Phan Thị Dạ ThảoPhan Thị Dạ Thảo
Xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí
TS. NguyễnTS. Nguyễn Hữu LươngHữu Lương
Nội dung chínhNội dung chính
1. Thành phần và cấu trúc Zeolite
2. Các loại chọn lọc hình dạng
2.1- Chọn lọc theo chất phản ứng
2.2- Chọn lọc theo sản phẩm
2.3- Chọn lọc theo trạng thái
3. Kiểm soát độ chọn lọc hình dạng
2
11 Thành phần Thành phần
và cấu trúc Zeolitevà cấu trúc Zeolite
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 SiO
4
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, các phân tử nước và ion kim loại kiềm di
động có thể trao đổi với những cations khác và những đường
dẫn cũng tạo nên tính chất đặc biệt của zeolites.
• Hệ thống lỗ xốp 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 của zeolites:

của zeolites
5
Thành phần và cấu trúc Zeolite
• Zeolite đã được ứng dụng làm chất xúc tác từ những năm 1960.
Đường kính của lỗ xốp trong sàng 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
6
Thành phần và cấu trúc Zeolite
• Kích thước lỗ xốp thực tế phụ thuộc vào loại cation hiện diện
trong zeolite.
• Những phân tử như ammonia, hydrogen, oxygen, và argon có
thể đi qua các lỗ xốp của hầu hết các loại rây phân tử.
• Tuy nhiên, các cation có thể chiếm một số vị trí che mất một
phần các lỗ xốp.
 Các cations hoá trị 1 (như sodium, potassium) hạn chế kích
thước lỗ xốp xuống dưới 4Å. Tất cả các phân tử hữu cơ (trừ
methane) đều không thể xâm nhập các zeolite NaA và LiA.
 Các cation hoá trị 2 chỉ chiếm giữ những vị trí của cation
khác để tạo không gian vừa đủ cho những paraffins thông
thường khuếch tán qua.
7
Thành phần và cấu trúc Zeolite
• Một số kiểu cấu trúc zeolites:

tùy thuộc vào kích thước lỗ xốp sẽ giới hạn sự tham
gia của các phân tử phản ứng, hoặc quyết định hướng
đi của các phân tử sản phẩm, hay sự hình thành của các
trạng thái chuyển tiếp nhất định.
15
2- Chọn lọc theo sản phẩm
• Ví dụ: phản ứng hydro hóa chọn lọc của n-olefin trên
xúc tác CaA (6-7) và Pt ZSM-5
16
Xúc tác
Nhiệt độ
(ºC)
Pt-Al
2
O
3
Pt-ZSM-5
% hydro hoá
Hexene 275 27 90
4,4-
dimethylhexene-1
275 35 <1
Styrene 400 57 50
2-methylstyrene 400 58 <2
2.1- Chọn lọc theo chất phản ứng
• Sự chọn lọc theo chất phản ứng xảy ra khi chỉ một
phần các phân tử chất phản ứng là đủ nhỏ để khuếch
tán qua lỗ xốp của xúc tác.
• Ví dụ: Chọn lọc theo chất phản ứng: phân tách
hydrocarbon

nhiều so với carbon bậc 2.
 Carbon bậc 1 không thể hình thành ion carbonium
trong điều kiện bình thường, do đó không phản ứng.
22
2.2- Chọn lọc theo sản phẩm
• Vì vậy, trong các trường hợp bẻ mạch và isomer hoá
isoparaffins sẽ nhanh hơn so với paraffins thông
thường.
• Tuy nhiên trật tự này bị đảo ngược trong các xúc tác
chọn lọc hình dạng, tức là những paraffins thông
thường sẽ thực hiện phản ứng nhanh hơn những
paraffins có nhánh, và đôi khi các isoparaffins
không thể thực hiện phản ứng trong xúc tác chọn
lọc hình dạng.
23
2.32.3 Chọn lọc theo trạng tháiChọn lọc theo trạng thái
• Sự chọn lọc theo trạng thái chuyển tiếp cần giới hạn
được thực hiện khi những phản ứng nhất định bị ngăn
chặn bởi trạng thái chuyển tiếp tương ứng cần không
gian lớn hơn không gian bên trong lỗ xốp.
• Vì vậy mà chất phản ứng cũng như các sản phẩm đều
được ngăn chặn để tránh khuếch tán qua lỗ xốp.
• Các phản ứng cần không gian hẹp hơn để được ưu
tiên thực hiện.
24
2.32.3 Chọn lọc theo trạng tháiChọn lọc theo trạng thái
Một số ví dụ:
• Chọn lọc theo phản ứng: tái phân bố m-xylene
25