So sánh hoạt tính của xúc tác Pt và Pd trong đồng phân hóa n-hexane ở 1 atm

Bảng 4.5. Độ chuyển hóa (X), độ chọn lọc (S), hiệu suất (Y), độ bền (τ), và hàm lượng cốc (C) của các xúc

tác ở nhiệt độ tối ưu (Ttư) và 1 atm.

Xúc tác

0,8Pd/HZSM5

0,8Pd-1,25Co/HZSM5

0,8Pd-1,09Ni/HZSM5

0,8Pd-1,25Fe/HZSM5

0,8Pd-1,1Re/HZSM5

0,8Pd-1,05Cu/HZSM5

0,35Pt/HZSM5

0,35Pt-1,09Ni/HZSM5

0,35Pt/Al-HY(2,5:1)



Ttư

o



C

250



X

%

56,9



S

%

86,5



Y

%

49,3



250

250

250



59,9

60,3

65,9



93,6

90,6

89,1



56,1

54,3

58,7



250

250

250

250

350



64,3

46,2

59,2

72,2

76



92,9

83,1

85,2

89,5

85,4



59,7

38,5

50,5

64,6

65,4



49,5





giờ

1



C

%

0,16



52

56,5



> 30

> 30

16



1,02

1,54

0,97



58,2

51,0

56,0



9

1

3

12

23,7



3,29

0,62

2,84

-



RON



Bảng 4.6. Kích thước cluster kim loại theo ảnh TEM (dTEM), lượng hydro hấp phụ theo HPC, mật độ tâm acid

(Tmax, TPD) của các xúc tác.

dTEM

nm



H2 hấp phụ

µmol H2/gxt



0,8Pd/HZSM5



7,36



8,8



0,8Pd-1,25Co/HZSM5



4,60



22,7



0,8Pd-1,09Ni/HZSM5



5,10



15,8



0,8Pd-1,25Fe/HZSM5



5,17



2,2



0,8Pd-1,1Re/HZSM5



4,93



1,4



0,8Pd-1,05Cu/HZSM5



5-11,08



1,6



0,35Pt/HZSM5



1,63



6,9



0,35Pt-1,09Ni/HZSM5



1,28



5,4



Xúc tác



Mật độ tâm acid, mmolNH3/100 gxt

Yếu

Tbình

Mạnh

Tổng

o

o

o

206 C 273 C 462 C

78,9

10,1

47,1

134,8

o

o

o

209 C 283 C 420 C

88,1

6,0

42,2

136,3

505

o

o

o

193 C 248 C 433 C

o

C

96,3

79,1

79,9

53,6

308,9

204 oC 263 oC 467 oC

64,8

7,8

56,7

129,3

536

o

o

o

215 C 283 C 446 C

o

C

101,8

7,7

41,6

6,6

157,7

201 oC 290 oC 455 oC

86,1

6,0

59,1

151,2

205oC

423 oC

41,84

12,72

54,56

197 oC

466 oC

95,77

53,41

149,18



Hiệu ứng điện tử còn giúp cho quá trình khử Co và Ni diễn ra dễ dàng, nên Co

và Ni tồn tại hoàn toàn ở pha kim loại có ái lực cao với hydro, hỗ trợ cho phản

ứng đồng phân hóa (hình 4.1). Xúc tác biến tính bằng Co và Ni có lượng hydro

hấp phụ cao (bảng 4.6). Do đó chúng có hoạt tính cao, với độ chuyển hóa ~ 60

o



%, độ chọn lọc ~ 94 %, và độ bền cao ở 250 C (xem bảng 4.5). Ngoài ra, các

phụ gia còn làm tăng độ bền kháng cốc của xúc tác, nên phần lớn xúc tác không

giảm hoạt tính khi hàm lượng cốc tạo thành khoảng 1 - 3 %, trong khi xúc tác

0,8Pd/HZSM5 mất hoạt tính khi lượng cốc tạo thành chỉ là 0,16 %.



a)

1) 0,8Pd/HZSM5; 2) 1,25Fe/HZSM5;

3) 0,8Pd-1,25Fe/HZSM5; 4) 1,1Re/HZSM5;

5) 0,8Pd-1,1Re/HZSM5.



b)

1) 1,25Co/HZSM5; 2)0,8Pd-1,25Co/HZSM5;

3) 1,09Ni/HZSM5; 4)0,8Pd-1,09Ni/HZSM5;

5) 1,05Cu/HZSM5; 6) 0,8Pd-1,05Cu/HZSM5;

7) 0,35Pt/HZSM5; 8)0,35Pt-1,09Ni/HZSM5.



Hình 4.1. Giản đồ TPR của các xúc tác.



Nhìn chung việc biến tính xúc tác 0,8Pd/HZSM5 bằng Ni hoặc Co tạo ra xúc

tác lưỡng kim loại vừa có hoạt tính trội hơn vừa có độ bền cao hơn hẳn so với

xúc tác đơn kim loại 0,8Pd/HZSM5 và 0,35Pt/HZSM5. Thành công đặc biệt

của luận án là đã tạo được hệ xúc tác Pd biến tính Ni hoặc Co có hoạt tính

khơng thua kém xúc tác Pt, nhưng có độ bền cao hơn nhiều so với xúc tác

0,35Pt-M/HZSM5.

4.5



Ảnh hưởng của áp suất phản ứng



4.5.1. Ảnh hưởng của áp suất phản ứng đến hoạt tính xúc tác trong đồng

phân hóa n-hexane.

Độ chuyển hóa n-hexane, độ chọn lọc isohexane, và độ bền của các xúc tác khi

tiến hành phản ứng ở áp suất tổng 7 atm vượt trội hơn hẳn so với khi tiến hành

ở áp suất 1 atm (bảng 4.7).



Bảng 4.7. So sánh hoạt tính, RON của sản phẩm lỏng, độ bền (τ) của các xúc tác điển hình trong đồng phân

hóa n-C6 ở nhiệt độ tối ưu (Ttư) ở 1 atm và 7 atm.

Xúc tác



P

atm



Ttư

C



X

%



S

%



Y

%



RON





giờ



1

7

1

7

1

7



350

300

350

325

275

250



32

82

39

79

66

79



59

85

90

84

76

98



18,9

69,7

35,1

66,4

50,2

77,4



30

57

43

58

58,5

65,5



1,25

14

3

>34

1,0

> 30



1

7

1

7

1

7

1

7

1

7

1

7



225

275

250

250

250

275

225

275

250

250

350

325



30

81

41

80

59

76

61

80

74

79

76

82



85

94

49

98

85

99

96

98

86

99

85

81



25,0

76,1

19,8

78,8

50,5

75,5

58

78,4

63,5

78,3

65

69,7



48,6

71,5

42,4

75,8

51,0

73

61,6

75,2

64,6

72,1

56

60



1

> 31

3

> 50

4

> 50

23,7

>34



o



Xúc tác Pd

0,8Pd/HY

0,8Pd/Al-HY(2,5:1)

0,8Pd/HZSM5

Xúc tác Pt

0,10Pt/HZSM5

0,15Pt/HZSM5

0,35Pt/HZSM5

0,45Pt/HZSM5

0,60Pt/HZSM5

0,35Pt/Al-HY(2,5:1)



4.5.2. Ảnh hưởng của áp suất phản ứng đến hoạt tính xúc tác trong đồng

phân hóa hỗn hợp n-pentane + n-hexane.

Bảng 4.8. Hoạt tính xúc tác trong đồng phân hóa hỗn hợp ở 1atm và 7 atm.

Xúc tác

0,8Pd/HZSM5

0,8Pd/Al-HY(2,5:1)

0,35Pt/HZSM5

0,35Pt/Al-HY(2,5:1)



P

atm

1

7

1

7

1

7

1

7



Ttư

o



C

250

275

325

350

250

300

350

325



X

%

57

76

34

61

63

77

61

79



YisoC6

%

67

79

49

71

75

64

70

42



YisoC5

%

33

67

18

42

45,6

48

42

34



Yiso

%

51

73

34

56

60,3

56

55

37



Siso

%

89

96

100

92

95

73

90

47



RON

63,1

71

59,0

66

68,5

69

66,7

69





giờ

7

>35,5

4

>32,5

> 30







24

> 33



Đặc điểm chung của các xúc tác khi làm việc ở áp suất cao là độ bền của các

xúc tác đều tăng (bảng 4.8). Ở 1 atm xúc tác 0,35Pt/HZSM5 có hiệu suất đồng

phân hóa cao nhất và sản phẩm có RON cao nhất, nhưng ở 7 atm xúc tác

0,8Pd/HZSM5 trở thành xúc tác có hiệu suất tạo isomer và RON cao nhất. Ở 7



o



atm và ngay ở 275 C trên xúc tác 0,8 %Pd/HZSM5 hiệu suất isohexane có thể

đạt tới ~ 73 %, sản phẩm lỏng có RON 71 và xúc tác có độ bền hoạt động cao.

CHƯƠNG 5 ĐỘNG HỌC VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG ĐỒNG PHÂN

HĨA N-HEXANE Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

5.1



Động học phản ứng đồng phân hóa n-hexane ở áp suất khí quyển



Động học của phản ứng đồng phân hóa n-hexane được nghiên cứu trên bốn xúc

tác có hoạt tính và độ bền cao nhất là 0,35Pt/HZSM5 và 0,35Pt1,09Ni/HZSM5, 0,8Pd-1,09Ni/HZSM5 và 0,8Pd-1,25Co/HZSM5.

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ (lgr =

f(1/T)) trong hệ tọa độ Arrhenius trên cả bốn xúc tác khơng tuyến tính, chứng

tỏ phương trình tốc độ phản ứng có dạng phân số.



Hình 5.1. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng (r) vào

áp suất n-C6 (PnC6) trên 0,8Pd-1,09Ni/HZSM5 và

0,8Pd-1,25Co/HZSM5.



Hình 5.2. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng (r) vào

áp suất H2 (PH2) trên 0,8Pd-1,09Ni/HZSM5 và 0,8Pd1,25Co/HZSM5.



Tốc độ phản ứng tăng khi áp suất riêng phần của n-hexane và hydro tăng (hình

5.1 và 5.2). Vậy trên các xúc tác này ở áp suất 1 atm, hydro có ảnh hưởng

dương đối với tốc độ phản ứng. Đặc điểm phụ thuộc này cho phép dự đốn PnC6



và PH2 tham gia trong phương trình tốc độ phản ứng ở cả tử và mẫu số.



Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng (r) vào độ chuyển hóa nhexane (X) có dạng đường cong lõm, chứng tỏ sản phẩm kìm hãm phản ứng.

Sự phụ thuộc của đại lượng nghịch đảo tốc độ phản ứng (1/r) vào áp suất riêng



phần isohexane (PisoC6) (hình 5.3) có dạng tuyến tính, cho thấy PisoC6 chỉ tham

gia vào mẫu số của phương trình động học với số mũ có khả năng là 1.



Hình 5.3. Sự phụ thuộc của đại

lượng nghịch đảo tốc độ phản

ứng đồng phân hóa n-hexane

(1/r) vào áp suất riêng phần của

isohexane (PisoC6) trên hai xúc

tác



0,8Pd-1,09Ni/HZSM5



và



0,8Pd-1,25Co/HZSM5.



Từ các kết quả trên, phương trình động học tổng quát của phản ứng đồng phân

o

hóa n-hexane trên bốn xúc tác ở áp suất khí quyển, trong vùng nhiệt độ 215 C o

300 C được đề xuất như sau:

kP

r

(Cn1 k

P







k lP

P



1 nC 6H14



2



n



m



P H 2

k



nC 6 H14

m2



H

2



3 iC6H14







k

Pm 4 P n

4

4



H

2



nC 6H14



)2



(5.1)







Tính tốn số liệu thực nghiệm theo phương pháp bình phương cực tiểu với cơng

cụ Solver trong Excel cho phương trình động học có dạng:



r 1

k

P



1 nC

6H14



P0,5



kP





(5.2)



nC 6 H14 0,5

H2



k P

2



H

2



k P

3



iC6H14



Giá trị của các hằng số động học của phản ứng trên bốn xúc tác được nêu trong

bảng 5.1.

13