کراکینگ کاتالیزوری سیال بستر

کراکینگ (Cracking) فرآیندی است که در صنایع پتروشیمی کاربرد داشته و برای کاهش وزن مولکولی هیدروکربن ها به وسیله شکستن پیوندهای آنها استفاده می شود.

پیشتر در مورد سوخت های فسیلی که به طور کلی سه دسته اند: زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی. هر سه دسته چندین صد هزار سال قبل، حتی پیش از ظهور دایناسورها، شروع به شکل گیری کرده اند به همین خاطر است که به آن ها سوخت های فسیلی می گویند. دوره ای که این سوخت ها شروع به شکل گیری کردند را دوره «کربنی فروس» (Carboniferous) (یعنی ذغال خیز) می گویند که بخشی از دوران پالئوزوییک بوده است. «کربنی فروس» نام خود را از کربن که مهم ترین عنصر تشکیل دهنده  ذغال سنگ و دیگر سوخت های فسیلی می باشد و در مورد سوخت پادماده که پرتوهای گاما با انرژی بسیار کم تولید کند که ضرری برای انسان نداشته باشد صحبت هایی داشته ایم.

این فرآیند از روش های اصلی در تبدیل نفت خام به سوخت های مفید مانند بنزین، گازوییل، سوخت جت و نفت سفید است. کراکینگ گرمایی، کراکینگ کاتالیستی، هیدروکراکینگ و کراکینگ با بخار آب از متداول ترین انواع روش های کراکینگ در صنایع هستند.

کراکینگ کاتالیزوری سیال بستر (Fluid catalytic cracking) یکی از مهم ترین واحدها و فرآیندهای تبدیل کاتالیستی در جهان محسوب می شودکه مواد سنگین و کم ارزش نفتی را به مواد سبک تر و با ارزش تر تبدیل می کند. امروزه به دلیل افزایش مصرف سوخت در جهان و نیاز به تبدیل مواد سنگین به مواد سوختی سبک نیاز به این فرایند بیش از پیش احساس می شود. از میان سه نوع واحد شکست کاتالیستی (بستر ثابت، بستر متحرک، بستر سیال) تکنولوژی های مبتنی بر بستر سیال از لحاظ عملیاتی پیچیده تر و از مزایای ویژه نسبت به به روش های بستر ثابت و بستر متحرک برخوردار است. از مزایای روش بستر سیال نسبت به روش بستر ثابت می توان به موارد زیر اشاره کرد.

اولین واحد شکست کاتالیستی در سال 1936 میلادی توسط Hordry ارائه و ساخته شد. این واحد با بستر ثابت طراحی شده بود. واحدهای بستر سیال از نوع FCC برای اولین بار در سال 1942 توسط شرکت Exxon در طول جنگ جهانی برای تولید بنزین با اکتان بالا و تولید محصولات جانبی نظیر بوتیلن برای فرایند الکیلاسیون به صورت صنعتی در آمد. از آنجایی که بنزین تولید شده در این واحد از نظر کیفی و کمی به مراتب بهتر از بنزین تولید شده در واحدهای شکست حرارتی و گازوئیلی بود، این واحدها با استقبال بسیار قابل توجهی روب رو شدند.

اثر نانوکاتالیست تقویت شده بر فرایند شکست کاتالیزوری سیال بستر

در سال های اخیر فناوری ساخت و به کارگیری کاتالیست های زئولیتی بسیار مورد توجه بوده و تحقیقات فراوانی نیز بر به کارگیری این کاتالیست ها در ابعاد نانو انجام گرفته است و نتایج حاصل از این تحقیقات گویای این مطلب است که به کارگیری نانو کاتالیست 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 به کمک بخار آب حاوی آمونیاک در دمای بالا و ترکیب با اکسیدهای 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 عدداکتان بالاتری برای بنزین نهایی دست یافت. نانو کاتالیست های مذکور را می توان در دو حالت ساده و مرکب با اکسید گالیم Ga₂o₃ در فرایند FCC به کار گرفت. واضح است که میزان حضور اکسید گالیم به همراه کاتالیست بر روی نتایج حاصل موثر خواهد بود. حضور اکسید گالیم به همراه کاتالیست در این فرایند اثر قابل ملاحظه ای بر روی فعالیت و میزان پایداری نانوکاتالیست خواهد داشت بطوری که میزان مناسبی از این اکسید سبب افزایش کارائی کاتالیست ها در کاهش ترکیبات الفینی خواهد داشت و پایداری کاتالیست را نیز افزایش خواهد داد، 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 نتیجتًا کاهش تولید کک در کانال ها را شاهد خواهیم بود. در واقع سطح وسیع این نانو کاتالیست تقویت شده و حضور نقاط اسیدی زیاد و خواص الکتریکی پیچیده این ذرات سبب شکسته شدن پیوند های C-S گردیده و البته سبب تولید H2S بیشتر در گاز خروجی خواهد شد. بطور کلی می توان گفت حضور اکسید گالیم در کنار نانو کاتالیست های زئولیتی سبب افزایش کل مکان های اسیدی سطح نانو کاتالیست شده و افزایش فعالیت و توانایی کراکینگ و گوگرد زدائی را به همراه خواهد داشت. لذا این نانوکاتالیست تقویت شده بهترین گزینه بمنظور کاهش ترکیبات تیوفنی در فرایند FCC خواهد بود Journal of Molecular Catalysis A: Chemical  علاوه بر آن به دلیل اینکه از فلزات فعال پلاتین (Pt) و رنیوم (Re) روی پایه های آلومینا و زئولیت نیز استفاده می شود، می توان به نانو ذرات Pt-Re کاتالیستی اشاره کرد. از دیگر کاتالیست های مورد استفاده مخلوط سیلیکا- آلومینا یا سیلیکا- مگنزیا (اکسید منیزیم) می باشد که نانوکاتالیست های سیلیکا و مگنزیا ساخته شده اند.

منبع: http://icheh.com