Katalytische Spaltung von Fettsäuren in einer vollkontinuierlichen FCC-Pilotanlage

Abstract

Am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien befindet sich ein katalytischer Cracker mit intern zirkulierender Wirbelschicht (eng. Fluid Catalytic Cracking) oder kurz FCC-Pilotanlage. Dieser Typ von Anlage wird im raffinerietechnischen Bereich dazu benutzt, das Vakuumdestillat von Rohöl zu cracken, um so eine höhere Benzinfraktion zu erhalten. Bei neusten Untersuchungen wurde die FCC-Anlage nicht ausschließlich mit Vakuumgasöl betrieben, sondern auch mit 100% pflanzlichen Ölen wie Palm- und Sojaöl. Die Ergebnisse zeigen eine gleich große Benzinfraktion, wie beim Vakuumgasöl, obwohl Wasser als Nebenprodukt gebildet wird. Mit diesen Forschungsergebnissen als Grundlage, sollen in dieser Arbeit die Hauptkomponenten vom Palmöl näher untersucht werden. Die erste Versuchsreihe wurde mit reiner Palmitinsäure (C16:0) und bei vier Temperaturen im Bereich von 485-550°C mittlerer Risertemperatur durchgeführt. Als Einsatz für die zweite Versuchsreihe diente ein Palmitinsäure zu Ölsäure (C18:1) Gemisch, im Verhältnis 50:50m%, welches als POA (Palmitic Oleic Acid) bezeichnet und bei drei Temperaturen im Bereich von 500-550°C mittlerer Risertemperatur gecrackt wurde. Weiters wurde noch ein Einzelversuch mit reiner Ölsäure bei 550°C mittlerer Risertemperatur durchgeführt. Der Vergleich der reinen Fettsäuren mit Palmöl und POA-Gemisch, bei gleicher Temperatur zeigt, dass die Ölsäure mit einer ungesättigten Doppelbindung das Gesamtverhalten von Palmöl und dem POA-Gemisch bestimmt. Die Palmitinsäure-Versuche weisen eine hohe Temperaturabhängigkeit auf, wobei sich das Produktspektrum deutlich verschiebt und der höchste Gasanteil produziert wird, was den Benzin- und LCO+Rückstand Anteil erkennbar verringert. Die POA-Gemisch Versuche hingegen zeigen nur eine leichte Temperaturabhängigkeit. Es werden nur geringe Unterschiede in der Produktzusammensetzung festgestellt. Untersuchungen der Benzinfraktion haben gezeigt, dass der Aromaten- und Olefinanteil stark temperaturabhängig sind. Der Aromatenanteil steigt mit der mittleren Risertemperatur, während der Olefinanteil fällt. Sowohl der Olefin- als auch großteils der Aromatenanteil überschreiten die gesetzlich festgelegten Grenzkonzentrationen. Der Aromatengehalt kann bei den Palmitinsäure-Versuchen knapp eingehalten werden, während die POA-Gemische alle zu hohe Werte liefern. Die Oktanzahlen weisen ebenfalls eine Temperaturabhängigkeit auf, wobei die ROZ für alle FCC- Benzine die Anforderungen für Super Benzin erreichen, während die MOZ bei niedrigen mittleren Risertemperaturen zu gering ist.<br />

At the Institute of Chemical Engineering of the Vienna University of Technology there is located a fluid catalytic cracking reactor. Customary units of that type are used for cracking of vacuum distillate to gasoline. For his recent examinations Bartel [1] used not only vacuum distillate but also vegetable oils, eg palm oil and soy oil. Bartel´s results showed that the gasoline fraction out of vegetable oil was not less than out of vacuum distillate, although water was produced additionally. Based on these results, the main components of palm oil are tested on their usability for cracking in this project. Pure palmitic acid (C16:0) was used for the first experimental series consisting of four tests with different average risertemperatures from 485°C to 550°C. The second experimental series used a mixture of palmitic acid and oleic acid (POA), with 50:50w%. Three experiments with this mixture in the temperature range from 500°C to 550°C were carried out. Furthermore a single experiment with pure oleic acid at 550°C average risertemperature was run. The comparison of the results from the experiments with pure components - palmitic acid and oleic acid - with the results from POA-mixture and palm oil shows that the product spectrum of the mixtures depends on the oleic acid, which has one double bond. The palmitic acid test series was highly determined by temperature. Higher temperature causes a higher rate of gas and a lower rate of gasoline and LCO+residue. However, the tests with POA-mixture showed a low dependency on temperature, only slight differences in the product composition were noted. Examinations of the gasoline fraction turned out that the aromatic and olefin ratio is depending strongly on temperature. The share of aromatics is increasing according to the risertemperature, while the share of the olefin is decreasing. The ratio of olefin and - mostly - of the aromatics exceed the legal concentration limits. The limits for aromatics are observed by the experiments with the palmitic acid scarcely, but failed by the experiments with the POA- mixture. The octane number is also depending on temperature. The RON of all FCC- gasolines meets the requirements for super gasoline but the MON is too low at lower average risertemperature.