Einsatz von Mixed Feedstocks aus Rückstands- und Recyclingfraktionen im FCC-Prozess

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, Mixed Feedstocks aus Rückstands- und Recyclingfraktionen in einer Fluid Catalytic Cracking (FCC) Anlage zu untersuchen. Dabei wurde Vakuumgasöl (VGO) aus der Bayernoil Raffinerie Neustadt mit Deasphalted Oil (DAO) oder mit Kunststoffpyrolysekondensat gemischt und einer FCC-Pilotanlage mit intern zirkulierender Wirbelschicht zugeführt, um die Auswirkungen auf das Produktspektrum zu analysieren. Zusätzlich wurde bei einem Experiment VGO vollständig durch DAO ersetzt. Die stoffliche Verwertung von sowohl Pyrolysekondensat aus Kunststoffabfällen als auch der sehr schweren Rückstandsfraktion aus der Vakuumdestillation (Ausgangstoff für DAO) trägt zu einer Verringerung der Treibhausgasemission, insbesondere Kohlenstoffdioxid, bei. Aufgrund der Reduktion von Kunststoffabfällen wirkt es auch dem grassierenden Müllproblem entgegen. Im Rahmen der ersten Versuchsreihe wurde gezeigt, dass mit steigendem DAO Gehalt im Feed der Gas- und der Benzinanteil sinken, Mitteldestillate und Rückstandsfraktionen aber ansteigen. Die Produktion von thermisch verwertetem Koks bleibt nahezu konstant. Diese Erkenntnisse lassen, obwohl auf den ersten Blick ein Anlagenbetrieb mit DAO Co-Feeding unrentabel erscheint, den Schluss zu, dass DAO bei geeigneter Preislage eine Alternative für VGO im FCC Prozess darstellen kann. Die annähernd gleichbleibende Koksproduktion legt ihrerseits nahe, dass bei einer Substitution von VGO durch DAO die Kapazität der Großanlage zur Katalysatorregeneration nicht zusätzlich durch erhöhte Koksmengen belastet wird. Im Rahmen der zweiten Versuchsreihe wurden gemischte Feeds aus VGO und variablen Anteilen Kunststoffpyrolysekondensat in der FCC Anlage prozessiert. Die Produktspektren verschoben sich abermals, der Gas-Lump nahm anteilig ab, der Benzinschnitt stieg wiederum stark an. Light Cycle Oil (LCO)-Schnitt, Rückstandsfraktion und Koks gingen geringfügig zurück, aber auch hier ist der Trend erkennbar. Innerhalb der Gasfraktion stieg der Anteil der Bestandteile mit besonders hoher Wertschöpfung (Olefine), an. Die Beimischung von Pyrolysekondensat kann eine Möglichkeit darstellen, den Benzinschnitt nachfrageabhängig zu maximieren. Prinzipiell stellen sowohl Deasphalted Oil als auch Kunststoffpyrolysekondensat geeignete FCC-Einsatzstoffe bzw. Mixed FCC-Feedstocks zusammen mit VGO dar.

The aim of this work was to investigate the product spectrum of a fluid catalytic cracking (FCC) plant using mixed feedstocks from residue and recycling fractions. The use of pyrolysis condensate from plastic waste and heavy residue from vacuum distillation contributes to a reduction in greenhouse gas emissions. Due to the reduction of plastic waste, it also counteracts the rampant garbage problem. For that purpose, vacuum gas oil (VGO) from the Bayernoil GmbH refinery was used as basic feedstock mixed with variable percentages of deasphalted oil (DAO) made from residues of vacuum distillation in crude oil refineries and condensate from the pyrolysis of plastic wastes. Additionally, for one experiment VGO was completely replaced by DAO. After processing the mixed feedstocks in the FCC-plant, gaseous and liquid products where analyzed to figure out possible impacts on the carbohydrate spectrum. In the first series of experiments it was shown that with increasing DAO content the gas and gasoline content decrease whilst middle distillates and residue fractions increase. The production of thermally utilized coke remains almost constant. Even though the results suggest that co-feeding of DAO and VGO is currently economical less profitable, the technology could be promising if the price situation of DAO is right. The almost constant coke production indicates that the substitution of VGO by DAO does not exceed the capacity of the industrial plant to regenerate the catalyst. The second series of experiments had the purpose of gathering more insights into utilizing pyrolysis condensate produced from waste plastics as a FCC feedstock. The co-feeding of VGO and pyrolyzate resulted in a decreased percentage of gaseous products whilst increasing the amount of the produced gasoline fraction. The production of coke decreased due to the presence of lighter compounds in the pyrolyzate. The addition of pyrolysis condensate to VGO could be used to maximize the yield of gasoline produced in the FCC process as a reaction to higher demands in the fuel industry. Also, the usage of pyrolyzate could be one way to push further in recent approaches for chemical recycling of plastic wastes. In a nutshell, the usage of deasphalted oil and pyrolysis condensate from plastic wastes as a mixed feedstock with vacuum gas oil could be feasible.