Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 1
SVTH: Phạm Thị Nga
Mục lục
Mục lục 1
Danh mục các bảng 3
Danh mục các hình 4
Lời nói đầu 6
Chương 1: Tổng quan lý thuyết 7
1.1. Mở đầu: 7
1.2. Lịch sử phát triển của quá trình tổng hợp Fischer – Tropsch 9
1.3. Các phản ứng trong quá trình FTS 10
1.3.1. Các giai đoạn và đặc điểm công nghệ của quá trình 10
1.3.2. Các phản ứng xảy ra trong quá trình 12
1.3.3. Cơ chế của quá trình 12
1.3.4. Động học của phản ứng 14
1.4. Xúc tác của quá trình 15
1.4.1. Tổng quan về xúc tác FTS 15
1.4.2. Các loại xúc tác 16
1.4.3. Phương pháp tổng hợp xúc tác 19
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác 21
1.5. Thiết bị phản ứng FTS 24
1.6. Các công nghệ FT trên thế giới 26
1.6.1. CN của Sasol ( Sasolburg and Secunda, South Africa) 27
1.6.2. Công nghệ của PetroSA/Mossgas(Mossel Bay South Africa )
28
1.6.3. Công nghệ của Shell SMDS ( Bintulu, Malaysia) 29
Phụ lục 67
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 3
SVTH: Phạm Thị Nga
Danh mục các bảng
Bảng 1.1: So sánh giá thành của các kim loại làm xúc tác FTS 19
Bảng 1.2: Hàm lượng tạp chất cho phép trong nguyên liệu syngas 22
Bảng 1.3: Phân bố sản phẩm của hai kiểu công nghệ LTFT và HTFT 27
Bảng 2.1: Các mẫu xúc tác đã tổng hợp 33
Bảng 3.1: Hàm lượng kim loại có trong các mẫu xúc tác 45
Bảng 3.2: Kết quả đo độ phân tán Co-K/ γ -Al
2
O
3
51
Bảng 3.3: Phân bố sản phẩm của phản ứng FT với xúc tác N1 10% Co-
0,2%K/ γ -Al
2
O
3
55
Bảng 3.4: Phân bố sản phẩm cùa phản ứng FT với xúc tác N2 20% Co-
0,2%K/ γ -Al
2
C 18
Hình 1.5: Phân bố sản phẩm trên xúc tác Co ở 30 bars, 240
o
C 18
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ làm sạch khí Rectisol của Lurgi 23
Hình 1.7: Các loại reactor trong công nghệ FTS 24
Hình 1.8: Sơ đồ công nghệ của Sasol 27
Hình 1.9: Sơ đồ công nghệ của Petrol SA/Mossgas 28
Hình 1.10: Sơ đồ công nghệ của Shell SMDS 30
Hình 2.1: Sơ đồ qui trình tổng hợp xúc tác Co,K/ γ -Al
2
O
3
32
Hình 2.2: Sơ đồ phản ứng FT 42
Hình 2.3: Mặt cắt dọc ống phản ứng 43
Hình 2.4: Cấu tạo bình phân tách sản phẩm 43
Hình 3.1: Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ N
2
của chất mang γ -
Al
2
O
3
46
Hình 3.2: Phân bố lỗ xốp của chất mang γ -Al
2
O
3
47
2
O
3
54
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 5
SVTH: Phạm Thị Nga
Hình 3.11: Phổ đồ GCMS phân tích thành phần sản phẩm phản ứng FT trên
xúc tác N1 (10% Co- 0,2%K/ γ -Al
2
O
3
) 56
Hình 3.12: Các loại hợp chất có mặt trong thành phần sản phẩm phản ứng
trên xúc tác N1 (10% Co- 0,2%K/ γ -Al
2
O
3
)
58
Hình 3.13: Phổ đồ GCMS phân tích thành phần sản phẩm phản ứng FT trên
xúc tác N2 (20% Co- 0,2%K/ γ -Al
2
O
3
) 60
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 6
SVTH: Phạm Thị Nga
Lời nói đầu
Ngày nay, khi nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ thì nhu cầu về
nhiên liệu là một nhu cầu thiết yếu. Tuy nhiên, khi dầu mỏ ngày càng
cạn kiệt thì chúng ta phải tìm ra một hướng mới để tạo ra nhiên liệu.
Fischer- Tropsch là một hướng như thế. Từ quá trình này chúng ta có
thể tận dụng được nguồn khí tự nhiên, than đá, nhiên liệu sinh khối để
tạo ra xăng, diezen… phục vụ cho các ngành công nghiệp, giao thông
vận tải.
Hơn nữa, với cách làm này, chúng ta có thể hạn chế được việc đốt
than trực tiếp - nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà
kính. Đây là một trong những vấn đề đang được quan tâm hàng đầu
ngày nay.
Với các lý do trên, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu
tổng hợp xúc tác Co/ γ- Al
2
O
3
đi từ nguồn muối acetate cho quá trình
chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng”.
Đồ án bao gồm 3 phần chính:
- Chương 1: Tổng quan lý thuyết, đề cập đến lịch sử, đặc điểm
công nghệ của quá trình cũng như xúc tác của quá trình
- Chương 2: Mô tả các thực nghiệm đã tiến hành
- Chương 3: Trình bày và thảo luận về các kết quả đã thu được
Để hoàn thành được bản đồ án này, em xin chân thành cảm ơn T.S.
Nguyễn Hồng Liên, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình
nghiên cứu. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Th.S. Chu Thị
Hải Nam cùng toàn thể các thầy cô trong PTN CN Lọc dầu và vật liệu
hoàn toàn. Từ nguồn nguyên liệu khí tổng hợp ta có thể tổng hợp nên
nhiều sản phẩm có giá trị, thể hiện ở sơ đồ hình 1.1:
Hình 1.1: Các sản phẩm thu được từ syngas [18]
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 8
SVTH: Phạm Thị Nga
Xúc tác cho quá trình FTS là các kim loại chuyển tiếp nhưng được
nhắc đến nhiều nhất là Fe, Co, Ni và Ru. Mỗi loại xúc tác có những
ưu nhược điểm khác nhau, ưu tiên tạo thành các sản phẩm cuối khác
nhau. Fe rẻ nhất và ưu tiên cho nhiều sản phẩm xăng ở quá trình FTS
nhiệt độ cao và ứng dụng sản xuất sáp ở quá trình nhiệt độ thấp. Xúc
tác Co đắt tiền hơn Fe nhưng cho độ bền hoạt tính cao hơn nhiều và
cho nhiều sản phẩm diesel ở quá trình FTS nhiệt độ thấp. Trong khi
đó Ru dù có hoạt tính FTS cao nhất nhưng lại quá đắt nên không được
ứng dụng trong công nghiệp mà chủ yếu phục vụ các mục đích nghiên
cứu.
Công nghệ FTS bao gồm ba bước chính là: chuẩn bị nguyên liệu;
tổng hợp FTS và nâng cấp sản phẩm (hình 1.2).\
Hình 1.2: Các giai đoạn của quá trình tổng hợp FT [9]
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 9
SVTH: Phạm Thị Nga
Vào thời điểm đó, dự án triển khai phương pháp này đã bị cất vào
ngăn kéo do giá thành sản phẩm quá đắt so với giá dầu hỏa và việc đốt
than trực tiếp chưa làm cho con người kinh hãi bởi ô nhiễm.
Năm 1935, lần đầu tiên phản ứng FT ở nhiệt độ thấp diễn ra trong
thiết bị xúc tác cố định ở áp suất khí quyển. Fischer và Pichler sau đó
đã phát triển công nghệ với việc sử dụng xúc tác Co và áp suất thường
với sản phẩm chính là khoảng giữa sản phẩm chưng cất và sáp. Công
nghệ quan trọng này được nước Đức sử dụng suốt thời kỳ chiến tranh
thế giới thứ 2.
Công nghệ sử dụng xúc tác Fe ở điều kiện áp suất thường cũng được
Fischer và Pichler phát hiện ra, sau đó được công nghiệp hóa bởi hãng
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 10
SVTH: Phạm Thị Nga
Ruhrchemie và hãng Lurgi và được củng cố bởi hãng Sasol ở
Sasolburg, Nam Phi năm 1955.
Năm 1946 đánh dấu một bước ngoặt lớn khi người ta phát hiện ra rằng
sử dụng nguyên liệu khí tự nhiên tốt hơn than đá trong việc sản xuất
ra các hydro cacbon lỏng. Cuối thập niên 1940, Công ty Sasol đã được
thành lập dưới tên gọi Công ty Than và Dầu khí Nam Phi, với mục
đích áp dụng phương pháp Fischer-Tropsch để giúp Nam Phi có thể tự
cung tự cấp nhiên liệu ở mức cao nhất thông qua các nhà máy khí hóa
than.
Giữa thập niên 1950, khi chính sách phân biệt chủng tộc khiến cho
nước này ngày càng bị cô lập với thế giới, nhà máy khí hóa than theo
phương pháp Fischer-Tropsch với quy mô thương mại đầu tiên đã
được khánh thành tại Sasolburg.
Trong công nghệ FTS, quá trình đơn thuần reforming tự nhiệt hoặc
kết hợp với reforming hơi, nói chung hay được ứng dụng cho quá
trình sản xuất syngas từ khí thiên nhiên để đạt được tỷ lệ H
2
:CO mong
muốn và cũng để kinh tế hơn khi thiết kế các thiết bị tách khí. Nếu đi
từ than đá, syngas được tổng hợp từ quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao
trong dòng khí O
2
và hơi nước.
Nhiệt độ của quá trình FTS luôn được giữ thấp hơn 400
0
C để làm
giảm tối thiểu lượng CH
4
tạo thành. Thiết bị phản ứng FTS hoạt động
trong khoảng áp suất từ 10 – 40 bars (145 – 580 psi). Khoảng 20%
lượng các chất chứa C trong khí thiên nhiên được chuyển hóa thành
CO
2
trong quá trình reforming, trong khí đó khoảng 50% lượng hợp
chất C trong than đá được chuyển hóa thành CO
2
do hàm lượng H
trong than đá thấp hơn trong khí thiên nhiên. Khí hóa than đá cho
syngas có tỷ lệ H
2
:CO khoảng 0.67, như vậy theo lý thuyết thì độ
chuyển hóa CO thành các sản phẩm FTS cao nhất là 33% (không có
phản ứng chuyển hóa CO WGS. Độ chuyển hóa cao nhất theo lý
Các phản ứng chính:
Tạo Parafin: (2n+1)H
2
+ nCO C
n
H
2n+2
+ nH
2
O (1)
Tạo olefin: 2nH
2
+ nCO C
n
H
2n
+ nH
2
O (2)
Phản ứng WGS: CO + H
2
O CO
2
+ H
2
(3)
Các phản ứng phụ:
Tạo alcol: 2nH
2
+ xM (7)
- Phản ứng tạo cacbua kim loại
yC + xM M
x
C
y
(8)
1.3.3. Cơ chế của quá trình
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 13
SVTH: Phạm Thị Nga
Cơ chế của quá trình như sau:
- Giai đoạn khơi mào hay sự tạo thành hợp chất C
1- Phát triển mạch hydrocacbon
- Đứt mạch
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
của nhóm (-CH
2
- ) trên bề mặt xúc tác). Tốc độ phản ứng polymer hóa
hay động học phản ứng không phụ thuộc vào các sản phẩm tạo thành
mà được xác định bởi hoạt tính của xúc tác xúc tiến cho quá trình phát
triển mạch-quá trình ngắt mạch. Xác suất phát triển mạch và ngắt
mạch không phụ thuộc vào độ dài mạch C và vì thế ta có thể dự đoán
được khả năng tạo thành các sản phẩm khác nhau dựa vào quan hệ
giữa xác suất phát triển mạch và số nguyên tử C. Mô hình động học
quá trình polymer hóa (mô hình Anderson-Shulz-Flory) được thể hiện
ở phương trình (9), dựa vào phương trình thực nghiệm này ta có thể
dự đoán được sự phân bố các sản phẩm FTS. Phương trình( 9) còn
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 15
SVTH: Phạm Thị Nga
được thể hiện trên đồ thị phụ thuộc giữa phần trăm khối lượng sản
phẩm-xác suất phát triển mạch ở hình.
W
n
= n(1- α)
2
α
n-1
(9)
W
n
carbonitride với các kim loại khác cũng có hoạt tính FTS. Với xúc tác
Fe có xảy ra phản ứng chuyển hóa CO. Tuy nhiên, xúc tác Fe có xu
hướng tạo nhiều carbon ngưng tụ trên bề mặt xúc tác và làm giảm
hoạt tính xúc tác hơn là các kim loại khác như Ni hay Co. Việc thêm
các chất trợ xúc tác và chất mang vào thành phần xúc tác Fe cũng rất
quan trọng để làm tăng hoạt tính của xúc tác.
Kali thường được dùng làm chất trợ xúc tác vì nó thúc đẩy quá trình
hấp phụ của CO lên bề mặt xúc tác do tăng tính kiềm của bề mặt xúc
tác và cũng là nguồn electrons được tách ra từ CO bởi Fe. Ngoài ra,
khi thêm kali oxit vào xúc tác Fe còn làm giảm sự hydro hóa các hợp
chất chứa C bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác, tạo ra nhiều sản phẩm
olefin có khối lượng phân tử lớn hơn. Tuy nhiên, sự có mặt của chất
xúc tiến kali cũng làm tăng phản ứng chuyển hóa CO dẫn đến sự
ngưng tụ cốc trên bề mặt xúc tác diễn ra mạnh hơn và xúc tác mất
hoạt tính cũng nhanh hơn.
Ngoài K, Cu cũng có thể sử dụng làm chất xúc tiến cho xúc tác Fe.
Chất trợ xúc tác Cu làm tăng tốc độ chuyển hóa, giảm tốc độ phản
ứng chuyển hóa CO và thúc đẩy sự khử hóa Fe. Xúc tác có chứa Cu sẽ
cho sản phẩm có khối lượng phân tử trung bình lớn hơn, dù không lớn
hơn quá nhiều so với khi dùng xúc tác chứa K.
Sự kết hợp của các ôxyt kim loại chuyển tiếp nhẹ như MnO với Fe
làm tăng độ chọn lọc olefin nhẹ cho phản ứng FTS. Xúc tác Fe/Mn/K
cho độ chọn lọc C2-C4 olefins đạt 85-90%.
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 17
SVTH: Phạm Thị Nga
Hiện nay trong công nghiệp thường sử dụng các loại xúc tác Fe như
Xúc tác Co không quá nhạy cảm với sự có mặt của chất xúc tiến, một
vài nghiên cứu cho thấy khi thêm vào ThO
2
sẽ làm tăng hiệu suất tạo
sáp ở áp suất thường nhưng ở áp suất cao thì sự cải thiện là không
đáng kể. Nếu thêm vào các kim loại quý thì hoạt tính FTS tăng lên
nhưng độ chọn lọc không thay đổi. Do xúc tác Co không có hoạt tính
WGS nên chỉ thích hợp với nguyên liệu có tỷ lệ H
2
/CO từ 2.0 đến 2.3,
thường lấy từ nguồn khí tự nhiên.
So sánh sự chọn lọc sản phẩm giữa xúc tác Fe và xúc tác Co:
Xúc tác Fe ở 30 bars, 280
0
C: theo hình 1.4 thì sản phẩm hydrocarbons
có số C trong khoảng từ 10 đến 18 chiếm số lượng lớn, cho thấy với
xúc tác Fe thì FTS sẽ cho hiệu suất xăng cao hơn.
Xúc tác Co ở 30 bars, 240
0
C: theo hình 1.5 thì sản phẩm
hydrocarbons có sự phân bố khối lượng đồng đều hơn so với xúc tác
Fe, cho thấy với xúc tác Co thì hiệu suất tạo diesel tăng lên.
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 18
SVTH: Phạm Thị Nga
và không có độ chọn lọc rộng như các xúc tác FTS khác. Còn Ru cho
thấy có hoạt tính và độ chọn lọc rất lớn với các sản phẩm phân tử
lượng lớn trong điều kiện phản ứng ở nhiệt độ thấp, nhưng Ru lại quá
đắt để có thể ứng dụng trong thực tế, khi mà Ru đắt hơn Fe đến gần
5x10
4
lần (Fe là xúc tác FTS rẻ tiền nhất).
Bảng 1.1: So sánh giá thành của các kim loại làm xúc tác FTS [9]
Kim loại
Tỷ giá (so với Fe)
Fe
1
Ni
250
Co
1000
Ru
48000
1.4.3. Phương pháp tổng hợp xúc tác
Các tính chất quan trọng nhất của chất xúc tác quyết định hiệu quả
kinh tế khi sử dụng chúng trong công nghiệp là hoạt tính, độ chọn lọc
và độ bền của xúc tác. Do những tính chất này phụ thuộc chủ yếu vào
thành phần và phương pháp chế tạo xúc tác cho nên cơ sở khoa học và
công nghệ tổng hợp xúc tác được coi là những vấn đề rất quan trọng
và có ý nghĩa thực tế lớn.
Quá trình hình thành chất xúc tác bao gồm những giai đoạn:
Điều chế các tiền chất rắn trong đó bên cạnh các hợp phần của xúc tác
dòng H
2
, các tinh thể ấy sẽ tạo ra các hạt kim loại, đó chính là các tâm
hoạt tính của xúc tác.
Phương pháp ngâm tẩm là một phương pháp được sử dụng khá phổ
biến do nó có một số các ưu điểm như: với phương pháp này ta có thể
đưa toàn bộ lượng kim loại lên chất mang, hạn chế được sự mất mát,
hơn nữa quá trình thực hiện lại tương đối đơn giản, nhanh gọn
Tuy nhiên, có thể nhận thấy trong phương pháp này, giữa kim loại
và chất mang không hình thành liên kết hóa học mà chỉ thuần túy là
bám dính thông thường do đó độ phân tán của kim loại trên chất mang
không cao.
b. Phương pháp sol-gel
Phương pháp đưa các tiểu phân kim loại vào chất mang solgel có
ảnh hưởng mạnh đến tính chất của xúc tác. Một trong những cách hay
được sử dụng đó là đưa muối kim loại hoặc phức vào sol nhôm oxit
trước khi cô đặc, chuyển hóa sol thành xerogel hoặc aerogel, tiếp theo
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 21
SVTH: Phạm Thị Nga
là khử tiền chất kim loại thành kim loại. Các hạt kim loại này do bị
che phủ một phần bởi oxit nhôm nên bền vững với thiêu kết, hơn nữa
các xúc tác tổng hợp từ quá trình này cũng ít bị đầu đọc bởi cốc.
Phương pháp này không những cho phép chế tạo được các loại xúc tác
có độ bền cao mà còn kiểm soát được các tâm kim loại, tuy nhiên đây
là một phương pháp tương đối phức tạp và chưa phổ biến với nhiều
loại chất mang.
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 22
SVTH: Phạm Thị Nga
Bên cạnh sự mất hoạt tính do cốc, các tâm kim loại bị mất hoạt tính
còn do ảnh hưởng của tạp chất có mặt trong nguyên liệu syngas.
Sulfur là độc tố lớn nhất đối với xúc tác có mặt trong cả khí thiên
nhiên và than đá, được chuyển hóa thành H
2
S và các hợp chất hữu cơ
chứa S trong quá trình reforming hơi hay khí hóa than đá. Hợp chất
chứa S làm mất hoạt tính nhanh chóng cả xúc tác Fe lẫn xúc tác Co do
tạo ra các hợp chất chứa lưu huỳnh với tâm kim loại. Trong đó, xúc
tác Co nhạy cảm hơn với sự ngộ độc bởi lưu huỳnh so với xúc tác Fe.
Các tạp chất khác trong syngas có thể gây ngộ độc xúc tác FTS như
hợp chất chứa halogen hay hợp chất chứa N (NH
3
, NO
x
và HCN).
Ngoài ra phải kể đến ảnh hưởng của nước, nước ôxy hóa cả hai loại
xúc tác Fe và Co. Nước còn làm ức chế hoạt tính của xúc tác Fe do
chính ảnh hưởng của hoạt tính WGS của xúc tác Fe. Bảng sau cho
thấy mức độ tạp chất có thể chấp nhận được trong nguyên liệu syngas:
Bảng 1.2: Hàm lượng tạp chất cho phép trong nguyên liệu syngas
[19]
b. Phương pháp đảm bảo hoạt tính xúc tác
Hiện nay có nhiều công nghệ thương mại ứng dụng làm sạch nguyên
liệu syngas để đạt được độ tinh khiết cần thiết. Công nghệ Rectisol sử
dụng methanol nhiệt độ thấp để phân tách NH
3
hoặc như Fe lỏng khi tổng hợp
bằng phương pháp nóng chảy Fe, làm nguội và nghiền. Vai trò của
chất mang với xúc tác Co cũng quan trọng, vì Co đắt hơn Fe nên kết
tủa một nồng độ vừa đủ trên chất mang có thể giúp giảm giá thành xúc
tác trong khi vẫn có thể giữ hoạt tính và độ bền tối đa.
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ làm sạch khí Rectisol của Lurgi [20]
Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Co/Al2O3 từ nguồn
muối acetate cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
lỏng
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Liên Trang 24
SVTH: Phạm Thị Nga
1.5. Thiết bị phản ứng FTS
Do quá trình FTS tỏa nhiệt lớn nên thiết kế thiết bị phản ứng và phát
triển công nghệ đã tập trung chủ yếu vào việc thu hồi lượng nhiệt tỏa
ra này và điều khiển nhiệt độ của phản ứng. Nếu làm mát không hiệu
quả sẽ dẫn đến quá nhiệt cục bộ trong thiết bị, đẩy mạnh quá trình cốc
hóa trên bề mặt xúc tác dẫn đến làm giảm hoạt tính xúc tác. Bên cạnh
sự cốc hóa, nhiệt độ tăng cao cũng làm tăng hiệu suất tạo methane và
như vậy làm giảm hiệu suất các sản phẩm mong muốn. Vì thế thiết kế
thiết bị FTS quan trọng nhất là quy trình lấy nhiệt đi và điều khiển
nhiệt độ để tối ưu hóa được độ chọn lọc sản phẩm và độ bền của xúc
tác. Trong thực tế công nghiệp có bốn loại thiết bị phản ứng FTS
chính: Thiết bị ống chùm với xúc tác cố định (multi-tubular fixed
bed), Thiết bị phản ứng nhiệt độ cao có tuần hoàn xúc tác (circulating
fluidized bed), Thiết bị phản ứng xúc tác dạng giả lỏng Sasol
Advanced Synthol (fixed fluidized bed), Thiết bị phản ứng dạng slurry
(fixed slurry bed):
tại đây diễn ra phản ứng còn nhiệt được lấy ra ngoài qua thiết bị trao
đổi nhiệt. Khí sản phẩm cùng xúc tác đi vào bộ tách sản phẩm, xúc tác
lắng xuống dưới còn khí qua cyclone ra ngoài. Thiết bị phản ứng dạng
Synthol này đã rất thành công trong nhiều năm liền nhưng có nhược
điểm câú tạo phức tạp và lại nhanh bị mài mòn do dòng xúc tác
chuyển động nhanh trong thiết bị, và bị giới hạn về năng suất (7,500
BPD) .
Thiết bị phản ứng xúc tác dạng giả lỏng Sasol Advanced Synthol
reactor được thiết kế để thay thế thiết bị Synthol. Dòng khí được dẫn
vào qua bộ phân phối khí và sục bong bóng qua lớp xúc tác. Nhiệt
được lấy đi nhờ một thiết bị trao đổi nhiệt được bố trí trong thiết bị
phản ứng. Điều kiện hoạt động của thiết bị dạng này tương đồng với
thiết bị Synthol. Thiết bị phản ứng cải tiến này có cùng năng suất với
Copyright: Tài liệu đại học ©