Perengkahan Katalitik Cairan (FCC) dengan Zeolit

Sejarah perengkahan katalitik dimulai sekitar 90 tahun yang lalu, ketika A. McD. McAfee (Gulf Refining Co.) mengklaim penggunaan AlCl3 sebagai katalis perengkahan. Tonggak penting dalam sejarah proses ini adalah pengenalan katalis heterogen seperti tanah liat aktif dan silika-alumina yang dibuat oleh EJ Houdry pada tahun 1930.

Mereka terbukti lebih menguntungkan terhadap AlCl3, tetapi dengan kelemahan: penonaktifan katalis yang cepat karena pengendapan kokas di permukaan. Masalahnya berturut-turut dipecahkan dengan pengembangan reaktor dan proses baru, termasuk operasi perengkahan semi-kontinyu (Thermofor Catalytic Cracking) dan, akhirnya, perengkahan terus menerus dalam reaktor fluidized bed (FCC), yang terakhir menjadi nenek moyang dari teknologi yang sebenarnya.

Fluid Catalytic Cracking (FCC)

Selama 20 tahun proses FCC menggunakan katalis silika-alumina amorf dan hanya pada tahun 1964 katalis berbasis zeolit ​​kristal dimulai, praktis pada periode yang sama di mana Union Carbide mematenkan sintesis zeolit ​​Y.

Pengenalan katalis berbasis zeolit ​​​​sangat aktif dapat dianggap sebagai terobosan nyata dalam pengembangan proses FCC. Faktanya, zeolit ​​​​telah menjadi komponen kunci katalis FCC baik sebagai fase aktif maupun sebagai aditif untuk aplikasi tertentu.

Selain itu, mereka juga memungkinkan pengembangan perengkahan bertingkat penuh, di mana waktu kontak bahan baku dengan katalis hanya beberapa detik. Sebelum membahas secara rinci katalis yang sebenarnya dan hasil penelitian terbaru di bidang ini, ada baiknya untuk menjelaskan secara singkat konfigurasi FCC secara keseluruhan.

Reaksi perengkahan bersifat endotermik dan meningkatkan jumlah mol produk terhadap umpan. Oleh karena itu disukai pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Selanjutnya, katalis mengalami kokas dengan sangat cepat dan harus sering diregenerasi.

Skema konfigurasi FCC memperhitungkan beberapa konsep ini: umpan yang dipanaskan sebelumnya (gas-minyak vakum, VGO) diumpankan di bagian bawah riser (reaktor) di mana ia dicampur dengan katalis. Reaksi perengkahan endotermik terjadi pada riser di mana ekspansi volume membantu katalis campuran/umpan bergerak ke atas dengan sangat cepat (2 – 10 detik).

Kemudian, campuran dikirim ke stripper dimana hidrokarbon dipisahkan dari katalis kokas, yang akhirnya dikeluarkan dari produk volatil yang teradsorpsi. Katalis kokas yang dilucuti akhirnya dikirim ke unit regenerasi, di mana kokas dibakar dengan udara selama 10 – 15 menit; katalis yang diregenerasi, pada suhu 700+°C karena pembakaran kokas secara eksotermal, kembali ke dasar riser siap untuk siklus baru.

Sedangkan hasil relatif tergantung pada karakteristik umpan (misalnya parafin atau aromatik) dan sistem katalitik, semua aliran memiliki penggunaan yang pasti tetapi olefin dan nafta perengkahan dan LCO adalah aliran yang paling berharga.

Kumpulan produk yang kompleks seperti itu adalah hasil dari reaksi sekunder (isomerisasi, siklisasi, dehidrogenasi, transfer H) yang terjadi bersamaan dengan perengkahan dengan pengecualian perengkahan. Adapun reaksi terpenting dalam skema ini adalah H-transfer karena mempengaruhi distribusi produk.

Pada dasarnya, reaksi transfer H mendukung redistribusi hidrogen di antara molekul jenuh (atau sebagian jenuh) dan tak jenuh, melalui transfer hidrida dan proton. Misalnya, molekul naften dapat secara berurutan mentransfer hidrida ke olefin yang diaktifkan oleh situs asam untuk menghasilkan molekul aromatik dan parafin.

Zeolit Lebih Efisien

Ini penting karena aromatik dan parafin lebih stabil daripada naften dan olefin dan pembentukannya membantu meningkatkan hasil bensin. Dalam konteks ini, zeolit ​​terbukti lebih efisien daripada katalis silika-alumina amorf dalam memaksimalkan output bensin, karena reaksi terjadi di ruang terbatas yang disediakan oleh pori-pori, mendukung jalur bi-molekul yang melibatkan transfer-H.

Zeolit ​​Y, awalnya digunakan sebagai katalis FCC, menunjukkan efek ini tetapi dengan beberapa kelemahan. Pertama-tama, densitas situs asam yang tinggi mendukung reaksi transfer H yang menghasilkan bensin dengan bilangan oktan rendah karena konsentrasi olefin yang rendah.

Lebih lanjut, struktur zeolit ​​terbukti tidak stabil di bawah kondisi penguapan yang ada, baik di stripper maupun di regenerator, mengalami dealuminasi yang parah dan kehilangan kristalinitas yang masif.

Dengan cara ini, sifat katalitik zeolit ​​Y dapat dipengaruhi oleh pembentukan puing-puing alumina yang dihilangkan oleh kerangka, yang, dari satu sisi, meningkatkan produksi gas bahan bakar dan kokas (seperti dalam kasus katalis silika-alumina amorf ), dari yang lain mengurangi aksesibilitas pori.

Bukti-bukti ini mendorong penelitian, dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja katalitik zeolit ​​Y dan katalis FCC secara keseluruhan. Kami akan mengatakan, cara yang panjang tetapi menarik menuju katalis FCC berkinerja tinggi yang tersedia saat ini dipenuhi dengan beberapa tonggak penting;

- Penggabungan tanah jarang (rare-earth) (RE = La, Ce, dll., tidak harus sebagai komponen murni) dengan pertukaran ion dalam zeolit ​​Y; RE memungkinkan fine tuning dari sifat asam zeolit ​​Y, mengurangi reaksi transfer H dan pembentukan kokas, dan meningkatkan ketahanan zeolit ​​terhadap dealuminasi uap;

- Pengembangan proses manufaktur zeolit ​​Y ultra-stabil (USY) yang mencakup kondisi dealuminasi yang sesuai dan migrasi/penggabungan silikon berturut-turut untuk menstabilkan lokasi cacat; rasio Si/Al yang lebih rendah dalam kerangka menjamin stabilitas yang lebih tinggi di bawah pengukusan, menekan pada saat yang sama reaksi transfer-H dan pembentukan kokas;

- Penggabungan RE dalam USY dengan pertukaran ion untuk menyetel sifat asam dari katalis zeolit. Beberapa perbaikan lain dari katalis telah dicapai selama dekade terakhir, yang mengarah ke katalis FCC saat ini, campuran kompleks dari komponen yang berbeda, masing-masing dengan peran khusus.

Bagaimana Katalis FCC Dibuat?

Katalis FCC terdiri dari partikel sferis dengan diameter rata-rata 70 m (kisaran 20 – 120 m), cocok untuk aplikasi dalam reaktor sirkulasi terfluidisasi.

Pemahaman yang lebih dalam tentang partikel membuktikan bahwa zeolit ​​​​hanya salah satu komponen, kristal terdispersi dalam matriks aktif alumina atau silika alumina, bersama dengan partikel tanah liat. Karakteristik mendasar dari katalis FCC diwakili oleh porositas.

Ukuran pori-pori zeolit ​​Y (pembukaan cincin beranggota 12 dengan dimensi bebas 7,5 , interkoneksi superkage bulat besar dengan diameter bebas 12,5 ) membatasi aksesibilitas molekul ke situs aktif. Oleh karena itu perlu untuk menyetel porositas matriks silika-alumina selama prosedur preparasi untuk menghasilkan porositas mulai dari pori makro, meso, hingga mikro.

Hasil penelitian menunjukkan skema yang menggambarkan arsitektur pori hierarkis yang ideal dari katalis FCC 19. Peningkatan katalis FCC yang dicapai selama 40 tahun terakhir tidak hanya mempertimbangkan fase zeolit ​​tetapi bahkan komponen lainnya, karena berbeda dari apa yang diamati dalam bentuk lain katalis yang digunakan, misalnya dalam proses petrokimia, matriks tidak hanya sebagai pengikat tetapi juga menunjukkan aktivitas katalitik terhadap molekul berat.

Pembentukan makro dan mesoporositas, oleh karena itu, diperlukan baik untuk memastikan difusi fluida di dalam partikel katalis, untuk menyediakan ruang yang diperlukan untuk memecahkan molekul besar dan, yang terakhir namun tidak kalah pentingnya, untuk melindungi katalis dari efek merugikan dari partikel katalis. logam (Ni dan V di atas semuanya) yang terkandung dalam umpan.

Arsitektur pori hierarkis yang digambarkan penting karena salah satu tantangan dalam teknologi FCC adalah peningkatan retak bawah, yaitu konversi fraksi umpan FCC dengan titik didih > 430 °C. Ini dibentuk oleh molekul yang terlalu besar untuk melewati bukaan pori zeolit ​​dan konversinya membutuhkan keberadaan situs aktif pada permukaan matriks. Porositas non-zeolit ​​memiliki efek katalitik yang berbeda, diringkas sebagai berikut:

- Mesopori (d < 100 ) mengembangkan luas permukaan spesifik yang tinggi (SSA) dan sejumlah besar situs aktif; mereka sangat berkontribusi pada aktivitas perengkahan bawah tetapi bahkan pada selektivitas terhadap kokas dan H2;

- Pori-pori meso dan makro dalam kisaran 100 < d <1000 memiliki SSA yang relatif tinggi dan menunjukkan aktivitas perengkahan dasar yang baik tetapi selektivitas rendah terhadap kokas dan H2;

- Pori-pori makro (d > 1000 ) hanya berkontribusi sedikit terhadap keseluruhan aktivitas karena SSA-nya sangat rendah.

Jelas bahwa mesopori mewakili fitur penting dari katalis FCC karena mereka meningkatkan kemungkinan untuk memecahkan molekul berat, meningkatkan aktivitas perengkahan bawah. Namun, ketika mesopori dihasilkan dalam matriks aktif, keuntungan yang terkait dengan peningkatan aktivitas perengkahan dasar dikompensasi secara negatif oleh peningkatan selektivitas kokas dan H2.

Modifikasi karakteristik matriks yang sesuai dapat membatasi reaksi yang tidak diinginkan, asalkan tindakan yang tepat diambil untuk mempertahankan (atau lebih baik, meningkatkan) retak bawah. Salah satunya, baru-baru ini diusulkan, diwakili oleh penggunaan zeolit ​​Y mesopori.

Zeolit ​​​​ini biasanya mengkristal dalam bentuk kristal berukuran mm, fitur yang agak membatasi transportasi massa di bagian dalamnya. Akibatnya, hanya bagian luar kristal yang terlibat dalam reaksi katalitik dengan hasil bersih dari tingkat penggunaan katalis yang rendah.

Strategi untuk meningkatkan difusi intrakristalin molekul di seluruh kristal terdiri dari sintesis zeolit ​​​​dengan arsitektur pori hierarkis. Hal ini dilakukan oleh J. Garcia-Martinez, yang mengembangkan metode pasca-sintesis untuk menghasilkan jaringan kompleks mesopori dalam kristal zeolit ​​Y, dengan perlakuan hidrotermal USY yang telah dibentuk sebelumnya dengan larutan alkali yang mengandung surfaktan (misalnya heksadesiltrimetilamonium bromida).

Dengan cara ini, zeolit ​​merekonstruksi dirinya dalam bentuk kristal berukuran mm dengan mesoporositas terbuka dan diperpanjang yang diperoleh dengan membakar molekul surfaktan. Ketika digunakan sebagai FCC, zeolit ​​Y mesopori menampilkan kinerja yang lebih baik daripada USY dalam bensin, retak bawah dan selektivitas kokas.

Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri

Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.

Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.

Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;

Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

 

Zeolit Filtrasi Air Jakarta

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

 

Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

 

 Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:

•         0821 2742 4060 (Ghani)

•         0812 2165 4304 (Yanuar)

•         0821 2742 3050 (Rusmana)

•         0821 4000 2080 (Fajri)

•         0812 2445 1004 (Kartiko)

•         0812 1121 7411 (Andri)               

Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.

Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.