Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí

Thành phần và cấu trúc Zeolite: Zeolites là những tinh thể nhôm – silicate ngậm nước, có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp với cấu trúc có độ trật tự cao. Zeolites chứa các tứ diện SiO4 và AlO-4, liên kết với nhau thông qua các nguyên tử oxy, tạo nên mạng lưới 3 chiều với nhiều đường dẫn. Bên trong zeolites, những đường dẫn này tạo nên tính chất đặc biệt của zeolites, các phân tử nước và ion kim loại kiềm di động có thể trao đổi với những cations khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khíXúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES Tiểu luận Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khíPhan Thị Dạ Thảo Trang 1Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES 1- Thành phần và cấu trúc Zeolite: Zeolites là những tinh thể nhôm – silicate ngậm nước, có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổnghợp với cấu trúc có độ trật tự cao. Zeolites chứa các tứ diện SiO4 và AlO-4, liên kết với nhauthông qua các nguyên tử oxy, tạo nên mạng lưới 3 chiều với nhiều đường dẫn. Bên trong zeolites, những đường dẫn này tạo nên tính chất đặc biệt của zeolites, cácphân tử nước và ion kim loại kiềm di động có thể trao đổi với những cations khác. Hệ thống lỗxốp có kích thước ở quy mô nguyên tử sẽ quyết định độ hoạt động trên bề mặt của zeolites.Cấu trúc lỗ xốp phụ thuộc vào thành phần, loại zeolites và cations. Công thức tổng quát củazeolites: MIM0,5 II [(AlO2)x _ (SiO2)y _(H2O)z] Zeolite có bốn đặc tính mà làm cho chúng trở nên đặc biệt thú vị trong những loại xúctác không đồng nhất:  Cations có thể trao đổi, nhờ vậy mà zeolites có những tính chất xúc tác khác nhau dựa trên những cation khác nhau.  Nếu các tâm cation được trao đổi với H, zeolites có thể tạo nên một lượng lớn các tâm acid mạnh.  Đường kính của lỗ xốp nhỏ hơn 10Å  Các lỗ xốp có nhiều kích thước khác nhau Hai tính chất sau đã tạo nên tính chất rây phân tử của zeolites Zeolite đã được ứng dụng làm chất xúc tác từ năm 1960. Đường kính của lỗ xốp trongsàng rây phân tử phụ thuộc vào số lượng tứ diện trong vòng. Kích thước lỗ xốp của zeolites: Số tứ diện Đường kính tối đa của lỗ Å Loại zeolite 6 2.8 8 4.3 Erionite, A 10 6.3 ZSM-5, Ferrierite 12 8.0 L, Y, Mordenite 18 15 Not yet observed (So sánh với kích thước của hydrobenzen: 5.7Å x 2.2Å) Kích thước lỗ xốp thực tế phụ thuộc vào loại cation hiện diện trong zeolite. Nhữngphân tử như ammonia, hydrogen, oxygen, và argon có thể đi qua các lỗ xốp của hầu hết cácloại rây phân tử. Rây loại “A” có cấu trúc lập phương với lỗ xốp chỉ đủ lớn cho phép cácparaffins bình thường đi qua. Tuy nhiên, các cation có thể chiếm một số vị trí che mất mộtphần các lỗ xốp. Các cations hoá trị 1 (như sodium, potassium) hạn chế kích thước lỗ xốpxuống dưới 4Å. Tất cả các phân tử hữu cơ (trừ methane) đều không thể xâm nhập các zeoliteNaA và LiA. Các cation hoá trị 2 chỉ chiếm giữ những vị trí của cation khác để tạo không gianvừa đủ cho những paraffins thông thường khuếch tán qua. Kích thước của phân tử Isobutane là khá lớn so với kích thước lỗ xốp của CaA nênkhông thể tiếp xúc với tâm xúc tác. Các phân tử có kích thước danh nghĩa khoảng 0.5Å tuy làquá lớn nhưng vẫn có cách riêng để đi qua các lỗ xốp nhỏ hơn vì sự dao động phân tử sẽ dễPhan Thị Dạ Thảo Trang 2Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITESdàng cho chúng đi qua. Thêm vào đó, vết hở giữa các liên kết và việc tái xây dựng các liên kếtsẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán của các phân tử lớn hơn qua các lỗ xốp nhỏ hơn. Nếu hầu hết các tâm xúc tác đều bị giới hạn trong cấu trúc lỗ xốp và nếu các lỗ xốp nhỏthì các phân tử chất phản ứng và khả năng hình thành các phân tử sản phẩm chủ yếu được xácđịnh bởi kích thước và cấu hình ở mức phân tử. Chỉ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kíchthước tới hạn thì mới có thể đi vào lỗ xốp, tiếp xúc với tâm xúc tác và thực hiện phản ứng tạiđó. Tiếp theo đó, chỉ một số phân tử mới có thể đi ra khỏi lỗ xốp và đó chính là sản phẩm cuốicùng. Một số kiểu cấu trúc zeolites:Phan Thị Dạ Thảo Trang 3Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITESPhan Thị Dạ Thảo Trang 4Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Shape Selective Catalysis – ZEOLITES 2- Các loại chọn lọc hình dạng: Sự chọn lọc hình dạng lần đầu tiên được nhắc đến bởi Weisz và Frilette năm 1960. PBWeisz, NY Chen, VJ Frilette, và JN Miale là những người tiên phong trong nghiên cứu xúc tácchọn lọc hình dạng. Các nhà khoa học trên tập trung khá nhiều vào những ứng dụng có thể củaxúc tác chọn lọc hình dạng, về tính chọn lọc chất phản ứng và sản phẩm. ► Cơ sở của chọn lọc hình dạng: Nếu hầu hết các tâm xúc tác đều bị giới hạn trong cấu trúc lỗ xốp và nếu các lỗ xốp nhỏthì các phân tử chất phản ứng và khả năng hình thành các phân tử sản phẩm chủ yếu được xácđịnh bởi kích thước và cấu trúc ở mức phân tử. Chỉ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kíchthước tới hạn thì mới có thể đi vào lỗ xốp, tiếp xúc với tâm xúc tác và thực hiện phản ứng tạiđó. Tiếp theo đó, chỉ một số phân tử mới có thể đi ra khỏi lỗ xốp và đó chính là sản phẩm cuốicùng. Chúng ta có thể phân thành nhiều loại hình chọn lọc, tùy thuộc vào kích thước lỗ xốp sẽgiới hạn sự tham gia của các phân tử phản ứng, hoặc quyết định hướng đi của các phân tử sảnphẩm, hay sự hình thành của các trạng thái chuyển tiếp nhất định. Ví dụ: phản ứng hydro hóa chọn lọc của n-olefin trên xúc tác CaA (6-7) và Pt ZSM-5 ...