Vías catalíticas para maximizar la producción y mejorar la calidad del corte LCO (diesel) en el craqueo catalítico de hidrocarburos (FCC)

Abstract

Se desarrollaron prototipos de catalizadores para maximizar el rendimiento y mejorar la calidad del corte de destilados medios (LCO) en el craqueo catalítico de hidrocarburos (FCC), y mejorar el procesamiento de otras alimentaciones complejas que contengan moléculas voluminosas. Se generó mesoporosidad sobre zeolita Y (principal componente en catalizadores de FCC) mediante tratamiento con NaOH para mejorar el acceso de las moléculas voluminosas de la alimentación a los sitios catalíticos. La evaluación catalítica consistió en el craqueo de 1,3,5-tri-isopropilbenceno (reactivo modelo) y gasoil de vacío (alimentación típica de FCC). En ambos casos, la mesoporosidad mejoró la actividad y selectividades observadas hacia los productos intermedios (di-isopropilbencenos y LCO, respectivamente). En el upgrading catalítico de bio-oil (alimentación renovable, oxigenada) la mesoporosidad mejoró la desoxigenación y se obtuvieron hidrocarburos de mejor calidad. También se atenuó la acidez Brönsted de otra serie de zeolitas Y, mediante intercambios iónicos con NaNO3, con lo que se logró moderar su actividad y mejorar la selectividad a LCO y su calidad. Además, la menor acidez desfavoreció las reacciones de transferencia de hidrógeno, que conducen a la formación de aromáticos que disminuyen la calidad del LCO; esto fue corroborado en experimentos de craqueo de n-hexadecano (reactivo modelo). Finalmente, se desarrolló un modelo riguroso aplicable al análisis de reacciones consecutivas (A→B→C), que describe los procesos simultáneos de difusión, adsorción y reacción química en partículas de catalizador poroso, en un reactor discontinuo de mezcla perfecta. Las simulaciones realizadas permiten definir estrategias para maximizar la selectividad observada hacia productos intermedios de interés.

In order to maximize the LCO, middle distillates cut in the catalytic cracking of hydrocarbons (FCC), yield and improve its quality as well as to improve the upgrading of other feedstocks containing bulky molecules, prototypes of FCC catalysts were developed. To improve the accessibility of bulky molecules to the active sites, mesoporosity was generated on Y zeolite (the main component of FCC catalysts) particles by means of desilication using NaOH. The catalytic performance of the various catalysts was evaluated through the cracking of 1,3,5-tri-isopropylbenzene (a model compound) and of vacuum gasoil (a typical FCC feedstock). In both cases, the mesoporosity improved the observed activities and selectivities to intermediate products (di-isopropylbenzene and LCO, respectively). In the catalytic upgrading of bio-oil (a renewable oxygenated feedstock) the mesoporosity improved the deoxygenation, the resulting hydrocarbons mixture having better quality. Moreover, in order to moderate the activity and increase the LCO’s selectivity and quality, the Brönsted acidity of another series of Y zeolites was reduced by means of ion exchange using NaNO3. Furthermore, the lesser acidity inhibited the hydrogen transfer reactions, which lead to the formation of aromatic hydrocarbons, thus decreasing the LCO’s quality. This was shown with n-hexadecane (a model compound) cracking experiments. Finally, a rigorous model, applicable to the consecutive (A→B→C) reaction analysis, which describes the simultaneous diffusion-adsorption-reaction processes in porous catalyst’s particles in a well-stirred batch reactor, was developed. The simulations performed allowed defining strategies to maximize the observed selectivity to intermediate products.