Alternative feedstocks from waste and renewable resources in the FCC process for a sustainable production of light Olefins and high-octane gasoline

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Bewertung des Co-Feeding von nachhaltigen alternativen Rohstoffen aus Abfall oder erneuerbaren Quellen mit Vakuumgasöl in einer Fluid Catalytic Cracking Pilotanlage. Ziel war es, den Einfluss der alternativen Einsatzstoffe Lippenstiftmasse und unterschiedlicher Kunststoff- und Biomassepyrolyseöle auf das Produkt und die Verarbeitbarkeit der Einsatzstoffkombination zu ermitteln. Darüber hinaus wurden Studien zum besseren Verständnis der Pilotanlage sowie eine Untersuchung verschiedener Chargen von Vakuumgasöl durchgeführt.Lippenstiftmasse wurde behandelt, um den Aschegehalt zu reduzieren, und anschließend als möglicher Co-Feed getestet. Diese Versuchsreihe wurde im Hinblick auf das Recycling von unverkauftem Lippenstift durchgeführt, wobei die Lippenstiftmasse als eine der Trennfraktionen anfällt. In dieser Machbarkeitsstudie brachte die behandelte Lippenstiftmasse hervorragende Ergebnisse und kann als brauchbarer Co-Feed im Fluid Catalytic Cracking Prozess angesehen werden.Zwei Destillationsfraktionen eines aus gemischten Kunststoffabfällen hergestellten Pyrolyseöls wurden als Co-Feed im Fluid Catalytic Cracking Prozess getestet. Dies geschah im Sinne der Entwicklung eines Kunststoffrecyclingverfahrens für gemischte Kunststoffabfälle durch die Verwendung der im FCC-Pozess produzierten leichten Olefine als Monomere für die Kunststoffherstellung. Die leichtere Fraktion, mit dem Namen Heavy SynCrude, erzielte in Beimischungen von 5 wt%, 10 wt% und 20 wt% nahezu die gleichen Ergebnisse wie reines Vakuumgasöl. Die schwerere Fraktion „Distillation Residue“ bereitete bei einer Beimischung von 20 wt% aufgrund ihres hohen Aschegehalts Schwierigkeiten, war aber bei einer Beimischung von 10 m% verarbeitbar. Der Hersteller plant die Qualität von Distillation Residue durch Vorbehandlung weiter zu steigern, indem er den Aschegehalt sowie den Conradson Carbon Residue Wert reduziert, um einen besser geeigneten Co-Feed zu generieren.Im Rahmen des Projektes Waste2Road wurden Pyrolyseöle aus Kiefernholz, Sonnenblumenresten der Pflanzenölindustrie und kontaminiertem Holz mit unterschiedlichen Behandlungsgraden auf ihre Verwendbarkeit als Co-Feed sowie ihren Einfluss auf die Produkte getestet. Alle getesteten Substanzen verursachten bis zu einem gewissen Grad Probleme mit dem Zuleitungssystem der Pilotanlage. Lediglich das Pyrolyseöl aus Sonnenblumenresten war als Co-Feed in der Pilotanlage nicht verwendbar, wegen der Menge an Feststoff die bei der Vermischung mit Vakuumgasöl entstand. Keine der getesteten Mischungen verringerte die Kohlenwasserstoffgas- und Benzinqualität der Produkte in problematischem Maß im Vergleich zu den Ergebnissen von hydriertem Vakuumgasöl.Ein wichtiger im Rahmen dieser Arbeit durchgeführter Vergleich war die Gegenüberstellung verschiedener Vakuumgasölchargen, der die Unterschiede im Produktspektrum aufzeigt, die sich aufgrund der Qualitätsunterschiede des zum Produktionszeitpunkt in der Raffinerie verwendeten Rohöls ergeben.

The goal of this work was the assessment of co-feeding of sustainable alternative feedstocks from either waste or renewable sources with vacuum gas oil in a fluid catalytic cracking pilot plant. Multiple studies, outlined below, were conducted to determine the influence of the alternative feedstocks lipstick mass, pyrolysis oils from plastic waste and pyrolysis oils from biomass on the product and the processability of the feedstock combination. Furthermore, studies for the better understanding of the pilot plant as well as a study of different batches of vacuum gas oil were conducted. Lipstick mass was treated in order to reduce the ash content and afterwards tested as a possible co-feed. This experimental series was done in regard to the recycling of unsold lipstick where lipstick mass accrues as one of the fractions. In this feasibility study treated lipstick mass brought promising results and was confirmed to be a usable co-feed in the fluid catalytic cracking process. Two distillation fractions of a pyrolysis oil produced from mixed plastic waste were tested as co-feed in the fluid catalytic cracking process. This was done in terms of plastic recycling using the produced light olefins as monomers for plastic production. The lighter fraction, which is called “Heavy SynCrude” amounted in admixtures of 5 wt%, 10 wt% and 20 wt% to nearly the same results as pure vacuum gas oil. The heavier fraction, “Distillation Residue”, caused difficulties at an admixture of 20 wt% due to its high ash content but was processable at an admixture of 10 wt%. The producer strives to increase the quality of Distillation Residue by reducing the ash content as well as the Conradson Carbon Residue value to make it a desirable co-feed. As part of the project Waste2Road, pyrolysis oils from pine wood, sunflower husks and contaminated wood of different treatment grades were tested for their usability as co-feed, as well as their influence on the products. All in the fluid catalytic cracking pilot plant tested substances caused to a certain degree issues with the feeding system of the pilot plant. Only the pyrolysis oil from sunflower husk was not usable as co-feed in the pilot plant, due to the amount of solids formed when it was combined with vacuum gas oil. None of the other feeds reduced the hydrocarbon gas and gasoline quality of the products compared to the results of hydrogenated vacuum gas oil. An important comparison done during this thesis was between different vacuum gas oil batches, highlighting the differences in the product spectrum which occur due to the quality of the crude oil used in the refinery at that time.