بخشی از مقاله
افزایش عدد اکتان و کاهش ترکیبات الفینی بنزین حاصل از فرایند FCC بکمک نانوکاتالیست های تقویت شده
چکیده
فرایند کراکینگ کاتالیزوری بسترسیال (FCC) یکی از مهمترین فرایند های موجود در پالایشگاه ها بمنظور تولید بنزین می باشد. تاکنون بررسی های گوناگونی بر روی بهبود عملکرد این واحد از دیدگاه های مختلف از جمله بررسی کاتالیست های مصرفی در این واحد صورت گرفته است. می توان نانوکاتالیست های مختلفی را بجای کاتالیست های مرسوم و میکروکاتالیست های رایج در این فرایند بکاربرد. در این مقاله به بررسی بکارگیری نانوکاتالیست های SiO2/Al2O3 در حالت ساده و مخلوط با اکسید گالیم در فرایند FCC پرداخته شده و اثرات آن برروی کاهش ترکیبات الفینی و گوگردی و نیز افزایش عدد اکتان بنزین عنوان گردیده است.
کلمات کلیدی : نانوکاتالیست، کراکینگ، کاتالیزور،FCC
مقدمه
با توجه به مصرف بالای بنزین در دنیا و نیز حجم عظیم آلودگی های حاصل از مصرف این فراورده که ناشی از وجود ترکیبات گوگردی و الفینی در آن است، ارائه راهکارهای جهت کاهش حضور این ترکیبات در بنزین ضروری می نماید. از آنجا که فرایند کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال (FCC) یکی از اصلی ترین فرایند های تولید بنزین در هر پالایشگاه امروزی به حساب می آید لذا توجه به بهینه سازی این واحد جهت کاهش ترکیبات مضر در کنار تولید بیشتر اهمیتی دوچندان خواهد داشت. تاکنون بررسی های زیادی نیز بر روی بهبود عملکرد این واحد صورت گرفته است که بالاترین توانایی در کاهش ترکیبات الفینی موجود در بنزین خروجی در این بررسی ها ۸۱% حجمی بوده است]۱.[ در سالهای اخیر فناوری ساخت و بکارگیری کاتالیست های زئولیتی بسیار مورد توجه بوده و تحقیقات فراوانی نیز بر بکارگیری این کاتالیست ها در ابعاد نانو انجام گرفته است و نتایج حاصل از این تحقیقات گویای این مطلب است که بکارگیری نانوکاتالیست ها در فرایند FCC خواص فوق العاده ای را در کاتالیست ها از جمله فعالیت و پایداری بسیار شدید تر سبب می گردد. کاتالیست های رایج SiO2/Al2O3 را می توان در ابعاد نانو تولید نموده و بکمک بخار آب حاوی آمونیاک در دمای بالا و ترکیب با اکسید های فلزات قلیایی خاکی کمیاب فعال تر ساخت. این نانوکاتالیست های به اصطلاح بهبود یافته را می توان جهت کاهش الفین ها در فرایند FCC بکار برده و به عدد اکتان بالاتری برای بنزین نهایی دست یافت.
1
اثر نانوکاتالیست تقویت شده بر فرایند : FCC
همانطور که در بخش قبل ذکر گردید استفاده از کاتالسیت های SiO2/Al2O3 در ابعاد نانو در فرایند FCC نتایج بسیار شگرفی را بدنبال خواهد داشت. نانو کاتالیست های مذکور را می توان در دو حالت ساده و مرکب با اکسید گالیم (Ga2O3) در فرایند FCC بکار گرفت. واضح است که میزان حضور اکسید گالیم به همراه کاتالیست بر روی نتایج حاصل موثر خواهد بود.
حضور اکسید گالیم بهمراه کاتالیست در این فرایند اثر قابل ملاحضه ای بر روی فعالیت و میزان پایداری نانوکاتالیست خواهد داشت بطوریکه میزان مناسبی از این اکسید (0.5-0 .9 wt%) سبب افزایش کارائی کاتالیست ها در کاهش ترکیبات الفینی خواهد داشت و پایداری کاتالیست را نیز افزایش خواهد داد. لازم به ذکر است که افزایش حضور اکسید گالیم بهمراه کاتالیست در فرایند FCC محدودیت هایی را نیز بدنبال خواهد داشت بطوریکه استفاده بیش از 2.0 wt% از این اکسید نتایج منفی در پی خواهد داشت.[2]
شکل ۱ : تغییر میزان الفین در بنزین واحد FCC با تغییر نوع کاتالیست
همچنین بکارگیری مقدار مناسبی از اکسید گالیم به همراه نانوکاتالیست های مذکور انتخاب پذیری فرایند آروماتیزاسیون را نیزدر کنار فعالیت شدید تر کاتالیست جهت کاهش ترکیبات الفینی بالا می برد. بکارگیری کاتالیستی با 1 wt% اکسید گالیم یا به عبارتی HZ3-Ga(0.9) پایداری و فعالیت کاتالیست را در شرایط بهتری قرار می دهد که این امر بسبب وجود نقاط اسیدی بیشتر در منافذ و سطح فعال بیشتر کاتالیست می باشد. همچنین کوتاهی طول کانال های آن نیز سبب افزایش سرعت نفوذ مولکولی و کاهش زمان اقامت مولکول ها در این کانال ها شده که نتیجتاﹰ کاهش تولید کک در کانال ها را شاهد خواهیم بود. حال اگر میزان اکسید گالیم تا 2.0 wt% افزایش یابد فعالیت آروماتیزاسیون کاتالیست در ابتدای واکنش به بالاترین حد خود خواهد رسید اما پایدای مناسبی را شاهد نخواهیم بود.[3] این امر به دلیل افزایش نقاط اسیدی لوئیس می باشد. در این حالت حفرات کاتالیست از کک انباشته شده و کاتالیست غیر فعال خواهد شد. کاتالیست حاوی 2.0 wt% از اکسید گالیم، HZ3-Ga(2.0)، همچنین در طی فرایند FCC بر روی واکنش های ایزومریزاسیون اثر مطلوبی نخواهد داشت.
اما بکارگیری 0.5-0 .9 wt% از اکسید گالیم بهمراه نانوکاتالیست زئولیتی پایداری و فعالیت بهتری در فرایند ایزومریزاسیون از خود بروز می دهند. نانوکاتالیست تقویت شده(HZ3-Ga(0.9 در فرایند FCC نه تنها توانایی کاهش الفین ها را از خود نشان می دهد بلکه بطور همزمان توانایی کاهش ترکیبات گوگردی و بنزنی را نیز خواهد داشت تا جائیکه بکارگیری این نانوکاتالیست درصد حجمی ترکیبات الفینی در بنزین حاصل از فرایند FCC را از 49.6% به 15.1% حجمی رسانده و ترکیبات آروماتیکی نیز از 11.4% به 33.5% حجمی رسیده و ترکیبات پارافینی نیز از 39% به 51.4% حجمی خواهد رسید و ترکیبات بنزنی هم از 2.84% به 0.66% حجمی می رسد. از آنجا که نانوکاتالیست تقویت شده با اکسید گالیم مناسب شکستن ترکیبات تیوفنی به ترکیبات گوگردی ساده تر می باشد لذا می توان از این طریق میزان گوگرد موجود در بنزین را از 200ppmw به 100ppmw کاهش داد. در واقع سطح وسیع این نانوکاتالیست تقویت شده و حضور نقاط اسیدی
2
