Katalysator mit Bor steigert Ertrag bei katalytischem Cracken. Bandbreite nutzbarer Rohölqualitäten erhöht - prozesstechnik online

Bandbreite nutzbarer Rohölqualitäten erhöht

Katalysator mit Bor steigert Ertrag bei katalytischem Cracken

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BASF hat das Katalysatorportfolio für katalytisches Cracken (FCC) von leichten bis mittelschwerem Resid-Destillationsrückständen um den Borotec-Katalysator erweitert. Die auf Bor basierende Technologie erhöht die Flexibilität der Kunden bei der Auswahl des Rohöls für ihre FCC-Einheiten und steigert damit die Erträge hochwertiger Produkte.

Raffinerien tendieren immer häufiger dazu, schwerere Rohöle mit einem hohen Grad an Verunreinigungen, vor allem Metallverunreinigungen wie Nickel, zu verarbeiten, um die Margen zu erhöhen. Die Folge davon ist, dass der Feed für die Fluid-Catalytic-Cracking-(FCC-)Anlagen ebenfalls immer schwerer und reicher an Nickel ist. Nickel lagert sich jedoch auf dem FCC-Katalysator ab und begünstigt Dehydrierungsreaktionen, wodurch es zu einem ungewollten Anstieg der Wasserstoff- und Koksausbeute kommt. Wasserstoff und Koks zählen zu den FCC-Nebenprodukten mit geringstem Wert. Daher sind Raffinerien daran interessiert die Ausbeute dieser Produkte in der FCC-Anlage möglichst niedrig zu halten. Hinzu kommt, dass der Nassgaskompressor (WGC) der FCC-Anlage oft an der Auslastungsgrenze operiert. Durch die Absenkung der Wasserstoffmengen werden im WGC Kapazitäten freigegeben, die zur Erhöhung des FCC-Durchsatzes oder zur Optimierung der FCC-Fahrweise genutzt werden können.

Bisheriger Stand der Technik

Stand der Technik ist eine Passivierung von Nickel durch Antimon oder durch spezielle Aluminiumoxide, die Bestandteil des Katalysators sind. Bei der Nickelpassivierung mittels Antimon (Sb) werden Antimonverbindungen direkt zum FCC-Feed dosiert dosiert. Diese Passivierungsvariante wurde von der Firma Phillips Petroleum Co. patentiert (US 3711422 patent, Johnson M.M., Tabler D.C.) und wird bereits seit über 40 Jahren eingesetzt. Die Betriebsdaten und Ausbeuten verschiedener FCC-Anlangen zeigten, dass eine Antimondosierung den Dehydrierungseffekt von Nickel um 20 bis 40 % reduzieren kann. Die Dosierung von Sb führt dabei zu einer starken, jedoch kurzfristigen Absenkung der Trockengasausbeute und dem Delta-Koks. Beim Gebrauch von Antimon sollte auch berücksichtigt werden, dass dieses die Wirkung von verbrennungsunterstützenden CO-Promotor-Additiven negativ beeinflusst und zusätzlich auch zu erhöhten NOx-Emissionen führen kann. Da zudem bei der Verwendung von Antimon besondere Anforderungen im Bereich Umwelt- und Arbeitsschutz zu beachten sind, ist der Gebrauch von Antimon nicht in allen FCC-Anlagen möglich. Nicht zuletzt hat auch die Aufnahmefähigkeit vom FCC-Katalysator einen Einfluss auf die Wirksamkeit dieser Passivierungsmethode. Diese variiert erheblich in Abhängigkeit von Katalysatortyp und weiteren Faktoren. Aufgrund dessen werden weit häufiger FCC-Katalysatoren mit Ni-deaktivierenden Aluminiumoxiden eingesetzt. Ziel dieser speziellen Aluminiumoxide ist es, Nickel in einer höheren Oxidationsstufe im Katalysator zu binden und dadruch die H2-und Koks-Ausbeuten zu reduzieren. Nickel ist, entsprechend seines hohen PDI-Werts (Peripheral Deposition Index), nur eingeschränkt mobil und sammelt sich hauptsächlich auf der Katalysatoroberfläche an. Die ebenfalls eingeschränkte Mobilität des Aluminiumoxids ist der größte Nachteil dieser Methode, da nur in unmittelbarer Nähe befindliches Nickel passiviert wird. BASF hat sich daher als Ziel gesetzt, eine verbesserte Ni-Passivierungstechnologie zu entwickeln.

Technologie auf Basis von Bor

Das Ergebnis ist eine Technologieplattform auf der Basis des Elements Bor (Boron Based Technology – BBT). In der Entwicklungsphase führte BASF verschiedene Studien zur Ni-Passivierung mittels Bor durch. Eine Vielzahl spektroskopischer Analysen zeigte, dass mit der Bor-basierten Technologie Nickel in einem elektonenärmeren Zustand gehalten wird und somit Dehydrierungsreaktionen nicht katalysieren kann. Sowohl die Wasserstoff- als auch die Koksbildung wird dadurch stark reduziert. Zusätzlich konnten viele weitere Vorteile gegenüber den bisherigen Ni-Passivierungsmechanismen ermittelt werden. Unter anderem bleiben, anders als bei Antimon, NOx-Emissionen auf dem gegebenen Niveau. Bor zeigt sich zudem innerhalb des Katalysatorpartikels unter FCC-Betriebsbedingungen mobil, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass Bor Nickel abfängt und bindet um ein Vielfaches höher ist im Vergleich zu den Aluminiumoxiden. Bei der BASF-BBT-Plattform werden nur geringe Mengen Bor zur FCC-Katalysatorherstellung benötigt. Auch verbleibt Bor als nicht toxische Komponente auf dem gebrauchten Katalysator, sodass hinsichtlich Umwelt- oder Arbeitsschutzrichtlinien keinerlei zusätzliche Anforderungen während der Benutzung zu beachten sind.

Lösungen für Raffinerien

Im Jahr 2016 führte BASF mit Borocat den ersten FCC-Katalysator auf BBT-Basis in den Markt ein. Seitdem wird Borocat mit Erfolg in vielen Raffinerien weltweit eingesetzt und trägt dazu bei, dass der Durchsatz mit schwerem, stark nickelhaltingem Feedstock in den FCC-Anlagen erhöht und somit die Profitabilität gesteigert werden konnte. Die Einführung des Borocat-Katalysators am Markt war so erfolgreich, dass sogar Raffinerien mit variablen Einsatzqualitäten bzw. milder bis mittlerer Rückstandsverarbeitung Interesse an einem FCC-Katalysator aus der BBT-Plattform kundtaten.

Im Jahr 2017 wurde speziell für milde bis mittelschwere FCC-Feeds mit Ni-Verunreinigungen der ebenfalls auf der BBT-Plattform basierende Katalysator Borotec am Markt eingeführt. Tests in FCC-Anlagen zeigten, dass Borotec eine gute Metalltoleranz sowie eine verbesserte Ausbeutestruktur an Flüssigtreibstoffprodukten liefert. Vergleiche von Borotec mit Premium-Bottoms-Upgrading-Technologien anderer FCC-Katalysatorlieferanten zeigten, dass die Raffinerien folgende Änderungen in deren Ausbeutestrukturen sehen konnten:

  • geringere Wasserstoff- und Koks-
    Ausbeuten
  • verbesserte Aktivitätserhaltung bei ähnlichen Vanadium- und Natriumgehalten
  • verbesserte Bottoms Upgrading und
    verbesserte Ausbeute an Flüssigprodukten
  • verbesserte Propylen- und Butylenausbeuten

Borotec führt demnach, verglichen mit anderen Katalysatoren am Markt, zu einer höheren Ausbeute an hochwertigen Produkten und geringerem FCC-Slurry. Die verbesserte Metalltoleranz von Borotec ermöglicht es den Raffinerien flexibel zu agieren und verschiedene Einsatzöle zu verwenden. Versuche mit den Raffineriekatalysatoren können auch vor Ort in der von BASF entwickelten mobilen Einheit für Katalysatorversuche durchgeführt werden.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cavPC117basf


Katalysatortests   Mobile Versuchseinheit

BASF hat das mobile Fluid Catalytic Cracking (FCC) Catalyst Addition System entwickelt. Dieses System ermöglicht es Raffineriebetreibern, Versuche mit Katalysatoren und Co-Katalysatoren durchzuführen und gleichzeitig die potenziellen Risiken eines Wechsels hin zu einem neuen Katalysator zu minimieren. Das System ist einfach zu bedienen, benötigt nur wenig Raum vor Ort an der FCC-Einheit und erfordert keine spezielle Vorbereitung, um zuverlässig und präzise Katalysatoren zu addieren. Der Lkw mit dem mobilen Loader kommt bei der Raffinerie an, wird an die richtige Stelle gefahren, aufgestellt, mit der Raffinerieeinheit verbunden und mit den Katalysatoren befüllt. Alle Schritte werden über eine lokale Kontrolleinheit bedient, es sind keine weiteren manuellen Schritte nötig.

Mobile Einheit für Katalysatorversuche vor Ort
Bild: BASF

Autoren : Carl Keeley Vasilis Komvokis Sabeeth Srikantharajah

Regional Marketing Manager,

BASF Refining Catalysts EMEA

Technology Manager,

BASF Refining Catalysts EMEA

Technical Account Manager,

BASF Refining Catalysts EMEA

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