Đang tải... (xem toàn văn)
Xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu phát triển từ giữathế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 có tới 8090 % các sản phẩmtrong cuộc sống có sử dụng xúc tác trong sản xuất đặcbiệt trong ngành lọc hóa dầu.• Hiện nay các hãng năng lượng trên thế giới đang yêu cầucần giảm thiểu lượng CO2 nên đã xuất hiện nhiều nguồnnăng lượng thay thế nhưng ở mức độ nhất định và dầumỏ vẫn là nguồn năng lượng chính.=> Xúc tác vẫn đóng vai trò hàng đầu trong phát triển côngnghệ và kinh tế trong thế kỷ 21.2.1. Sự phát triển của lọc hóa dầu: các sự kiệnkinh tế chính trị dẫn đến hệ quả.1• Cần tìm năng lượng thay thế nhưng nănglượng dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế• Phân đoạn nặng ít được chế biến thànhphân đoạn nhẹ hơn dù nhu cầu phân đoạnnhẹ cao nên cracking xúc tác phát triển.n người nhận thức rõ hơn về việc bảo vệmôi trường nên đưa ra các tiêu chuẩn chonhiên liệu động cơ.
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 3.3 Các nguồn năng lượng thay thế 3.3.1 KHÍ TỰ NHIÊN - Ở châu Âu dùng sản xuất điện và nhiên liệu động cơ. Trong tương lại phần lớn khí tự nhiên dùng để sản xuất các nhiên liệu động cơ và các sản phẩm trung gian cho ngành hóa học - Có 2 cách chuyển đổi khí tự nhiên: Phương pháp gián tiếp • Dùng Fischer-tropcher biến đổi khí tự nhiên thành khí tổng hợp hoặc tổng hợp methanol. • Tổng hợp FT cho sản phẩm là hydrocacbon và sản phẩm chưng cất ở giữa chất lượng cao Phương pháp trực tiếp • Qúa trình chuyển đổi một phần metan thành metanol và formaldehyde • Chuyển đổi trực tiếp thành aromatic ở nhiệt độ cao (700 C) 26 3.3.2 Than đá • Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch, thành phần chính là C ngoài ra còn có các nguyên tố khác như S, N. • Khi đốt cháy sinh ra lượng lớn khí CO2 nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường hiệu ứng nhà kính…. Các cách chuyển đổi Hóa lỏng Hóa khí • Aromatiic • Sản xuất hydrocacbon khí cho ngành hóa dầu và hydrocacbon lỏng cho nhiên liệu sạch. • Thực hiện ở 1300-1400 C • Khí tổng hợp thu được dùng để sản xuất nhiên liệu động cơ theo 27 FT hoặc methanol 3.3.3 Sinh khối (Biomass) Biomass là nguồn duy nhất không thể thay thế thức ăn của con người. Nhiên liệu sinh khối tồn tại thể rắn, lỏng khí. Được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau như : Gỗ, chất thải nông nghiệp, thức ăn thừa... Có 3 cách để chuyển hóa biomass thành nguồn năng lượng: +Quá trình chuyển hóa hóa học với sự có mặt của xúc tác dẫn tới quá trình sản xuất nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học hoặc dầu nhờn sinh học hoặc quá trình khí hóa + Nhiệt phân xúc tác trong điều kiện thiếu oxi + Lên men dùng xúc tác enzim Sản phẩm 3.3.4 Công nghê sinh học Ngành công nghệ sinh học đặc biệt là các xúc tác sinh học đóng vai trò quan trọng trong tương lai. Khí hóa sản phẩm sinh học thành các sản phẩm thay thế để sản xuất khí tổng hợp và hydro Các ứng dụng chủ yếu là : xử lý khí tổng hợp, chất thải rắn, xử lý sinh học nước bị ô nhiễm….. 3.3.5 Hydrogen Hydro đang trở thành ngành công nghiệp lớn và có xu thướng chiếm ưu thế hiện nay. Được dùng gần như hoàn toàn là chất phản ứng trong lọc hóa dầu. Hàng năm sản xuất 45106 t/năm chiếm 1.5% sản xuất năng lượng sơ cấp trên thế giới. Hydro là chất quan trọng cung cấp năng lượng cao và hạn chế các phản ứng phụ. Được vận chuyển bằng đường ống ở dạng lỏng. Sản xuất bằng khí hóa than, biomass, steam reforming của metan hoặc điện phân nước…. PƯ WGS : CO + H20 H2 +CO2 + Phản ứng quan trọng trong sản xuất H2 với mục đích giảm lượng CO và tăng H2 + Xúc tác : Fe3O4/Cr2O3/CuO • Hydro thay thế một số nhiên liệu động cơ dầu. Có 2 cách chuyển đổi : trực tiếp sử dung động cơ đôt trong hoặc pin nhiên liệu nhưng cả 2 cách đều gặp vấn đề phân phối và lưu trữ 32 Các yêu cầu của xúc tác : - các vật liệu xúc tác mới có mao quản nhỏ và trung bình,xúc tác màng hoặc các thiết bị phản ứng màng, vật liệu mới cho lưu trữ hydrogen. - việc thay thế các kim loại quý hiếm - sự phát triển của xúc tác sinh học cho các phân đoạn dầu mỏ trong thời gian trung hạn, và sự biến đổi của sinh khối trong dài hạn - tối ưu hóa việc sử dụng các chất xúc tác thông qua các kỹ thuật thực hiện các ngành công nghiệp mới. - cải thiện sự hiểu biết về cơ chế phản ứng và các chất xúc tác và phương thức hoạt động thông qua việc sử dụng kỹ thuật phát triển mới. 33 4..Kết luận -Tiếp tục thay đổi trong tương lai trong ngành công nghiệp lọc hóa dầu . + Bảo vệ môi trường, chống lại hiệu ứng nhà kính. + Cạnh tranh quốc tế, tiến bộ trong tất cả các lĩnh vực. + Xúc tác chọn lọc là yếu tố đặc biệt quan tâm - 2020 và xa hơn cần phải thay thế dần bằng các nguồn năng lượng khác : Hydro, nhiên liệu sinh học….. [...]... 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 xu t 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... 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. .. triển của xúc tác sinh học cho các phân đoạn dầu mỏ trong thời gian trung hạn, và sự biến đổi của sinh khối trong dài hạn - tối ưu hóa việc sử dụng các chất xúc tác thông qua các kỹ thuật thực hiện các ngành công nghiệp mới - cải thiện sự hiểu biết về cơ chế phản ứng và các chất xúc tác và phương thức hoạt động thông qua việc sử dụng kỹ thuật phát triển mới 33 4 Kết luận -Tiếp tục thay đổi trong tương. .. 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... +CO2 + Phản ứng quan trọng trong sản xu t H2 với mục đích giảm lượng CO và tăng H2 + Xúc tác : Fe3O4/Cr2O3/CuO • Hydro thay thế một số nhiên liệu động cơ dầu Có 2 cách chuyển đổi : trực tiếp sử dung động cơ đôt trong hoặc pin nhiên liệu nhưng cả 2 cách đều gặp vấn đề phân phối và lưu trữ 32 Các yêu cầu của xúc tác : - các vật liệu xúc tác mới có mao quản nhỏ và trung bình ,xúc tác màng hoặc các thiết bị... 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 xu t ` 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... dùng xúc tác enzim Sản phẩm 3.3.4 Công nghê sinh học Ngành công nghệ sinh học đặc biệt là các xúc tác sinh học đóng vai trò quan trọng trong tương lai Khí hóa sản phẩm sinh học thành các sản phẩm thay thế để sản xu t khí tổng hợp và hydro Các ứng dụng chủ yếu là : xử lý khí tổng hợp, chất thải rắn, xử lý sinh học nước bị ô nhiễm… 3.3.5 Hydrogen Hydro đang trở thành ngành công nghiệp lớn và có xu. .. thức ăn của con người Nhiên liệu sinh khối tồn tại thể rắn, lỏng khí Được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau như : Gỗ, chất thải nông nghiệp, thức ăn thừa Có 3 cách để chuyển hóa biomass thành nguồn năng lượng: +Quá trình chuyển hóa hóa học với sự có mặt của xúc tác dẫn tới quá trình sản xu t nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học hoặc dầu nhờn sinh học hoặc quá trình khí hóa + Nhiệt phân xúc tác trong. .. 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... 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 xu t bởi quá trình oligomer hóa của ethylene ... phát triển công nghiệp xúc tác lọc hóa dầu vào nửa cuối kỷ 20 Định hướng lâu dài ngành công nghiệp xúc tác lọc hóa dầu Kết 1.Giới thiệu • Xúc tác công nghiệp lọc hóa dầu phát triển từ kỷ 20... xúc tác • Xúc tác zeolite Y 1930s 1980s 1990s đến • Xúc tác zeolit Y siêu bền (USY) • ZSM-5 2.2 Sự phát triển xúc tác trình lọc dầu thông dụng Reforming xúc tác 1949 trở trước 1960-nay • Xúc tác. .. chuyển hóa biomass thành nguồn lượng: +Quá trình chuyển hóa hóa học với có mặt xúc tác dẫn tới trình sản xu t nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học dầu nhờn sinh học trình khí hóa + Nhiệt phân xúc tác