BRPI0900933B1 - CATALYST FOR USE IN FLUID CATALYTIC CRACKING FOR THE PRODUCTION OF LOW AROMATIC HYDROCARBONS - Google Patents
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Abstract
catalisador para uso em craqueamento catalítico fluido para a produção de hidrocarbonetos de baixa aromaticidade. é descrito um catalisador para uso em craqueamento catalítico fluido para a produção de hidrocarbonetos de baixa aromaticidade, que compreende uma matriz de áxidos inorgânicos, preferencialmente sílica-alumina, tendo incorporado pelo menos um elemento químico dopante, escolhido dentre os metais alcalinos e alcalinos terrosos, e concentração de zeôlitas nula ou reduzida.catalyst for use in fluid catalytic cracking for the production of low aromatic hydrocarbons. A catalyst for use in fluid catalytic cracking for the production of low aromatic hydrocarbons is described, comprising a matrix of inorganic oxides, preferably silica-alumina, having incorporated at least one doping chemical selected from alkaline and alkaline earth metals, and zero or reduced zeolite concentration.
Description
(54) Título: CATALISADOR PARA USO EM CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO PARA A PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS DE BAIXA AROMATICIDADE (51) lnt.CI.: B01J 29/06; B01J 29/80; C10G 11/05 (73) Titular(es): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS (72) Inventor(es): EDISSON MORGADO JUNIOR; MARCO ANTÔNIO SANTOS DE ABREU; WILLIAM RICHARD GILBERT; SÉRGIO AUGUSTO SANTOS RODRIGUES(54) Title: CATALYST FOR USE IN FLUID CATALYTIC CRACKING FOR THE PRODUCTION OF LOW AROMATIC HYDROCARBONS (51) lnt.CI .: B01J 29/06; B01J 29/80; C10G 11/05 (73) Holder (s): PETROLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS (72) Inventor (s): EDISSON MORGADO JUNIOR; MARCO ANTÔNIO SANTOS DE ABREU; WILLIAM RICHARD GILBERT; SÉRGIO AUGUSTO SANTOS RODRIGUES
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CATALISADOR PARA USO EM CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO PARA A PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS DE BAIXA AROMATICIDADECATALYST FOR USE IN FLUID CATALYTIC CRACKING FOR THE PRODUCTION OF LOW AROMATIC HYDROCARBONS
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION
A presente invenção pertence ao campo de catalisadores para processos de craqueamento catalítico fluido (FCC), para a obtenção de hidrocarbonetos com baixo teor de aromáticos. Mais especificamente, trata de um catalisador a base de óxidos inorgânicos, preferencialmente de sílica-alumina, tendo como elementos químicos dopantes metais alcalinos e alcalinos terrosos.The present invention belongs to the field of catalysts for fluid catalytic cracking (FCC) processes, for obtaining hydrocarbons with a low aromatic content. More specifically, it deals with a catalyst based on inorganic oxides, preferably silica-alumina, having alkaline and alkaline earth metals as chemical elements.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
O processo de Craqueamento Catalítico Fluido (FCC) é utilizado para converter hidrocarbonetos líquidos de elevado peso molecular, tais como as correntes provenientes de refinarias de petróleo obtidas de cortes laterais de torres de vácuo, denominadas gasóleo pesado de vácuo, ou do fundo de torres atmosféricas, estas denominadas de resíduo atmosférico, ou ainda misturas dessas correntes, em frações leves de hidrocarbonetos como a gasolina e o gás liquefeito de petróleo.The Fluid Catalytic Cracking (FCC) process is used to convert high molecular weight liquid hydrocarbons, such as streams from oil refineries obtained from side cuts of vacuum towers, called heavy vacuum diesel, or from the bottom of atmospheric towers , these are called atmospheric residue, or mixtures of these currents, in light fractions of hydrocarbons such as gasoline and liquefied petroleum gas.
O objetivo inicial do processo de FCC era priorizar a produção de gasolina de alta octanagem, porém a evolução do mercado de combustíveis levou a valorização da produção de óleo diesel e posteriormente, as restrições ambientais exigiram a produção de combustíveis de baixo teor de aromáticos em detrimento da gasolina, o que exigiu adaptações no processo de FCC, seja por ajuste das condições operacionais, por adaptação do reator existente ou a ser concebido, ou pela mudança da formulação do catalisador ou ainda, através da combinação dessas ações.The initial objective of the FCC process was to prioritize the production of high-octane gasoline, however the evolution of the fuel market led to an increase in the production of diesel oil and, subsequently, environmental restrictions required the production of fuels with a low aromatic content at the expense gasoline, which required adaptations in the FCC process, either by adjusting the operating conditions, by adapting the existing reactor or to be designed, or by changing the formulation of the catalyst or by combining these actions.
As condições operacionais passíveis de ajuste em processos de FCC, com o objetivo de maximizar a produção de destilados médios, na faixa do diesel, envolvem:The operational conditions subject to adjustment in FCC processes, with the objective of maximizing the production of middle distillates, in the diesel range, involve:
(i) a redução da temperatura de reação;(i) reducing the reaction temperature;
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(ii) a redução da relação catalisador / óleo;(ii) the reduction of the catalyst / oil ratio;
(iii) a redução da atividade catalítica.(iii) the reduction in catalytic activity.
Embora a implementação de tais medidas leve a um aumento na produção de destilados médios, correntes de hidrocarbonetos com faixa de destilação entre 220°C e 340°C, que posteriormente são incorporadas ao “pool” do diesel, a alta concentração de aromáticos destas correntes, que chega a ultrapassar 80% do total de hidrocarbonetos presentes, influenciam a qualidade do diesel, mais especifícamente, diminuem seu poder de detonação, constatado pelo seu baixo número de Cetano, além de aumentarem sua densidade.Although the implementation of such measures leads to an increase in the production of medium distillates, hydrocarbon streams with a distillation range between 220 ° C and 340 ° C, which are later incorporated into the diesel pool, the high concentration of aromatics in these streams , which reaches more than 80% of the total hydrocarbons present, influence the quality of the diesel, more specifically, reduce its detonation power, evidenced by its low number of cetane, in addition to increasing its density.
A alta concentração de aromáticos nestas correntes de hidrocarbonetos provém da carga ou é gerada durante as reações de craqueamento, devido, principalmente, ao catalisador utilizado, as zeólitas, que favorecem a formação de aromáticos sobre os sítios protônicos do catalisador, através de mecanismos complexos que envolvem reações paralelas ou seqüenciais de oligomerização, ciclização e transferência de hidrogênio.The high concentration of aromatics in these hydrocarbon streams comes from the charge or is generated during cracking reactions, mainly due to the catalyst used, zeolites, which favor the formation of aromatics on the catalyst's protonic sites, through complex mechanisms that involve parallel or sequential reactions of oligomerization, cyclization and hydrogen transfer.
Além de favorecerem a formação de aromáticos, os catalisadores convencionais para processos de FCC, mais especificamente as zeólitas, ainda sofrem com a contaminação por metais, problema que vem se tornando crítico devido ao uso de cargas cada vez mais pesadas em tais processos.In addition to favoring the formation of aromatics, conventional catalysts for FCC processes, more specifically zeolites, still suffer from contamination by metals, a problem that has become critical due to the use of increasingly heavy loads in such processes.
Um exemplo do processamento de petróleos extra-pesados, com API < 15, utilizando FCC, é descrito no documento WO 2007/02144, que visa à produção de um óleo “craqueado” com melhores propriedades de escoamento, de forma que atue como um solvente redutor de viscosidade e de densidade do petróleo cru, viabilizando o seu transporte através de oleodutos.An example of processing extra-heavy oils, with API <15, using FCC, is described in WO 2007/02144, which aims to produce a “cracked” oil with better flow properties, so that it acts as a solvent reducing the viscosity and density of crude oil, enabling its transportation through pipelines.
A contaminação e a desativação do catalisador por metais, neste processo, é bem mais crítico podendo haver uma concentração de metaisContamination and deactivation of the catalyst by metals, in this process, is much more critical and there may be a concentration of metals
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ΛΑ'·,.ο· deletérios (p. ex. níquel e vanádio) superior em duas a três vezesjií ^ ' A observada em unidades de FCC que processam resíduo.ΛΑ '·, .ο · deleterious (eg nickel and vanadium) two to three times higher than that observed in FCC units that process waste.
Devido às razões acima explicitadas, a utilização de catalisadores de FCC convencionais neste tipo de processo apresenta duas desvantagens principais: (1) a limitação do teor máximo de vanádio contaminante da carga que o catalisador a base de zeólita Y pode suportar e (2) o fato dos catalisadores convencionais produzirem óleo craqueado com alto teor de aromáticos e de API muito baixo, exigindo um maior percentual de óleo craqueado solvente na mistura com o cru pesado para atingir a especificação de API mínima do petróleo melhorado para transporte no oleoduto.Due to the reasons explained above, the use of conventional FCC catalysts in this type of process has two main disadvantages: (1) the limitation of the maximum contaminating vanadium content of the load that the zeolite catalyst Y can support and (2) the fact that conventional catalysts produce cracked oil with a high aromatic content and very low API, requiring a higher percentage of solvent cracked oil in the mixture with the heavy crude to achieve the minimum API specification of the improved oil for transportation in the pipeline.
A maior proporção do óleo craqueado solvente na mistura, por sua vez, faz com que uma quantidade maior do petróleo pesado seja processada no FCC, o que leva a um aumento da capacidade da unidade para um mesmo volume de produção de petróleo melhorado, demandando maiores investimentos.The greater proportion of solvent cracked oil in the mixture, in turn, causes a greater amount of heavy oil to be processed at the FCC, which leads to an increase in the unit's capacity for the same improved oil production volume, requiring greater investments.
Além disso, o teor máximo de vanádio suportável pelo catalisador zeolítico convencional exige uma reposição de catalisador relativamente mais alta, o que implica em maior custo operacional e em complicações de ordem logística no transporte do catalisador fresco até a unidade de melhoramento de petróleo e do catalisador descartado da unidade até o destino final.In addition, the maximum vanadium content supported by the conventional zeolitic catalyst requires a relatively higher catalyst replacement, which implies a higher operational cost and complications of a logistical nature in transporting the fresh catalyst to the oil and catalyst improvement unit. discarded from the unit to its final destination.
Analogamente, a questão da tolerância ao vanádio também se aplica ao processamento de resíduos atmosféricos extra-pesados, que frequentemente precisa ser misturado a outras correntes para ser processado em unidades de FCC sem prejuízo da operação nem redução da vazão de carga da unidade.Similarly, the issue of tolerance to vanadium also applies to the processing of extra-heavy atmospheric waste, which often needs to be mixed with other streams to be processed in FCC units without impairing the operation or reducing the unit's flow throughput.
Portanto, fica evidente a necessidade de catalisadores para uso em unidades de craqueamento catalítico fluido com maior especificidade e robustez, traduzidos em maior seletividade a compostos não-aromáticos eTherefore, it is evident the need for catalysts for use in fluid catalytic cracking units with greater specificity and robustness, translated into greater selectivity for non-aromatic compounds and
4/12 maior resistência a metais contaminantes.4/12 greater resistance to contaminating metals.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
De um modo amplo, a presente invenção trata de um catalisador a base de óxidos inorgânicos, preferencialmente sílica e alumina, tendo como elementos químicos dopantes os metais alcalinos e alcalino-terrosos.Broadly speaking, the present invention deals with a catalyst based on inorganic oxides, preferably silica and alumina, with alkaline and alkaline earth metals as doping chemicals.
Tal catalisador torna possível a produção de um destilado médio de baixa aromaticidade, com concentração de aromáticos inferior a 70% em massa, e a utilização de temperaturas convencionais de processamento.Such a catalyst makes it possible to produce a low-aromatic medium distillate, with a concentration of aromatics below 70% by weight, and to use conventional processing temperatures.
O catalisador possui grande resistência a metais contaminantes, tais como o Níquel e o Vanádio, quando comparado à catalisadores convencionais para processos de FCC. Isto fica evidenciado pela retenção de um percentual mais alto da sua área superficial em relação àquela alcançada para catalisadores convencionais zeolíticos, quando submetidos à desativação hidrotérmica em presènça de vanádio, havendo uma melhor preservação de sua atividade e seletividade quando empregados em processos de FCC.The catalyst has great resistance to contaminating metals, such as Nickel and Vanadium, when compared to conventional catalysts for FCC processes. This is evidenced by the retention of a higher percentage of its surface area in relation to that achieved for conventional zeolitic catalysts, when subjected to hydrothermal deactivation in the presence of vanadium, with a better preservation of its activity and selectivity when used in FCC processes.
Esta característica torna-o particularmente desejável para o processamento de cargas extra-pesadas e na otimização das propriedades de escoamento de petróleos pesados.This characteristic makes it particularly desirable for processing extra-heavy loads and optimizing the flow properties of heavy oils.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
A FIGURA 1 anexa é um gráfico que ilustra a relação entre o teor de aromáticos na fração de destilados médios e a conversão de fundos, tendo como catalisadores utilizados: Siral 5 (A), Siral 10 (B), Siral 5/2%Na (C) e Siral 10/2%Na (D), catalisador convencional de FCC (D) e catalisador à base de gama-alumina (F).The attached FIGURE 1 is a graph illustrating the relationship between the aromatics content in the fraction of medium distillates and the conversion of bottoms, using as catalysts used: Siral 5 (A), Siral 10 (B), Siral 5/2% Na (C) and Siral 10/2% Na (D), conventional FCC catalyst (D) and gamma-alumina based catalyst (F).
A FIGURA 2 anexa é um gráfico que ilustra relação entre o teor de aromáticos na fração de destilado médio e a conversão de fundos, tendo como catalisadores utilizados: SiAI/1%Na (G); SiAI/2%Na (H) e SiAI/REF (I), e SiO2/REF(J).The attached FIGURE 2 is a graph illustrating the relationship between the aromatic content in the fraction of medium distillate and the conversion of bottoms, using as catalysts used: SiAI / 1% Na (G); SiAI / 2% Na (H) and SiAI / REF (I), and SiO 2 / REF (J).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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De um modo amplo, a presente invenção trata de um catalisador, ps uso em processos de FCC, seletivo a produtos líquidos contendo baixo teor de aromáticos e resistente a metais contaminantes.Broadly speaking, the present invention deals with a catalyst, for use in FCC processes, selective to liquid products containing low aromatics and resistant to contaminating metals.
Tal catalisador é constituído por uma matriz de óxidos inorgânicos, preferencialmente sílica-alumina, sob a forma de microesferas, com razão SiO2/AI2O3 entre 0,01 e 0,5 , preferencialmente entre 0,02 e 0,20 , tendo incorporados pelo menos um elemento químico dopante, preferencialmente um metal alcalino ou alcalino-terroso, em concentração entre 0,1% e 6% em massa do metal em base seca elementar e teor de zeólita reduzido.Such a catalyst consists of a matrix of inorganic oxides, preferably silica-alumina, in the form of microspheres, with a SiO2 / AI2O3 ratio between 0.01 and 0.5, preferably between 0.02 and 0.20, having incorporated at least a doping chemical element, preferably an alkaline or alkaline earth metal, in a concentration between 0.1% and 6% by weight of the metal on an elementary dry basis and reduced zeolite content.
O catalisador objeto da presente invenção tem teor de zeólita inferior a 10% em massa, podendo conter também componentes constituintes inertes, tais como argilas, numa proporção inferior a 40% em massa. Os constituintes inertes têm o objetivo de conferir propriedades físicas, tais como a densidade, resistência ao atrito e distribuição de tamanho de partícula, adequadas à sua utilização como catalisador.The catalyst object of the present invention has a zeolite content of less than 10% by weight, and may also contain inert constituent components, such as clays, in a proportion of less than 40% by weight. The inert constituents have the objective of conferring physical properties, such as density, resistance to friction and particle size distribution, suitable for its use as a catalyst.
As zeólitas úteis para a presente invenção são zeólitas com tamanho de poro variando de variando de 6 a 8 Â,mais especificamente zeólitas do tipo Y e ZSM-5.The zeolites useful for the present invention are zeolites with pore size ranging from 6 to 8 Â, more specifically z-type Y and ZSM-5.
A sílica-alumina útil como matriz para o catalisador da presente invenção pode ser uma sílica-alumina comercial, como, por exemplo, a SIRAL-5 e a SIRAL-10, ambas da SASOL, ou pode ser preparada na forma de gel co-precipitado de soluções de silicato e sal de alumínio ou pela mistura de suspensões de sílica e alumina separadamente sintetizadas, preferencialmente na forma final de dispersões coloidais (por exemplo, sol de sílica e de alumina).The silica-alumina useful as a matrix for the catalyst of the present invention can be a commercial silica-alumina, such as, for example, SIRAL-5 and SIRAL-10, both from SASOL, or can be prepared in the form of co-gel. precipitated from silicate solutions and aluminum salt or by mixing separately synthesized silica and alumina suspensions, preferably in the final form of colloidal dispersions (for example, silica and alumina sol).
Os elementos químicos dopantes úteis para a presente invenção são os metais alcalinos e/ou alcalinos terrosos, preferencialmente o sódio, em concentração entre 0,1% e 6% em massa do metal em base seca elementar, preferencialmente entre 1% e 3% em massa. O objetivo daThe doping chemical elements useful for the present invention are alkaline and / or alkaline earth metals, preferably sodium, in a concentration between 0.1% and 6% by weight of the metal on an elementary dry basis, preferably between 1% and 3% in pasta. The purpose of
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adição de tais elementos é inibir seletivamente alguns sítios catalíticos qüeaddition of such elements is to selectively inhibit some catalytic sites that
H j ίώ R;2O· •s tenderíam a favorecer a formação de compostos aromáticos. Tais metais% podem ser incorporados à sílica-alumina na etapa de preparo da suspensão precursora do catalisador, seja na mistura ou nos ingredientes em separado, previamente à secagem, ou ainda através de etapas de pós-impregnação do material seco já na forma de microesferas, podendo o mesmo sofrer ou não tratamentos térmicos antes e/ou após impregnação.H j ίώ R; 2O · • s tended to favor the formation of aromatic compounds. Such% metals can be incorporated into silica-alumina in the preparation stage of the precursor suspension of the catalyst, either in the mixture or in the separate ingredients, prior to drying, or even through post-impregnation steps of the dry material already in the form of microspheres , which may or may not undergo heat treatments before and / or after impregnation.
O catalisador aqui descrito pode ser preparado na forma de microesferas utilizando-se em equipamentos convencionais de fabricação de catalisadores de FCC, em particular, através do uso de um sistema de secagem por atomização (“Spray-Dryer”).The catalyst described here can be prepared in the form of microspheres using conventional equipment for the manufacture of FCC catalysts, in particular, through the use of an atomization drying system ("Spray-Dryer").
A seletividade a produtos líquidos com baixo teor de aromáticos do catalisador aqui proposto, em comparação com os catalisadores convencionais (zeolíticos), é atingida através do controle da acidez e/ou da basicidade apresentada pelo mesmo, o que depende basicamente da proporção relativa de seus principais constituintes, mais especificamente da concentração dos elementos químicos dopantes, tais como os metais alcalinos e os alcalinos terrosos.The selectivity of liquid products with a low aromatic content of the catalyst proposed here, in comparison with conventional (zeolitic) catalysts, is achieved by controlling the acidity and / or the basicity presented by it, which basically depends on the relative proportion of its products. main constituents, more specifically the concentration of doping chemical elements, such as alkali metals and alkaline earth metals.
Alguns dos efeitos deste menor teor de aromáticos presentes nos produtos de craqueamento obtidos são o aumento do número de cetano e a redução da densidade aparente da fração LCO, o que leva a uma melhoria da qualidade do poder detonante no motor diesel nos produtos do hidrotratamento desta fração. Além disto, há também uma redução da octanagem da fração gasolina. Tais efeitos são ilustrados pela Tabela 3 do exemplo 4.Some of the effects of this lower aromatic content present in the cracking products obtained are the increase in the number of cetane and the reduction of the apparent density of the LCO fraction, which leads to an improvement in the quality of the detonating power in the diesel engine in the hydrotreating products of this fraction. In addition, there is also a reduction in the octane of the gasoline fraction. Such effects are illustrated by Table 3 of example 4.
Além de proporcionar a redução do teor de aromáticos nos produtos de craqueamento em processos de FCC, o catalisador aqui apresentado possui resistência a desativação por metais contaminantes superior aos catalisadores de FCC convencionais. Isto pode ser comprovado pela retenção de sua área específica em mais de 70%, enquanto que emIn addition to providing a reduction in the aromatic content of cracking products in FCC processes, the catalyst presented here has greater resistance to deactivation by contaminating metals than conventional FCC catalysts. This can be proven by the retention of its specific area in more than 70%, whereas in
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>-? Fls catalisadores de FCC convencionais a retenção é em torno de 25% de suab área específica, conforme ilustra a Tabela 1 do exemplo 3.> -? Conventional FCC catalyst fls retention is around 25% of your specific area, as shown in Table 1 of example 3.
Embora tais catalisadores possuam menor atividade catalítica, quando comparados a catalisadores de sílica-alumina não dopados, tal fato pode ser compensado modificando-se o reator de craqueamento de modo a possibilitar maiores tempos de contato entre o catalisador e o óleo, conforme ensina a patente PI 0800236-3, integralmente incorporada como referência, sem prejuízo da seletividade a aromáticos.Although such catalysts have less catalytic activity, when compared to non-doped silica-alumina catalysts, this fact can be compensated by modifying the cracking reactor in order to allow longer contact times between the catalyst and the oil, as taught by the patent. PI 0800236-3, fully incorporated as a reference, without prejudice to the selectivity of aromatics.
A presente invenção será ilustrada a seguir por Exemplos, que não devem ser considerados limitativos.The present invention will be illustrated below by Examples, which should not be considered as limiting.
EXEMPLO 1EXAMPLE 1
Este exemplo ilustra a simulação da desativação de catalisadores à base de sílica-alumina comercial, contendo Na em concentrações de 2% em massa, após seu uso em processos de FCC, e a comparação de seu desempenho em relação aos catalisadores convencionais.This example illustrates the simulation of the deactivation of catalysts based on commercial silica-alumina, containing Na in concentrations of 2% by mass, after its use in FCC processes, and the comparison of its performance in relation to conventional catalysts.
Duas sílica-aluminas em pó fornecidas pela SASOL com denominação comercial de SIRAL-5 e SIRAL-10 com razão S1O2/AI2O3 de 0,05 e 0,10 , respectivamente, foram impregnadas pelo método de volume de poro com solução de nitrato de sódio para um teor de final de 2% em massa Na.Two silica-aluminum powder supplied by SASOL with the commercial name of SIRAL-5 and SIRAL-10 with an S1O2 / AI2O3 ratio of 0.05 and 0.10, respectively, were impregnated by the pore volume method with sodium nitrate solution. for a final content of 2% by mass Na.
Os catalisadores com e sem dopagem com sódio Siralõ (A), SiraHO (B), Siral5/2%Na (C) e Siral10/2%Na (D)) foram submetidos a tratamento hidrotérmico com 100% vapor a 788°C por 5h em leito fixo a fim de simular a desativação do catalisador causada em unidade de FCC. Um catalisador comercial zeolítico convencional (E) e uma gama-alumina comercial (F) foram usados como referência e também submetidos ao mesmo tratamento hidrotérmico.The catalysts with and without doping with sodium Siralõ (A), SiraHO (B), Siral5 / 2% Na (C) and Siral10 / 2% Na (D)) were subjected to hydrothermal treatment with 100% steam at 788 ° C for 5h in a fixed bed in order to simulate the catalyst deactivation caused in an FCC unit. A conventional zeolitic commercial catalyst (E) and commercial gamma-alumina (F) were used as a reference and also subjected to the same hydrothermal treatment.
Todos os catalisadores foram testados em um reator de FCC utilizando uma unidade de leito fixo fluidizado (ACE®) processando uma carga de gasóleo de vácuo, a 540°C, e diferentes tempos de injeção deAll catalysts were tested in an FCC reactor using a fixed fluidized bed unit (ACE®) processing a load of vacuum diesel at 540 ° C, and different injection times of
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carga, simulando assim distintas relações catalisador/óleo (CTO) para cada catalisador. A concentração de aromáticos na fração de destilados médios ή foi determinada por cromatografia bidimensional no produto líquido. Pode-se verificar na Figura 1 que os dois catalisadores preferidos da presente invenção apresentaram teor de aromáticos, significativamente menor quando comparado às referências (E e F), para uma mesma conversão de fundos (conversão de 100% em massa subtraída do percentual de compostos que destila em temperaturas superiores a 340°C).load, thus simulating different catalyst / oil (CTO) ratios for each catalyst. The concentration of aromatics in the fraction of ή middle distillates was determined by two-dimensional chromatography on the liquid product. It can be seen in Figure 1 that the two preferred catalysts of the present invention had aromatics content, significantly lower when compared to the references (E and F), for the same fund conversion (conversion of 100% in mass subtracted from the percentage of compounds distilling at temperatures above 340 ° C).
EXEMPLO 2EXAMPLE 2
Este exemplo ilustra a comparação entre a atividade de catalisadores à base de sílica alumina, com concentração de 1 % a 2% em massa de Na, e a de catalisadores não dopados à base de sílica-alumina.This example illustrates the comparison between the activity of catalysts based on silica alumina, with a concentration of 1% to 2% by mass of Na, and that of non-doped catalysts based on silica-alumina.
Um precipitado de hidróxido de alumínio (boehmita) foi sintetizado pela neutralização de sais de alumínio sob condições controladas de reação e envelhecimento, filtrado e lavado para remoção de íons contaminantes, e submetido à peptização com ácido nítrico diluído para formação de uma dispersão coloidal de alumina. A esta dispersão recém preparada adicionouse um sol de sílica comercial (Eka®) resultando numa suspensão viscosa, cuja composição relativa em base seca era de SiO2/AI2O3 = 0,10. Esta suspensão foi processada através de secagem por atomização obtendo-se um pó de sílica-alumina com propriedades físicas (densidade, resistência ao atrito e distribuição de tamanho de partícula) similares às de um catalisador de FCC convencional. O produto foi calcinado a 550°C por 3 horas e dividido em três partes. Uma foi impregnada com 1% em massa de sódio, a outra com 2% em massa de sódio e a última não foi impregnada, gerando respectivamente as amostras SiAI/1%Na (G); SiAI/2%Na (H) e SiAI/REF (I).A precipitate of aluminum hydroxide (boehmite) was synthesized by neutralizing aluminum salts under controlled conditions of reaction and aging, filtered and washed to remove contaminating ions, and subjected to peptization with diluted nitric acid to form a colloidal alumina dispersion. . To this freshly prepared dispersion was added a commercial silica sol (Eka®) resulting in a viscous suspension, whose relative composition on a dry basis was SiO 2 / AI 2 O 3 = 0.10. This suspension was processed by spray drying to obtain a silica-alumina powder with physical properties (density, resistance to friction and particle size distribution) similar to those of a conventional FCC catalyst. The product was calcined at 550 ° C for 3 hours and divided into three parts. One was impregnated with 1% by weight of sodium, the other with 2% by weight of sodium and the last was not impregnated, generating the samples respectively SiAI / 1% Na (G); SiAI / 2% Na (H) and SiAI / REF (I).
Estas amostras foram submetidas a tratamento hidrotérmico comThese samples were submitted to hydrothermal treatment with
100% vapor a 788°C por 5h em leito fixo a fim de simular a desativação do catalisador. Uma sílica inerte em pó com baixa área específica (SiO2/REF (J)) foi também utilizada como referência e também e submetida ao mesmo100% steam at 788 ° C for 5h in a fixed bed in order to simulate the deactivation of the catalyst. An inert silica powder with a low specific area (SiO 2 / REF (J)) was also used as a reference and also and submitted to the same
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tratamento hidrotérmico. Os quatro materiais, após o tratamento acima,foram comparados quanto à sua atividade. Os dois catalisadores de sílicaalumina dopados com sódio, segundo ensinamento da presente invenção, apresentaram maior atividade do que a sílica e menor atividade do que a referência de sílica-alumina não dopada, porém mostraram teor de aromáticos menor para uma mesma conversão em relação às duas referências, conforme ilustra a Figura 2.hydrothermal treatment. The four materials, after the treatment above, were compared as to their activity. The two silica-alumina catalysts doped with sodium, according to the teaching of the present invention, showed greater activity than silica and less activity than the reference of non-doped silica-alumina, however they showed lower aromatic content for the same conversion in relation to the two. references, as shown in Figure 2.
EXEMPLO 3EXAMPLE 3
Este exemplo ilustra o grau de desativação do catalisador à base de sílica-alumina com teor de Na de 2% do exemplo 2 provocado pela presença de metais contaminantes, tais como níquel e vanádio.This example illustrates the degree of deactivation of the 2% Na silica-alumina based catalyst of example 2 caused by the presence of contaminating metals, such as nickel and vanadium.
Uma amostra do catalisador SiAI/2%Na testado no exemplo 2 foi separado em duas partes e cada parte submetida à impregnação com níquel e vanádio seguindo o clássico protocolo de Mitchell resultando nos seguintes graus de contaminação:A sample of the SiAI / 2% Na catalyst tested in example 2 was separated into two parts and each part subjected to impregnation with nickel and vanadium following the classic Mitchell protocol resulting in the following degrees of contamination:
(i) 500 mg/kg de Ni + 500 mg/kg de V;(i) 500 mg / kg of Ni + 500 mg / kg of V;
(ii) 1500 mg/kg de Ni + 1500 mg/kg de V. Analogamente, o catalisador a base de sílica-alumina preparado no exemplo 2 na sua forma não-dopada foi impregnado com maciça dose de metais 2500 mg/kg Ni + 7500 mg/kg V, assim como um catalisador zeolítico convencional usado como referência.(ii) 1500 mg / kg of Ni + 1500 mg / kg of V. Similarly, the catalyst based on silica-alumina prepared in example 2 in its doped form was impregnated with a massive dose of metals 2500 mg / kg Ni + 7500 mg / kg V, as well as a conventional zeolitic catalyst used as a reference.
Todos estes catalisadores impregnados foram submetidos a tratamento hidrotérmico sendo seus valores de área específica BET determinados antes e após a desativação a fim de mensurar a resistência contra metais em função da retenção da propriedade textural.All these impregnated catalysts were subjected to hydrothermal treatment and their specific BET area values were determined before and after deactivation in order to measure the resistance against metals due to the retention of the textural property.
Na Tabela 1 temos apresentado o efeito da contaminação de níquel e vanádio, expresso em termos da redução da área especifica dos catalisadores após o processo de desativação hidrotérmica.In Table 1 we have presented the effect of nickel and vanadium contamination, expressed in terms of the reduction of the specific area of the catalysts after the hydrothermal deactivation process.
Os catalisadores da presente invenção SiAI e SiAI/2%Na apresentam área específica em torno de 300 m2/g e depois de desativados em qualquerThe catalysts of the present invention SiAI and SiAI / 2% Na have a specific area around 300 m 2 / g after being deactivated in any
10/12 12/10
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teor de vanádio, resultaram em valores da ordem de 200 m2/g/^ caracterizando uma retenção de área relativamente alta de quase 70%.vanadium content, resulted in values in the order of 200 m 2 / g / ^ characterizing a relatively high area retention of almost 70%.
Em contraste, o catalisador de FCC convencional, cuja área específica original é de 310 m2/g resulta após desativação na presença de alto teor de vanádio numa área de apenas 76 m2/g (retenção de 25%) com drástica perda da área de microporos relativa ao componente zeolítico.In contrast, the conventional FCC catalyst, whose original specific area is 310 m 2 / g results after deactivation in the presence of a high vanadium content in an area of only 76 m 2 / g (25% retention) with drastic loss of area micropores relative to the zeolitic component.
Tais resultados demonstram as vantagens técnicas dos catalisadores aqui descritos, uma vez que conduz a uma maior resistência à desativação causada por metais contaminantes.Such results demonstrate the technical advantages of the catalysts described here, since it leads to greater resistance to deactivation caused by contaminating metals.
EXEMPLO 4EXAMPLE 4
Este exemplo ilustra o craqueamento catalítico de um gasóleo com 19° API, variando a velocidade espacial empregada, aqui definida como a vazão de carga dividida pelo peso de catalisador no leito do reator.This example illustrates the catalytic cracking of a diesel with 19 ° API, varying the spatial velocity employed, here defined as the flow rate divided by the weight of catalyst in the reactor bed.
Um catalisador à base de sílica-alumina dopado com sódio 15 (catalisador A), preparado de acordo com o método descrito no exemplo 1, foi previamente submetido a tratamento hidrotérmico, com 100% vapor aA silica-alumina-based catalyst doped with sodium 15 (catalyst A), prepared according to the method described in example 1, was previously subjected to hydrothermal treatment, with 100% steam at
788°C por 5h em leito fluidizado, a fim de simular sua desativação.788 ° C for 5h in fluidized bed, in order to simulate its deactivation.
O catalisador A foi testado em uma unidade piloto de leito fluidizado, empregando como carga um gasóleo 19° API, temperatura de 530°C, relação catalisador / óleo (CTO) de 3,4 e velocidade espacial de 0,3h'1.Catalyst A was tested in a fluidized bed pilot unit, using a 19 ° API diesel fuel, temperature of 530 ° C, catalyst / oil ratio (CTO) of 3.4 and a spatial speed of 0.3h ' 1 .
11/12 „ς· ι%11/12 „ς · ι %
ίο. £ίο. £
/·3 Λ/ · 3 Λ
Um catalisador de equilíbrio convencional (Catalisador B), proveniente de uma refinaria, foi tomado como referência e avaliado em uma unidade piloto de craqueamento em riser, empregando a mesma carga, temperatura de 540°C, relação catalisador / óleo de 7,5 e velocidade espacial da ordem de 50 h'1.A conventional equilibrium catalyst (Catalyst B), from a refinery, was taken as a reference and evaluated in a pilot cracking unit in riser, using the same load, temperature of 540 ° C, catalyst / oil ratio of 7.5 and spatial speed of the order of 50 h ' 1 .
Na Tabela 2 são apresentados os rendimentos obtidos para cada fração de interesse.Table 2 shows the yields obtained for each fraction of interest.
Tais resultados evidenciam as características do catalisador objeto de tal invenção, já que os rendimentos para gás combustível, LCO e OD do processo de craqueamento empregando o catalisador A foram mais altos, enquanto que os rendimentos de gasolina e GLP foram mais baixos, quando comparados ao processo utilizando o catalisador de referência (catalisador B).Such results show the characteristics of the catalyst object of such invention, since the yields for fuel gas, LCO and OD of the cracking process using catalyst A were higher, while the yields of gasoline and LPG were lower, when compared to the process using the reference catalyst (catalyst B).
Na tabela 3 encontram-se apresentadas as propriedades determinantes da qualidade de algumas destas frações. Para a nafta foi determinada sua octanagem (MON- número de octano motor), para o LCO (óleo leve de reciclo) foi determinado o seu número de cetano e sua densi12/12 'xVTable 3 shows the properties that determine the quality of some of these fractions. For naphtha its octane (MON- number of motor octane) was determined, for LCO (light recycle oil) its cetane number and density 12/12 'xV
dade relativa (d20/4).relative quality (d20 / 4).
A redução da densidade aparente e o aumento do número de cetano do LCO, em relação à referência, além da forte redução na octanagem da gasolina, são conseqüências da redução do teor de aromáticos proporcionado pelo catalisador dopado com sódio (catalisador A).The reduction in the apparent density and the increase in the number of cetane in the LCO, in relation to the reference, in addition to the strong reduction in the octane of gasoline, are consequences of the reduction in the aromatics content provided by the sodium doped catalyst (catalyst A).
1/1 g1/1 g
*e Fls <z, _ξπ* and Fls <z, _ξπ
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