Tiểu luận động học xúc tác: Hiện trạng và xu hướng tương lai của xúc tác trong lọc hóa dầu

Đề tài: Hiện trạng và xu hướng tương lai của
xúc tác trong lọc hóa dầu

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền


Nội dung
 Giới thiệu.
 Những yếu tố nổi bật trong sự phát
triển của công nghiệp xúc tác trong lọc
hóa dầu vào nửa cuối thế kỷ 20.
 Định hướng lâu dài của ngành công
nghiệp xúc tác trong lọc hóa dầu.

 Kết


1.Giới thiệu
• Xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu phát triển từ giữa
thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 có tới 80-90 % các sản phẩm
trong cuộc sống có sử dụng xúc tác trong sản xuất đặc
biệt trong ngành lọc hóa dầu.
• Hiện nay các hãng năng lượng trên thế giới đang yêu cầu
cần giảm thiểu lượng CO2 nên đã xuất hiện nhiều nguồn
năng lượng thay thế nhưng ở mức độ nhất định và dầu
mỏ vẫn là nguồn năng lượng chính.
=> Xúc tác vẫn đóng vai trò hàng đầu trong phát triển công
nghệ và kinh tế trong thế kỷ 21.


2.Những yếu tố nổi bật trong sự phát triển xúc

tác trong lọc hóa dầu nửa cuối thế kỉ 20

2.1. Sự phát triển của lọc hóa dầu: các sự kiện
kinh tế chính trị dẫn đến hệ quả.
1

2

3

• Cần tìm năng lượng thay thế nhưng năng
lượng dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế
• Phân đoạn nặng ít được chế biến thành
phân đoạn nhẹ hơn dù nhu cầu phân đoạn
nhẹ cao nên cracking xúc tác phát triển.
• Con người nhận thức rõ hơn về việc bảo vệ
môi trường nên đưa ra các tiêu chuẩn cho
nhiên liệu động cơ.


Những nguồn năng lượng sử dụng trên
thế giới năm 2013


Các tiêu chuẩn của nhiên liệu động cơ


Sản phẩm chính hướng đến tăng hàm lượng Hydro và
giảm hàm lượng lưu huỳnh dẫn tới tăng lượng CO2 trong
các nhà máy lọc dầu

Ngành công nghiệp hóa dầu ra đời bổ sung
cho ngành công nghiệp lọc dầu
Nhu cầu sản
phẩm
Olefin tăng (2.2%
etylen và 2.9%
propylene mỗi
năm)

Aromatic

Lọc dầu

23% propylene

Yêu cầu 79%
benzen nhưng khi
có mặt của toluen
là 41% và 25% khi
có mặt xylen

Hóa dầu
Năm 1980: 29%
propylen từ phân
xưởng FCC
Nay: 80%

Bổ sung thêm

bezen


2.2. Sự phát triển của xúc tác trong các quá
trình lọc dầu thông dụng.


2.2. Sự phát triển của xúc tác trong các
quá trình lọc dầu thông dụng.
Cracking xúc tác
• Xúc tác zeolite Y
1930s

1980s

1990s
đến nay

• Xúc tác zeolit Y siêu bền
(USY)

• ZSM-5


2.2. Sự phát triển của xúc tác trong các quá
trình lọc dầu thông dụng.

Reforming xúc tác

1949 trở về

trước

1960-nay

• Xúc tác lưỡng chức kim loại- axit: Pt/Al2O3

• Sử dụng thêm một kim loại thứ hai ( Ge, Sn,
Re, Ir)
• Hiện nay 2 lưỡng kim loại phổ biến Pt-Re, PtSn


2.2. Sự phát triển của xúc tác trong các quá
trình lọc dầu thông dụng.

Hydrocracking
Xúc tác lưỡng chức chức hydro hóa-chức khử
Chức Hydro hóa: sunfit Ni và
Mo hoặc các kim loại quý.

Chức khử: chức axit mang trên
aluminasilica vô định hình

Thay thế aluminasilica vô định hình bằng zeolite Y trao đổi
ion với kiềm thổ

Thay thế zeolit Y bằng zeolit Y siêu bền (USY)


2.2 Sự phát triển của xúc tác trong các quá trình lọc dầu
thông dụng.

akyl hoá isobutene-butene

1940s

1990s

• xúc tác lỏng H2SO4 và HF

• Các xúc tác rắn được đề xuất bao gồm các
axit zeolit (Shell, Akzo), siêu axit triflic mang
trên slica xốp (Topsoe),…

• UOP sử dụng:+ dị thể hóa HF
Hiện nay • +CaNiY, LaHY


2.2. Sự phát triển của xúc tác trong các quá
trình lọc dầu thông dụng.
Isome hóa paraffin nhẹ C5-C6
Xúc tác đơn chức siêu axit theo Bronsted HAlCl4

năm 1960 và 1970: xúc tác lưỡng chức
Pt với chất trợ là chlorinated
alumina

Pt với chất trợ dealuminated
mordenite

Thay thế hai loại chất trợ bằng một chất trợ với tính axit tương

đương hoặc gần với chlonirated alumina và dễ sử dụng như zeolit


2.2.3.1 Sự phát triển của các quá trình hóa dầu
1960

Xúc tác Pd

• Rộng rãi nhất , diolefin và các ankyn trong
phân đoạn olefin từ C2- C5

Quá trình
hydro hóa
• Bổ sung thêm kim loại thứ 2
1980

Hydro hóa
của vòng
thơm

=> Cải thiện năng suất , nhất là đọ chọn lọc

• Xúc tác Ni sử dụng nguyên liệu chứa
lưu huỳnh tự do như quá trình IFP
• Pt thay thế cho Ni nếu nguyên liệu
chứa vết sulfur


2.2.3.2 Chuyển hóa của các olefin
Sử dung chính cho quá trình trùng hợp

• Xúc tác :
 Ziegler-Natta
 metallocene, single site
•

• Các Olefin alpha nhẹ được sản xuất bởi quá trình oligomer hóa
của ethylene.


1960
• Tối ưu hóa
sản phẩm
p-xylenes từ
isomer hóa
xylenes

Ngày nay

1970
• Sử dụng xúc
tác vô định
hình với chất
trợ xúc tác
mordenit

• Xúc tác lưỡng chức

1980
• Sử dụng xúc
tác ZSM5

2.3 Các tiến bộ công nghệ
2.3.1 Vật liệu
• Zeolite đóng vai trò xúc tác quan trọng nhất
 1950 hơn 30 cấu trúc
 2001 hơn 125 cấu trúc

Vật liệu
•

Bổ sung thêm kim loại thứ hai, kết hợp đa kim loại sử dụng
các quá trình hóa học như reforming, hydro hóa

• Các kim loại khác cũng đóng góp to lớn tới sự tiến bộ của
xúc tác



2.3 Các tiến bộ công nghệ
2.3.2 Chuẩn bị xúc tác
• Phương pháp hiện đại: tăng cường theo dõi kiểm soát trạng thái của pha hoạt
động trong suốt quá trình sản xuất.
`

2.3.3 Công nghệ
•






Sự đột phá lớn nhất về công nghệ nhất:
Tầng sôi trong FCC năm 1940,
Tái xúc tác hoặc CCR trong reforming 1970
Chưng cất cột xúc tác năm 1980,quá trình alkyhoa benzene
Sử dụng lò phản ứng năm 1964, quá trình hydro hóa benzene thành
cyclohexan, sử dụng rộng rãi năm 1993 cho tổng hợp Fischer-Tropsch.


2.3 Các tiến bộ công nghệ
2.3.4 Phản ứng
1950-1960 hầu hết các phản ứng đã được biết đến

1970 phát hiện thêm 1 số phản ứng mới bởi Mobil

Sự chuyển hóa trực tiếp của methanol thành hydrocacbon và vòng
thơm ankan nhẹ C3-C4 thành hợp chất thơm

Một số phản ứng sau này mới được biết đến như:
+ Ankyl hóa chọn lọc toluene bằng methanol
+ Sự hóa vòng thơm của paraffin thành C6+trên xúc tác bazo Pt/ K-L


2.3 Các tiến bộ công nghệ
2.3.5 Sự kết hợp giữa các ngành khác nhau
Chuyên gia kỹ
thuật công nghệ
như FCC, CCR

reforming

Chuyên
gia xúc
tác
Kỹ sư tự động
hóa về xúc tác
trong buồng đốt
ô tô


3. Định hướng lâu dài ngành công nghiệp xúc tác
trong lọc hóa dầu
3.1. Hướng chính phát triển kinh tế trong lĩnh vực năng lương

Môi trường

• Giảm lượng khí thải.
• Thiếu trữ lượng và hiệu ứng nhà kính là
động lực để bảo vệ môi trường

Sự chuyển đổi
năng lượng

• Năng lượng rẻ, an toàn với môi trường

Khai thác nguồn
năng lượng mới

• khí đốt

• Năng lượng tái tạo như pin mặt trời,
biomass, thủy điện, nhiệt điện