Tiểu luận môn động học xúc tác xúc tác tổng hợp amoniac

41 1.1K 16
Tiểu luận môn động học xúc tác xúc tác tổng hợp amoniac

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Viện kỹ thuật hóa học Xúc tác tổng hợp Amoniac Giảng viên: Phạm Thanh Huyền Sinh viên thực hiện:Vũ Thị Nhung 20115988 Lê Tam Hân 20115918 Nguyễn Văn Dương 20115894 Hoàng Văn Hà 20115907 Xúc tác tổng hợp Amoniac • Thành phần xúc tác • Các đặc trưng • Các nguyên nhân gây hoạt tính xúc tác • Phương pháp điều chế xúc tác • Các phương pháp thu hồi,tái sinh xúc tác • -Phản ứng tổng hợp: • 3H2 + N2  2NH3 + Q -Quá trình tỏa nhiệt ,thuận lợi áp suất cao,phản ứng nhiệt độ khoảng 350°C -Các nguyên tử có đặc điểm lớp vỏ điện tử thứ hai tính từ vào mà không bão hòa làm xúc tác cho trình tổng hợp Thí dụ: Os, U, Fe, Mo, Mn, W, Xúc tác Topsoe: KM1/KM1R (Top soe) Fe/K2O/Al2O3 Cơ chế phản ứng • Các chất phản ứng bám vào bề mặt xúc tác phân tách H2 N2 H2 NN HH HH HH H2 • Các nguyên tử N H bám xúc tác kết hợp với tạo thành NH N H H NH H H H Cơ chế phản ứng • NH bám xúc tác kết hợp với H tạo thành NH2 • NH2 bám xúc tác kết hợp với H tạo thành NH3 NH3 NH H H NH H H HNH H NH3 HNH H 1.Thành phần xúc tác  Kích thước hạt không đồng  Hoạt tính xúc tác cao  Khả chống độc tốt  Tính ổn định xúc tác cao  Tâm hoạt tính : Fe  Chất trợ xúc tác :K2O  Chất mang:Al2O3 , CaO, MgO, SiO2 Xúc tác tổng hợp Ammonia Topsoe Thành phần xúc tác Fe K Al Ca O thành phần khối lượng 40.5 0.35 2.0 1.7 53.2 Thành phần bề mặt trước bị giảm 8.6 36.1 10.7 4.7 40.0 Thành phần bề mặt sau bị giảm 11.0 27.0 17.0 4.0 41.0 Thành phần theo thể tích chất xúc tác ammonia công nghiệp so với thành phần bề mặt trước sau khử (kích thước xấp xỉ 10 'cm' bề mặt điển hình) Xúc tác Fe/Al2O3/K2O Fe Pha hoạt tính Dãn liên kết N-N H-H để tổng hợp NH3 3H2 + N2  2NH3 Phản ứng nhiệt độ khoảng 350°C Al2O3 K2O Chất mang Bù oxy cho bề mặt sắt.vì trình phản ứng hoạt tính xúc tác bị giảm Sự bù oxy làm tăng lượng bề mặt diện tích bề mặt Chất trợ xúc tác Làm giảm diện tích bề mặt lại nguồn cung cấp e, làm tăng mật độ điện tử làm tăng khu vực hoạt động bề mặt Thành phần xúc tác • Fe xúc tác chủ yếu có chức chuyển hóa N2 H2 thành NH3 nhiệt độ 450-500 °C áp suất 200 atm tỷ lệ N2/H2 1/3 3.1 Ngộ độc tạm thời 3.1 Ngộ độc tạm thời 3.2 ngộ độc xúc tác vĩnh viễn • Nguyên nhân:do hợp chất có S,P,Cl,As • Là trình ngộ độc không thuận nghịch • Có S tạo lớp màng mỏng bề mặt xúc tác,không thể loại bỏ trình vận hành bình thường =>chiếm chỗ tâm hoạt tính=>ngộ độc vĩnh viễn,không thể hoàn nguyên xúc tác Những giới hạn gây ngộ độc xúc tác • • • Dầu: Tối đa cho phép 20 mg/NM3 khí đầu vào tháp phản ứng Lưu huỳnh + phốt dầu: Mức tối đa cho phép tiếp tục vận hành 0.15% Clo dầu: Mức tối đa cho phép tiếp tục vận hành 0.01% 3.3Ngộ độc thiêu kết chậm 3.3 Ngộ độc thiêu kết chậm • Khi ngộ độc oxy làm giảm đáng kể tốc độ phản ứng =>cần tăng nhiệt độ áp lực để đảm bảo sản xuất Nhiệt độ tăng thúc đẩy trình thiêu kết Sự kết hợp H2O nhiệt độ dẫn đến tăng tốc độ thiêu kết • Quá trình làm giảm hoạt tính xúc tác vài % năm 4.Các phương pháp điều chế xúc tác • Điều chế xúc tác cho trình tổng hợp NH3 có phương pháp Phương pháp trộn học Phương pháp khử oxit kim loại • Một số phương pháp điều chế chất trợ xúc tác 4.Các phương pháp điều chế xúc tác Phương pháp trộn học Phương pháp khô Nhiệt nung chảy hổn hợp 1600°C-2000°C  Độ phân tán không cao, tương tác chất mang pha hoạt động không cao  Tạo hình khối xúc tác vô định hình 4.Các phương pháp điều chế xúc tác Phương pháp tạo xúc tác kim loại  Phương pháp khử oxit kim loại Tác nhân khử : H2 nhiệt độ cao Fe3O4 + H2 KM1: 390-400°C Fe + H2O T = KM1R: 225°C  Kim loại Fe thu có hoạt tính cao  Kích thước hạt kim loại tùy thuộc vào điều kiện khử 4.Các phương pháp điều chế xúc tác  Ở nhiệt độ cao, oxi thoát không đặn tạo khuyết tật cấu trúc xúc tác • Các chất trợ xúc tác Al2O3, K2O,CaO…không bị khử hóa tính khử mạnh H2  Lưu ý: Kim loại sinh có hoạt tính mạnh dễ bị oxi hóa nên phải khử khí tổng hợp 4.Các phương pháp điều chế xúc tác Điều chế số chất trợ xúc tác : Al2O3 Có nhiều phương pháp để tạo Al2O3 Trong công nghiệp người ta từ quặng Boxit theo phương pháp Bayer  CaO: Đi từ đá vôi CaCO3 CaO + CO2 Tái sinh xúc tác • 5.1 Xúc tác bị ngộ độc vĩnh viễn không khả tái sinh trở thành rác thải công nghiệp • 5.2 Xúc tác bị hoạt tính thiêu kết chậm thay xúc tác mới,không thể tái sinh.Để hạn chế thiêu kết thì: 5.Tái sinh xúc tác • 5.3 Xúc tác bị ngộ độc tạm thời Ta tiến hành trình khử với khí tổng hợp tuần hoàn,đặc biệt khí tổng hợp với tỉ lệ hydro/nitơ gần với 3/1.Ta thu nước bị hòa tan amoniac Chất xúc tác đạt trở lại hoạt tính chúng khí tổng hợp hoàn toàn không chứa oxy trở lại Kết luận • Tổng hợp amoniac trình kí thuật hóa học.Xúc tác cho trình hoạt tính từ từ nguyên nhân chủ yếu thiêu kết chậm,ngoài ngộ độc.Qúa trình nghiên cứu phát triể xúc tác cho tổng hợp amoniac không ngừng phát triển song song với trình sản xuất amoniac công nghiệp Tài liệu tham khảo • http://www.topsoe.com/products/kmr-111 • http://d.violet.vn/uploads/resources/159/780335/preview.swf • J.R.Jennings ,[Ammonia]-Catalytic Ammonia Synthesis_ Fundamentals and Practice • Đào Văn Tường,Động Học Xúc Tác,NXB khoa học kỹ thuật,2006 • Phạm Thanh Huyền,Nguyễn Hồng Liên,Công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu,NXB khoa học kỹ thuật,2006 • Một số tài liệu xin cán kĩ thuật nhà máy đạm Ninh Bình [...]... đối rẻ + Tăng độ bền cơ học và bền nhiệt + Giảm thiêu kết cho xúc tác Quá trình nạp xúc tác Khử xúc tác Khử xúc tác • Xúc tác được cung cấp dưới dạng Fe3O4 phải được khử thành Fe để trở nên hoạt hóa Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O • Xúc tác được khử bằng khí tổng hợp với thành phần bình thường ở áp suất thấp • Nhiệt độ khử xúc tác KM1R sẽ bắt đầu khử ở khoảng 225oC (435°F) và xúc tác KM1 bắt đầu khử ở 390-400°C... platelet-like subunits Đặc trưng xúc tác Đặc trưng xúc tác 3.Nguyên nhân mất hoạt tính xúc tác 1.Kết khối(thiêu kết chậm) 2.Ngộ độc tạm thời 3.Ngộ độc vĩnh viễn 3.1 Ngộ độc tạm thời • Nguyên nhân :các hợp chất chứa oxy,chủ yếu là CO, CO2,H2O gây oxy hóa bề mặt chất xúc tác Fe =>mất hoạt tính xúc tác • Các khí này có thể là phần nhỏ trong khí tổng hợp và do quá trình nạp xúc tác 3.1 Ngộ độc tạm thời 3.1... thiêu kết Sự kết hợp giữa H2O và nhiệt độ dẫn đến sự tăng tốc độ thiêu kết • Quá trình này làm giảm hoạt tính xúc tác vài % mỗi năm 4.Các phương pháp điều chế xúc tác • Điều chế xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3 có 2 phương pháp Phương pháp trộn cơ học Phương pháp khử oxit kim loại • Một số phương pháp điều chế chất trợ xúc tác 4.Các phương pháp điều chế xúc tác 1 Phương pháp trộn cơ học Phương pháp... 390-400°C (735-750°F) Khử xúc tác • Khe xúc tác được mở rộng trong quá trình khử • Quá trình khử chậm sẽ tạo ra khe xúc tác có cấu trúc tốt • Tỷ lệ khử được kiểm soát bởi tốc độ tăng nhiệt H2O H2 Khử xúc tác Tối ưu hóa S-200 • Thay đổi nhiệt độ đầu vào lớp Xúc tác thứ I tăng hoặc giảm cho đến khi tìm được áp suất vòng tổng hợp nhỏ nhất • Thay đổi nhiệt độ đầu vào lớp Xúc tác thứ II tăng hoặc giảm cho... tác thứ II tăng hoặc giảm cho đến khi tìm được áp suất vòng tổng hợp nhỏ nhất • Tiếp tục quy trình theo nguyên tắc trên đối với cả 2 lớp xúc tác cho đến khi tìm được điểm tối ưu Figure 7.10 Topsoe S-200 ammonia converter Courtesy of British Sulphur Corporation Tối ưu hóa 2.Đặc trưng xúc tác Thành phần pha một số xúc tác (XRD) 2.Đặc trưng xúc tác Figure 2.20 Low-resolution SEM image (15 kV) of a sample... điều chế xúc tác 1 Phương pháp trộn cơ học Phương pháp khô Nhiệt nung chảy hổn hợp ở 1600°C-2000°C  Độ phân tán không cao, tương tác giữa các chất mang và pha hoạt động không cao  Tạo hình của khối xúc tác là vô định hình 4.Các phương pháp điều chế xúc tác 2 Phương pháp tạo xúc tác kim loại  Phương pháp khử oxit kim loại Tác nhân khử : H2 ở nhiệt độ cao Fe3O4 + H2 KM1: 390-400°C Fe + H2O ở T = KM1R:... tạm thời 3.1 Ngộ độc tạm thời 3.2 ngộ độc xúc tác vĩnh viễn • Nguyên nhân:do các hợp chất có S,P,Cl,As • Là quá trình ngộ độc không thuận nghịch • Có S thì sẽ tạo lớp màng mỏng trên bề mặt xúc tác, không thể loại bỏ trong quá trình vận hành bình thường =>chiếm chỗ của tâm hoạt tính=>ngộ độc vĩnh viễn,không thể hoàn nguyên xúc tác Những giới hạn gây ngộ độc xúc tác • • • Dầu: Tối đa cho phép là 20 mg/NM3... kim loại tùy thuộc vào điều kiện khử 4.Các phương pháp điều chế xúc tác  Ở nhiệt độ càng cao, oxi thoát ra không đều đặn tạo ra khuyết tật trong cấu trúc xúc tác • Các chất trợ xúc tác như Al2O3, K2O,CaO…không bị khử hóa do tính khử mạnh hơn H2  Lưu ý: Kim loại mới sinh ra có hoạt tính mạnh dễ bị oxi hóa nên phải khử trong khí tổng hợp ...Chất trợ xúc tác K2O Tăng năng lượng phân ly Giảm năng lượng liên kết N2 Tăng tốc độ phản ứng Chất trợ xúc tác K2O  Tạo môi trường tĩnh điện  Làm tăng mật độ điện tử và làm tăng các khu vực hoạt động trên bề mặt Chất mang • • • • • • • • Chất mang mang:Al2O3,CaO, MgO, SiO2 là bù oxy cho bề mặt của sắt.vì trong quá trình phản ứng hoạt tính xúc tác bị giảm Sự bù oxy này làm

Ngày đăng: 07/05/2016, 15:57

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Slide 1

  • Slide 2

  • Slide 3

  • Cơ chế phản ứng

  • Cơ chế phản ứng

  • 1.Thành phần xúc tác

  • Xúc tác tổng hợp Ammonia Topsoe

  • Thành phần xúc tác

  • Xúc tác Fe/Al2O3/K2O

  • Thành phần xúc tác

  • Slide 11

  • Slide 12

  • Chất mang

  • Quá trình nạp xúc tác

  • Khử xúc tác

  • Khử xúc tác

  • Khử xúc tác

  • Khử xúc tác

  • Tối ưu hóa S-200

  • Tối ưu hóa

  • 2.Đặc trưng xúc tác

  • 2.Đặc trưng xúc tác

  • Đặc trưng xúc tác

  • Đặc trưng xúc tác

  • 3.Nguyên nhân mất hoạt tính xúc tác

  • 3.1 Ngộ độc tạm thời

  • 3.1 Ngộ độc tạm thời

  • 3.1 Ngộ độc tạm thời

  • 3.2 ngộ độc xúc tác vĩnh viễn

  • Những giới hạn gây ngộ độc xúc tác

  • 3.3Ngộ độc do thiêu kết chậm

  • 3.3 Ngộ độc do thiêu kết chậm

  • 4.Các phương pháp điều chế xúc tác

  • 4.Các phương pháp điều chế xúc tác

  • 4.Các phương pháp điều chế xúc tác

  • 4.Các phương pháp điều chế xúc tác

  • 4.Các phương pháp điều chế xúc tác

  • 5. Tái sinh xúc tác

  • 5.Tái sinh xúc tác

  • Kết luận

  • Tài liệu tham khảo

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan