Xúc tác của quá trình FCC

1.Thành phần của xúc tác FCC - Zeolite. - Chất mang (Matrix) - Chất kết dính. - Chất độn. 1.1.Zeolite Zeolite là thành phần quan trọng nhất của FCC. Nó mang đến cho xúc tác : Tính chọn lọc (Selectivity). Hoạt tính (Activity). Chất lượng của xúc tác phụ thuộc phần lớn vào bản chất và chất lượng của Zeolite. Hiểu cấu trúc của Zeolite, kiểu Zeolite, cơ chế Cracking và các tính chất của nó sẽ giúp chọn được xúc tác tốt, đảm bảo được hiệu suất Cracking mong muốn 1.1.1.Cấu trúc của Zeolite : Cấu trúc cơ bản...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xúc tác của quá trình FCCXúc tác của quá trình FCC1.Thành phần của xúc tác FCC- Zeolite.- Chất mang (Matrix)- Chất kết dính.- Chất độn.1.1.ZeoliteZeolite là thành phần quan trọng nhất của FCC. Nó mang đến cho xúc tác :Tính chọn lọc (Selectivity).Hoạt tính (Activity).Chất lượng của xúc tác phụ thuộc phần lớn vào bản chất và chất lượng của Zeolite.Hiểu cấu trúc của Zeolite, kiểu Zeolite, cơ chế Cracking và các tính chất của nó sẽgiúp chọn được xúc tác tốt, đảm bảo được hiệu suất Cracking mong muốn1.1.1.Cấu trúc của Zeolite :Cấu trúc cơ bản của tinh thể Zeolite là tứ diện (tetrahedron) tạo bởi Al,Si,OTâm tứ diện là một nguyên tử Si hay Al, ở 4 đỉnh là 4 nguyên tử O.Các tinh thể hợp lại thành mạng không gian. Mạng không gian Zeolite có các lỗrỗng (pore) có kích thước khoảng 8.0 Angstroms.Những lỗ rỗng làm cho diện tích bề mặt riêng của Zeolite rất lớn, khoảng 600m2/g.Các tứ diện hợp thành cấu trúc lớn hơn, có tính lặp lại, gọi là các ô (unit cell).Kích thước của ô (Unit Cell Size : UCS) là khoảng cách giữa 2 ô gần nhất.Ví dụ : USY Zeolite7 nguyên tử Al185 nguyên tử SiTỉ lệ SiO2/Al2O3 (SAR)=54UCS là yếu tố quan trọng để đánh giá cấu trúc của Zeolite.1.1.2.Tính chất hóa học của Zeolite :Do trạng thái OXH của Si : +4 và Al : +3 nên các tứ diện có tâm là Si sẽ trung hòađiện, còn các tứ diện có tâm Al sẽ mang điện tích –. Điện tích âm này sẽ đượctrung hòa bởi 1 ion dương.Dung dịch chứa NaOH thường được sử dụng trong tổng hợp Zeolite Na trung hòađiện tích - của tứ diện Al. Loại Zeolite này được gọi là Soda Y hay NaY. ZeoliteNaY không bền thủy nhiệt do chứa nhiều Na. Ion NH4+ được dùng để thay thếNa, sau khi sấy Zeolite, NH3 bay hơi để lại H+ trên Zeolite, do đó tâm acidvừa làkiểu Bronsted, vừa kiểu Lewis.Tâm acid Bronsted sau đó có thể được trao đổi bằng kim loại đất hiếm, làm tăngđộ mạnh của acid.Các tâm acid này tạo nên hoạt tính của xúc tác.1.1.3.Các kiểu Zeolite :Zeolite dùng trong sản xuất xúc tác FCC được tổng hợp từ Zeolite tự nhiên(faujastite).Có khoảng 40 loại Zeolite tự nhiên và 150 loại Zeolite tổng hợp đã được biết.Nhưng chỉ một số Zeolite tổng hợp là được ứng dụng.Những kiểu Zeolite được ứng dụng trong xúc tác FCC là Kiểu X, Kiểu Y và ZSM-5. Zeolite X và Y có cùng cấu trúc tinh thểKiểu X có SAR thấp hơn kiểu Y.Kiểu X có độ bền nhiệt và thủy nhiệt thấp hơn Y (do có nhiều Na hơn).Hiện nay phần lớn xúc tác FCC sử dụng Zeolite kiểu Y.ZSM-5 là 1 loại Zeolite đa năng, làm tăng hiệu suất thu Olefin và tăng chỉ sốoctane của xăng.1.1.3.Các kiểu Zeolite :Đến cuối những năm 1970, Zeolite được trao đổi ion với các ion đất hiếm. Cácthành phần đất hiếm như Lathanum, Cerium được dùng để thay thế Na trong tinhthể. Quá trình này làm tăng hoạt tính và độ bền thủy nhiệt của xúc tác.Yêu cầu giảm Pb trong xăng từ năm 1986 đặt ra vấn đề tăng chỉ số octane củaxăng FCC. Xúc tác mới yêu cầu tách bớt Al ra khỏi mạng Zeolite. Điều này làmtăng SAR, giảm UCS, và cũng làm giảm hàm lượng Na trong Zeolite. Những thayđổi này làm tăng khả năng tạo olefin. Loại Zeolite thiếu Al này gọi là Zeolite siêubền(UltraStable Y : USY). Bởi độ bền cao hơn nhiều so với Zeolite Y truyềnthống.1.1.4. Tính chất Zeolite :Tính chất của Zeolite đóng vai trò đáng kể trong tính chất chung của xúc tác. Hiểunhững tính chất này giúp tăng khả năng tiên đoán sự thay đổi của xúc tác khi sựhoạt động của TB thay đổi.Trong thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh, Zeolite hoạt động ở điều kiện rất khắcnghiệt, có thể dẫn đến sự thay đổi về thành phần hóa học và cấu trúc của Zeolite.Vd : Ở thiết bị tái sinh, zeolite chịu quá trình nhiệt và thủy nhiệt. Còn trong thiết bịphản ứng, Zeolite bị nhiễm bẩn V, Na, v.v…Zeolite được đánh giá thông qua nhiều tính chất như : độ mạnh, kiểu, số lượng vàsự phân bố của các tâm acid; bề mặt riêng, phân bố kích thước lỗ rỗng, v.v…Nhưng 3 thông số quan trong nhất là :- UCS- Hàm lượng KL đất hiếm- Hàm lượng Na.1.1.4.1.UCSĐịnh nghĩa UCS : UCS là khoảng cách lặp lại giữa 2 ô tinh thể.UCS là đại lượng đặc trưng cho số tâm nhôm*, hay số tâm acid của 1 ô cơ bản.NAl=111*(UCS-24.215)NSi=192-NAlKhi UCS giảm thì số nguyên tử Al càng thấp, các tâm acid càng ở xa nhau.Độ mạnh của tâm acid được xác định bằng khoảng không gian riêng để hoạt độngcủa một tâm acid.Nếu các tâm acid ở quá gần nhau sẽ giảm độ bền của cấu trúc Zeolite.Sự phân bố các tâm acid là một yếu tố ảnh hưởng cơ bản đến hoạt tính và tínhchọn lọc của Zeolite.Ví dụ : Một Zeolite có UCS thấp ít tâm acid trên 1 ô. Các tâm acid đã ít, lại cáchxa nhau nên tránh được phản ứng chuyển hóa hydro, do đó làm tăng chỉ số Octanecủa xăng cũng như tăng hiệu suất thu sản phẩm C3 vàcác sản phẩm nhẹ hơn.(Sựtăng chỉ số Octane này là do nồng độ cao của Olefin trong xăng).Zeolite USY có UCS thấp có hoạt tính kém hơn loại REY truyền thống. Tuynhiên, Zeolitecó UCS thấp có khả năng giữ được hoạt tính dưới điều kiện hoạtđộng khắc nghi ...