I. Xúc tác ZSM5
Xúc tác ZSM5 là một loại zeolite có cấu trúc vi lỗ, được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xúc tác hóa học, đặc biệt là trong công nghệ FCC (Fluid Catalytic Cracking). ZSM5 có khả năng chọn lọc cao trong việc chuyển hóa các phân đoạn dầu thô thành các sản phẩm có giá trị như propylene. Cấu trúc vi lỗ của ZSM5 cho phép các phân tử nhỏ như propylene di chuyển tự do, trong khi các phân tử lớn hơn bị hạn chế, tăng hiệu suất chuyển hóa. Tuy nhiên, trong điều kiện khắc nghiệt của phân xưởng FCC, độ bền và hoạt tính của ZSM5 dễ bị suy giảm, đòi hỏi các phương pháp biến tính để cải thiện.
1.1. Cấu trúc và tính chất của ZSM5
ZSM5 có cấu trúc vi lỗ với hai loại kênh chính: kênh thẳng và kênh zigzag. Cấu trúc này cho phép kiểm soát lưu lượng phân tử, tăng khả năng chọn lọc trong quá trình xúc tác. Độ bền nhiệt và khả năng chịu nhiệt của ZSM5 là yếu tố quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất propylene từ cặn khí quyển.
1.2. Ứng dụng của ZSM5 trong FCC
ZSM5 được sử dụng như một phụ gia xúc tác trong các phân xưởng FCC để tăng hiệu suất sản xuất propylene. Tuy nhiên, độ bền thuỷ nhiệt và hoạt tính xúc tác của ZSM5 thường bị suy giảm trong điều kiện khắc nghiệt, đòi hỏi các phương pháp biến tính để cải thiện hiệu suất.
II. Biến tính bằng phốt pho
Biến tính bằng phốt pho là phương pháp được sử dụng để cải thiện độ bền thuỷ nhiệt và hoạt tính xúc tác của ZSM5. Phốt pho được đưa vào cấu trúc của ZSM5 thông qua các tiền chất như DAP (Diammonium Hydrogen Phosphate) và H3PO4 (Axit Photphoric). Quá trình này giúp ổn định cấu trúc vi lỗ của ZSM5, tăng khả năng chịu nhiệt và cải thiện hiệu suất chuyển hóa propylene từ cặn khí quyển.
2.1. Phương pháp biến tính
Quá trình biến tính bằng phốt pho bao gồm việc ngâm tẩm ZSM5 trong các dung dịch chứa tiền chất phốt pho như DAP và H3PO4. Sau đó, ZSM5 được xử lý nhiệt để phốt pho thâm nhập vào cấu trúc vi lỗ. Phương pháp này giúp cải thiện độ bền thuỷ nhiệt và hoạt tính xúc tác của ZSM5 trong điều kiện khắc nghiệt của phân xưởng FCC.
2.2. Ảnh hưởng của phốt pho lên ZSM5
Phốt pho giúp ổn định cấu trúc vi lỗ của ZSM5, giảm sự suy giảm hoạt tính xúc tác trong điều kiện nhiệt độ cao. Ngoài ra, phốt pho còn tăng cường độ bền thuỷ nhiệt, giúp ZSM5 duy trì hiệu suất chuyển hóa propylene từ cặn khí quyển trong thời gian dài.
III. Sản xuất propylene từ cặn khí quyển
Sản xuất propylene từ cặn khí quyển là một quá trình quan trọng trong công nghiệp hóa dầu, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu propylene ngày càng tăng. Cặn khí quyển là sản phẩm phụ của quá trình chưng cất dầu thô, có giá trị thấp nhưng có thể được chuyển hóa thành propylene thông qua công nghệ FCC. Việc sử dụng xúc tác ZSM5 biến tính bằng phốt pho giúp tăng hiệu suất chuyển hóa và giảm chi phí sản xuất.
3.1. Quy trình sản xuất
Quy trình sản xuất propylene từ cặn khí quyển bao gồm việc sử dụng xúc tác ZSM5 biến tính bằng phốt pho trong phân xưởng FCC. Cặn khí quyển được đưa vào lò phản ứng, nơi xảy ra quá trình cracking để tạo ra propylene. Hiệu suất của quá trình này phụ thuộc vào độ bền và hoạt tính xúc tác của ZSM5.
3.2. Ứng dụng thực tế
Việc sản xuất propylene từ cặn khí quyển không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường. Propylene là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhựa và các sản phẩm hóa dầu khác, giúp tăng giá trị của các sản phẩm phụ từ quá trình chưng cất dầu thô.