Bài giảng Kỹ thuật xúc tác - Chương 5b: Sản xuất xúc tác

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật xúc tác - Chương 5b: Sản xuất xúc tác

1. LOGO Th.S Nguyễn Ánh Nga
2. CHƯƠNG 5: SẢN XUẤT XÚC TÁC www.themegallery.com
3. Aluminosilicat ▪ dạng viên, hình cầu, bột mịn ▪ Al2O3 : 7 – 30% ▪ Là xúc tác axit-bazơ, Ứng dụng: cracking, alkyl hóa, polyme hóa, đồng phân hóa ▪ Trong quá trình điều chế xảy ra ngưng tụ gel Al2O3 và SiO2 do tạo liên kết –Si–O– Al–, trong đó có cả liên kết –Si–O–Si– hay –Al–O–Al– www.themegallery.com
4. www.themegallery.com
5. SƠ ĐỒ TỔNG HỢP ALUMINOSILICAT Đá silicate, nước Al(OH)3, nước Dd H2SO4 Dd Na2O.nSiO2 Dd Al2(SO4)3 Kết tủa và định hình Gia Gia cơng Tách nước (co gel) ướt Rửa Hoạt hố hạt Sấy khơ Nung Sàn bụi và hạt khơng đạt tiêu chuẩn www.themegallery.com Thành phẩm xúc tác
6. Hệ thống thiết bị chuẩn bị thủy tinh lỏng www.themegallery.com
7. Dây chuyền hệ thống chuẩn bị dung dịch Al2(SO4)3 www.themegallery.com
8. CÁC CHẤT XÚC TÁC TRÊN CHẤT MANG (PHƯƠNG PHÁP TẨM) ▪ Cấu tử hoạt động đính trên chất mang có nhiều lỗ xốp, trong đó chất mang là vật liệu trơ hoặc ít hoạt động. ▪ Tương tác với chất mang có thể làm thay đổi kích thước giữa các phân tử trong xúc tác hay hóa trị trong liên kết do có liên quan đến từng tinh thể. ▪ Tùy thuộc vào loại thiết bị phản ứng, chất xúc tác trên chất mang có thể là viên với hình dạng bất kỳ: cầu, vi cầu, hình trụ, vẩy www.themegallery.com
9. CÁC CHẤT XÚC TÁC TRÊN CHẤT MANG (THEO PHƯƠNG PHÁP TẨM) ▪ Tẩm cấu tử hoạt động xúc tác lên chất mang xốp bằng dung dịch chứa cấu tử hoạt động xúc tác. ▪ Các chất hoạt động xúc tác được chọn ở dạng các muối nitrat, cacbonat, acetat của anion dễ bị phân hủy khi nung ▪ Xúc tác kim loại thường thu ở dạng hydroxyt trên chất mang, sau đó chuyển sang dạng oxyt và khử (bằng khí H2). đến kim loại www.themegallery.com
10. CÁC CHẤT XÚC TÁC TRÊN CHẤT MANG (PHƯƠNG PHÁP TẨM) ▪ Muối khó tan: tẩm 2 giai đoạn: ▪ 1. tẩm cấu tử thứ nhất ▪ 2. tẩm cấu tử thứ hai (là chất tạo muối khó tan với cấu tử vừa tẩm ở giai đoạn 1) ▪ → kết tủa được tạo ra trực tiếp trên chất mang xốp. www.themegallery.com
11. CÁC CHẤT XÚC TÁC TRÊN CHẤT MANG (PHƯƠNG PHÁP TẨM) Các bước: ▪ Hút chân không, tách khí từ lỗ xốp của chất mang ▪ Xử lý chất mang bằng dung dịch ▪ Tách dung dịch thừa ▪ Sấy và nung. www.themegallery.com
12. CÁC CHẤT XÚC TÁC TRÊN CHẤT MANG (PHƯƠNG PHÁP TẨM) ▪ Tẩm theo chu kỳ hay tẩm liên tục. ▪ Tẩm liên tục cho sản phẩm đồng nhất hơn về thành phần và hoạt tính xúc tác. ▪ Tẩm có thể tiến hành một lần hay nhiều lần (tùy điều kiện xem có đạt yêu cầu chất hoạt động xúc tác chưa). www.themegallery.com
13. ▪ Sau mỗi lần tẩm → chuyển qua giai đoạn gia công nhiệt. ▪ Số lần tẩm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc lỗ xốp của chất mang để chuyển vận chất đến tận bên trong mao quản. ▪ Mao quản nhỏ, tăng số lần tẩm → làm bít các mao quản → có thể làm mất tác dụng xúc tác → phải tìm số lần tẩm tối ưu. www.themegallery.com
14. Đặc tính và qui trình sản xuất các chất mang quan trọng ▪ Chất mang với bề mặt riêng nhỏ (diatomit, amian, đá bọt ) ▪ Chất có bề mặt riêng lớn (gamma oxid nhôm, silicagel, đất sét, alumosilicat ) www.themegallery.com
15. ▪ 1, 2- Thiết bị phản ứng có gia nhiệt và khuấy trộn; 3- Lọc; 4- Máy ép; 5- Máy nghiền trục - trộn; 6- Tạo viên; 7- Làm khô; 8- Lò nung Hệ thống sản xuất silicagel viên (nén) www.themegallery.com
16. ▪ 1, 13- Bình chứa dung dịch; 2- Bơm; 3- Thùng cao vị; 4- Áp kế; 5- Thùng đệm; 6- Van chỉnh; 7- Hệ thống lạnh; 8- Lưu lượng kế; 9- Máng dẫn chất xúc tác; 10- Cột định hình hạt xúc tác; 11- Bộ phân phối; 12- Dầu hỗn hợp Hệ thống sản xuất silicagel dạng viên cầu www.themegallery.com
17. KHỐI TIẾP XÚC TRÊN CƠ SỞ TRỘN CƠ HỌC CÁC CẤU TỬ VÀO NHAU ▪ Các quá trình cơ bản: trộn các cấu tử vào nhau để có thể tạo dung dịch rắn, hợp chất hóa học, hệ nhiều pha. Phương pháp ướt: Trộn huyền phù các loại cấu tử vào nhau → kết tủa → lọc → sấy → định hình. ▪ Hàm lượng các cấu tử trong xúc tác phụ thuộc: – nồng độ trong dung dịch – khả năng hấp phụ huyền phù – độ ẩm còn lại của kết tủa ▪ Ưu điểm: độ đồng đều tốt. ▪ Nhược điểm: điều kiện tiến hành nghiêm ngặt → khó khăn trong sx công nghiệp www.themegallery.com
18. KHỐI TIẾP XÚC TRÊN CƠ SỞ TRỘN CƠ HỌC CÁC CẤU TỬ VÀO NHAU ▪ Phương pháp khô: trộn các cấu tử rắn đồng thời với việc làm ẩm hỗn hợp tạo ra (cần cho việc tạo hạt). ▪ - Nhược điểm: khó thu được khối các cấu tử đồng nhất www.themegallery.com
19. Các chất xúc tác sản xuất theo phương pháp nóng chảy ▪ Các giai đoạn: 1. chuẩn bị mạng lưới với thành phần cần thiết 2. phân bố các cấu tử 3. định hình hay làm nguội hợp kim 4. nghiền đến kích thước cần thiết. www.themegallery.com
20. Chất xúc tác trên bộ khung (Skeleton catalysts) ▪ Các chất xúc tác trên bộ khung được dùng trong các quá trình: ▪ hydro hóa đường, dầu, furfurol, quinon đa nhân, v.v ▪ là thành phần của các điện cực của pin nhiên liệu nhiệt độ thấp. www.themegallery.com
21. Chất xúc tác trên bộ khung (Skeleton catalysts) 1. Vật liệu để thu các khối tiếp xúc trên bộ khung là các hợp kim lưỡng hay đa cấu tử của các kim loại hoạt động xúc tác. 2. Các thành phần của hợp kim này bị tách loại ra khi xử lý bằng các dung dịch các chất điện ly mạnh, chưng cất trong chân không 3. Khi tách loại → tập hợp nhóm các nguyên tử kim loại còn lại → mạng lưới tinh thể đặc thù. www.themegallery.com
22. Chất xúc tác trên bộ khung (Skeleton catalysts) Ví dụ, loại Al từ hợp kim Ni – Al: sau khi tách loại Al, các nguyên tử Ni được sắp xếp lại thành mạng lưới lập phương diện tâm. Hoạt tính cao, chuẩn bị đơn giản, dẫn nhiệt tốt và bền cơ cao. Các chất xúc tác này là loại pyrophor (dễ cháy), cho nên việc bảo quản, vận chuyển và làm việc với chúng phải được thực hiện dưới lớp chất lỏng (nước, rượu, metylcyclohexan, v.v ). www.themegallery.com