức thể tích CO hấp thụ và tích lũy khác nhau. Có thể thấy, cường độ
pic đầu tiên là thấp nhất, nhưng ngay từ pic thức ba cường độ pic thay đổi rất it,
điều này chứng tỏ tại thời điểm phút thứ 8 khả năng hấp phụ của mẫu xúc tác đã
kém đi và nhanh chóng đạt tới trạng thái bão hòa.
Kết quả phân tích hấp phụ xung CO được đưa ra trong bảng 3.2.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 56
Bảng 3.2. Kết quả đo độ phân tán Co/ γ –Al2O3
Hàm lượng của Co trên
chất mang γ- Al2O3(%)
Độ phân tán của Co(%) Kích thước hạt hoạt động
(nm)
15 8,7 11,5
Qua bảng số liệu trên ta thấy : Độ phân tán của kim loại trên chất mang là
không cao. Điều này có thể giải thích bởi hàm lượng Co trong mẫu xúc tác khá lớn
nên dễ bị co cụm làm giảm độ phân tán của kim loại trên chất mang. Hơn nữa,
trong thành phần của xúc tác không có sự xuất hiện của chất trợ xúc tác nên khó
làm tăng độ phân tán của kim loại hoạt động được.
3.2. Ảnh huởng của lưu lượng khí tổng hợp tới quá trình phản ứng trong pha
khí
Đối với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí, được thực hiện
trong thiết bị xúc tác cố định, thông số tốc độ không gian khí giờ (GHSV) của khí
nguyên liệu đóng vai trò rất quan trọng. Để nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng
khí tổng hợp tới quá trình làm việc của xúc tác, ta tiến hành khảo sát với các giá trị
lưu lượng dòng khác nhau.
3.2.1. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp tới độ chuyển hóa CO
Phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí được tiến hành ở ba điều
kiện lưu lượng dòng khác nhau như trình bày trong bảng 3.3.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 57
Bảng 3.3. Điều kiện phản ứng ở các lưu lượng khác nhau
Nhiệt độ, 0C Áp suất, atm Tốc độ không gian
khí giờ(GHSV, h-1)
240 10 500
240 10 400
240 10 600
Kết quả thu được khi so sánh độ chuyển hóa của ba giá trị lưu lượng khác
nhau thể hiện trên hình 3.5.
Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến độ chuyển hóa CO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 58
Từ hình 3.5 ta thấy: Khi tăng lưu lượng, độ chuyển hóa giảm. Điều này có thể
được giải thích như sau: Khi lưu lượng tăng quá cao, làm giảm thời gian tiếp xúc
giữa nguyên liệu- xúc tác dẫn tới độ chuyển hóa nguyên liệu không cao, gây lãng
phí nguồn nguyên liệu, làm tăng giá thành sản phẩm. Khi giảm lưu lượng, không
thay đổi áp suất dẫn tới làm tăng thời gian tiếp xúc nguyên liệu- xúc tác, do đó làm
tăng độ chuyển hóa nguyên liệu, tuy nhiên khi lưu lượng giảm quá thấp sẽ ảnh
hưởng đến năng suất của quá trình tổng hợp, làm giảm khối lượng sản phẩm tạo
thành.
Tuy nhiên, cũng từ hình 3.5 có thể thấy chênh lệch về độ chuyển hóa CO khi
thay đổi tốc độ lưu lượng dòng nguyên liệu là rất nhỏ. Chính vì thể, để xác định tốc
độ lưu lượng dòng tốt nhất (trong khoảng lưu lượng nghiên cứu), ta cần xét thêm
ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm.
3.2.2. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm
Phân tích GCMS các mẫu sản phẩm ứng với các điều kiện lưu lượng nguyên
liệu thay đổi, phân bố sản phẩm được thể hiện trên hình 3.6.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng tới độ chọn lọc sản phẩm
0
5
10
15
20
25
30
9 10 11 12 13 14 15 16
Phầntrămmol(%)
Số C trong phân tử500 h-1 400h-1 600h-1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 59
Quan sát hình 3.6 ta thấy: với tốc độ lưu lượng khí tổng hợp là 500 h-1 cho
sản phẩm hydrocacbon mạch dài tạo ra nhiều hơn và đồng đều hơn so với hai điều
kiện phản ứng còn lại. Thống kê phân bố sản phẩm với các tốc độ lưu lượng khí
nguyên liệu khác nhau dựa trên đồ thị hình 3.6 được chỉ ra trong bảng 3.4.
Bảng 3.4:Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa với tốc độ
lưu lượng khí nguyên liệu khác nhau
Tốc độ không gian
khí giờ(GHSV, h-1)
C7- C10 C11-C14 C15- C22 >C22
400h-1 19,16% 61,17% 19,67% 0%
500h-1 16,24% 63,71% 20,05% 0%
600h-1 36,84% 63,16% 0% 0%
Từ bảng 3.4 có thể thấy khi thay đổi lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm
thuộc phân đoạn C11- C14 hầu như không thay đổi, ổn định ở mức 61- 63%. Các
sản phẩm có mạch hydrocacbon trong phân đoạn C15- C22 cũng chỉ dao động từ
19- 20% khi tăng lưu lượng nguyên liệu từ 400h-1 lên 500h-1. Tuy nhiên, tiếp tục
tăng lưu lượng lên 600h-1, không thấy sự hình thành các sản phẩm có mạch cacbon
lớn hơn 12 nữa mà hình thành nhiều hơn các sản phẩm trong phân đoạn C7- C10
(36,84%) . Như vậy, lưu lượng 500h-1 được xem là phù hợp nhất để thu nhiên liệu
diezen.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 60
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới quá trình phản phản ứng chuyển hóa
khí tổng hợp trong pha lỏng
Đối với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng hàm lượng xúc
tác có tác động lớn tới hiệu suất quá trình. Để xác định nồng độ xúc tác phù hợp
với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng, ta tiến hành khảo sát phản
ứng với nồng độ xúc tác khác nhau.
3.3.1.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa CO
Để nghiên cứu ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất của quá trình, khối
lượng xúc tác được thay đổi ở các giá trị khác nhau trong khi các thông số khác cố
định như bảng 3.5.
Bảng 3.5. Điều kiện phản ứng F-T khi thay đổi lượng xúc tác
Mẫu Nhiệt độ phản
ứng, oC
Áp suất, atm Nồng độ xúc tác,
%
HPC2 240 10 2
HPC10 240 10 10
Kết quả thu được khi so sánh độ chuyển hóa của CO của quá trình FT thực
hiện ở 2 điều kiện nồng độ xúc tác khác nhau thể hiện trên hình 3.7.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 61
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến độ chuyển hóa
Từ hình 3.7 ta có thể thấy độ chuyển hóa CO khi nồng độ xúc tác 2% ổn
định hơn và cao hơn (20%) so với độ chuyển hóa CO khi sử dụng nồng độ xúc tác
là 10% (hơn 10%). Điều này có thể được giải thích là do với lượng xúc tác lớn,
trong cùng một điều kiện hoạt hóa (thời gian, nhiệt độ, lưu lượng) quá trình hoạt
hóa xúc tác không triệt để như với trường hợp lượng xúc tác ít hơn. Ngoài ra, lượng
xúc tác lớn quá cũng gây khó khăn cho việc hòa trộn tạo huyền phù, làm một lượng
xúc tác lắng xuống dưới đáy thiết bị phản ứng, giảm hiệu quả quá trình FT.
Kết quả thực nghiệm với hai nồng độ xúc tác khác nhau cho thấy nồng xúc
tác là 2% cho kết quả độ chuyển hóa tốt nhất và phù hợp với điều kiện phản ứng
của thiết bị.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20
Độchuyểnhóa(%)
thời gian(giờ)
HPC2 HPC10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên
SVTH: Phan Hải Anh 62
3.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chọn lọc sản phẩm
Phân tích GCMS các mẫu sản phẩm ứng với các điều kiện nồng độ xúc tác
thay đổi, phân bố sản phẩm được thể hiện trên hình 3.8.
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới độ chọn lọc sản phẩm
Quan sát hình 3.8 ta thấy: sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 2% có
số nguyên tử cacbon trong phân tử tập trung chủ yếu từ 16-20. Và con số này vượt
trội so với sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 10%. Kết quả cụ thể thống kê
phân bố sản phẩm với nồng độ xúc tác khác nhau dựa trên đồ thị hình 3.8 được chỉ
ra trong bảng 3.6.
0
10
20
30
40
50
60
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Phầntrămmol(%)
Số C trong phân tửHPC2 HPC10
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch
Fischer-Tropch

More Related Content

What's hot

Lý thuyết về sol gel
Lý thuyết về sol gelLý thuyết về sol gel
Lý thuyết về sol gelHuong Nguyen
 
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerization
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerizationChuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerization
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerizationNguyen Thanh Tu Collection
 
quá trình thiết bị cô đặc
quá trình thiết bị cô đặcquá trình thiết bị cô đặc
quá trình thiết bị cô đặctrietav
 
truyền khối hấp thu
truyền khối hấp thutruyền khối hấp thu
truyền khối hấp thutrietav
 
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắn
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắnSự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắn
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắnljmonking
 
Phương pháp phân tích phổ nguyên tử
Phương pháp phân tích phổ nguyên tửPhương pháp phân tích phổ nguyên tử
Phương pháp phân tích phổ nguyên tửwww. mientayvn.com
 
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nito
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nitoTim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nito
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nitoNguyen Thanh Tu Collection
 
tài liệu sấy 2015
 tài liệu sấy 2015 tài liệu sấy 2015
tài liệu sấy 2015trietav
 
Bài tập kỹ thuật phản ứng
Bài tập kỹ thuật phản ứngBài tập kỹ thuật phản ứng
Bài tập kỹ thuật phản ứngMan_Ebook
 
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdf
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdfGiáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdf
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdfMan_Ebook
 
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆMTÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆMTới Nguyễn
 
composite phân loại và ứng dụng
 composite phân loại và ứng dụng composite phân loại và ứng dụng
composite phân loại và ứng dụngDUY TRUONG
 
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhonChuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhonNguyen Thanh Tu Collection
 

What's hot (20)

Lý thuyết về sol gel
Lý thuyết về sol gelLý thuyết về sol gel
Lý thuyết về sol gel
 
Đề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đ
Đề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đĐề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đ
Đề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đ
 
Đặc trưng của hydroxide cấu trúc lớp kép trong xử lý môi trường
Đặc trưng của hydroxide cấu trúc lớp kép trong xử lý môi trườngĐặc trưng của hydroxide cấu trúc lớp kép trong xử lý môi trường
Đặc trưng của hydroxide cấu trúc lớp kép trong xử lý môi trường
 
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerization
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerizationChuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerization
Chuong 2 phan ung trung hop polymer addition polymerization
 
Chuong3
Chuong3Chuong3
Chuong3
 
quá trình thiết bị cô đặc
quá trình thiết bị cô đặcquá trình thiết bị cô đặc
quá trình thiết bị cô đặc
 
truyền khối hấp thu
truyền khối hấp thutruyền khối hấp thu
truyền khối hấp thu
 
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắn
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắnSự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắn
Sự hấp phụ khí và hơi trên chất hấp phụ rắn
 
Chuong 2
Chuong 2Chuong 2
Chuong 2
 
Phương pháp phân tích phổ nguyên tử
Phương pháp phân tích phổ nguyên tửPhương pháp phân tích phổ nguyên tử
Phương pháp phân tích phổ nguyên tử
 
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nito
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nitoTim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nito
Tim hieu cong nghe san xuat amoniac va oxi nito
 
tài liệu sấy 2015
 tài liệu sấy 2015 tài liệu sấy 2015
tài liệu sấy 2015
 
Bài tập kỹ thuật phản ứng
Bài tập kỹ thuật phản ứngBài tập kỹ thuật phản ứng
Bài tập kỹ thuật phản ứng
 
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdf
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdfGiáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdf
Giáo trình Hóa phân tích Dùng cho sinh viên chuyên hóa- Hồ Thị Yêu Ly.pdf
 
Phuong phap pho cong huong tu hat nhan
Phuong phap pho cong huong tu hat nhanPhuong phap pho cong huong tu hat nhan
Phuong phap pho cong huong tu hat nhan
 
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆMTÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM
TÍNH TOÁN PHA CHẾ HÓA CHẤT PHÒNG THÍ NGHIỆM
 
Luận văn: Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh, HAY, 9đ
Luận văn: Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh, HAY, 9đLuận văn: Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh, HAY, 9đ
Luận văn: Tổng hợp zeolite 4A từ cao lanh, HAY, 9đ
 
Chuong7
Chuong7Chuong7
Chuong7
 
composite phân loại và ứng dụng
 composite phân loại và ứng dụng composite phân loại và ứng dụng
composite phân loại và ứng dụng
 
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhonChuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon
Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon
 

Viewers also liked

XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5
XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5
XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5Kẹ Tâm
 
Giáo trình reforming
Giáo trình reformingGiáo trình reforming
Giáo trình reformingnhddat
 
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ y
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ yCâu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ y
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ ynanqayk
 
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Petrochemical ( reforming cat.)
Petrochemical ( reforming cat.)Petrochemical ( reforming cat.)
Petrochemical ( reforming cat.)Dinh Linh Tran
 
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMO
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMOThuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMO
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMORicacdo Kaka
 
Tổng hợp zeolite ZSM-5
Tổng hợp zeolite ZSM-5Tổng hợp zeolite ZSM-5
Tổng hợp zeolite ZSM-5Kẹ Tâm
 
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)dotuduy
 
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...Gerard B. Hawkins
 
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức Cường
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức CườngBài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức Cường
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức CườngSurvive Change
 
cơ chế phản ứng
cơ chế phản ứngcơ chế phản ứng
cơ chế phản ứngLam Nguyen
 
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...Luanvanyhoc.com-Zalo 0927.007.596
 
Bài thuyết trình về đất sét
Bài thuyết trình về đất sétBài thuyết trình về đất sét
Bài thuyết trình về đất sétNguyễn Linh
 
Giao trinh enzyme 7662
Giao trinh enzyme 7662Giao trinh enzyme 7662
Giao trinh enzyme 7662chuvantai Cvt
 
Geometry, combinatorics, computation with Zeolites
Geometry, combinatorics, computation with ZeolitesGeometry, combinatorics, computation with Zeolites
Geometry, combinatorics, computation with ZeolitesIgor Rivin
 

Viewers also liked (20)

XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5
XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5
XÚC TÁC ZEOLITE ZSM-5
 
Giáo trình reforming
Giáo trình reformingGiáo trình reforming
Giáo trình reforming
 
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ y
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ yCâu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ y
Câu hỏi trắc nghiệm hóa vô cơ y
 
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...
Tổng hợp zeolite 4 a từ cao lanh và khảo sát khả năng hấp phụ ion amoni (nh4 ...
 
Petrochemical ( reforming cat.)
Petrochemical ( reforming cat.)Petrochemical ( reforming cat.)
Petrochemical ( reforming cat.)
 
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMO
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMOThuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMO
Thuong hieu,chiến lược của Unilever về sản phẩm OMO
 
Tổng hợp zeolite ZSM-5
Tổng hợp zeolite ZSM-5Tổng hợp zeolite ZSM-5
Tổng hợp zeolite ZSM-5
 
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)
Tổng hợp mesoporous silica(mcm 41)
 
Powder 2005
Powder 2005Powder 2005
Powder 2005
 
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...
Fischer-Tropsch Catalysts: Preparation, Thermal Pretreatment and Behavior Du...
 
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức Cường
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức CườngBài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức Cường
Bài giảng Sản Phẩm Dầu Mỏ và Phụ Gia - Dương Đức Cường
 
cơ chế phản ứng
cơ chế phản ứngcơ chế phản ứng
cơ chế phản ứng
 
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CHẾ PHẨM GLUSAMIN TRONG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ THOÁI ...
 
Bài thuyết trình về đất sét
Bài thuyết trình về đất sétBài thuyết trình về đất sét
Bài thuyết trình về đất sét
 
chế phẩm BT
chế phẩm BTchế phẩm BT
chế phẩm BT
 
Kế hoạch Marketing OMO Cam - Kháng Khuẩn
Kế hoạch Marketing OMO Cam - Kháng KhuẩnKế hoạch Marketing OMO Cam - Kháng Khuẩn
Kế hoạch Marketing OMO Cam - Kháng Khuẩn
 
Giao trinh enzyme 7662
Giao trinh enzyme 7662Giao trinh enzyme 7662
Giao trinh enzyme 7662
 
Công Nghệ enzyme- LIPASE - Lê Trí Kiểng
Công Nghệ enzyme- LIPASE - Lê Trí KiểngCông Nghệ enzyme- LIPASE - Lê Trí Kiểng
Công Nghệ enzyme- LIPASE - Lê Trí Kiểng
 
Enzyme hoc
Enzyme hocEnzyme hoc
Enzyme hoc
 
Geometry, combinatorics, computation with Zeolites
Geometry, combinatorics, computation with ZeolitesGeometry, combinatorics, computation with Zeolites
Geometry, combinatorics, computation with Zeolites
 

Similar to Fischer-Tropch

Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...
Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...
Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...nataliej4
 
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)https://www.facebook.com/garmentspace
 
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...nataliej4
 
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...https://www.facebook.com/garmentspace
 
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.TÀI LIỆU NGÀNH MAY
 
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...https://www.facebook.com/garmentspace
 
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...https://www.facebook.com/garmentspace
 
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...TÀI LIỆU NGÀNH MAY
 

Similar to Fischer-Tropch (20)

Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...
Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...
Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, dẫn xuất...
 
Luận văn: Dẫn xuất của 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, HAY, 9đ
Luận văn: Dẫn xuất của 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, HAY, 9đLuận văn: Dẫn xuất của 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, HAY, 9đ
Luận văn: Dẫn xuất của 2–thioxo–1,3–thiazoliđin–4–on, HAY, 9đ
 
Xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-ampe hòa tan
Xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-ampe hòa tanXác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-ampe hòa tan
Xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-ampe hòa tan
 
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...
Luận văn: Nghiên cứu xác định một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp von-amp...
 
Luận án: Biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng trong xúc tác
Luận án: Biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng trong xúc tácLuận án: Biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng trong xúc tác
Luận án: Biến tính bentonit Cổ Định và ứng dụng trong xúc tác
 
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...
Nghiên cứu xây dựng phương pháp định tính, định lượng các hoạt chất chính tro...
 
Ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxi
 Ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxi Ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxi
Ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxi
 
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...
Nghiên cứu tạo chế phẩm nucleopolyhedrosis virus (npv) để phòng trừ sâu khoan...
 
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)
Khảo sát thành phần hóa học của lá cây chùm ngây (moringacaeae)
 
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
 
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
Khảo sát thành phần hóa học cao etyl axetat của lá cây chùm ngây moringa olei...
 
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...
Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu ECO-BIO-BLOCK (EBB) Cải Tiến Xử Lý Nước Thải Bệnh...
 
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...
Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc - tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằ...
 
Sử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện làm chất nền trong đất, HOT
Sử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện làm chất nền trong đất, HOTSử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện làm chất nền trong đất, HOT
Sử dụng xỉ than Nhà máy Nhiệt điện làm chất nền trong đất, HOT
 
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết methanol từ cây elephantopus sp.
 
Đề tài: Thiết kế tài liệu hỗ trợ tự học môn Hóa học lớp 11, HAY, 9đ
Đề tài: Thiết kế tài liệu hỗ trợ tự học môn Hóa học lớp 11, HAY, 9đĐề tài: Thiết kế tài liệu hỗ trợ tự học môn Hóa học lớp 11, HAY, 9đ
Đề tài: Thiết kế tài liệu hỗ trợ tự học môn Hóa học lớp 11, HAY, 9đ
 
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi tách chiết đến hoạt tính kháng khuẩn của câ...
 
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...
đáNh giá hoạt tính kháng khuẩn và bước đầu xác định thành phần hóa học của mộ...
 
Luận văn: Chiết tách và phân tích cấu trúc của glycosaminoglycan - Gửi miễn p...
Luận văn: Chiết tách và phân tích cấu trúc của glycosaminoglycan - Gửi miễn p...Luận văn: Chiết tách và phân tích cấu trúc của glycosaminoglycan - Gửi miễn p...
Luận văn: Chiết tách và phân tích cấu trúc của glycosaminoglycan - Gửi miễn p...
 
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...
Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế quá trình tổng hợp hắc tố ở loài ô...
 

Fischer-Tropch

  • 1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 1 LỜI CẢM ƠN Đối với một sinh viên trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đồ án tốt nghiệp là một minh chứng cho những kiến thức đã có được sau năm năm học tập. Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những cố gắng của bản thân, em sẽ không thể hoàn thành tốt được công việc của mình nếu không có sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Hồng Liên. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới cô. Ngoài ra trong suốt quá trình nghiên cứu em cũng nhận được được những sự giúp đỡ, hỗ trợ tận tình của các anh, các chị đang công tác tại phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hóa Dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Em xin được gửi lời cảm ơn các anh chị và ban chủ nhiệm bộ môn, tập thể cán bộ giảng dạy bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hóa dầu, khoa Công nghệ Hóa học trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đã hết sức tạo điều kiện để em có thể thực hiện tốt Đồ án tốt nghiệp này. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, chia sẻ cùng em trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2012 Sinh viên Phan Hải Anh
  • 2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................8 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP FISCHER-TROPSCH.. 10 1.1. Công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.................................................... 10 1.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch.................................... 12 1.3. Các công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.............................................. 14 1.4. Cơ chế phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch........................................... 16 1.5. Thiết bị phản ứng .................................................................................. 18 1.5.1. Các loại thiết bị được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch....................................................................................................... 18 1.5.1.1. Thiết bị áp dụng cho công nghệ HTFT ............................................. 18 1.5.1.2. Thiết bị áp dụng cho công nghệ LTFT.............................................. 22 1.5.2. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong các thiết bị phản ứng khác nhau……………………………………………………………………………28 1.5.2.1. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng phản ứng dạng huyền phù……………………………………………………………………………..28 1.5.2.2. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định ................ 29 1.5.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng ............ 30 1.5.3.1. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng dạng huyền phù................................................................................................... 30 1.5.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng tầng cố định ………………………………………………………………………...32 1.6. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 34
  • 3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 3 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................... 35 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.................................................................... 35 2.2. Quá trình tổng hợp xúc tác....................................................................... 36 2.3. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của xúc tác................................................... 38 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) ..................................................... 38 2.3.2. Phương pháp hấp thụ và nhả hấp thụ nitơ............................................ 40 2.4.3. Phương pháp hấp phụ hóa học CO...................................................... 41 2.4.4.Khử hóa theo chương trình nhiệt độ bằng H2........................................ 43 2.4. Nghiên cứu chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng....................... 44 2.4.1. Phản ứng trong pha khí ...................................................................... 44 2.4.1.1. Sơ đồ phản ứng............................................................................... 44 2.4.1.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác............................................................... 47 2.4.1.3. Quá trình tiến hành phản ứng........................................................... 47 2.4.2. Phản ứng trong pha lỏng..................................................................... 48 2.4.2.1. Sơ đồ phản ứng............................................................................... 48 2.4.2.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác............................................................... 50 2.4.2.3. Quá trình tiến hành phản ứng........................................................... 50 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 52 3.1. Đặc trưng hóa lý của xúc tác.................................................................... 52 3.1.1. Đặc trưng pha tinh thể của xúc tác......................................................... 52 3.1.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của xúc tác ..................... 53 3.1.3. Độ phân tán kim loại Co trên γ- Al2O3............................................... 55 3.2. Ảnh huởng của lưu lượng khí tổng hợp tới quá trình phản ứng trong pha khí ...................................................................................................................... 56
  • 4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 4 3.2.1. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp tới độ chuyển hóa CO............. 56 3.2.2. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm....... 58 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới quá trình phản phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng.................................................................................. 60 3.3.1.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa CO........................ 60 3.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chọn lọc sản phẩm.................... 62 3.4. So sánh hiệu quả quá trình chuyển hóa trong pha lỏng và trong pha khí ..... 64 3.4.1. So sánh về kết quả độ chuyển hóa CO trong hai loại thiết bị phản ứng . 64 3.4.2. So sánh về kết quả độ chọn lọc sản phẩm............................................ 65 3.4.3. So sánh về hiệu suất quá trình............................................................. 67 KẾT LUẬN...................................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 72
  • 5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 5 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1:Sơ đồ công nghệtổng hợp Fischer- Tropsch………………………………10 Hình 1.2:Thiết bị phản ứng dạngtầng sôituần hoàn xúc tác……………………….18 Hình 1.3:Thiết bị phản ứng dạngtầng sôicải tiến……………………………………20 Hình 1.4:Thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm…………………………21 Hình 1.5:Thiết bị phản ứng dạnghuyền phù…………………………………………..24 Hình 1.6. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm…33 Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tổng hợp xúc tác Co/ γ-Al2O3 ........................................36 Hình 2.2:Sơ đồ hệ phản ứng FT xúc tác cố định……………………………………...44 Hình 2.3:Mặt cắt dọc ống phản ứng……………………………………………………45 Hình 2.4. Sơ đồ thiết bị phản ứng huyền phù pha lỏng Fisher – Tropsch………….48 Hình 3.1:Phổ XRD của mẫu xúc tác 15%Co/γ-Al2O3……………………………….51 Hình 3.2:Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ của xúc tác 15%Co/ γ- Al2O3…………………………………………………………………………………………52 Hình 3.3:Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3………………………...53 Hình 3.4:Giản đồ hấp phụ xung CO của xúc tác15%Co/ γ-Al2O3…………………54 Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến độ chuyển hóa CO………………56 Hình 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng tới độ chọn lọc sản phẩm……………………...57
  • 6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 6 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến độ chuyển hóa………………………60 Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới độ chọn lọc sản phẩm………………61 Hình 3.9: Độ chuyển hóa CO trong pha lỏng và pha khí với xúc tác 15%Co/ γ- Al2O3…………………………………………………………………………………………64 Hình 3.10: Ảnh hưởng của thiết bị phản ứng tới độ chọn lọc………………………65
  • 7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Bảng so sánh xúc tác sắt và xúc tác coban cho phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch…………………………………………………………………………...13 Bảng 1.2: Phân bố sản phẩm quá trình Fischer- Tropsch thực hiện theo hai phương pháp LTFT và HTFT…………………………………………………………….15 Bảng 1.3: Độ chọn lọc trung bình sản phẩm thu được từ thiết bị phản ứng dạng tầng sôi………………………………………………………………………………………19 Bảng 1.4: Những ưu nhược điểm chính của các thiết bị phản ứng Fischer- Tropsch……………………………………………………………………………………...26 Bảng 3.1:Kết quả phân tích theo phương pháp đẳng nhiệthấp phụ và nhả hấp phụ N2 của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3…………………………………………………….52 Bảng 3.2. Kếtquả đo độ phân tán Co/ γ –Al2O3………………………………………55 Bảng 3.3. Điều kiện phản ứng ở các lưu lượng khác nhau…………………………56 Bảng 3.4: Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa với tốc độ lưu lượng khí nguyên liệu khác nhau………………………………………………………...58 Bảng 3.5. Điều kiện phản ứng F-T khi thay đổi lượng xúc tác………………………59 Bảng 3.6:: Thống kê phân bốsản phẩm của quá trình chuyển hóa với nồng độ xúc tác khác nhau……………………………………………………………………………….62 Bảng 3.7 : Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa quá trong pha lỏng và trong pha khí……………………………………………………………………...65
  • 8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 8 MỞ ĐẦU Hiện nay, như tất cả chúng ta đã biết, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Trong khi, thực tế đã chứng minh nguồn nhiên liệu này đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại của nền công nghiệp, giao thông vận tải…. Con người đã và đang cố gắng nghiên cứu, đề xuất những nguồn nhiên liệu mới để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Điểm qua một số nguồn năng lượng mới, đầu tiên, chúng ta phải nhắc tới năng lượng hạt nhân- nguồn năng lượng rất lớn, nhưng năng lượng hạt nhân lại quá khó để khống chế và nguy hiểm. Năng lượng mặt trời, năng lượng gió chưa thể đáp ứng tất cả nhu cầu của con người, lại có giá rất đắt khi đưa vào sử dụng. Và gương mặt khả quan nhất, nguồn nhiên liệu sinh học, đây là nguồn nhiên liệu có khả năng tái tạo, có những tính chất quý báu tương tự như nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, trong quá khứ, chúng ta đã quá phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, tất cả những máy móc, công nghệ đều được chế tạo, thiết kế sao cho phù hợp với nguồn nhiên liệu này. Do đó, không thể thay thế một sớm, một chiều nguồn nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu sinh học như nhiều người đã kì vọng và chúng ta cần nhiều thời gian hơn để nghiên cứu và thay đổi công nghệ. Chính trong thời điểm giao thời này, công nghệ đã dường như bị lãng quên- công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch sản xuất nhiên liệu lỏng từ khí tổng hợp được nhắc tới như giải pháp hiệu quả nhất đối với con người. Công nghệ này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu sinh học, nguồn khí tự nhiên cũng như than đá để thực hiện quá trình chuyển hóa, sản xuất nhiên liệu chạy động cơ như xăng, diezen. Và thực tế, trên thế giới đã có những nhà máy áp dụng công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch sản xuất nhiên liệu trên quy mô lớn, và công nghệ này đang tiếp tục được nghiên cứu để hoàn thiện hơn và hiệu quả hơn.
  • 9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 9 Theo xu hướng sử dụng nhiên liệu chung của thế giới ngày nay, các động cơ đang dần được diezen hóa. Để đáp ứng cho nhu cầu này, xúc tác coban- dạng xúc tác ưu tiên chuyển hóa khí tổng hợp tạo sản phẩm phần lớn nằm trong phân đoạn diezen ngày càng được tập trung nghiên cứu và cải tiến. Bên cạnh việc nghiên cứu, phát triển xúc tác cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp, các thiết bị cũng liên tục được cải tiến để nâng cao hiệu suất cũng như năng suất của quá trình sản xuất nhiên liệu. Việc phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu lỏng từ khí tổng hợp là mong muốn của nhiều quốc gia trên thế giới ở thời điểm hiện tại. Và Việt Nam, với lợi thế về trữ lượng than và khí tự nhiên hứa hẹn cho sự phát triển của công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch. Với những lý do như trên, em lựa chọn đề tài đồ án của mình “ Nghiên cứu so sánh quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong hệ phản ứng pha khí và pha lỏng sử dụng xúc tác Co/-Al2O3”. Đồ án của em bao gồm ba phần chính:  Phần 1: Tổng quan về quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng và các thiết bị được sử dụng từ đó đưa ra mục tiêu nghiên cứu.  Phần 2: Quá trình thực nghiệm tổng hợp xúc tác, nghiên cứu đặc trưng hóa lý xúc tác, thử nghiệm hoạt tính xúc tác trong pha lỏng và khí.  Phần 3: Thảo luận các kết quả đạt được.
  • 10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 10 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP FISCHER-TROPSCH 1.1. Công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch [1, 2, 3, 4, 5, 6] Phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch được định nghĩa là phản ứng chuyển hóa hỗn hợp khí CO và H2 (hay còn được gọi là khí tổng hợp) dưới tác dụng của xúc tác, thành nhiên liệu lỏng: xăng hoặc diezen. Ta có thể khái quát quá trình tổng hợp thông qua phản ứng tổng quát như sau: (2n+1)H2 + nCO = CnH2n+2 + nH2O Phản ứng trên lần đầu tiên được thực hiện bởi hai nhà bác học người Đức Franz Fischer và Hans Tropsch vào năm 1923, với mục tiêu sản xuất nhiên liệu lỏng từ than đá trên nền xúc tác sắt. Sau này, khi chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc, do giá nhiên liệu sản xuất từ công nghệ này cao hơn rất nhiều so với giá nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, nên công nghệ này đã dần bị lãng quên. Chỉ còn một số quốc gia khan hiếm về nguồn dầu mỏ tiếp tục phát triển công nghệ này, để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu của quốc gia mình. Trong đó, phải kể tới hai tập đoàn lớn với hai hướng phát triển công nghệ Fischer- Tropsch khác nhau. Đầu tiên là SASOL của Nam Phi, với hướng phát triển sản xuất nhiên liệu lỏng từ than đá (hay còn gọi là công nghệ Coal To Liquid- CTL), tập đoàn này đã có những nhà máy trên quy mô công nghiệp được xây dựng từ những năm 1950. Thứ hai là tập đoàn Shell của Anh, phát triển công nghệ Fischer- Tropsch theo hướng sản xuất nhiên liệu với nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên từ những năm 1950 (hay còn gọi là công nghệ Gas To Liquid- GTL). Và hiện nay, có nhiều tập đoàn khác bắt đầu để mắt tới công nghệ này, thực hiện quá trình sản xuất trên quy mô nhỏ và theo một hướng mới: sản xuất nhiên liệu lỏng từ sinh khối (hay còn gọi là công nghệ Biomass To Liquid- BTL).
  • 11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 11 Để thực hiện quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch với quy mô sản xuất công nghiệp, công nghệ bao gồm ba quá trình chính: Quá trình khí hóa sản xuất khí tổng hợp; quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch và quá trình nâng cấp sản phẩm để thu được sản phẩm như mong muốn như trên hình 1.1. Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch. Ban đầu, để bảo đảm cho quá trình tổng hợp sử dụng xúc tác, nguyên liệu cần được xử lý thô nhằm loại bỏ các hợp chất có khả năng làm ngộ độc xúc tác như hợp chất của nitơ và lưu huỳnh. Nguyên liệu sau khi được xử lý sẽ được chuyển qua quá trình sản xuất khí tổng hợp. Có nhiều công nghệ khác nhau để sản xuất khí tổng hợp. Đối với nguyên liệu là than và biomass, công nghệ khí hóa được sử dụng để thu được hỗn hợp CO và H2. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều năng lượng, cũng như tỷ lệ H2/CO thu được thấp. Đối với nguyên liệu là khí tự nhiên quá trình reforming hơi nước là quá trình phổ biến nhất để sản xuất khí tổng hợp. Reforming hơi nước cho hiệu suất chuyển hóa cao, đồng thời, hỗn hợp khí thu được có tỷ lệ H2/CO cao. Tiếp đó, với quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch, tùy thuộc vào tỷ lệ H2/CO mà chúng ta thực hiện quá trình tổng hợp với các điều kiện và xúc tác khác nhau. Thông thường, phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch diễn ra ở khoảng nhiệt độ 225-3650C, dưới áp suất 5-40 atm. Sản phẩm của quá trình bao gồm chủ yếu là Cung cấp nguyên liệu. Xưởng sản xuất khí tổng hợp Fischer- Tropsch Nâng cấp sản phẩm.
  • 12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 12 parafin, olefin và có lẫn một số sản phẩm phụ như những hợp chất chứa oxy, hydrocacbon thơm,….với số cacbon trong phân tử từ C1-C40. Cuối cùng, quá trình nâng cấp sản phẩm được thực hiện nhằm thu được các sản phẩm thương mại. Từ quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch, có thể thu được một hỗn hợp nhiều sản phẩm khác nhau. Do đó, để có được sản phẩm nhiên liệu tiêu thụ trên thị trường thì cần phải thực hiện những quá trình nâng cấp cần thiết, tạo ra các phân đoạn hydrocacbon phù hợp tiêu chuẩn thương phẩm. Bên cạnh đó, một số quá trình công nghệ quen thuộc như cracking, reforming,….cũng được ứng dụng để sản xuất các hóa phẩm có chất lượng cao. 1.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch bao gồm ba phần chính: kim loại hoạt động, chất hỗ trợ và chất mang. Chất hoạt động chính bao gồm: coban và sắt; các kim loại hỗ trợ được sử dụng : reni, ruthedi, platin, các nguyên tố đất hiếm,….; và các chất mang đặc trưng: gama- nhôm oxit, silic dioxit, titan oxit,…. Nhiều yếu tố như điều kiện phản ứng, bản chất chất trợ xúc tác đã được nghiên cứu để tăng những tính chất quý của xúc tác. Sâu xa hơn, điều kiện tổng hợp xúc tác, cũng như độ phân tán của tâm hoạt tính trên bề mặt xúc tác cũng được quan tâm nghiên cứu với mục tiêu cuối cùng là nâng cao hiệu quả của quá trình.Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng, cũng như điều kiện nhiệt độ, áp suất của quá trình mà hiệu suất và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng có thể thay đổi rất khác nhau.[7] Chúng ta có thể thấy, tất cả các kim loại nhóm VIIIB đều có khả năng xúc tác cho phản ứng hydro hóa CO để chuyển hỗn hợp khí tổng hợp thành nhiên liệu. Rutheni cùng với sắt, niken và coban là những kim loại phù hợp nhất cho phản ứng
  • 13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 13 tổng hợp Fischer- Tropsch. Tuy nhiên, niken ưu tiên xúc tiến cho phản ứng tạo metan còn rutheni lại quá đắt khó mà áp dụng vào quy mô sản xuất rộng rãi. Vì lẽ đó, coban và sắt là sự lựa chọn tốt nhất cho phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch. Cả hai loại này đều đã được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu tổng hợp. Tổng hợp so sánh giữa hai loại xúc tác này được thể hiện ở bảng 1.1. Giữa hai loại xúc tác này, coban đắt hơn nhưng lại có tuổi thọ dài hơn so với xúc tác sắt, đồng thời độ chuyển hóa tạo sản phẩm hydrocacbon của xúc tác coban cũng lớn hơn so với xúc tác sắt. Một đặc điểm nữa, xúc tác sắt xúc tiến cho phản ứng WGS làm giảm hiệu suất của quá trình, trong khi xúc tác coban không hỗ trợ cho phản ứng này. Phản ứng với xúc tác sắt tạo thành nhiều sản phẩm olefin hơn so với xúc tác coban. Cả hai loại xúc tác này đểu rất nhạy cảm với sự có mặt của lưu huỳnh trong khí tổng hợp nguyên liệu. Với xúc tác sắt, khí tổng hợp không nên chứa quá 0,2ppm lưu huỳnh. Còn với xúc tác coban, lượng lưu huỳnh còn nhỏ hơn: 0,1ppm. Coban được mang trên chất mang oxyt có khả năng chống ăn mòn cao hơn so với xúc tác sắt, vì lẽ đó, xúc tác coban thích hợp với loại thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Với xúc tác sắt, điều kiện phản ứng không phải là yếu tố chính ảnh hưởng tới hoạt tính của xúc tác này(thậm chí nhiệt độ lên tới 613K cũng không ảnh hưởng tới xúc tác). Coban thì ngược lại, một thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể dẫn tới sự thay đổi lớn về độ chuyển hóa, điển hình, độ chọn lọc tạo metan tăng lên. Cả xúc tác sắt và xúc tác coban có thể được sử dụng cho quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch ở nhiệt độ thấp. Quá trình tổng hợp tạo sản phẩm chủ yếu là parafin với mạch dài. Chính vì thời gian sống, độ chọn lọc tạo sản phẩm mạch
  • 14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 14 cacbon dài hơn, độ chuyển hóa nguyên liệu cao hơn nên xúc tác coban được chọn làm xúc tác chính cho quá trình tổng hợp LTFT. Bảng 1.1: Bảng so sánh xúc tác sắt và xúc tác coban cho phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch [8]. Các chỉ tiêu Xúc tác coban Xúc tác sắt Giá thành Đắt Rẻ Tuổi thọ Dài Ngắn(do chịu ảnh hưởng của quá trình cốc hóa, phản ứng tạo sắt cacbit) Độ hoạt động Cao Thấp Hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong nguyên liệu <0,1ppm 0,2ppm Xúc tác cho phản ứng “water gas shift” CO + H2O  CO2 + H2 Không xúc tác cho phản ứng Có xúc tác cho phản ứng Tính linh động theo điều kiện phản ứng Cao, độ chọn lọc sản phẩm phụ thuộc nhiều vào điều kiện áp suất và nhiệt độ Thấp, ngay cả ở điều kiện nhiệt độ cao 613K độ chọn lọc tạo metan vẫn thấp Tỷ lệ H2/CO 2 0,5-2,5 1.3. Các công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch Hiện nay, dựa vào xúc tác và điều kiện phản ứng người ta chia quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch thành hai loại: phản ứng Fischer- Tropsch ở nhiệt độ
  • 15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 15 thấp (Low Temperature Fischer- Tropsch- LTFT)và phản ứng Fischer- Tropschở nhiệt độ cao (High Temperature Fischer- Tropsch - HTFT). Với quá trình HTFT, phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ 300-3300C, sử dụng xúc tác sắt và tỷ lệ H2/CO nhỏ hơn 2. Tỷ lệ H2/CO này thông thường thu được khi tiến hành quá trình khí hóa than và biomass. Còn quá trình LTFT, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 200-2500C, sử dụng xúc tác sắt, coban và tỷ lệ H2/CO là 1.7-2.15. Tỷ lệ H2/CO này thường thu được khi ta tiến hành quá trình reforming hơi nước khí tự nhiên.[9] Mỗi quá trình cũng đưa ra kết quả độ chuyển hóa khí nguyên liệu, độ chọn lọc sản phẩm khác nhau. Nếu quá trình HTFT ưu tiên tạo sản phẩm thuộc phân đoạn xăng, nhiều hợp chất olefin, hợp chất phi hydrocacbon thì quá trình LTFT lại ưu tiên tạo sản phẩm diezen, và hầu như rất ít những hợp chất phi hydrocacbon. Với mỗi chế độ, mỗi loại sản phẩm lại có ứng dụng khác nhau. Nếu sản phẩm của quá trình HTFT được sử dụng làm nhiên liệu xăng, làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hữu cơ hóa dầu, thì sản phẩm của quá trình LTFT được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu, và các sản phẩm này rất đa dạng như: xăng, diezen, nhiên liệu phản lực, .... Đồng thời, đối với mỗi công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch, người ta lại sử dụng những loại thiết bị khác nhau, để đạt được hiệu quả kỹ thuật, cũng như hiệu quả kinh tế là cao nhất. Chính sự đa dạng này đã gợi mở những hướng phát triển khác nhau cho các công ty đang tập trung vào nghiên cứu và ứng dụng quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Khi sử dụng các công nghệ khác nhau, phân bố sản phẩm của quá trình cũng sẽ khác nhau (bảng 1.2) [7].
  • 16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 16 Bảng 1.2:Phân bốsản phẩm quá trình Fischer- Tropsch thực hiện theo hai phương pháp LTFT và HTFT Sản phẩm LTFT(%) HTFT(%) CH4 4 7 C2-4 Olefin 4 24 C2-4 Parafin 4 6 Xăng 18 36 Phân đoạn trung bình 19 12 Diezen 48 9 Hợp chất chứa Oxy 3 6 1.4. Cơ chế phản ứng tổng hợp Fischer- Tropsch [10] Trên cơ sở những chất xúc tác được sử dụng, có nhiều cơ chế phản ứng được đề xuất để giải thích cho phản ứng Fischer- Tropsch. Tuy nhiên, hiện nay, cơ chế được công nhận nhiều nhất trên thế giới bao gồm ba giai đoạn: Giai đoạn khơi mào; giai đoạn phát triển mạch và giai đoạn ngắt mạch.  Bước 1: CO hấp phụ lên các tâm hoạt tính của xúc tác, đồng thời dưới tác động của H2 tạo nên các mắt xích liên kết C1:
  • 17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 17  Bước 2: Các mắt xích liên kết C1 được nối lại với nhau thành các gốc hydrocacbon mạch dài:  Bước 3: Các gốc tách ra khỏi tâm hoạt tính, kết hợp với hydro, nước hoặc kết hợp với các gốc khác tạo thành sản phẩm:
  • 18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 18 Việc phân bố các tâm hoạt tính trên nền chất mang cho phép sự tiếp xúc giữa khí nguyên liệu với các tâm hoạt tính, khả năng hấp phụ của CO lên tâm hoạt tính càng cao, bề mặt xúc tác với những tâm hoạt tính được phân bố hợp lý sẽ giúp hình thành những mạch cacbon dài hơn, sản phẩm đa dạng hơn. Đây là lý do tại sao chúng ta có thể chuyển hóa được khí tổng hợp thành những dạng nguyên liệu đang được sử dụng phổ biến hiện nay, với hiệu suất tương đối cao. 1.5. Thiết bị phản ứng Như đã nói ở trên, ngoài các yếu tố tác động về điều kiện phản ứng, cũng như xúc tác, hiệu suất của quá trình hóa học còn phụ thuộc vào công nghệ, dạng thiết bị được sử dụng. Trong đó, quá trình Fischer- Tropsch không phải là ngoại lệ. Theo thời gian, các loại thiết bị gắn liền với công nghệ Fischer- Tropsch cũng dần được thay đổi. 1.5.1. Các loại thiết bị được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch Hiện nay, tùy thuộc vào công nghệ mà thiết bị được lựa chọn và thiết kế khác nhau. Chủ yếu các thiết bị sẽ được phân chia theo hai dạng công nghệ: công nghệ HTFT và công nghệ LTFT. 1.5.1.1. Thiết bị áp dụng cho công nghệ HTFT a, Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi tuần hoàn xúc tác Hệ thống thiết bị dạng tầng sôi vận hành ở nhiệt độ 330-3500C, và tạo ra những dạng sản phẩm nhẹ được mô tả như trong hình 2. Thiết bị sử dụng bột xúc tác sắt được tuần hoàn liên tục trong hệ thống phản ứng.
  • 19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 19 Hình 1.2: Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi tuần hoàn xúc tác Khí nguyên liệu sạch được trộn với khí tuần hoàn ở 160- 2000C và áp suất khoảng 20 atm. Khí chuyển qua lôi cuốn xúc tác thông qua van trượt ở nhiệt độ 340-3500C. Quá trình diễn ra gián đoạn đi vào tầng sôi nơi mà phản ứng được diễn ra ở 315-3300C. Nhiệt được sinh ra từ các phản ứng tỏa nhiệt được giải phóng nhờ quá trình tuần hoàn làm mát trong các ống bên trong thiết bị phản ứng. Trong hệ thống Syntol, dầu được sử dụng như một chất làm mát, và nhiệt chuyển qua dầu làm mát sẽ được dùng để sản xuất hơi nước. Hỗn hợp của sản phẩm, chất tham gia phản ứng và xúc tác được đưa vào phễu chứa xúc tác, ở đó, tốc độ của dòng khí được giảm xuống và xúc tác được tách ra khỏi dòng khí. Khí sau đó được chuyển qua hai chùm xyclon để tách triệt để xúc tác khỏi dòng khí. Khí thải được chuyển qua thiết bị ngưng tụ để tách lấy những sản phẩm hydrocacbon nặng.
  • 20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 20 Xúc tác được chuyển qua sẽ làm tăng hiệu suất của quá trình, tránh những hiện tượng quá nhiệt cục bộ, hỏng xúc tác. Tuy nhiên, hệ thiết bị phức tạp, đắt tiền, tốc độ dòng khí trong thiết bị khó được kiểm soát. Hơn nữa, với hệ thiết bị phản ứng sử dụng cho quá trình tổng hợp HTFT, sản phẩm sinh ra chứa nhiều olefin, rượu, các hợp chất chứa oxy. Những hợp chất này ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sản phẩm, và yêu cầu các nhà nghiên cứu cần có những cải tiến để nâng cấp thiết bị. Sản phẩm thu được có độ chọn lọc trung bình như trong bảng 1.3. Bảng 1.3:Độ chọn lọc trung bình sản phẩm thu được từ thiết bị phản ứng dạng tầng sôi Sản phẩm Công thức phân tử Phần trăm khối lượng(%) Khí Metan Eten Etan Propen Propan Buten CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H8 11 4 6 11 2 8 Lỏng C5-C7 Dầu nhẹ Dầu nặng Rượu Axit 8 33 6 9 2
  • 21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 21 Năng suất của hệ thiết bị đạt 6500 tỷ thùng/ngày. Trong khoảng thời gian từ năm 1955-2000 có 19 thiết bị được tập đoàn Sasol sử dụng.[7] b, Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến Những nhược điểm của thiết bị phản ứng dạng tầng sôi đã được khắc phục khi sử dụng thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến(SAS). Vì lý do đó, từ năm 1998-2000 các thiết bị phản ứng dạng tầng sôi đã dần được thay thế bởi các thiết bị cải tiến. Thiết bị cải tiến có dạng như hình 1.3 được sử dụng cho xúc tác sắt dạng tầng sôi. Khí tổng hợp được chuyển qua lớp xúc tác tầng sôi, nơi mà xúc tác sẽ chuyển hóa chúng thành hydrocacbon hầu hết ở dạng hơi dưới điều kiện công nghệ: 3400C và 25bar. Hình 1.3: Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi cải tiến Nhiệt sinh ra trong thiết bị phản ứng sẽ được giải phóng bằng việc sử dụng nước làm mát trao đổi nhiệt bên trong thiết bị phản ứng, những ống trao đổi nhiệt này cũng được sử dụng nếu muốn gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng. Ưu điểm chính của hệ thiết bị cải tiến so với thiết bị phản ứng dạng tầng sôi ban đầu là hệ thống đơn giản hơn, dễ dàng chế tạo, giá thành rẻ hơn do việc kết hợp thiết bị làm mát
  • 22. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 22 bên trong thiết bị phản ứng, và tránh tiêu tốn năng lượng do phải tuần hoàn xúc tác liên tục. Tổng lượng xúc tác được sử dụng trong hệ thiết bị mới giảm 40% so với hệ thống ban đầu, do đó, giá của hệ thống giảm được 15% [7]. Trên thực tế, với hệ phản ứng này, độ chuyển hóa cũng tăng lên do thời gian lưu của khí tăng lên. 1.5.1.2. Thiết bị áp dụng cho công nghệ LTFT a, Thiết bị phản ứng tầng cố định Dàn ống xúc tác tầng cố định đã được sử dụng từ những năm chiến tranh thế giới thứ hai, nay vẫn đang được Sasol sử dụng trong công nghệ Arge của họ, và được Shell sử dụng trong công nghệ sản xuất nhiên liệu có nhiệt độ sôi trung bình [11]. Phản ứng Fischer- Tropsch xảy ra trong thiết bị phản ứng với xúc tác sắt (Sasol) tương tự như trong thiết bị trao đổi nhiệt, với xúc tác được chứa đầy trong các ống (hình 1.4). Hiệu quả của việc giải phóng nhiệt phản ứng phụ thuộc vào ảnh hưởng qua lại giữa nhiệt được sinh ra bên trong quá trình phản ứng và nhiệt được trao đổi với nước làm mát [7]. Hình 1.4: Thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm
  • 23. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 23 Trong các ống phản ứng, theo chiều từ trên xuống dưới, độ chuyển hóa và hiệu quả của các phản ứng giảm dần do hầu hết khí nguyên liệu thực hiện quá trình chuyển hóa ở phía trên của ống. Trong nhiều trường hợp, nhiệt độ làm việc trung bình phải cao để đạt được độ chuyển hóa cao, và thông thường sẽ sử dụng nhiệt độ cao nhất có thể. Tuy nhiên, khi làm việc ở nhiệt độ cao độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng sẽ bị ảnh hưởng. Do đó, nhiệt sinh ra trong phản ứng cần được loại bỏ ngay lập tức và hiệu quả của việc khống chế nhiệt độ làm việc sẽ ảnh hưởng tới hiệu quả của cả quá trình. Đồng thời, trong trường hợp có sử dụng khí tuần hoàn, độ chuyển hóa một lần có thể giảm, nhưng độ chuyển hóa của cả quá trình tăng lên. Chúng ta không thể phủ nhận những ưu điểm của thiết bị phản ứng phản ứng tầng cố định. Đầu tiên, khả năng phân tách sản phẩm khỏi xúc tác một cách dễ dàng là ưu điểm dễ nhận thấy nhất của loại thiết bị này, sản phẩm thu được sau quá trình phản ứng sẽ đi cùng dòng khí nguyên liệu chưa phản ứng ra khỏi thiết bị phản ứng và được ngưng tụ để tách khí nguyên liệu. Thiết bị phản ứng có thể hoạt động ở khoảng nhiệt độ rộng, do đó, phù hợp với nhiều loại xúc tác khác nhau, đồng thời, thiết bị loại này thích hợp để khảo sát các xúc tác mới trên quy mô phòng thí nghiệm, cho tới thực hiện sản xuất quy mô lớn.[12] Nhưng thiết bị phản ứng dạng dàn ống xúc tác tầng cố định phức tạp và đắt tiền. Bởi lẽ, thiết bị khó chế tạo và cần yêu cầu thiết kế đặc biệt để có thể thay xúc tác, nhất là đối với xúc tác sắt có thời gian làm việc ngắn. Xúc tác dễ dàng bị mất hoạt tính do quá nhiệt cục bộ, cũng như việc lắng đọng cacbon trên bề mặt xúc tác và hình thành sáp bên trong mao quản của xúc tác. Khi đó hoạt tính cũng như độ bền của xúc tác bị giảm đáng kể.[13]
  • 24. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 24 b, Thiết bị phản ứng dạng huyền phù Để khắc phục những nhược điểm của thiết bị phản ứng tầng cố định, thiết bị phản ứng dạng huyền phù được nghiên cứu và sử dụng để tối ưu hóa hiệu quả quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Thiết bị phản ứng dạng huyền phù được mô tả trong hình 1.5. Thiết bị bao gồm khoang chứa huyền phù với dung môi là sản phẩm trực tiếp từ quá trình tổng hợp F-T với xúc tác phân bố trong lòng dung môi. Khí tổng hợp được chuyển qua lớp huyền phù dưới dạng bong bóng và được chuyển hóa thành hydrocacbon. Nhiệt sinh ra được giải phóng bằng bộ phận làm mát bên trong thiết bị phản ứng, bộ phận này cũng nhận nhiệm vụ tận dụng nguồn nhiệt của phản ứng tổng hợp sản xuất hơi nước. Hydrocacbon nhẹ dưới dạng hơi được chuyển ra ngoài thông qua đỉnh của thiết bị phản ứng với những chất phản ứng còn dư và được ngưng tụ trong bộ phận ngưng tụ ở phía sau. Các hydrocacbon lỏng nặng hơn được trộn lẫn với dung môi trong huyền phù, sau đó sẽ được thu hồi bằng quá trình phân tách rắn. Trong hệ thống của Sasol, một hệ thống phân tách lỏng- rắn với nhiều thiết bị được sử dụng, chính điều này khiến cho việc phân tách hỗn hợp lỏng- rắn rẻ hơn, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Việc lắng đọng và phân tách xúc tác từ hỗn hợp huyền phù sản phẩm và xúc tác là một trong những khó khăn khi sử dụng thiết bị phản ứng dạng huyền phù, đặc biệt là với xúc tác sắt. Điều quan trọng ở đây là xúc tác phải đủ bền để tránh bị phá vỡ - điều mà làm cho việc phân tách rắn lỏng trở nên khó khăn hơn và có thể là không thể thực hiện được. Khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị huyền phù tốt hơn so
  • 25. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 25 với thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định, do đó, trạng thái đẳng nhiệt được duy trì tốt hơn, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Hình 1.5: Thiết bị phản ứng dạng huyền phù Đối với xúc tác được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, điều quan trọng là phải tìm được điều kiện làm việc của xúc tác phù hợp với thiết bị. Ví dụ khi sử dụng thiết bị phản ứng dạng huyền phù, yêu cầu về thể tích thiết bị thấp hơn so với thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống chùm. Lý do là thiết bị phản ứng dạng huyền phù có khả năng phối trộn tốt, tăng khả năng tiếp xúc của khí nguyên liệu với xúc tác, do đó, nâng cao hiệu suất của quá trình chuyển hóa khí tổng hợp.[14] Thiết kế đơn giản, kết hợp với điều kiện công nghệ được khống chế dễ dàng, xúc tác ít bị ảnh hưởng bởi tác dụng của nhiệt độ đã làm nên những ưu điểm của thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Đồng thời, so với thiết bị phản ứng tầng cố định, thiết bị phản ứng dạng huyền phù cho độ chọn lọc sản phẩm hydrocacbon có số cacbon trong phân tử lớn hơn.[15]
  • 26. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 26 Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị phản ứng loại này xúc tác có xu hướng thoát ra ngoài cùng đường khí. Bên cạnh đó, đối với thiết bị phản ứng dạng huyền phù, việc phân tách hỗn hợp sản phẩm- xúc tác khó hơn so với thiết bị xúc tác tầng cố định. Khả năng mất mát xúc tác là một trong những vấn đề gây nên tính bất lợi của hệ thống này. Tuổi thọ của xúc tác cũng bị ảnh hưởng khi phải làm việc trong điều kiện hỗn hợp khuấy trộn liên tục, đòi hỏi công nghệ chế tạo xúc tác cần được cải thiện để phát huy hết tiềm năng của thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Bảng 1.4 tóm tắt lại những ưu nhược điểm chính của các loại thiết bị phản ứng được sử dụng trong công nghệ tổng hợp Fischer- Tropsch.
  • 27. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 27 Bảng 1.4:Những ưu nhược điểm chính của các thiết bị phản ứng Fischer- Tropsch Loại thiết bị Ưu điểm Nhược điểm Thiết bị xúc tác cố định + Hoạt động đơn giản + Có thể sử dụng trong khoảng nhiệt độ rộng + Dễ dàng tách sản phẩm từ xúc tác + Dòng ổn định + Truyền nhiệt kém + Khó khăn trong việc cung cấp chất phản ứng vào trong lớp xúc tác. + Độ giảm áp cao + Khó khăn và tốn chi phí cho thiết kế và thay thế xúc tác + Xúc tác có thể mất hoạt tính do cacbonlắng đọng . Thiết bị xúc tác tầng sôi +Dễ thay thế xúc tác +Hiệu ứng nhiệt cao hơn thiết bị xúc tác cố định +Hoạt động đẳng nhiệt + Truyền nhiệt kém + Khó khăn trong việc cung cấp chất phản ứng vào trong lớp xúc tác + Độ giảm áp cao + Khó khăn và tốn chi phí cho thiết kế và thay thế xúc tác + Xúc tác có thể mất hoạt tính do cacbonlắng đọng Thiết bị huyền phù + Pha huyền phù trộn đều với xu hướng tới làm việc đẳng nhiệt . + Giảm áp suất hợp lý + Phân phối tốt chất phản ứng bên trong thiết bị + Kiểm soát tốt sự phân phối hydrocacbontại độ chuyển hoá tương đốicao + Khó tách sản phẩm sáp ra khỏi xúc tác + Bọt hình thành bên trong lò + Xúc tác tiêu hao, lắng đọng hoặc tích tụ + Nếu chất phản ứng có chứa chất độc có thể ảnh hướng xấu và gây mất hoạt xúc tác
  • 28. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 28 1.5.2. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong các thiết bị phản ứng khác nhau Thông qua tổng quan về các loại thiết bị phản ứng, ta thấy rằng chế độ làm việc của thiết bị phản ứng tầng cố định và thiết bị phản ứng dạng huyền phù là khác nhau. Thiết bị phản ứng tầng cố định thực hiện phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí, trong khi thiết bị phản ứng dạng huyền phù thực hiện quá trình chuyển hóa trong pha lỏng. Điều này dẫn tới quá trình chuyển hóa có sự khác biệt nhất định, và là nguyên nhân dẫn tới sự khác biệt về hiệu suất chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng. 1.5.2.1. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng phản ứng dạng huyền phù [16] Thiết bị phản ứng dạng huyền phù là thiết bị thực hiện phản ứng ở nhiều pha khác nhau bao gồm dung môi lỏng và hạt xúc tác rắn được trộn trong huyền phù, ngoài ra còn có pha khí của khí nguyên liệu. Trong thiết bị phản ứng với ba pha tồn tại như vậy, quá trình phản ứng xảy ra như sau:  Bước 1: Khí nguyên liệu được chuyển qua dung môi dưới dạng các bóng khí.  Bước 2: Khí nguyên liệu tiếp xúc với pha xúc tác rắn thông qua lớp màng bóng khí ( sự tiếp xúc hiệu quả với tốc độ dòng khí chuyển qua phù hợp).  Bước 3: Khí nguyên liệu khuếch tán lên bề mặt thông qua hệ thống mao quản của xúc tác rắn.  Bước 4: Xúc tác rắn hấp phụ khí nguyên liệu.  Bước 5: Phản ứng hóa học xảy ra trên các tâm hoạt tính của xúc tác ( bao gồm các bước khơi mào, phát triển mạch, và ngắt mạch cacbon ).  Bước 6: Nhả hấp phụ sản phẩm của quá trình chuyển hóa trên tâm hoạt tính.
  • 29. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 29  Bước 7: Qua hệ thống mao quản của xúc tác, các sản phẩm được khuếch tán ra ngoài.  Bước 8: Sản phẩm được hòa tan vào dung môi lỏng. Như vậy, sự tồn tại của các pha trong thiết bị phản ứng dạng huyền phù giúp tăng khả năng tiếp xúc của hỗn hợp khí nguyên liệu với tốc độ dòng khí chuyển qua phù hợp. Thông qua những quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong thiết bị phản ứng, ta có thể nhận thấy độ chuyển hóa, độ chọn lọc sản phẩm không những phụ thuộc vào hoạt tính của tâm kim loại hoạt động trong xúc tác, khả năng phân bố các tâm kim loại trên bề mặt chất mang mà còn bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố vật lý. 1.5.2.2. Quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định [12] Trong khi quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong thiết bị phản ứng dạng huyền phù là phản ứng xảy ra với ba pha: rắn, lỏng, khí, thì quá trình chuyển hóa xảy ra trong thiết bị phản ứng tầng cố định là phản ứng xảy ra với hai pha: rắn và khí. Quá trình bao gồm các bước chính như sau:  Bước 1: Hấp phụ chất khí nguyên liệu lên bề mặt xúc tác.  Bước 2: Phản ứng hóa học xảy ra trên các tâm hoạt tính.  Bước 3: Nhả hấp phụ sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác, sản phẩm dạng hơi cùng với nguyên liệu đi ra khỏi thiết bị phản ứng. Có thể thấy, quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng tầng cố định đơn giản chỉ là quá trình hấp phụ nguyên liệu, nhà hấp phụ sản phẩm, kết hợp với phản ứng hóa học. Điều này có một ưu thế là đơn giản trong việc khống chế các thông số vật lý liên quan tới quá trình. Tuy nhiên, khi sản phẩm tạo ra không có khả năng bay hơi ở điều kiện nhiệt độ phản ứng sẽ dẫn đến khả năng thiêu kết, tạo cốc trên
  • 30. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 30 bề mặt xúc tác, ảnh hưởng lớn tới khả năng làm việc của xúc tác cũng như hiệu quả của quá trình. 1.5.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng Thông qua việc tìm hiểu về quá trình chuyển hóa trong thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định và thiết bị phản ứng dạng huyền phù, ta có thể nhận thấy ngoài ảnh hưởng của xúc tác, quá trình chuyển hóa còn chịu ảnh hưởng từ các yếu tố vật lý. Đó là những đại lượng có liên quan trực tiếp tới những các quá trình vật lý như hấp phụ, nhả hấp phụ và khuếch tán khi thực hiện phản ứng với sự có mặt của xúc tác. Đồng thời, các yếu tố vật lý nêu trên cũng ảnh hưởng tới hiệu quả độ chuyển hóa khí nguyên liệu, cũng như độ chọn lọc sản phẩm của cả quá trình. 1.5.3.1. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng dạng huyền phù. Đối với thiết bị phản ứng dạng huyền phù, bên cạnh ảnh hưởng của xúc tác, năng suất và hiệu suất chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng của thiết bị còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng khí, kích thước hạt xúc tác. Thực tế nghiên cứu đã khảo sát những yếu tố nêu trên để đưa ra những điều kiện hoạt động tối ưu cho thiết bị phản ứng dạng huyền phù. a. Ảnh hưởng của áp suất. Theo các nghiên cứu cho thấy, áp suất làm việc của thiết bị phản ứng dạng huyền phù tốt nhất nằm trong khoảng từ 1 – 4 MPa. Nếu giá trị áp suất nhỏ hơn 1 MPa , xúc tác vẫn có thể làm việc ở điều kiện này tuy nhiên phản ứng sẽ rất khó xảy ra hơn và hiệu suất sản phẩm giảm. Ngược lại áp suất lớn hơn 4 MPa, xúc tác vẫn có thể làm việc, thực hiện các quá trình chuyển hóa. Tuy nhiên, thiết bị lúc này
  • 31. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 31 cần được chế tạo sao cho chịu được áp suất cao làm tăng giá thành gia công chế tạo thiết bị, thiết bị sẽ phức tạp hơn. b. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ làm việc được cho là tối ưu nằm trong khoảng từ 210 – 280ºC. Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 210ºC , phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp sẽ khó xảy ra dẫn đến hiệu suất quá trình giảm. Nếu nhiệt độ lớn hơn 280ºC , làm tăng quá trình tạo ra nhiều metan trong khi sản phẩm ta muốn thu là sản phẩm lỏng. Bên cạnh đó, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình làm việc cũng như tuổi thọ và độ bền của xúc tác, nhiệt độ tăng cũng khiến độ bền của xúc tác giảm. c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí trong thiết bị. Do sự hình thành bóng khí trong thiết bị phản ứng ảnh hưởng nhiều tới khả năng tiếp xúc của khí nguyên liệu với các hạt xúc tác bên trong thiết bị, nên tốc độ dòng khí cũng là một thông số ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất, độ chuyển hóa của quá trình. Tốc độ dòng khí được cho là hiệu quả nhất với thiết bị phản ứng dạng huyền phù nằm trong khoảng: ωg = 0,05 – 0,2m/s. Giá trị tốc độ dòng khí ωg <0,05m/s gây khó khăn trong việc di chuyển của các bong bóng trong thiết bị, kết quả là làm giảm khả năng hòa trộn, phân tán của xúc tác trong dầu dung môi. Nồng độ huyền phù ở các vị trí khác nhau trong thiết bị là không đồng nhất, do đó, khiến cho khả năng tiếp xúc pha kém đi và dẫn tới hiệu suất quá trình giảm. Còn với giá trị tốc độ dòng khí ωg >0,2m/s khiến cho thể tích khí trong thiết bị lớn, cần một thiết bị có kích thước lớn hơn, gây tốn kém trong việc chế tạo thiết bị.
  • 32. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 32 d. Tỷ lệ xúc tác trong huyền phù Khoảng giá trị 10 – 40 %kl xúc tác trong hỗn hợp huyền phù được cho là thích hợp nhất, cho hiệu suất chuyển hóa cao nhất đối với loại thiết bị thực hiện phản ứng ở dạng huyền phù. Trong đó giá trị tối ưu nằm trong khoảng 20 – 30 %kl. Với khối lượng xúc tác nhỏ hơn 10%, thiết bị phản ứng trở nên quá lớn so với năng suất sản phẩm cần. Còn khối lượng xúc tác lớn hơn 40%, lượng xúc tác quá lớn sẽ gây khó khăn cho việc xúc tác hòa trộn đều để tạo huyền phù trong thiết bị, do đó, phản ứng khó thực hiện, giảm hiệu suất của quá trình và khiến cho lượng sản phẩm thu được không cao. 1.5.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị phản ứng tầng cố định. a. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiêt độ phản ứng là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng tới tính chất xúc tác khi làm việc, ảnh hưởng tới đặc tính pha, tính chất vật lý của chất phản ứng, dung môi hấp thụ, sản phẩm tạo thành,…. qua đó gây ảnh hưởng đến độ chuyển hoá, độ chọn lọc sản phẩm. Khi nhiệt độ phản ứng quá thấp, hoạt tính xúc tác sẽ không cao, do đó làm giảm độ chuyển hóa. Khi nhiệt độ phản ứng quá cao xúc tác có thể bị thiêu kết, các tâm kim loại chuyển thành các tâm oxit, làm mất hoạt tính của xúc tác, mặt khác nhiệt độ phản ứng quá cao còn làm tăng khả năng bay hơi của dung môi hấp thụ, gây hao hụt dung môi, giảm khả năng hấp thụ sản phẩm, bẩn cột phân tách GC trong quá trình phân tích [17]. Nhìn chung, tổng hợp FT thực hiện trong khoảng nhiệt độ phản ứng từ 150°C tới 300°C.Nếu nhiệt độ phản ứng cao sẽ làm tăng tốc độ phản ứng, tăng độ chuyển hóa. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao quá trình tổng hợp có xu thế tạo nhiều metan.
  • 33. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 33 Với mỗi loại xúc tác sẽ có một khoảng nhiệt độ làm việc tối ưu, khoảng nhiệt độ này đảm bảo xúc tác có hoạt tính cao, độ chọn lọc cao, làm việc ổn định. b. Ảnh hưởng của áp suất. Áp suất phản ứng cũng là một trong những yếu tố quan trọng trong quá trình tổng hợp Fischer- Tropsch. Đối với điều kiện làm việc thông thường, áp suất tiến hành phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng nằm trong khoảng 1MPa - 4MPa. Áp suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý của chất phản ứng, của dung môi hấp thụ, và của sản phẩm. Khi áp suất quá cao, dung môi hấp thụ bị khuấy trộn mạnh, bề mặt thoáng thay đổi liên tục, dung môi sẽ nhanh bị hao hụt. Khi áp suất quá thấp, giai đoạn phát triển mạch sẽ bị hạn chế, do khả năng kết nối của các mắt xích (-CH2-) giảm. Ngoài ra áp suất thấp còn làm giảm tốc độ quá trình nhả hấp phụ sản phẩm trên bề mặt xúc tác, dẫn đến các tâm hoạt tính của xúc tác bị che bớt,làm giảm hoạt tính của xúc tác, dẫn đến giảm độ chuyển hóa nguyên liệu [17]. c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu. [18] Có thể thấy trên hình 1.6, không quan sát thấy ảnh hưởng nào của tốc độ dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm của các hydrocacbon dưới C20. Với các sản phẩm C20+ thì chúng gần như biến mất ở tốc độ dòng khí 100 sccm/gxt, trong khi các hydrocacbon nặng C35 vẫn được tạo ra ở tốc độ dòng khí 50sccm/gxt. Một điều thật thú vị đó là việc giảm GHSV của phản ứng lại làm tăng các sản phẩm hydrocacbon mạch dài.
  • 34. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 34 Hình 1.6. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu tới sự phân bố sản phẩm. (Điều kiện phản ứng ở 220oC; áp suất 45bar; H2/CO = 2) 1.6. Mục tiêu nghiên cứu. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng là một quá trình phức tạp, hiệu quả quá trình và độ chọn lọc sản phẩm không những phụ thuộc nhiều vào thành phần xúc tác được sử dụng, mà còn phụ thuộc vào yếu tố thiết bị phản ứng được sử dụng. Chính vì thế, trong đồ án của mình, em tiến hành các phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trên xúc tác coban trong hai thiết bị phản ứng khác nhau: xúc tác cố định và huyền phù pha lỏng nhằm so sánh, đánh giá hiệu quả quá trình khi thực hiện theo hai phương pháp khác nhau này.
  • 35. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 35 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị + Hóa chất: - Al(OH)3 (Phòng thí nghiệm công nghệ lọc hóa dầu và vật liệu xúc tác hấp phụ). - Muối Co(NO3).6H2O tinh khiết, dạng tinh thể (Trung Quốc). - Nước cất hai lần. + Dụng cụ: - Cốc thủy tinh 50, 100 ml. - Buret, pipet loại 1, 2 ml. - Đũa thủy tinh. - Chén nung. + Thiết bị: - Tủ nung. - Tủ sấy. - Cân phân tích. - Máy khuấy từ.
  • 36. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 36 2.2. Quá trình tổng hợp xúc tác Xúc tác cho phản ứng Fischer – Tropsch (FT) được tổng hợp theo phương pháp tẩm ướt với hai giai đoạn: quá trình chuẩn bị chất mang và quá trình đưa kim loại lên chất mang.  Qui trình chuẩn bị chất mang: Đổ một lượng nước cất vừa đủ vào Al(OH)3 rắn rồi khuấy trong 4giờ, sau đó dung dịch được lọc chân không để loại nước. Lặp lại quá trình trên 4 lần. Mục đích của quá trình này là để rửa giải hết các muối còn lẫn trong Al(OH)3. Sau khi đã được rửa giải, Al(OH)3 được sấy ở 120ºC trong 12giờ rồi đưa đi tạo chất mang γ- Al2O3 dạng bột. Al(OH)3 được nung theo quy trình liên tục với tốc độ gia nhiệt 5ºC/ph như sau : - 230ºC trong 3giờ. - 450ºC trong 3giờ. - 500ºC trong 2giờ. Sau khi nung theo quy trình trên, ta sẽ thu được γ-Al2O3. Sau đó γ- Al2O3 được nghiền nhỏ rồi đưa qua sàng để lọc lấy các hạt nhỏ hơn 120µm, các hạt lớn hơn được nghiền lại để đảm bảo kích thước hạt.  Quy trình tổng hợp xúc tác Tiến hành tổng hợp mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 bằng phương
  • 37. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 37 pháp tẩm ở áp suất thường theo quy trình mô tả trên hình 2.1. Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tổng hợp xúc tác Co/ γ-Al2O3 Ban đầu, γ-Al2O3 được nung ở 3500C, áp suất thường để thu được γ-Al2O3 khan. Sau đó, ta tiến hành hòa tan muối Co(NO3).6H2O trong dung dịch axit HNO3 10-6 M, rồi tẩm dung dịch thu được lên chất mang vừa khuấy vừa gia nhiệt ở 800C trong 5 giờ. Cho mẫu vào tủ sấy ở 120oC trong 5 giờ rồi đưa sang tủ nung, nung ở 450oC trong thời gian 4 giờ. Mẫu xúc tác thu được để nguội trong dessicator. Xúc tác 3500 C
  • 38. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 38 2.3. Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của xúc tác 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) Phương pháp nhiễu xạ tia X là một phương pháp phổ biến và hiện đại, được ứng dụng để nghiên cứu các vật liệu có cấu trúc tinh thể. Những kết quả thu được từ phương pháp này giúp nhận diện nhanh chóng và chính xác cấu trúc tinh thể, đồng thời giúp phân tích định lượng pha tinh thể với độ tin cậy cao. Phân tích định tính pha tinh thể là phát hiện sự có mặt của một pha tinh thể nào đó trong đối tượng khảo sát. Tương tự như các phương pháp phân tích khác, một pha tinh thể nào đó không được phát hiện có thể hiểu là không có hoặc có nhưng hàm lượng nằm dưới giới hạn nhận biết. Giới hạn phát hiện các pha tinh thể của phương pháp này phụ thuộc vào các nguyên tố có trong vật liệu đó, hệ tinh thể, độ kết tinh,…thay đổi từ 1% đến 20%. Nguyên tắc: Theo thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được cấu tạo từ các ion hay nguyên tử, được phân bố một cách đều đặn và trật tự trong không gian theo một trật tự nhất định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong mạng lưới tinh thể khoảng vài A0 hay xấp xỉ bước sóng của tia Rơnghen. Khi chùm tia tới (tia Rơnghen) đập vào phía ngoài mặt tinh thể và xuyên sâu vào trong do tia Rơnghen có năng lượng cao, thì mạng tinh thể với các mặt phẳng nguyên tử song song sẽ đóng vai trò là một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử hay ion trong mạng tinh thể bị kích thích bởi chùm tia Rơnghen sẽ trở thành các tâm phát xạ phát ra những tia sáng thứ cấp (tia tán xạ). Mỗi một tinh thể được tạo bởi một chất nào đó đều có hằng số mạng và kiểu đối xứng riêng và do đó cũng có một giản đồ nhiễu xạ đặc trưng cho chất đấy. Ngược lại, khi có giản đồ nhiễu xạ chúng ta cũng có thể suy ngược ra dạng tinh thể
  • 39. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 39 của nó. Dựa vào nguyên tắc trên, có thể có 2 cách tiếp cận để phân tích giản đồ nhiễu xạ. Về lý thuyết từ vị trí các đỉnh nhiễu xạ có thể xác định được hằng số mạng và các kiểu đối xứng của nó thông qua định luật Bragg và các phép tính toán khác. Như vậy về mặt nguyên tắc, khi đã biết những thông tin đó, chúng ta có thể tái hiện lại “hình ảnh” của tinh thể. Bằng thực nghiệm trên các mẫu chuẩn, chúng ta có thể xây dựng giản đồ nhiễu xạ cho các mẫu này. Khi có giản đồ nhiễu xạ của một chất mà ta chưa biết thì ta chỉ việc so sánh nó với thư viện phổ chuẩn, nếu trùng với chất chuẩn thì tinh thể của chất cần tìm sẽ cùng loại với tinh thể có trong thư viện phổ chuẩn. Thông tin trên phổ XRD  Vị trí các peak cho các thông tin về các đặc trưng đối xứng có định hướng (translational symmetry), có nghĩa là xác định được hình dạng và kích thước ô mạng.  Từ đây có thể xác định tên khoáng chất, vật liệu, hợp chất, pha…nếu có các phổ chuẩn so sánh.  Cường độ các peak có thể tính mật độ electron bên trong ô mạng, có nghĩa là xác định được vị trí của các nguyên tử trong ô mạng.  Hình dạng và bề rộng peak có thể cung cấp thông tin về sự sai lệch so với tinh thể hoàn hảo (khuyết tật trong tinh thể). Thực nghiệm: Trong quá trình nghiên cứu, phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng để xác định định tính pha tinh thể của các mẫu xúc tác sau quá trình tổng hợp. Phổ nhiễu xạ XRD của mẫu nghiên cứu được ghi trên máy Bruker D8 Advance (Đức),
  • 40. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 40 ống phát tia Rơnnghen bằng Cu α , bước sóng K α = 1,540 A0 : góc quét thay đổi từ 20 đến 800; tốc độ quét 0,050/phút. Qúa trình được thực hiện tại Khoa Hóa Học - Trường ĐH KHTN - ĐH Quốc Gia Hà Nội. 2.3.2. Phương pháp hấp thụ và nhả hấp thụ nitơ Diện tích bề mặt riêng có nhiều ý nghĩa khác nhau với vật liệu rắn xốp và không xốp. Với vật liệu rắn xốp (trong nghiên cứu này là γ-Al2O3) thì bề mặt riêng là tổng diện tích bên ngoài vật liệu và tổng diện tích mặt trong của các lỗ xốp. Và tổng diện tích mặt trong luôn lớn hơn rất nhiều so với tổng diện tích bên ngoài. Phương pháp phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng của một vật liệu rắn là đo mức độ hấp phụ của nitơ hoặc một số khí khác có khả năng thâm nhập vào tất cả các mao quản và tính toán diện tích bề mặt riêng dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Nguyên tắc: Vật liệu được hấp phụ khí N2 tại nhiệt độ N2 lỏng lả 77 0K. Từ phương trình BET: Trong đó: Va: số mol khí bị hấp phụ ở áp suất Pa, (mol/g). C: hằng số BET Vm: thể tích cần thiết để hình thành đơn lớp hấp phụ trên bề mặt, mol/g. P: áp suất khí, mmHg
  • 41. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 41 P0: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ tại nhiệt độ đã cho, mmHg Có thể xây dựng được đồ thị biểu diễn mối liên hệ P Va(P0 - P) và P/P0, đó là một đường thẳng trong khoảng P/P0 = 0,0 – 0,3. Dựa vào hệ số góc và điểm cắt trục tung của đường thẳng biểu diễn mối liên hệ giữa P Va(P0 - P) và P/P0 xác định được Vm và từ đó tính được diện tích bề mặt riêng (m2/gam) theo công thức: S = Vm*an*Na*10-20 Trong đó: An: tiết diện ngang của phân tử Ni, 0A Na: Số Avogadro; Na = 6,023.1023 mol-1 Thực nghiệm: Trong nghiên cứu này hấp phụ vật lý nitơ được áp dụng để xác định diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/γ- Al2O3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 được ghi trên máy Micromerictics ASAP 2010 (Mỹ) tại PTN CN Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách khoa Hà Nội. 2.4.3. Phương pháp hấp phụ hóa học CO. Người ta xác định độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang bằng phương pháp chuẩn độ bề mặt, dùng khí CO hoặc H2. Nguyên tắc: Phương pháp hấp phụ xung CO là phương pháp xác định độ phân tán của một số kim loại trên bề mặt xúc tác và kích thước các phần tử hoạt động trên cơ sở: Đo lượng khí CO hấp phụ lên kim loại trên bề mặt của mẫu phân tích và từ đó tính được sự phân bố kim loại trên bề mặt chất mang.
  • 42. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 42 Thực nghiệm: Đo lượng khí CO hấp phụ trên bề mặt kim loại của mẫu nghiên cứu (ở đây là Co) dựa vào đó ta đo được lượng khí CO bị hấp phụ bởi kim loại trên bề mặt mẫu nghiên cứu. Và từ đó ta có thể tính được sự phân bố kim loại trên bề mặt chất mang. Trước khi hấp phụ CO, các xúc tác được khử trong dòng H2 ở 350oC trong 60 phút với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Dòng CO được đưa vào với tốc độ 15 ml/phút trong 10 phút và đo tại 355oC, và hấp phụ hóa học CO được dẫn ở nhiệt độ 35oC. Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tính toán độ hấp phụ: Thể tích khí CO hấp phụ lên các tâm kim loại được tính theo công thức sau: V = Σ Ac -Ai Ac * Vc * 273 273+T * P 760 Trong đó: V: thể tích khí CO/H2 được hấp phụ, cm3. Ac: trung bình của lần bơm không hấp phụ Ai: vùng hấp phụ riêng phần của lần bơm Vc: thể tích của khí CO hoặc H2 được bơm vào T: nhiệt độ phòng, 0C P: áp suất phòng, mmHg.
  • 43. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 43 Độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang được tính theo công thức: D = Số nguyên tử kim loại trên bề mặt Số nguyên tử kim loại trong toàn khối xúc tác 2.4.4.Khử hóa theo chương trình nhiệt độ bằng H2 Nguyên tắc: Phản ứng tổng quát MOn + nH2 → M + nH2O Hỗn hợp khí khử (thường dùng H2 pha loãng trong một khí trơ khác như Ar, He hoặc N2) được đưa qua bề mặt của mẫu oxit cần phân tích. Nhiệt độ của mẫu được tăng dần lên theo chương trình của nhiệt độ. Khi quá trình khử bắt đầu, lượng H2 trong hỗn hợp khí mang giảm đi làm thay đổi độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí. Sự thay đổi độ dẫn nhiệt này được nhận biết bằng detector dẫn nhiệt TCD và được chuyển hóa thành tín hiệu điện. Khi quá trình khử dừng lại, H2 không bị tiêu thụ nữa, tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp khí mang quay trở về tỷ lệ đã được thiết lập ở đầu thí nghiệm. Độ dẫn điện quay trở về giá trị ban đầu, tín hiệu điện của TCD trở về đường nền. Trong quá trình khử, các kim loại ở trạng thái hóa trị cao sẽ bị khử xuống trạng thái hóa trị thấp. Trong giản đồ TPR, sẽ có sự xuất hiện của một vài peak ở các mức năng lượng nhiệt khác nhau. Mỗi peak sẽ ứng với một mức chuyển trạng thái hóa trị, nhiệt độ khử cao hay thấp sẽ tương ứng với sự khử khó hay dễ của oxit kim loại nghiên cứu.
  • 44. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 44 Quá trình khử của một oxit kim loại ở dạng khối khác với quá trình khử của oxit kim loại mang trên chất mang. Bởi vì khi mang lên chất mang, oxit kim loại thường tương tác với chất mang tạo phức chất. Nhiệt độ khử lúc này sẽ tăng hay giảm phụ thuộc vào tương tác giữa oxit kim loại và chất mang. Thực nghiệm: Các phân tích TPR H2 được tiến hành trong một thiết bị phản ứng vi dòng hình chữ U làm bằng quartz và được kết nối với một detector dẫn nhiệt (TCD). Các mẫu xúc tác trước tiên được rửa trong dòng khí Ar tại 350oC để loại bỏ vết nước. Khí khử là hỗn hợp 10% H2/Ar được nạp vào thông qua một bộ điều khiển lưu lượng dòng. Mẫu được gia nhiệt từ 50 đến 800oC với tốc độ gia nhiệt là 10oC/phút. Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc hóa dầu và vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội. 2.4. Nghiên cứu chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng được thực hiện trong hai hệ thiết bị phản ứng, với phản ứng thực hiện trong pha lỏng và trong pha khí nhằm so sánh độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm. 2.4.1. Phản ứng trong pha khí 2.4.1.1. Sơ đồ phản ứng Phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng trong pha khí được thực hiện trên hệ phản ứng xúc tác cố định (hình 2.2). Các dòng khí được điều chỉnh bằng các bộ điều chỉnh lưu lượng dòng điện tử MFC (Omega, FMA 5400/5500). Tất cả các bộ điều chỉnh lưu lượng đã được hiệu chuẩn tại áp suất đầu ra là 35 bar và tổn thất áp suất tối đa là 3,5 bar. Lò gia nhiệt (2) loại một vùng gia nhiệt RT 50-250/11 được điều khiển bằng bộ điều khiển
  • 45. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 45 Nabertherm B180 được sử dụng để gia nhiệt cho ống phản ứng (1). Áp suất toàn hệ thống được duy trì bằng một bộ điều chỉnh áp suất thấp BPR (Swagelok KBP1N0A412P30000). Hình 2.2: Sơ đồ hệ phản ứng FT xúc tác cố định 1.Ống phản ứng; 2.Bộ điều chỉnh lưu lượng dòng; 3.Lò đốt; 4.Áp kế; 5.Van đóng mở; 6.Van một chiều; 7.Bình phân tách khí lỏng; 8.Van xả áp; 9.Lọc khí; 10.Bộ điều chỉnh áp suất thấp; 11.Van tinh chỉnh; 12.Đường xả khí; 13,14.Đường ra sắc ký; 15.Đường tháo sản phẩm lỏng.
  • 46. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 46 Các ống phản ứng được làm bằng thép không gỉ (Swagelok 316, ½” × 0,028”) và được hàn một que thăm nhiệt ở chính giữa ống có tác dụng giữ lớp xúc tác và cắm đầu dò nhiệt (hình 2.3) Hình 2.3: Mặt cắt dọc ống phản ứng Phía dưới ống phản ứng là một thiết bị phân tách khí lỏng làm bằng thép không gỉ (thể tích 60 ml), có tác dụng để phân tách các sản phẩm lỏng và khí. Bình phân tách được làm lạnh nhờ sử dụng Julabor với môi chất lạnh R404A tránh các sản phẩm lỏng bay hơi. Các sản phẩm lỏng thu được sau phản ứng được tháo ra và phân tích off-line bằng GC-MS. Khí nguyên liệu và các khí sản phẩm được phân tích trực tiếp bằng sắc ký khí. Với detector dẫn nhiệt (TCD), sắc kí khí có khả năng phân tích các khí Ar, N2, H2, CO, CO2 và các hydrocacbonnhẹ được giải hấp khỏi cột nhồi. Với một detector ion hóa ngọn lửa (FID) hệ sắc ký có thể phân tích tât cả các sản phẩm khác. Hoạt tính xúc tác được đánh giá qua hàm lượng nguyên liệu và sản phẩm trong hỗn hợp nguyên liệu trước và sau phản ứng.
  • 47. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 47 Độ chuyển hóa C được tính theo công thức: C (%) = Lượng khí CO đã tham gia phản ứng Lượng khí CO vào x100% Lượng CO vào và phản ứng được tính theo diện tích peak đo được khi phân tích bằng sắc ký khí. 2.4.1.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác Do được tổng hợp bằng phương pháp tẩm ướt sử dụng dung dịch muối Co(NO3)2, rồi nung ở nhiệt độ cao nên ban đầu, kim loại hoạt động tồn tại trong xúc tác ở dạng oxit. Để có được khả năng chuyển hóa khí nguyên liệu thành sản phẩm lỏng, xúc tác cần được tiến hành hoạt hóa bằng cách khử ở nhiệt độ cao trong dòng H2. Ban đầu, xúc tác dạng bột đã nung được trộn với chất độn là oxit nhôm được nung ở 10000C để trơ hóa. Hỗn hợp xúc tác và chất độn sẽ được nhồi vào ống phản ứng giữa hai lớp bông thủy tinh. Các điều kiện cũng như thông số của quá trình chuyển hóa xúc tác cho phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí như sau:  Nhiệt độ hoạt hóa xúc tác: 4400C, với tốc độ gia nhiệt 10C/phút.  Khí nguyên liệu: bình khí H2 là khí hỗn hợp 35%H2/Ar.  Tốc độ dòng khí: 200ml/phút.  Áp suất hoạt hóa xúc tác: 1 atm.  Hợp phần xúc tác: 1g xúc tác/ 3g chất độn. 2.4.1.3. Quá trình tiến hành phản ứng Sau quá trình hoạt hóa, lớp xúc tác sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ tiến hành phản ứng trên 2000C, ở nhiệt độ này, hầu hết sản phẩm trong các phân đoạn
  • 48. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 48 xăng, hay diezen sẽ bị bay hơi và ra khỏi ống phản ứng ở dạng hơi. Chính vì thế, trong bình ngưng tụ sản phẩm, 30ml dung môi Methyl Ethyl Keton (MEK) được chuẩn bị, nhằm hấp thụ toàn bộ sản phẩm tạo thành. Bình ngưng tụ sản phẩm được làm lạnh bằng Julabor sử dụng môi chất lạnh R404A nhằm ngưng tụ triệt để các sản phẩm tạo thành, cũng như tránh hiện tượng dung môi MEK bay hơi, làm bẩn cột máy phân tích sắc kí khí. Hỗn hợp khí không phản ứng được đưa đi phân tích online nhờ máy sắc ký khí sử dụng cột nhồi, detector TCD. Quá trình phân tích được thực hiện 15 phút một lần để khảo sát liên tục độ chuyển hóa CO của phản ứng. 2.4.2. Phản ứng trong pha lỏng. 2.4.2.1. Sơ đồ phản ứng. Quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng trong hệ phản ứng huyền phù pha lỏng được mô tả trên hình 2.4.
  • 49. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 49 Hình 2.4. Sơ đồ thiết bị phản ứng huyền phù pha lỏng Fisher – Tropsch 1.Thiếtbị phản ứng;2.Bảoôn;3.Cánh khuấy;4.Thiếtbị phân phối khí; 5.Cảm biến nhiệt; 6.Đồng hồ đo áp suất; 7.Thiết bị điều chỉnh lưu lượng; 8.Van; 9.Đường khí phóng không; 10.Bộ phận ngưng tụ Tương tự quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí, quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng được thực hiện với các thiết bị điều chỉnh lưu lượng đầu vào (7) giống như của hệ phản ứng trong pha khí. Bộ thiết bị phản ứng bao gồm: Thiết bị phản ứng (1), bộ phân phối khí (4), cánh khuấy (3), bộ điều chỉnh gia nhiệt (2) và đồng hồ đo áp suất (6). Thiết bị phản ứng được làm bằng thép không gỉ, dung tích 1(lít). Bên trong thiết bị phản ứng là một cánh khuấy và một đầu thăm đo nhiệt độ để xác định nhiệt độ thực tế bên trong thiết bị khi phản ứng. Khi tiến hành phản ứng, huyền phù bên trong thiết bị có tác dụng giữ lại những sản phẩm lỏng có nhiệt độ sôi cao. Trong khi sản phẩm khí được ngưng tụ trong bình tam giác được làm lạnh bởi Julabor với môi chất lạnh R404A. Sau khi sản phẩm khí được ngưng tụ, phần khí nguyên liệu chưa phản ứng được phân tích trực tiếp bằng sắc ký khí. Với detector dẫn nhiệt (TCD) có khả năng phân tích các
  • 50. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 50 khí Ar, N2, H2, CO và CO2. Phần sản phẩm lỏng thu được sẽ được chuyển qua phân tích off-line bằng GC-MS. Độ chuyển hóa khí CO cũng được tính toán theo công thức: CO (%) = Lượng khí CO đã tham gia phản ứng Lượng khí CO vào x100% Lượng CO vào và phản ứng được tính theo diện tích peak đo được khi phân tích bằng sắc ký khí. 2.4.2.2. Quá trình hoạt hóa xúc tác. Với mục đích so sánh hiệu quả hai quá trình chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng và trong pha khí, quá trình hoạt hóa xúc tác được tiến hành tương tự như trong đối với thực hiện phản ứng trong pha khí. Tuy nhiên, do phản ứng tổng hợp trong pha lỏng sử dụng một lượng xúc tác lớn hơn để tạo huyền phù trong dung môi nên xúc tác vẫn được hóa trong ống thép và được cố định bằng hai lớp bông thủy tinh. Các thông số hoạt hóa xúc tác cho phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng như sau:  Nhiệt độ hoạt hóa xúc tác: 4400C, với tốc độ gia nhiệt 10C/phút.  Khí nguyên liệu: bình khí H2 là khí hỗn hợp 35%H2/Ar.  Tốc độ dòng khí: 200ml/phút.  Áp suất hoạt hóa xúc tác: 1 atm.  Khối lượng xúc tác: 5g. 2.4.2.3. Quá trình tiến hành phản ứng Sau quá trình hoạt hóa, xúc tác được chuyển vào thiết bị phản ứng cùng với dung môi với tỷ lệ nhất định để tạo hỗn hợp huyền phù. Khí nguyên liệu được
  • 51. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 51 chuyển qua bộ phân phối khí ở dưới đáy thiết bị phản ứng, kết hợp với cánh khuấy bên trong thiết bị để tăng hiệu quả phân phối khí trong huyền phù. Dung môi hấp thụ các hydrocacbon nhẹ được chuẩn bị là Metyl Etyl Keton. Khi hệ thiết bị phản ứng được lắp đặt hoàn chỉnh, ta cho dòng khí nguyên liệu vào hệ thổng phản ứng. Tỷ lệ H2/CO là 2:1, với khí H2 là khí hỗn hợp 35%H2/Ar và khí CO là CO tinh khiết. Nhiệt độ của thiết bị phản ứng được tăng chậm, với tốc độ gia nhiệt 10C/ph từ nhiệt độ môi trường tới nhiệt độ phản ứng là 2400C và giữ ở nhiệt độ đó trong 16 giờ. Trong quá trình phản ứng, lượng khí không tham gia phản ứng sau khi được tách hết sản phẩm lỏng, nhẹ cuốn theo được kết nối online với máy sắc ký khí để phân tích độ chuyển hóa CO.
  • 52. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 52 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc trưng hóa lý của xúc tác 3.1.1. Đặc trưng pha tinh thể của xúc tác Cấu trúc pha tinh thể của xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 được đưa ra trên hình 3.1. Hình 3.1: Phổ XRD của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 Quan sát hình 3.1, có thể thấy sau khi tẩm và nung, coban tồn tại chủ yếu ở dạng oxit Co3O4. Các pic đặc trưng cho tinh thể Co3O4 xuất hiện ở các giá trị góc quét 2θ xấp xỉ 310, 370, 450, 590, 650. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau 15%Co-gama Al2O3-DB 00-009-0418 (D) - Cobalt Oxide - Co3O4 - Y: 96.89 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.08400 - b 8.08400 - c 8.08400 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - 8 - 5 File: Hien BK mau 15%Co-gama Al2O3 dang bot.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Lin(Cps) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 80 d=2.859 d=2.437 d=2.018 d=1.556 d=1.429 d=1.286 d=2.321
  • 53. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 53 3.1.2. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản của xúc tác Tiến hành phân tích mẫu xúc tác theo phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2, ta thu được kết quả diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của xúc tác như trong bảng 3.1. Bảng 3.1:Kết quả phân tích theo phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ N2 của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 Diện tích bề mặt riêng(m2/g) Thể tích lỗ xốp (cm3/g) Đường kính mao quản tập trung (A0) 238 0.48 30 và 50 Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ được thể hiện trên hình 3.2. Hình 3.2:Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ của xúc tác 15%Co/ γ- Al2O3
  • 54. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 54 Quan sát hình 3.1 ta thấy, đường hấp phụ và nhả hấp phụ không trùng nhau và tạo thành một vòng trễ, hình dạng của vòng trễ này đặc trưng cho vật liệu mao quản trung bình. Phân bố mao quản trong xúc tác thể hiện trên hình 3.3. Hình 3.3: Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 Phân bố lỗ xốp của mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 cho thấy, xúc tác hình thành có kích thước mao quản tập trung trong khoảng 30 và 50 A0.
  • 55. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 55 3.1.3. Độ phân tán kim loại Co trên γ- Al2O3 Giản đồ hấp phụ xung CO trên mẫu xúc tác 15%Co/ γ-Al2O3 được thể hiện trên hình 3.4. Hình 3.4: Giản đồ hấp phụ xung CO của xúc tác15%Co/ γ-Al2O3 Giản đồ hấp thụ xung CO cho thấy mẫu xúc tác có 7 pic đặc trưng tương ứng với các mức thể tích CO hấp thụ và tích lũy khác nhau. Có thể thấy, cường độ pic đầu tiên là thấp nhất, nhưng ngay từ pic thức ba cường độ pic thay đổi rất it, điều này chứng tỏ tại thời điểm phút thứ 8 khả năng hấp phụ của mẫu xúc tác đã kém đi và nhanh chóng đạt tới trạng thái bão hòa. Kết quả phân tích hấp phụ xung CO được đưa ra trong bảng 3.2.
  • 56. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 56 Bảng 3.2. Kết quả đo độ phân tán Co/ γ –Al2O3 Hàm lượng của Co trên chất mang γ- Al2O3(%) Độ phân tán của Co(%) Kích thước hạt hoạt động (nm) 15 8,7 11,5 Qua bảng số liệu trên ta thấy : Độ phân tán của kim loại trên chất mang là không cao. Điều này có thể giải thích bởi hàm lượng Co trong mẫu xúc tác khá lớn nên dễ bị co cụm làm giảm độ phân tán của kim loại trên chất mang. Hơn nữa, trong thành phần của xúc tác không có sự xuất hiện của chất trợ xúc tác nên khó làm tăng độ phân tán của kim loại hoạt động được. 3.2. Ảnh huởng của lưu lượng khí tổng hợp tới quá trình phản ứng trong pha khí Đối với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí, được thực hiện trong thiết bị xúc tác cố định, thông số tốc độ không gian khí giờ (GHSV) của khí nguyên liệu đóng vai trò rất quan trọng. Để nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp tới quá trình làm việc của xúc tác, ta tiến hành khảo sát với các giá trị lưu lượng dòng khác nhau. 3.2.1. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp tới độ chuyển hóa CO Phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha khí được tiến hành ở ba điều kiện lưu lượng dòng khác nhau như trình bày trong bảng 3.3.
  • 57. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 57 Bảng 3.3. Điều kiện phản ứng ở các lưu lượng khác nhau Nhiệt độ, 0C Áp suất, atm Tốc độ không gian khí giờ(GHSV, h-1) 240 10 500 240 10 400 240 10 600 Kết quả thu được khi so sánh độ chuyển hóa của ba giá trị lưu lượng khác nhau thể hiện trên hình 3.5. Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của lưu lượng đến độ chuyển hóa CO
  • 58. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 58 Từ hình 3.5 ta thấy: Khi tăng lưu lượng, độ chuyển hóa giảm. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi lưu lượng tăng quá cao, làm giảm thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu- xúc tác dẫn tới độ chuyển hóa nguyên liệu không cao, gây lãng phí nguồn nguyên liệu, làm tăng giá thành sản phẩm. Khi giảm lưu lượng, không thay đổi áp suất dẫn tới làm tăng thời gian tiếp xúc nguyên liệu- xúc tác, do đó làm tăng độ chuyển hóa nguyên liệu, tuy nhiên khi lưu lượng giảm quá thấp sẽ ảnh hưởng đến năng suất của quá trình tổng hợp, làm giảm khối lượng sản phẩm tạo thành. Tuy nhiên, cũng từ hình 3.5 có thể thấy chênh lệch về độ chuyển hóa CO khi thay đổi tốc độ lưu lượng dòng nguyên liệu là rất nhỏ. Chính vì thể, để xác định tốc độ lưu lượng dòng tốt nhất (trong khoảng lưu lượng nghiên cứu), ta cần xét thêm ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm. 3.2.2. Ảnh hưởng của lưu lượng khí tổng hợp đến độ chọn lọc sản phẩm Phân tích GCMS các mẫu sản phẩm ứng với các điều kiện lưu lượng nguyên liệu thay đổi, phân bố sản phẩm được thể hiện trên hình 3.6. Hình 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng tới độ chọn lọc sản phẩm 0 5 10 15 20 25 30 9 10 11 12 13 14 15 16 Phầntrămmol(%) Số C trong phân tử500 h-1 400h-1 600h-1
  • 59. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 59 Quan sát hình 3.6 ta thấy: với tốc độ lưu lượng khí tổng hợp là 500 h-1 cho sản phẩm hydrocacbon mạch dài tạo ra nhiều hơn và đồng đều hơn so với hai điều kiện phản ứng còn lại. Thống kê phân bố sản phẩm với các tốc độ lưu lượng khí nguyên liệu khác nhau dựa trên đồ thị hình 3.6 được chỉ ra trong bảng 3.4. Bảng 3.4:Thống kê phân bố sản phẩm của quá trình chuyển hóa với tốc độ lưu lượng khí nguyên liệu khác nhau Tốc độ không gian khí giờ(GHSV, h-1) C7- C10 C11-C14 C15- C22 >C22 400h-1 19,16% 61,17% 19,67% 0% 500h-1 16,24% 63,71% 20,05% 0% 600h-1 36,84% 63,16% 0% 0% Từ bảng 3.4 có thể thấy khi thay đổi lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm thuộc phân đoạn C11- C14 hầu như không thay đổi, ổn định ở mức 61- 63%. Các sản phẩm có mạch hydrocacbon trong phân đoạn C15- C22 cũng chỉ dao động từ 19- 20% khi tăng lưu lượng nguyên liệu từ 400h-1 lên 500h-1. Tuy nhiên, tiếp tục tăng lưu lượng lên 600h-1, không thấy sự hình thành các sản phẩm có mạch cacbon lớn hơn 12 nữa mà hình thành nhiều hơn các sản phẩm trong phân đoạn C7- C10 (36,84%) . Như vậy, lưu lượng 500h-1 được xem là phù hợp nhất để thu nhiên liệu diezen.
  • 60. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 60 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới quá trình phản phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng Đối với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng hàm lượng xúc tác có tác động lớn tới hiệu suất quá trình. Để xác định nồng độ xúc tác phù hợp với phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp trong pha lỏng, ta tiến hành khảo sát phản ứng với nồng độ xúc tác khác nhau. 3.3.1.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chuyển hóa CO Để nghiên cứu ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất của quá trình, khối lượng xúc tác được thay đổi ở các giá trị khác nhau trong khi các thông số khác cố định như bảng 3.5. Bảng 3.5. Điều kiện phản ứng F-T khi thay đổi lượng xúc tác Mẫu Nhiệt độ phản ứng, oC Áp suất, atm Nồng độ xúc tác, % HPC2 240 10 2 HPC10 240 10 10 Kết quả thu được khi so sánh độ chuyển hóa của CO của quá trình FT thực hiện ở 2 điều kiện nồng độ xúc tác khác nhau thể hiện trên hình 3.7.
  • 61. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 61 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến độ chuyển hóa Từ hình 3.7 ta có thể thấy độ chuyển hóa CO khi nồng độ xúc tác 2% ổn định hơn và cao hơn (20%) so với độ chuyển hóa CO khi sử dụng nồng độ xúc tác là 10% (hơn 10%). Điều này có thể được giải thích là do với lượng xúc tác lớn, trong cùng một điều kiện hoạt hóa (thời gian, nhiệt độ, lưu lượng) quá trình hoạt hóa xúc tác không triệt để như với trường hợp lượng xúc tác ít hơn. Ngoài ra, lượng xúc tác lớn quá cũng gây khó khăn cho việc hòa trộn tạo huyền phù, làm một lượng xúc tác lắng xuống dưới đáy thiết bị phản ứng, giảm hiệu quả quá trình FT. Kết quả thực nghiệm với hai nồng độ xúc tác khác nhau cho thấy nồng xúc tác là 2% cho kết quả độ chuyển hóa tốt nhất và phù hợp với điều kiện phản ứng của thiết bị. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 Độchuyểnhóa(%) thời gian(giờ) HPC2 HPC10
  • 62. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên SVTH: Phan Hải Anh 62 3.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác lên độ chọn lọc sản phẩm Phân tích GCMS các mẫu sản phẩm ứng với các điều kiện nồng độ xúc tác thay đổi, phân bố sản phẩm được thể hiện trên hình 3.8. Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới độ chọn lọc sản phẩm Quan sát hình 3.8 ta thấy: sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 2% có số nguyên tử cacbon trong phân tử tập trung chủ yếu từ 16-20. Và con số này vượt trội so với sản phẩm thu được khi nồng độ xúc tác là 10%. Kết quả cụ thể thống kê phân bố sản phẩm với nồng độ xúc tác khác nhau dựa trên đồ thị hình 3.8 được chỉ ra trong bảng 3.6. 0 10 20 30 40 50 60 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Phầntrămmol(%) Số C trong phân tửHPC2 HPC10