Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá xúc tác cho phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp (CO và H2) thành nhiên liệu diesel ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thường

- NGUYỄN TIẾN THÀNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA KHÍ TỔNG HỢP (CO VÀ H2) THÀNH NHIÊN LIỆU DIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ ÁP SUẤT THƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- NGUYỄN TIẾN THÀNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA KHÍ TỔNG HỢP (CO VÀ H2) THÀNH NHIÊN LIỆU DIESEL Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ ÁP SUẤT THƯỜNG Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.
- Cơ chế của tổng hợp FT .
- Nguyên liệu cho tổng hợp FT [3, 43.
- Xúc tác cho tổng hợp FT .
- Chất mang.
- Hợp phần xúc tác điển hình trên cơ sở Coban.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch .
- Ảnh hưởng của nhiệt độ.
- Ảnh hưởng của áp suất.
- Ảnh hưởng của nước.
- Tổng hợp xúc tác.
- Quy trình tổng hợp xúc tác.
- Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của xúc tác .
- Nghiên cứu hoạt tính xúc tác cho phản ứng Fischer- Tropsch.
- Nghiên cứu đặc trưng hóa lý của các chất xúc tác.
- Đặc trưng pha tinh thể của chất mang và xúc tác.
- Nghiên cứu hoạt tính xúc tác.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng làm việc của xúc tác.
- Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu đến khả năng làm việc của xúc tác.
- Ảnh hưởng của điều kiện hoạt hóa đến khả năng làm việc của xúc tác 68 3.2.4.
- Ảnh hưởng của kim loại thứ hai đến khả năng làm việc của xúc tác.
- Ảnh hưởng của chất mang đến khả năng làm việc của xúc tác.
- 79 iv LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ ”Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá xúc tác cho phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp (CO và H2) thành nhiên liệu diesel ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thường” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của TS.
- Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của Thầy Cô và các Anh Chị trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ Hóa dầu, Phòng thí nghiệm Công nghệ lọc Hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Tôi xin trân trọng cảm ơn các Anh Chị ở Phòng thí nghiệm Công nghệ lọc Hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
- Các giai đoạn phát triển ở Đức và lên đến đỉnh điểm trong việc sử dụng công nghiệp tổng hợp FT.
- Các đặc tính của xúc tác Ni, Fe, Co, Ru cho quá trình F-T.
- Xúc tác, điều kiện công nghệ và sản phẩm thu được của tổng hợp FT.
- Lượng chất mang và muối kim loại dùng để tẩm xúc tác.
- Diện tích bề mặt riêng và đường kính mao quản tập trung của chất mang γ-Al2O3 và những mẫu xúc tác trên chất mang γ-Al2O3.
- Diện tích bề mặt riêng và đường kính mao quản tập trung của chất mang Zeolit và những mẫu xúc tác trên chất mang Zeolit.
- Diện tích bề mặt riêng và đường kính mao quản tập trung của xúc tác 33%Co – 6% Mg/Silicagen.
- Phân bố kim loại xúc tác 33%Co-6%Mg/SiO2.
- Kết quả phân tích các cấu tử chính trong thành phần lỏng GCMS của phản ứng FT trên xúc tác 33%Co-6%Mg/SiO2, áp suất 1at, ở 3 nhiệt độ 180oC, 195oC và 2200C.
- Kết quả phân tích các cấu tử chính trong thành phần lỏng GCMS của phản ứng FT trên xúc tác 33%Co-6%Mg/SiO2, áp suất 1at, nhiệt độ 1950C ở 3 tốc độ dòng nguyên liệu.
- Kết quả phân tích các cấu tử chính trong thành phần lỏng GCMS của phản ứng FT trên 3 mẫu xúc tác M1, M2, M3.
- Kết quả phân tích các cấu tử chính trong thành phần lỏng GCMS của phản ứng FT trên 3 mẫu xúc tác M4, M5, M6.
- Sự khác biệt trong các cơ chế đại diện là các monomer chịu trách nhiệm cho sự phát triển chuỗi trong tổng hợp Fischer-Tropsch.
- Sự khác biệt của các cơ chế phát triển mạch đại diện trong tổng hợp Fischer-Tropsch.
- Cơ chế phản ứng đơn giản dựa trên cơ chế ôxy hóa tổng hợp Fischer-Tropsch, cho thấy sự hình thành của các sản phẩm chính, cụ thể là ankan, anken, rượu, andehit và axit cacboxylic.
- Phân bố sản phẩm trên xúc tác Co ở 30 bars, 240ºC.
- Phân bố sản phẩm trên xúc tác Fe ở 30 bars, 280ºC.
- 26 Hình 1.10.
- 26 Hình 1.11.
- 31 Hình 1.12.
- 31 Hình 1.13.
- 32 Hình 1.14.
- 32 Hình 1.15.
- 33 Hình 1.16.
- Quy trình ngâm tẩm xúc tác.
- Phổ XRD của xúc tác 33%Co/γ-Al2O3.
- Phổ XRD của mẫu xúc tác 33%Co-6%Mg/ γ-Al2O3.
- Phổ XRD của mẫu xúc tác 33%Co-6%Fe/γ-Al2O3.
- Phổ XRD của xúc tác 33%Co-6%Mg/Zeolit.
- 56 Hình 3.10.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ (a) và phân bố mao quản (b) xúc tác 33%Co/γ-Al2O3.
- 56 Hình 3.11.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ (a) và phân bố mao quản xúc tác 33%Co-6%Fe/γ-Al2O3.
- 57 Hình 3.12.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ (a) và phân bố mao quản mẫu xúc tác 33%Co-6%Mg/γ-Al2O3.
- 57 Hình 3.13.
- 58 Hình 3.14.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ (a) và phân bố mao quản (b) của xúc tác 33%Co-6%Mg/Zeolite.
- 59 Hình 3.15.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitơ (a) và phân bố mao quản (b)của xúc tác 33%Co-6%Mg/Silicagen.
- 60 Hình 3.16.
- 61 Hình 3.17.
- 62 Hình 3.18.
- 64 Hình 3.19.
- 65 Hình 3.20.
- 67 Hình 3.21.
- Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa xúc tác đến độ chuyển hóa CO.
- 68 Hình 3.22.
- Giản đồ TPR – H2 của mẫu xúc tác 33%Co – 6%Mg/γ-Al2O3.
- 69 Hình 3.23.
- 71 ix Hình 3.24.
- 73 Hình 3.25.
- 74 Hình 3.26.
- Ảnh hưởng của chất mang đến độ chọn lọc sản phẩm.
- Điều này có ý nghĩa đặt biệt quan trọng vì nó cho thấy tiềm năng của nguồn nhiên liệu tổng hợp trong tương lai của loài người.
- Nếu kể đến sự phát triển của nhiên liệu tổng hợp thì đó là cả một quá trình đầy thăng trầm.
- Nhưng hiện tại và trong tương lai sự đắt đỏ do cạn kiệt nguồn dầu thô sẽ thúc đẩy sự phát triển nở rộ của nhiên liệu tổng hợp.
- Bên cạnh đó những lợi thế to lớn về chất lượng và môi trường mà nhiên liệu tổng hợp có thể mang lại vượt trội hơn hẳn (nhiệt trị cao, cháy hoàn toàn hơn, cháy sạch hơn do hầu như không chứa lưu huỳnh…) so với nhiên liệu đi từ dầu thô cũng rất đáng để ta đầu tư vào chúng.
- Có 2 phương thức tổng hợp nhiên liệu lỏng đang được sử dụng chủ yếu đó là.
- Tổng hợp bằng cách nhiệt phân hydro hóa lỏng các nguyên liệu rắn (than, biomass, bitum, đá phiến.
- Đây còn được gọi là phương pháp tổng hợp trực tiếp.
- Tổng hợp nhiên liệu lỏng thông qua chuyển hóa nguyên liệu thành khí tổng hợp (sử dụng được tất cả các loại nguyên liệu rắn, lỏng, khí).
- Đây còn được gọi là phương pháp tổng hợp gián tiếp.
- Đi theo dòng phát triển chung đó, tôi lựa chọn cho mình một hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá xúc tác cho phản ứng chuyển hóa khí tổng hợp (CO và H2) thành nhiên liệu diesel ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thường”.
- Sơ lược về quá trình Fischer-Tropsch Quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch (FTS) được phát hiện bởi 2 nhà bác học Fischer và Tropsch vào năm 1923, kể từ đó nó đã trải nhiều giai đoạn thăng trầm theo dòng lịch sử nhân loại bao gồm cả những giai đoạn phát triển quan trọng và những giai đoạn gần như bị lãng quên.
- Việc chuyển đổi phản ứng thường được xúc tác bởi kim loại (sắt, coban và đôi khi ruthenium) trên chất mang oxit như silica hoặc nhôm.
- Khí tổng hợp hiện nay chủ yếu thu được từ than, cặn dầu, hoặc khí thiên nhiên, nhưng trong tương lai sẽ ngày càng được thu từ các nguồn tái tạo như sinh khối hoặc chất thải hữu cơ.
- Những bước phát triển đầu tiên Các nhà máy tổng hợp Fischer-Tropsch công nghiệp và hóa lỏng than đầu tiên này được phát triển tại Đức trong giai đoạn do đó Đức là nước duy nhất có khả năng tổng hợp nhiên liệu từ than đá và hướng tới sự độc lập năng lượng thời đó.
- Một chương trình nhiên liệu tổng hợp ở Anh bắt đầu vào khoảng thời gian tương tự như của người Đức và trong các công trình nghiên cứu năm 1920 cho tổng hợp FT liên quan đã được thực hiện tại nhà máy thí điểm của Đại học Birmingham.
- Năm Công nghệ và quá trình phát triển Xúc tác 1913 Bằng sáng chế của BASF cho quá trình hydro hóa CO Oxit Ce, Co, Mo hoặc các oxit kim loại kiềm 1923 Khảo sát các hợp chất chứa oxy trong tổng hợp FT cho lò phản ứng dạng ống ở 400-450oC, 10-15MPa Kiềm Fe 1932 Một phân xưởng thử nghiệm nhỏ ở Muheim Ni: Mn: Al: Kieselguhr 1934 Ruhrchemie đã mua các bằng sáng chế và xây dựng một lượng lớn các phân xưởng thử nghiệm ở Oberhausen – Holten Ban đầu Ni: Mn: Al: Kieselguhr.
- sau đó là xúc tác Co 1935 Bốn nhà máy thương mại lớn với tổng công suất thùng xăng, diesel, dầu nhờn, hóa chất mỗi năm ở nhiệt độ 180 – 200oC, 0.1 Mpa (sau đó 0.5 – 1.5Mpa) 100Co: 5ThO2: 8MgO: 200 Kieselguhr 1938-1939 Chín nhà máy FT được thiết kế xây dựng với tổng công suất 5.4 triệu thùng/năm 100Co: 5ThO2: 8MgO: 200 Kieselguhr 1944 Chín nhà máy FT đã đi vào sản xuất thực sự với tổng công suất thiết kế 4.1 triệu thùng/năm 100Co: 5ThO2: 8MgO: 200 Kieselguhr 1.1.2.2.
- [21, 43] Ngoài các nhà máy công nghiệp FT sử dụng một chất xúc tác Co, Fischer và đồng nghiệp của ông cũng nghiên cứu một quá trình sử dụng xúc tác sắt.
- Điều này dẫn đến sự phát triển của quá trình Arge sử dụng công nghệ lò phản ứng một ống áp lực lớp xúc tác cố định đã được thương mại hóa bởi các công ty Ruhrchemie và Lurgi.
- Năm Công nghệ và quá trình phát triển 1949 Giấy phép xây dựng một cơ sở nhiên liệu tổng hợp được cấp 1950 Tập đoàn than, dầu khí Nam Phi (Sasol) được hình thành 1955 Cơ sở Sasol 1 (Sasolburg) than tới lỏng (CTL) đi vào sản xuất thương mại 1974 Chính phủ thông báo có ý định xây dựng cơ sở nhiên liệu tổng hợp thứ 2 1979 Chính phủ thông báo có ý định xây dựng cơ sở nhiên liệu tổng hợp thứ 3 1979 Sasol được tư nhân hóa 1980 Cơ sở Sasol 2 (Secunda) CTL đi vào sản xuất thương mại 1982 Cơ sở Sasol 3 (Secunda) CTL đi vào sản xuất thương mại 1986 Chính phủ thông báo có ý định xây dựng 4 cơ sở nhiên liệu tổng hợp thứ 1992 Cơ sở Mossgas (Mossel Bay) khí tới lỏng (GTL) đi vào sản xuất thương mại 1993 Quá trình Fe-LTFT tầng huyền phù (SBP) đã được thương mại hóa 1995 Sasol Advanced Synthol (SAS) tầng sôi cố định đã được thương mại hóa 2002 Tập đoàn dầu mỏ, dầu khí Nam Phi (PetroSA) được hình thành 2004 Cơ sở Sasol 1 đã chuyển đổi từ CTL sang GTL 2005 Quá trình Co-LTFT tầng huyền phù (1000bbl/ngày) đã được ứng dụng ở cơ sở Mossgas

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt