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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12065| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Estudo da contaminação por ferro na presença de enxofre em catalisadores de equilíbrio de FCC |
| Título(s) alternativo(s): | Impacts of iron contamination in the presence of sulfur in FCC equilibrium catalyst |
| Autor: | Rodrigues, Fábio ![]() |
| Primeiro orientador: | Henriques, Cristiane Assumpção |
| Primeiro coorientador: | Morgado Junior, Edisson |
| Primeiro membro da banca: | Zotim, Fátima Maria Zanon |
| Segundo membro da banca: | Costa, Antônio Mário Leal Martins |
| Terceiro membro da banca: | Lam, Yiu Lau |
| Resumo: | Os catalisadores de FCC (Fluidized Catalytic Cracking) são largamente utilizados pela indústria de petróleo nos processos de refino. Durante seu processamento nas unidades de craqueamento catalítico (UFCCs), este catalisador é submetido a condições adversas que promovem sua desativação irreversível, tais como a presença de vapor d água associado a alta temperatura e de metais contaminantes provenientes da carga principalmente níquel, vanádio, sódio e ferro. A queda de acessibilidade do catalisador com consequente redução na conversão de fundos são evidências da contaminação crítica por ferro, usualmente caracterizada pela nodulação da superfície externa do catalisador. O fenômeno de nodulação das partículas observado somente em unidades de FCC industriais, nunca foi reproduzido em laboratório, apesar de haver alguns trabalhos envolvendo envenenamento com ferro isoladamente e em presença de outros contaminantes, tais como níquel, vanádio e cálcio. O objetivo deste trabalho foi de avaliar os impactos da contaminação por ferro nas propriedades de um catalisador comercial de equilíbrio proveniente de uma UFCC comercial. Este catalisador foi submetido ao craqueamento de gasóleo contaminado com naftenato de ferro e co-dopagem com benzotiofeno como fonte de enxofre, a fim de verificar algum efeito sinergético entre estes elementos. Os experimentos foram realizados em uma unidade de laboratório MAT (Micro Activity Test) que simula o craqueamento catalítico. Obteve-se sucesso na contaminação do catalisador por ferro (com e sem a adição de enxofre) a partir da realização de vários ciclos de reação/regeneração sob condições experimentais que foram otimizadas para tal. As análises de EPR e espectroscopia Mössbauer apontaram indícios da formação de sulfeto de ferro precursor e a influência da natureza da carga de gasóleo sobre as espécies de ferro depositadas. A distribuição do ferro se estabeleceu de forma relativamente homogênea no interior da partícula e o efeito de nodulação da superfície externa não foi observado. Apesar disso, foi possível simular a queda no índice de acessibilidade do catalisador, típica de contaminação por ferro no processo industrial. A deposição por ferro através desse protocolo resultou em dano significativo nas propriedades texturais, tal como a redução do volume de microporos, e que se refletiu em menor atividade do catalisador. A avaliação catalítica indicou piora na seletividade a coque e gás combustível e redução do rendimento de gasolina para as amostras dopadas, o que pode ser explicado pela ação do ferro adicionado promovendo reações de desidrogenação em detrimento das de craqueamento. Já o aumento no rendimento de resíduo observado sugere que o ferro também tenha causado restrição difusional ao catalisador. A presença de enxofre na contaminação por ferro não alterou significativamente o comportamento catalítico do catalisador envenenado |
| Abstract: | FCC (Fluidized Catalytic Cracking) catalysts are used largely in the refining processes of the petroleum industries. During these processes, which occurs in the catalytic cracking units (FCCU), the catalyst is submitted to a hard operational condition, such as steaming at high temperatures and contamination with nickel, vanadium, iron, and sulfur, that promotes its irreversible deactivation. The decrease of accessibility of the catalyst with resulting reduction in bottoms conversion are critical evidence of contamination by iron, usually characterized by nodulation in the outer surface of the catalyst. The phenomenon of particles nodulation is observed only in industrial FCC units, has never been reproduced in the laboratory, although there is some work involving poisoning with iron alone and in the presence of other contaminants such as nickel, vanadium and calcium. The aim of this study was to evaluate the impacts of iron contamination on the properties a commercial catalyst balance obtained from a commercial UFCC. This catalyst was subjected to feedstock cracking contaminated with iron naphthenate and benzothiophene as a sulfur source, in order to verify a synergistic effect between these elements. The experiments were performed in a lab unit MAT (Micro Activity Test) simulating the catalytic cracking. Success was obtained in the contamination of the catalyst by iron (with and without the addition of sulfur) by performing multiple cycles of reaction / regeneration under experimental conditions optimized for this. Analyses of EPR and Mössbauer spectroscopy showed evidence of the formation of iron sulfide precursor and influence the nature of feedstock on the deposited iron species. The distribution of iron settles relatively homogeneous within the particle and the nodulation effects of the outer surface were not observed. Nevertheless, it was possible to simulate the accessibility index drop in the catalyst, as typical iron contamination in the industrial process. The deposition of iron through this protocol resulted in significant damage to the textural properties, such as reducing the volume of micropores, which was reflected in lower activity of the catalyst. The catalytic evaluation showed deterioration in selectivity to coke and fuel gas and reduce the gasoline yield for the doped samples, which can be explained by the action of iron added to promote dehydrogenation reactions to the detriment of cracking. The increase in the residue yield observed suggests that the iron has also caused diffusional restriction of the catalyst. The presence of sulfur in the iron contamination did not significantly alter the catalytic behavior of the poisoned catalyst |
| Palavras-chave: | FCC equilibrium catalyst iron poisoning sulfur FCC catalisador de equilíbrio contaminação por ferro enxofre |
| Área(s) do CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | BR |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Citação: | RODRIGUES, Fábio. Estudo da contaminação por ferro na presença de enxofre em catalisadores de equilíbrio de FCC. 2016. 147 f. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Meio Ambiente) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12065 |
| Data de defesa: | 27-Set-2016 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Química |
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