فرایند کراکینگ بستر سیال

فرآیند FCC، فرآیندی است با تکنولوژی پیچیده که برای ارتقا مواد سنگین نفتی (Up Grading) کاربرد دارد این فرآیند جهت کراکینگ برش های سنگین هیدروکربنی بکار برده می‌شود. فرآیند FCC، یکی از مهمترین فرآیندهای پالایشگاهی است که هدف عمده آن، تبدیل برش‌های سنگین و کم ارزش نفتی به فرآورده‌های با ارزش و سبک است. خوراک این واحد نفت گاز حاصل از برج خلاء است و محصولات آن گازهای سبک، الفین­های سبک (پروپیلن)، بنزین، گازوییل سبک و سنگین است.

اولین واحد شکست کاتالیستی در سال ۱۹۳۶ میلادی توسط هودری (Hodry) ارائه و ساخته شد. این واحد با بستر ثابت طراحی شده بود. واحدهای بستر سیال از نوع کت ­کراکر (Fluid Catalytic Cracking/FCC) برای اولین بار در سال ۱۹۴۲ توسط شرکت اکسون (Exxon) در طول جنگ جهانی برای تولید بنزین با اکتان بالا و تولید محصولات جانبی نظیر بوتیلن برای فرآیند الکیلاسیون به صورت صنعتی در آمد. از آنجاییکه بنزین تولید شده در این واحد از نظر کیفی و کمی به مراتب بهتر از بنزین تولید شده در واحدهای شکست حرارتی بود، این واحدها با استقبال بسیار قابل توجهی روبرو شدند.

پیش از دهه ۸۰ میلادی واحدهای شکست کاتالیستی بستر سیال, هیدروکراکینگ (Hydro Cracking) از یک طرف و واحدهای ککینگ و غلظت­ شکن (Visbreaking) از طرف دیگر از واحدهای مطرح جهت ارتقاء برش­ های سنگین نفتی در پالایشگاه‌های نفت به شمار می‌آمدند. بعد از دهه ۸۰ با افزایش قیمت نفت استفاده از واحدهای کت ­کراکر و هیدروکراکینگ مقرون به صرفه شد. از این زمان واحدهای کت­ کراکر و هیدروکراکینگ به صورت رقبای سرسختی برای واحدهای ککینگ و غلظت ­شکن در آمدند و به نظر می‌رسد که واحدهای ککینگ و غلظت­ شکن نهایتا مغلوب کت­ کراکر و هیدروکراکینگ شوند. کت ­کراکر و هیدروکراکینگ هیچ کدام مطلقا نتوانسته‌اند بر هم غالب شوند. در حال حاضر با توجه به عدم ثبات قیمت نفت و همچنین هزینه سرمایه­گذاری و عملیاتی کمتر و انعطاف ­پذیری نوع خوراک و محصولات، تمایل بیشتر به ایجاد واحد FCC وجود دارد.

کاتالیست های تجاری کراکینگ را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. آلومینو سیلیکات های طبیعی عمل آوری شده با اسید

2. ترکیبات سیلیس- آلومین سنتزی بی شکل

3. کاتالیزگرهای سیلیس- آلومین سنتزی بلورین که زئولیت ها یا غربال های مولکولی نامیده شدند.

امروزه بیش تر کاتالیست های مورد استفاده در واحدهای تجاری یا از دسته سوم بوده و یا مخلوطی از دسته های دوم و سوم هستند.

معرفی زئولیت در کاتالیست های کت کراکر تجاری در اوایل دهه ۶۰ میلادی یکی از عمده ترین پیشرفت ها در تاریخ کت کراکر می باشد. کاتالیست های زئولیتی حاوی سود بیشتر و صرف هزینه کمتری می باشند. به بیان ساده تر، کاتالیست های زئولیتی بزرگترن داد و ستد در هر زمانی برای پالایشگاه ها بوده و هست.

کاتالیست های زئولیتی در مقایسه با کاتالیست های سیلیکا-آلومینای بی شکل، فعال تر بوده و قدرت انتخاب گری بهتری دارند. قدرت انتخابگری و فعالیت بالاتر، یعنی تولید محصول پرسود و ظرفیت بیشتر شکست هیدروکربنی. این کاتالیست ها که اوایل دهه ۶۰ میلادی وارد بازار شدند، با فعالیت زیادشان انجام واکنش کراکینگ در مدت اقامت کوتاه را ممکن می سازد و بدین ترتیب در اغلب واحدهای کراکینگ استفاده از روش عملیات کراکینگ در خط بالابرنده (Riser) میسر می شود. در این حالت تاثیر منفی رسوب کربن بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست کمینه می شود زیرا میزان پس اختلاط کاتالیست در خط بالابرنده قابل توجه نیست. به علاوه می توان از خطوط بالابرنده متفاوتی برای کراکینگ جریان بازگردانی و خوراک تازه استفاده کرد به ترتیبی که هر یک در شرایط بهینه خود شکسته شوند.

اثرات کاتالیستی کاتالیست های زئولیتی تنها با موجودیت ۱۰ تا ۲۵% زئولیت در کاتالیست در گردش کامل می شود و باقیمانده آن را سیلیس – آلومین بی شکل تشکیل می دهد. کاتالیست های بی شکل مقاومت سیلیسی بیشتری دارند و از کاتالیست های زئولیتی ارزان تر می باشند. کاتالیست های کت کراکر (FCC) به شکل پودر ریز با اندازه ذره میانگین ۷۵ میکرون می باشند. کاتالیست کت کراکر مدرن دارای چهار ترکیب اصلی زیر است:

1. زئولیت (Zeolite)

2. ماتریکس (Matrix)

3. همبست گر(Binder)

4. آکنش گر(Filler)

مرکز مطالعات زنجیره ارزش معتقد است احداث و بهره برداری واحدهای FCC در کشور می تواند به نوعی در تحقق پتروپالایش و توسعه زنجیره ارزش محصولات پتروشیمی اثرگذاری قابل توجهی داشته باشد. در هر حال حاضر در کشور دو پالایشگاه امام خمینی (ره) شازند اراک و پالایشگاه آبادان دارای واحدهای  RFCC و FCC می باشند.