Fluid catalytic cracking technology: current status and recent discoveries on catalyst contamination

A Novel Method to Investigate the Activity Tests of Fresh FCC Catalysts: An Experimental and Prediction Process from Lab Scale to Commercial Scale

“…Fluid catalytic cracking (FCC) technology has been (and is still) one of the most important conversion processes in petroleum refinery for converting heavy fractions to more valuable fuels, such as gasoline, diesel, liquefied petroleum gas (LPG), olefinic gases, and some other products [1][2][3]. Due to the high flexibility of operation for different types of feedstocks, such as biomass-derived feedstocks, FCC technology has been long-lasting, and witnessed several stages of developments and revolutions for catalyst, feedstock, process technology, and reactor design [4][5][6]. In other words, the wider diversity of feedstocks, fluctuation of product market, and environmental emissions control have continuously proposed a number of challenges for fresh FCC catalysts, reaction conditions, and even production distribution [7][8][9][10].…”

“…The modern FCC catalyst comprises four major components and additives so as to switch adaptability to change product demand and offer increasing profitability [4,11]. The new developed catalysts are supposed to own high resistance to contaminants from the heavy feedstocks, in addition to excellent hydrothermal stability due to the harsh regenerator conditions [12][13][14].…”

“…Hydrothermal deactivation represents the equilibrium activity as a function of a regenerator bed temperature and regeneration bed flue gas water partial pressure, while metal deactivation reflects the influence of metal content on commercial equilibrium catalyst (E-Cat). Several methods are developed to simulate the E-Cat, by loading metal on the fresh catalyst in laboratory, then the artificially E-Cat can be tested on laboratory units, either with fixed bed, fixed fluid bed, the once through, or circulating pilot plant, or the Chemical Reactor Engineering Centre (CREC) Riser Simulator [4,15]. Actually, there are many standard test methods determining the activity (American Society for Testing Materials (ASTM) D3907/D3907M-19) and selectivity (ASTM D5154/D5154M-18, ASTM D7964/D7964M-19) for either E-Cat or laboratory deactivated FCC catalysts, and the microactivity test or Advanced Cracking Evaluation (ACE) test is conducted in either fixed bed (ASTM D5154/D5154M-18) or fluidized bed (ASTM D7964/D7964M-19).…”

Mecanismos de desactivación de catalizadores heterogéneos

“…Una mejora realizada a las zeolitas tradicionales del proceso de FCC es la adición de tierras raras como lantano (La), que incrementa la actividad catalítica (Liu et al, 2014). Recientemente, nuevas zeolitas han sido probadas como catalizadores en el proceso de FCC, remplazando a las zeolitas tradicionales, tal es el caso de las zeolitas ITQ-7, ITQ-17, ITQ-21, ITQ-33, ITQ-39, ZSM-20, entre otras (Bai et al, 2018;Castañeda et al, 2006;Vogt et al, 2015). Dichas zeolitas presentan estructuras porosas tridimensionales, adquiriendo propiedades como fuerza ácida similar o mayor a la zeolita ZSM-5 así como una alta estabilidad térmica (Castañeda et al, 2006;Vogt et al, 2015).…”

“…Uno de los principales inconvenientes presentes durante el empleo de catalizadores heterogéneos industriales es la desactivación inminente e inevitable con el transcurso del tiempo de los sitios activos, acompañada de la pérdida de actividad catalítica y disminución de la selectividad del producto deseado (Zhou et al, 2020). Por ejemplo: a) el catalizador del proceso FCC se desactiva por la formación de coque depositado sobre la superficie del catalizador (Al-Khattaf, 2002;Bai et al, 2018;Ino et al, 1996); b) el proceso de desactivación de los catalizadores de hidrodesulfuración (HDS) se realiza en tres fases: una desactivación rápida debido a la formación de coque en la superficie del catalizador; una desactivación lenta debida al recubrimiento de la superficie de los catalizadores por metales, como Ni, Va, Na, entre otros, y, una desactivación rápida causada por el bloqueo de los poros del catalizador debida a la deposición de metales y coque (Kallinikos et al, 2008;Seki et al, 2001). Aunado a esto, el proceso HDT genera un subproducto azufrado de reacción, el H 2 S, el cual debe ser eliminado antes de entrar en otras etapas del proceso de refinación, tal es el caso del proceso de hidrogenación para incrementar el número de cetano del diésel, ya que el H 2 S desactiva fácilmente los catalizadores de hidrogenación a base de metales como el Ni y metales nobles, Pt y Pd (Song, 1999;Song y Schmitz, 1997).…”