Xúc tác cracking khi làm việc bị giảm hoạt tính và độ chọn lọc, gọi là quá trình trơ hóa xúc tác. Quá trình trơ hóa càng nhanh, khi điều kiện công nghệ tiến hành quá trình ngày càng khó khăn, độ khe khắt tăng, ví dụ ở nhiệt độ quá cao, thời gian tiếp xúc quá dài, nguyên liệu xấu; ngoài ra còn xảy ra các quá trình khác làm tăng tốc độ trơ hóa. Sự trơ hóa xúc tác có thể phân thành hai quá trình chính: sự trơ hóa do tác dụng của các chất làm ngộ độc xúc tác và sự trơ hóa do tác dụng làm thay đổi các tính chất lý hóa của xúc tác.
Nguyên nhân của sự trơ hóa xúc tác có thể là do:
- Tác dụng của các độc tố nhƣ NH3, CO2, của các hợp chất lƣu huỳnh mà đặc biệt là H2S ở nhiệt độ cao;
- Sự tích tụ các kim loại nặng dƣới dạng các axit làm thay đổi chức năng của xúc tác;
- Sự tác động của nhiệt độ cao và hơi nƣớc.
Các hợp chất khí tác dụng tới xúc tác có thể chia thành ba nhóm:
- Nhóm không tác dụng với xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn 620oC nhƣ CO, CO2, NH3;
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 35
- Nhóm làm giảm hoạt tính của xúc tác nhƣng không làm giảm độ chọn lọc, nhƣ hơi nƣớc;
- Nhóm làm giảm độ chọn lọc của xúc tác: ví dụ nhƣ H2S ở nhiệt độ lớn hơn 425oC; NH3, SO2, SO3 ở nhiệt độ lớn hơn 620oC.
Độ hoạt tính của xúc tác có thể đƣợc duy trì nếu ta thêm hơi nƣớc vào nguyên liệu, hay việc xử lý trƣớc và sau khi tái sinh xúc tác. Thêm hơi nƣớc khi chế biến nguyên liệu có lƣu huỳnh sẽ có tác dụng âm vì khi đó sẽ làm tăng quá trình ăn mòn thiết bị và sản phẩm của quá trình ăn mòn lại làm nhiễm bẩn xúc tác, dẫn tới làm giảm độ hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác.
Tác dụng đồng thời của nhiệt độ cao và của hơi nƣớc làm giảm độ hoạt tính tổng cộng của xúc tác. Khi áp dụng quá trình ở lớp sôi(FCC), do cần phải duy trì điều kiện để cốc ít lắng đọng trên xúc tác, và xúc tác không bị quá nhiệt khi tái sinh, ngƣời ta phải đƣa vào lƣợng nhỏ hơi nƣớc. Hơn nữa, cũng cần phải tránh sự tạo cốc quá ít, vì điều đó dẫn đến phá vỡ cân bằng nhiệt của hệ lò phản ứng và tái sinh, do nhiệt tạo ra trong quá trình tái sinh không đủ để bù nhiệt thu vào của các phản ứng cracking trong lò phản ứng. Hàm lƣợng cốc trên xúc tác khi ra khỏi lò phản ứng phụ thuộc vào lƣợng xúc tác tuần hoàn trong hệ thống. Đối với đa số các quá trình FCC, khi dùng xúc tác chứa zeolit, lƣợng cốc tạo ra thƣờng chiếm vào khoảng 1,3 đến 1,8% khối lƣợng xúc tác, còn sau khi tái sinh là 0,1÷0,05% khối lƣợng.
Các hợp chất cơ kim và các hợp chất chứa nitơ trong nguyên liệu đầu là các phần tử làm già hóa nhanh xúc tác. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự có mặt của các hợp chất nitơ trong nguyên liệu làm giảm hiệu suất xăng và các sản phẩm trắng. Ví dụ nhƣ hàm lƣợng nitơ tăng từ 0,1 đến 0,4% khối lƣợng, hiệu suất xăng bị giảm đi đến 2 lần, còn hiệu suất gasoil nhẹ cũng bị giảm, đồng thời lại làm tăng hiệu suất cặn nặng và gasoil nặng. Khi tăng nhiệt độ, tác dụng có hại của các hợp chất nitơ sẽ giảm.
Sự ngộ độc xúc tác bởi các kim loại cũng đƣợc nhiều nghiên cứu đề cập tới và chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính của xúc tác. Sự giảm nhanh nhất hoạt tính của xúc tác xảy ra trong lúc tiếp xúc của các độc tố với xúc tác. Khi lắng đọng các oxyt kim loại nặng trên xúc tác sẽ dẫn đến làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suất xăng do tăng nhanh quá trình tạo cốc.
Khi hàm lƣợng các hợp chất lƣu huỳnh trong nguyên liệu tăng, hàm lƣợng các kim loại nặng nhƣ niken và vanadi cũng tăng theo, vì đa phần chúng đều tập trung ở phần cặn nặng và phân đoạn nhựa-asphan. Ví dụ trong dầu mỏ chứa lƣu huỳnh thì có tới 90% phức chất porphirin chứa vanadi, còn trong dầu ít lƣu huỳnh là phức với niken.[1]
Nguyễn Thành Chung – CN Hóa dầu – K55 Trang 36