Nghiên Cứu Xúc Tác H-ZSM5 Ứng Dụng Trong Công Nghệ Sản Xuất Xăng RON Cao

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật hóa dầu nghiên cứu xúc tác trên cơ sở h zsm5 ứng dụng cho công nghệ sản xuất xăng có chỉ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Vũ Mão
• Người hướng dẫn: PGS. TS Huỳnh Quyền
• Trường học: Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu
• Đề tài: Nghiên Cứu Xúc Tác H-ZSM5 Trong Sản Xuất Xăng RON Cao Từ Naphtha
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC HÌNH - BIỂU ĐỒ
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tổng quan về nguyên liệu
• 2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.1.2. Tình hình trữ lượng và chế biến
• 2.1.3. Tổng quan về tình hình tiêu thụ nhiên liệu
• 2.2. Tổng quan về công nghệ tăng RON
• 2.2.1. Những công nghệ tăng RON tiêu biểu cho naphtha
• 2.2.2. So sánh các công nghệ tăng RON
• 2.2.3. Yêu cầu đặt ra và lựa chọn công nghệ tăng RON cho naphtha
• 2.2.3.1. Công nghệ tăng RON cho naphtha không sử dụng hydrogen MUP
• 2.2.3.2. Tổng quan lý thuyết
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4. Quy trình tiến hành thực nghiệm
• 3.4.1. Tiến hành phản ứng
• 3.4.2. Phương pháp đánh giá hoạt tính xúc tác
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả tẩm Mo tối ưu trên zeolite H-ZSM5
• 4.2. Kết quả tẩm Cr tối ưu lên xúc tác 10Mo/H-ZSM5
• 4.3. Kết quả tiến hành thí nghiệm trên nguồn nguyên liệu naphtha với xúc tác 10Mo,3Cr/H-ZSM5
• 4.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 4.5. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác
• 4.6. Đề xuất cơ chế và hướng ưu tiên của phản ứng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
• 5.1. Ý nghĩa khoa học
• 5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐƯỢC SỬ DỤNG
• PHỤ LỤC 2: DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG BET
• 2.1. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG H-ZSM5
• 2.2. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU 5M
• 2.3. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU LOMO
• 2.4. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU 15M
• 2.5. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU LOMO1CT
• 2.6. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU LOMO3Cr
• 2.7. DIỆN TÍCH BỀ MẶT RIÊNG MẪU LOMOSCY
• PHỤ LỤC 3: PHỔ XRD CỦA XÚC TÁC
• 3.1. PHỔ XRD MẪU 5MO
• 3.2. PHỔ XRD MẪU 10MO
• 3.3. PHỔ XRD MẪU 15M
• 3.4. PHỔ XRD MẪU LOMO1CE
• 3.5. PHỔ XRD MẪU LOMO3CEr
• 3.6. PHỔ XRD MẪU LOMOSCE
• PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN
• 4.1. NGUYÊN LIỆU NAPHTHA
• 4.2. SẢN PHẨM TẠI MẪU M380,2
• 4.3. SẢN PHẨM TẠI MẪU M450,2
• 4.4. SẢN PHẨM TẠI MẪU M500,2
• 4.5. SẢN PHẨM TẠI MẪU M380,1
• 4.6. SẢN PHẨM TẠI MẪU M380,3

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Nghiên Cứu Xúc Tác H ZSM5 Nâng RON Naphtha

Khí thải từ nhiên liệu kém chất lượng là thách thức lớn. Nhiều quốc gia đang loại bỏ nhiên liệu cũ và nâng cao tiêu chuẩn. Tại Việt Nam, việc ngừng sản xuất xăng A83 vào 1/1/2014 đã được phê duyệt. Việt Nam có trữ lượng condensate dồi dào từ các mỏ dầu khí, dự kiến sẽ tiếp tục tăng. Các nhà máy chế biến condensate hiện chủ yếu tạo ra xăng A83. Việc ngừng sản xuất xăng A83 buộc các nhà máy phải tìm công nghệ mới. Công nghệ tăng RON cho naphtha theo nguyên lý thơm hóa không sử dụng Hydrogen MUP được nhắm đến. Luận văn tập trung vào khảo sát tổng hợp và đánh giá hiệu quả của xúc tác thông qua quá trình tăng RON cho naphtha.

1.1. Tổng Quan Về Trữ Lượng Condensate Tại Việt Nam

Việt Nam có trữ lượng condensate khá lớn. Sản lượng chế biến của các nhà máy đạt gần 500,000 tấn năm 2009. Tuy nhiên, công nghệ hiện tại chỉ tạo ra xăng A83. Chính phủ đã thông qua lộ trình hạn chế xăng có RON thấp, tiêu biểu là A83. Điều này buộc các nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ phải tìm công nghệ mới để duy trì sản xuất. Công nghệ tăng RON cho naphtha được xem là giải pháp tiềm năng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Nâng Cấp Naphtha

Việc nâng cấp naphtha để sản xuất xăng có RON cao là vô cùng quan trọng. Điều này giúp các nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ tại Việt Nam tiếp tục sản xuất. Nếu không có công nghệ mới, họ có thể phải ngừng hoạt động. Quá trình tăng RON không sử dụng hydrogen là công nghệ tiềm năng. Nó có quy trình vận hành đơn giản và chi phí đầu tư thấp, rất phù hợp với các nhà máy condensate vừa và nhỏ.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Xúc Tác Cho Sản Xuất Xăng RON Cao

Việc chính phủ không cho lưu hành xăng A83 sẽ ảnh hưởng lớn đến các nhà máy chế biến condensate. Nếu muốn sản xuất xăng A92, cần tăng lượng reformate và phụ gia, làm tăng chi phí sản xuất và giảm lợi nhuận. Nếu không giải quyết được công nghệ đầu ra, các nhà máy có thể ngừng hoạt động. Xúc tác trong công nghệ tăng RON cho naphtha hiện chủ yếu được phân phối độc quyền. Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp xúc tác, ứng dụng sản xuất xăng có chỉ số RON cao từ naphtha. Kết quả sẽ chỉ ra hướng đi cơ bản cho việc tổng hợp và sử dụng xúc tác.

2.1. Sự Phụ Thuộc Vào Nguồn Cung Ứng Xúc Tác

Hiện tại, xúc tác cho quá trình tăng RON vẫn còn khá mới mẻ và được độc quyền cung cấp bởi một nhà cung cấp Trung Quốc. Đây là yếu tố then chốt khiến các nhà máy khó có thể áp dụng rộng rãi công nghệ mới này. Cần phải có nghiên cứu để chủ động về nguồn cung ứng xúc tác, tránh phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất. Việc này sẽ giúp giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh cho các nhà máy chế biến condensate.

2.2. Yêu Cầu Đối Với Xúc Tác Trong Quá Trình Tăng RON

Từ quan điểm phản ứng tăng RON từ naphtha, xúc tác cần có sự kết hợp của các phản ứng dehydro hoá, cracking, vòng hoá và isome hoá. Xúc tác cần có hai chức năng: chức năng acid và chức năng kim loại. Dựa trên nghiên cứu trước đây, zeolite H-ZSM5 có hiệu ứng xúc tác cho phản ứng cracking và vòng hoá. Nghiên cứu gần đây cho thấy, hệ xúc tác với Mo có độ chọn lọc cao cho phản ứng isome hoá.

2.3. Vai Trò của Zeolite H ZSM5 Trong Xúc Tác

Zeolite H-ZSM5 đóng vai trò quan trọng trong xúc tác tăng RON. Nó có khả năng xúc tác phản ứng cracking đồng thời và vòng hoá các olefin. Các tâm acid Lewis và Bronsted của H-ZSM5 giúp tăng hiệu quả của quá trình. Sự kết hợp của H-ZSM5 với các kim loại như Mo và Cr có thể tạo ra xúc tác hiệu quả cho quá trình tăng RON từ naphtha.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tổng Hợp Xúc Tác H ZSM5 Mo Cr

Trong khuôn khổ luận văn, chúng ta sẽ nghiên cứu tổng hợp xúc tác trên cơ sở tâm các tâm kim loại Mo và Cr lên chất mang zeolite H-ZSM5. Khảo sát tính chất xúc tác thu được và tiễn hành nghiên cứu thử nghiệm hoạt tính xúc tác trên mô hình thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định với nguyên liệu là n-hexane (một cau tử tiêu biểu của n- paraffin mach ngan có trong phân đoạn naphtha) nhằm đánh giá, xác định hàm lượng kim loại tâm tối ưu lên chất mang zeolite H-ZSM5. Bước cuối cùng là chạy hệ thống thử nghiệm xúc tác tối ưu với nguồn nguyên liệu naphtha.

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Xúc Tác Mo Cr H ZSM5

Quy trình tổng hợp xúc tác bắt đầu bằng việc tẩm các kim loại Mo và Cr lên chất mang zeolite H-ZSM5. Các kim loại được tẩm theo những tỉ lệ khác nhau để tối ưu hóa hoạt tính xúc tác. Xúc tác tạo thành sau đó được đánh giá bằng các phương pháp phân tích XRD, BET, TEM. Từ đó, xác định hàm lượng kim loại tối ưu nên tẩm trên xúc tác H-ZSM5.

3.2. Đánh Giá Hoạt Tính Xúc Tác Sử Dụng N Hexane

Hoạt tính xúc tác được đánh giá bằng cách thực hiện phản ứng trên nguồn nguyên liệu n-hexane. n-hexane là một cấu tử tiêu biểu của n-paraffin mạch ngắn có trong naphtha. Nguyên liệu và sản phẩm được phân tích bằng GC-MS để đánh giá hiệu quả thực tế của xúc tác. Kết quả này giúp xác định hàm lượng kim loại tối ưu để sử dụng trong quá trình tăng RON.

3.3. Thử Nghiệm Xúc Tác Tối Ưu Với Nguồn Naphtha

Sau khi xác định được xúc tác tối ưu, hệ thống thử nghiệm được chạy với nguồn nguyên liệu naphtha thực tế. Điều này giúp đánh giá hiệu quả của xúc tác trong điều kiện sản xuất thực tế. Sản phẩm sau phản ứng được phân tích để xác định chỉ số RON và thành phần hóa học.

IV. Kết Quả Tối Ưu Hóa Xúc Tác Mo Cr H ZSM5 Tăng RON Naphtha

Kết quả cho thấy, việc tẩm 10% Mo và 3%Cr lên zeolite H-ZSM5 không những không làm thay đổi những tính chất có lợi của zeolite, mà còn giúp tăng cường hoạt tính, diện tích bề mặt và ổn định zeolite HSZM-5. Sản phẩm Naphtha có chỉ số RON ban đầu là 69, sau khi thực hiện phản ứng với xúc tác 10%Mo,3%Cr/H-ZSM5 trong vòng 2 giờ, sản phẩm đã đạt chỉ số RON là 77. Tỉ lệ thành phần aromatic trong sản phẩm tăng từ 2.73% (chứa 2% benzene), đáp ứng được tiêu chuẩn về nhiên liệu của Euro2. Hiệu suất thu hồi lỏng tương đối cao, khoảng 57%.

4.1. Ảnh Hưởng Của Mo và Cr Đến Tính Chất Xúc Tác H ZSM5

Việc tẩm Mo và Cr lên zeolite H-ZSM5 có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất xúc tác. Hàm lượng Mo và Cr tối ưu giúp tăng cường hoạt tính, diện tích bề mặt và ổn định zeolite. Kết quả phân tích XRD, BET và TEM cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc và tính chất của xúc tác sau khi tẩm kim loại.

4.2. Cải Thiện Chỉ Số Octane RON Của Naphtha

Quá trình phản ứng với xúc tác Mo,Cr/H-ZSM5 giúp cải thiện đáng kể chỉ số RON của naphtha. Từ chỉ số RON ban đầu là 69, sản phẩm sau phản ứng đạt chỉ số RON là 77. Điều này cho thấy hiệu quả của xúc tác trong việc tăng RON của naphtha.

4.3. Tăng Hàm Lượng Aromatic Trong Sản Phẩm

Sản phẩm sau phản ứng có hàm lượng aromatic tăng từ 2.73% (chứa 2% benzene), đáp ứng tiêu chuẩn về nhiên liệu của Euro2. Điều này cho thấy xúc tác có khả năng chuyển hóa các hydrocacbon thành aromatic, góp phần nâng cao chất lượng xăng.

V. Ảnh Hưởng Nhiệt Độ và Khối Lượng Xúc Tác Lên RON Naphtha

Xúc tác sau phản ứng có thể được tái sinh. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi sản phẩm xăng, cũng như chất lượng thành phần của xăng cũng đã được khảo sát. Kết quả cho thấy nhiệt độ tăng sẽ làm thành phần aromatic và khí trong sản phẩm tăng theo, nhiệt độ thích hợp để có hiệu quả tối ưu là 380°C. Bên cạnh đó, khối lượng xúc tác không làm ảnh hưởng nhiều đến phản ứng trừ khi lượng xúc tác quá nhỏ.

5.1. Tác Động của Nhiệt Độ Đến Hiệu Suất và Thành Phần Xăng

Nhiệt độ phản ứng có tác động đáng kể đến hiệu suất thu hồi sản phẩm xăng và thành phần của nó. Nhiệt độ tăng làm tăng hàm lượng aromatic và khí trong sản phẩm. Nhiệt độ tối ưu cho hiệu quả phản ứng cao nhất là 380°C.

5.2. Ảnh Hưởng Khối Lượng Xúc Tác Đến Quá Trình

Khối lượng xúc tác không ảnh hưởng nhiều đến phản ứng, trừ khi lượng xúc tác quá nhỏ. Điều này cho thấy xúc tác có hoạt tính cao và hiệu quả, không cần một lượng lớn để đạt được hiệu quả tốt.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Nghiên Cứu Xúc Tác H ZSM5 Tương Lai

Kết quả nghiên cứu của luận văn cho thấy khả năng bước đầu nghiên cứu xúc tác cho công nghệ tăng RON từ nguồn nguyên liệu Naphtha, định hướng cho công nghệ đầu ra cho các nha máy lọc dầu chế biến condensate cỡ nhỏ tại Việt Nam. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa xúc tác và quy trình sản xuất, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh.

6.1. Ý Nghĩa Khoa Học và Thực Tiễn của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng. Nó cung cấp một hướng đi mới cho việc tổng hợp xúc tác tăng RON từ naphtha. Đồng thời, nó định hướng cho công nghệ đầu ra cho các nhà máy lọc dầu chế biến condensate cỡ nhỏ tại Việt Nam.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Xúc Tác Tăng RON

Cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa xúc tác và quy trình sản xuất. Các nghiên cứu nên tập trung vào việc cải thiện hoạt tính xúc tác, giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh. Đồng thời, cần đánh giá tác động môi trường của quá trình và tìm kiếm các giải pháp thân thiện với môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu trữ lượng condensate dồi dào, với sản lượng chế biến đạt gần 500.000 tấn năm 2009, đóng góp quan trọng vào nguồn nhiên liệu trong nước. Tuy nhiên, công nghệ hiện tại của các nhà máy chế biến condensate chủ yếu sản xuất xăng A83 với chỉ số octane thấp, không đáp ứng được yêu cầu bảo vệ môi trường và tiêu chuẩn nhiên liệu mới. Theo lộ trình của Chính phủ, từ ngày 1/1/2014, việc sản xuất và lưu thông xăng A83 bị cấm nhằm giảm thiểu ô nhiễm khí thải. Điều này đặt ra thách thức lớn cho các nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ, buộc phải tìm kiếm công nghệ mới để nâng cao chỉ số RON của xăng sản xuất từ naphtha.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá hiệu quả xúc tác Mo, Cr trên chất mang zeolite H-ZSM5 nhằm tăng chỉ số RON cho naphtha theo nguyên lý thơm hóa không sử dụng hydrogen (MUP non-hydrogen RIPP). Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trung tâm Lọc hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh, trong năm 2013. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc phát triển công nghệ sản xuất xăng sạch, thân thiện môi trường, đồng thời giúp các nhà máy chế biến condensate tại Việt Nam chủ động về nguồn xúc tác và nâng cao hiệu quả kinh tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính:

• Lý thuyết xúc tác zeolite H-ZSM5: Zeolite H-ZSM5 với tỷ lệ Si/Al cao có tính acid mạnh, thích hợp cho các phản ứng cracking, isomer hóa và thơm hóa hydrocarbon. Cấu trúc mao quản của H-ZSM5 tạo điều kiện thuận lợi cho sự chọn lọc hình dạng, giúp tăng hiệu quả xúc tác.
• Lý thuyết xúc tác kim loại Mo và Cr trên zeolite: Mo và Cr được biết đến có khả năng xúc tác các phản ứng dehydro hóa, cracking và vòng hóa olefin. Sự kết hợp Mo và Cr trên H-ZSM5 tạo ra xúc tác có hai chức năng acid và kim loại, cần thiết cho quá trình tăng RON không sử dụng hydrogen. Các phản ứng chính bao gồm dehydro hóa naphthene, cracking parafin dài, vòng hóa olefin và isomer hóa parafin ngắn.

Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số RON (Research Octane Number), xúc tác tầng cố định, phương pháp tẩm ướt xúc tác, phân tích XRD, BET, TEM, TPD-NH3, và phân tích GC-MS.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là naphtha thu được từ nhà máy chế biến condensate của Công ty Saigon Petro. Xúc tác được tổng hợp bằng phương pháp tẩm ướt với các hàm lượng Mo (5%, 10%, 15%) và Cr (1%, 3%, 5%) trên chất mang zeolite H-ZSM5 (Si/Al = 27). Các mẫu xúc tác được xử lý nhiệt ở 500°C và đánh giá tính chất bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), đo diện tích bề mặt riêng (BET), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và giải hấp NH3 theo chu trình nhiệt độ (TPD-NH3).

Phản ứng tăng RON được tiến hành trên mô hình thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định tại Trung tâm Lọc hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Nguyên liệu là n-hexane và naphtha, với điều kiện vận hành: nhiệt độ 350-500°C, áp suất khí quyền, lưu lượng 18 ml/h, khối lượng xúc tác 1-3 g. Sản phẩm được phân tích thành phần bằng sắc ký khí khối (GC-MS) tại Trung tâm phân tích sắc ký Hải Đăng, TP. Hồ Chí Minh.

Thời gian nghiên cứu từ tháng 6 đến tháng 12 năm 2013, với quy trình tổng hợp xúc tác, khảo sát tính chất, thực nghiệm phản ứng và phân tích sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối ưu hàm lượng Mo trên zeolite H-ZSM5:

   • Xúc tác 10% Mo/H-ZSM5 giữ được cấu trúc tinh thể zeolite với các peak đặc trưng trên phổ XRD, trong khi 15% Mo làm giảm độ kết tinh.
   • Diện tích bề mặt riêng BET của xúc tác 10% Mo đạt khoảng 290 m²/g, gần bằng mẫu 5% Mo nhưng cao hơn mẫu 15% Mo.
   • Phân tích TEM cho thấy các tâm Mo phân tán tốt trên bề mặt zeolite ở mẫu 10% Mo.
   • Mật độ acid trung bình và yếu tăng theo hàm lượng Mo, với mẫu 10% Mo có peak acid yếu ở 221.4°C và acid mạnh ở 457.5°C, phù hợp cho phản ứng isomer hóa và thơm hóa.

2. Ảnh hưởng của Cr trên xúc tác 10% Mo/H-ZSM5:

   • Tẩm thêm 3% Cr lên xúc tác 10% Mo/H-ZSM5 không làm thay đổi cấu trúc zeolite, tăng cường hoạt tính xúc tác cho phản ứng dehydro-vòng hóa methane.
   • Xúc tác 10% Mo, 3% Cr/H-ZSM5 cho hiệu suất chuyển hóa n-hexane cao hơn so với xúc tác chỉ có Mo.

3. Hiệu quả tăng RON trên nguyên liệu naphtha:

   • Naphtha ban đầu có chỉ số RON khoảng 69. Sau 2 giờ phản ứng với xúc tác 10% Mo, 3% Cr/H-ZSM5 ở 380°C, chỉ số RON tăng lên 77.
   • Hàm lượng aromatic trong sản phẩm tăng từ 2.73% (trong đó benzene chiếm 2%) lên mức đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2.
   • Hiệu suất thu hồi lỏng đạt khoảng 57%, xúc tác có thể tái sinh sau phản ứng.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và khối lượng xúc tác:

   • Nhiệt độ tăng từ 380°C đến 500°C làm tăng hàm lượng aromatic và khí trong sản phẩm, tuy nhiên nhiệt độ tối ưu để cân bằng hiệu suất và chất lượng sản phẩm là 380°C.
   • Khối lượng xúc tác từ 1g đến 3g không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phản ứng, trừ khi lượng xúc tác quá nhỏ.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy xúc tác Mo, Cr/H-ZSM5 có khả năng duy trì cấu trúc zeolite và tăng mật độ acid trung bình, yếu, tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng isomer hóa và thơm hóa, từ đó nâng cao chỉ số RON của naphtha. Việc tẩm ướt đồng thời Mo và Cr giúp xúc tác có chức năng kim loại và acid đồng thời, phù hợp với cơ chế phản ứng tăng RON không sử dụng hydrogen.

So sánh với các nghiên cứu trước, kết quả tương đồng với báo cáo của Bin Li và Guojun Shi về vai trò của Mo và Cr trong xúc tác zeolite. Sự gia tăng hàm lượng aromatic và chỉ số RON phù hợp với tiêu chuẩn Euro 2, đáp ứng yêu cầu môi trường và kỹ thuật hiện hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ XRD, BET, TEM minh họa cấu trúc và phân tán kim loại; biểu đồ TPD-NH3 thể hiện mật độ acid; bảng số liệu phân tích GC-MS so sánh thành phần nguyên liệu và sản phẩm; biểu đồ biến thiên RON và hiệu suất thu hồi theo nhiệt độ và khối lượng xúc tác.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng xúc tác Mo, Cr/H-ZSM5 trong các nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ:

   • Triển khai công nghệ tăng RON không sử dụng hydrogen với xúc tác tổng hợp trong nước để giảm phụ thuộc nhập khẩu.
   • Mục tiêu nâng chỉ số RON sản phẩm lên trên 77 trong vòng 2 giờ phản ứng, áp dụng trong 1-2 năm tới.

2. Tối ưu điều kiện vận hành phản ứng:

   • Duy trì nhiệt độ phản ứng khoảng 380°C để cân bằng hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
   • Khối lượng xúc tác nên duy trì ở mức 2g/lưu lượng 18 ml/h để đảm bảo hiệu quả phản ứng.

3. Nghiên cứu mở rộng xúc tác và cơ chế phản ứng:

   • Khảo sát thêm các tỷ lệ Mo, Cr khác nhau và các kim loại khác để nâng cao hiệu suất và độ bền xúc tác.
   • Thực hiện phân tích sâu cơ chế phản ứng để tối ưu hóa thiết kế xúc tác.

4. Phát triển quy trình tái sinh xúc tác:

   • Xây dựng quy trình tái sinh xúc tác sau phản ứng nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí vận hành.
   • Thời gian tái sinh và chu kỳ sử dụng xúc tác cần được xác định rõ ràng trong 6-12 tháng tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư tại nhà máy chế biến condensate:

   • Hiểu rõ công nghệ tăng RON không sử dụng hydrogen và lựa chọn xúc tác phù hợp để nâng cao hiệu quả sản xuất.

2. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực kỹ thuật hóa dầu:

   • Tham khảo phương pháp tổng hợp xúc tác và phân tích tính chất xúc tác zeolite Mo, Cr/H-ZSM5.

3. Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý môi trường:

   • Nắm bắt xu hướng công nghệ nhiên liệu sạch, hỗ trợ định hướng phát triển công nghiệp lọc hóa dầu bền vững.

4. Các doanh nghiệp cung cấp xúc tác và thiết bị công nghiệp:

   • Phát triển sản phẩm xúc tác phù hợp với yêu cầu thị trường Việt Nam, mở rộng ứng dụng công nghệ MUP non-hydrogen RIPP.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ tăng RON không sử dụng hydrogen có ưu điểm gì so với công nghệ truyền thống?
   Công nghệ này có thiết kế đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp, không cần nguồn hydrogen đắt đỏ, phù hợp với nhà máy quy mô vừa và nhỏ. Sản phẩm đạt chỉ số RON cao và tiêu chuẩn môi trường Euro 2 trở lên.

2. Tại sao chọn zeolite H-ZSM5 làm chất mang xúc tác?
   Zeolite H-ZSM5 có cấu trúc mao quản phù hợp, tính acid cao, giúp xúc tác có khả năng cracking, isomer hóa và thơm hóa hiệu quả, tăng độ chọn lọc sản phẩm.

3. Vai trò của Mo và Cr trong xúc tác là gì?
   Mo xúc tác phản ứng dehydro hóa và isomer hóa, Cr hỗ trợ phản ứng dehydro hóa alkane, tăng hiệu suất tạo aromatic và cải thiện độ bền xúc tác.

4. Nhiệt độ phản ứng tối ưu là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ 380°C là tối ưu, cân bằng giữa hiệu suất thu hồi lỏng và chất lượng sản phẩm, tránh tạo nhiều khí và coke.

5. Xúc tác có thể tái sinh và sử dụng lại không?
   Có, xúc tác sau phản ứng có thể tái sinh để duy trì hoạt tính, giúp giảm chi phí vận hành và tăng tuổi thọ xúc tác.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công xúc tác Mo, Cr trên zeolite H-ZSM5 với cấu trúc ổn định và mật độ acid phù hợp cho phản ứng tăng RON.
• Xúc tác 10% Mo, 3% Cr/H-ZSM5 cho hiệu quả cao trong việc nâng chỉ số RON của naphtha từ 69 lên 77, đáp ứng tiêu chuẩn Euro 2.
• Nhiệt độ phản ứng 380°C và khối lượng xúc tác 2g là điều kiện tối ưu cho quá trình.
• Công nghệ tăng RON không sử dụng hydrogen phù hợp với các nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ tại Việt Nam, giúp giảm chi phí và bảo vệ môi trường.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng xúc tác, tối ưu quy trình và phát triển công nghệ tái sinh xúc tác trong giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm quy mô pilot tại các nhà máy chế biến condensate trong nước, đồng thời phát triển nguồn xúc tác nội địa để chủ động công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Đặt van đề Khí thải do nhiên liệu kém chất lượng tạo ra đang là một thách thức lớn cho xã hội. Nhiều nước trên thế giới đang tiên phong trong van dé loại bỏ nhiên liệu cũ, nâng cao tiêu chuẩn cho nhiên liệu đang lưu hành nhằm hạn chế bớt phan nao 6 nhiễm môi trường do khí thải. Tai Việt Nam, Bộ Thuong Mại (nay là Bộ Công Thương) đã có công văn dé nghị ngừng sản xuất xăng A83 từ năm 2006 va Thủ tướng chính phủ cũng đã phê duyệt ngừng sản xuất và lưu thông xăng A83 từ ngày 1/1/2014.

Chúng ta có trữ lượng condensate khá dỗổi dao từ các mỏ dau, khí. Lượng condensate này dự kiến sẽ còn tiếp tục tăng thêm trong tương lai gần. Như bảng số liệu dưới đây: 14oo__ E€ hoạch khai thác condensate giai đoạn 2010 - 2025 1.000 = 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015/ 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 | 2024 | 2025 Cá Voi, Kim Long, Ac Quy .197 OR6ng Đôi-Rông Đôi Tay -181 | .073 OLan Tay-Lan Do .120 @Su Tử Trang 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 OBach Hồ .008 Tông cộng 000 | 000 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001 | 001) 001 h1: Kế hoạch khai thắc condensate giai đoạn 2010 — 2025 Nguồn: Ban khai thác dau khí, 2010 Ghi chú: C4 voi, Kim Long, Ác Quỷ thuộc bê Malay-Thô Chu Hai Thạch, Rông Đôi /Rồng Đôi Tây và Lan Tây/ Lan Đỏ thuộc bê Nam Côn Son Su Từ Trắng va Bạch Hồ thuộc bê Gru Long LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 Tuy đóng góp khá lớn cho nhu cầu nhiên liệu trong nước nhưng công nghệ của những nhà máy chế biến condensate của ta chủ yếu chỉ dừng lại ở mức chưng tách thu hồi naphtha, sau đó pha trộn với các reformate hoặc phụ gia có chỉ số RON cao để san xuất xăng A83. Việc chính phủ không cho lưu hành xăng A83 sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các nha máy chế biến condensate.

Vì nếu những nhà máy này muốn sản xuất được xăng A92 thì phải tăng lượng reformate và phụ gia trong quá trình phối trộn. Điều nay làm chi phí sản xuất sẽ tăng lên đáng kể, đồng thời lợi nhuận của những nhà máy chế biến condensate cũng từ đó mà giảm mạnh. Nếu không giải quyết được công nghệ đầu ra, những nhà máy chế biến condensate vừa và nhỏ tại Việt Nam có thể rơi vào nguy cơ ngừng hoạt động. Khảo sát công nghệ và xúc tác ở những nghiên cứu trước đã cho thấy quá trình tăng RON không sử dụng hydrogen là một công nghệ tiềm năng để giải quyết bài toán đầu ra cho các nhà máy chế biến condensate.

Quy trình vận hành khá đơn giản và chi phí đầu tư thấp, rất phù hợp với những nhà máy condensate vừa và nhỏ tại Việt Nam. Hiện nay chúng ta cũng có dự án đang được triển khai sử dụng công nghệ tăng RON cho naphtha không sử dụng hydrogen, nhà máy chế biến xăng dầu Đại Hùng- công ty CP Dau khí Đông phương tại Cần Thơ. Tuy nhiên, xúc tác vẫn đang là van dé chìa khóa cho sự thành công dự án bởi xúc tác ứng dụng trong công nghệ lại đang chủ yếu được phân phối độc quyên bởi nhà sản xuất Trung Quốc. Vì thế, dé không lãng phí một lượng lớn condensate, đồng thời giúp các nha máy chế biến condensate có thé áp dụng công nghệ một cách chủ động về nguồn xúc tác, dé tài sẽ tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp xúc tác, ứng dụng sản xuất xăng có chỉ số RON cao từ nguồn nguyên liệu naphtha.

Kết quả của đề tài sẽ chỉ ra những hướng đi cơ ban ban dau cho việc tổng hợp va sử dụng xúc tác trong quá trình tăng RON cho naphtha không sử dụng hydrogen. Mục tiêu của đề tài Do lộ trình hạn chế và đi đến chấm dứt sử dụng xăng A83 của thủ tướng chính phủ sắp có hiệu lực vào ngày 1/1/2014, các nhà máy chế biến condensate của chúng ta đang đôi diện với một thử thách rât lớn về công nghệ. Chúng ta cần có một công nghệ mới đê — 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 chế biến hiệu quả nguồn condensate déi dao từ các mỏ dau, khí. Các nhà máy này không thể sản xuất xăng A92 từ nguồn condensate theo công nghệ cũ vì sẽ không có hiệu quả kinh tế do phải tăng quá nhiều lượng reformate khi pha chế.

Trong những công nghệ mới, quá trình tang RON cho naphtha không sử dung hydrogen đã cho thấy một tiềm năng to lớn. Công nghệ có điều kiện vận hành không khắt khe, chi phí đầu tư không cao nhưng đạt hiệu quả khá tốt. Nó đặc biệt thích hợp với những mô hình nhà máy vừa và nhỏ tại Việt Nam. Tuy nhiên, xúc tác cho quá trình này vẫn còn khá mới mẻ va được độc quyên cung cấp bởi nhà cung cấp Trung Quốc.

Đây chính là điểm mau chốt, là yếu tô chìa khóa làm cho các nhà máy khó có thể áp dụng rộng rãi công nghệ mới này. Đứng trên quan điểm các phản ứng tăng RON từ nguồn nguyên liệu naphtha, một phân đoạn chứa các cau tử Naphthene, parafin mạch dai, paraffin mạch ngăn thi xúc tác ứng dụng phải có sự kết đồng thời các phản ứng dehydro hoá các naphthene, cracking các mạch paraffin dài, vòng hoá các olefin sinh ra trong quá trình cracking và đặc biệt là phản ứng isome hoá các paraffin mạch ngắn. Chính vì thé, xúc tác cho phán ứng tăng RON cho nguyên liệu naphtha bắt buộc phải phải có hai chức nang, cụ thé là chức năng acid và chức năng kim loại [18]. Dựa vào những nghiên cứu đi trước về những quá trình phản ứng trên chất mang zeolite H-ZSM5 [7-9], zeolite H-ZSM5 có hiệu ứng xúc tác cho phản ứng cracking đồng thời, xúc tác này có khả năng vòng hoá các olefin sinh ra từ quá trình cracking dựa vào các tâm acid Lewis va Bronsted cua vật liệu này.

Nghiên cứu gần đây nhất của Guojun Shi và đồng nghiệp [7] hoặc José Luis Garcia-Gutiérrez va đồng nghiệp [9] cho thấy, hệ xúc tác với sự có mặt của Mo có độ chọn lọc tương đối cao cho phản ứng isome hoá các paraffin mạch ngắn như n-hexane hoặc nay cả methane. Sự có mặt đồng thời của Mo va Cr trên nền H-ZSM5 có hiệu ứng xúc tác cho phản ứng dehydro-vòng hoá methane, độ chọn lựa cho sản phẩm hydro có thé đạt đến 90% [11]. Trong khuôn khổ luận van, chúng ta sé bước đầu nghiên cứu tổng hợp xúc tac trên cơ sở tâm các tâm kim loại Mo và Cr lên chất mang zeolite H-ZSM5. Khảo sát tính chất — 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 xúc tác thu được và tiễn hành nghiên cứu thử nghiệm hoạt tính xúc tác trên mô hình thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định với nguyên liệu là n-hexane (một cau tử tiêu biểu của n- parafin mach ngan có trong phân đoạn naphtha) nhằm đánh giá, xác định hàm lượng kim loại tam tối ưu lên chất mang zeolite H-ZSM5.

Bước cuối cùng là chạy hệ thống thử nghiệm xúc tác tối ưu với nguồn nguyên liệu là naphtha, đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ cũng như khối lượng xúc tác lên quá trình phản ứng. LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 CHƯƠNG 2 TÔNG QUAN LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 CHƯƠNG 2 : TONG QUAN 2. Tổng quan về nguyên liệu 2. Giới thiệu chung Condensate còn gọi là khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, là dạng trung gian giữa dau và khí có mau vàng rơm.

Trong quá trình khai thác dau va khí, condensate bị lôi cuốn theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, được ngưng tụ va thu hồi sau khi qua các bước xử lý, tách khí băng các phương pháp làm lạnh ngưng tụ. chưng cất nhiệt độ thấp, hấp phụ hay hấp thụ bằng dầu. Thanh phan cơ bản của condensate là các hydrocacbon no có phân tử lượng và ty trọng lớn hơn butane như pentane, hexane, heptane. Ngoài ra còn chứa các hydrocacbon mạch vòng.

các nhân thơm, va một số tạp chất khác. Chất lượng của nó phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ và chế độ vận hành của quá trình tách khí. Tình hình trữ lượng và chế biến Trữ lượng dầu và khí của Việt Nam được đánh giá có tiềm năng lớn (0.2 tỷ mỉ dầu, 2100-2800 tỷ m' khí). Nam trong các bể trầm tích: Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay_Thổ Chu, Vùng Tư Chính Vũng Mây, Sông Hồng, Phú Khánh.Năm 2004, sản lượng khai thác dầu khí đạt trên 20 triệu tan dau thô quy đối.

Hiện nay, condensate chủ yếu thu nhận từ hai nhà máy xử lý và chế biến khí Dinh Cố (150000 tan /năm) và Nam Côn Sơn (90000 tan /năm). Năm 2005 đưa mỏ Rồng Đôi vào khai thác với sản lượng condensate đạt 90000 tan /năm. Năm 2008, mỏ Hải Thạch 730000 tân /năm. Như vậy với các mỏ hiện có, sản lượng condensate của chúng ta khá dồi dào phong phú.

Bang 1; Danh sách các loại condensate tai Việt Nam Nguồn Sản lượng (Tấn/năm) Người dùng Nam Côn Sơn 200000 65% sd trong nước, 35% xuất khẩu Bạch Hồ 190000 50% sd trong nước, 50% xuất khâu Rông Đôi 100000 100% sd trong nước (nguôn ASCOPE Trader’ 2009 — PetroVietnam) LUẬN VĂN THẠC SĨ December 12, 2013 Ngoài một lượng nhỏ condensate được sử dụng trong việc sản xuất dung môi dùng trong công nghệ hoá học, condensate Việt Nam được sử dụng chủ yếu cho mục đích sản xuất xăng nhiên liệu như là một cấu tử phối liệu xăng sau khi đã qua quá trình chế biến tại các nhà máy chế biến và phối trộn condensate. Các nhà máy chế biến condensate tại Việt Nam có nhà máy chế biến condensate Cát Lái thuộc Công ty TNHH Dầu khí Tp HCM (Saigon Petro) quản lý, thực hiện cả quá trình chưng cất ra các phân đoạn và phối trộn ra các sản phẩm; nhà máy chế biến Condensate Thị Vải (PVoil); nhà máy chế biến Condensate Nam Việt thuộc Công ty cỗ phân dau tư va vận tải dầu khí Sinpetrol. Các nhà máy chế biến chủ yếu bằng cách phối trộn condensate cùng với xăng có RON cao và phụ gia dé sản xuất xăng A83. 4 Nhà máy chế biến Condensate Cát Lái: [2] Nhà máy chế biến Condensate Cát Lái thuộc Công ty TNHH Dau khí Tp HCM (Saigon Petro) quản lý với công suất chế biến 350000 tan/nam, bao gôm bộ phận lọc dầu (Chung condensate) 350000 tân/năm và tháp mini xử lý cặn (bottom) của Tháp chung condensate công suất 40000 tan/nam dùng nguồn Condensate của Rồng Đôi và Nam Côn Sơn.

Phân xưởng chung Condensate cho ra sản phẩm Naptha 1, Naptha 2,va Bottom.