Trong những năm gần đây, do xu hướng diesel hóa động cơ trên toàn cầu, việc sản xuất nhiên liệu diesel từ các nguồn nhiên liệu thải và nâng cao chất lượng nhiên liệu ngày càng được chú trọng, vì vậy chúng tôi nghiên cứu theo hướng cracking xúc tác pha lỏng (điều kiện êm dịu) dầu ăn thải với mục đích thu nhiên liệu lỏng, mà chủ yếu là diesel. Thành phần chủ yếu của dầu ăn thải là các hydrocacbon với số nguyên tử C từ 14-22.
a) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Tiến hành quá trình cracking xúc tác dầu ăn thải trên xúc tác 4 (XT4) có thành phần như sau: 20% H-ZSM-5 + 20% SAPO-5 + 60% γ-Al2O3 ở các nhiệt độ khác nhau.
Các điều kiện công nghệ khác vẫn giữ nguyên.
Nhiệt độ thấp, các phản ứng cracking diễn ra chậm, đồng thời, quá trình hóa hơi nguyên liệu chậm, không hoàn toàn, dẫn đến độ chọn lọc xúc tác giảm do các lỗ mao quản bị bịt kín. Tăng nhiệt độ quá cao, hiệu suất quá trình giảm. Điều này có thể giải thích do quá trình cracking sâu diễn ra, tạo ra nhiều sản phẩm khí và xăng, giảm hiệu suất diesel. Cũng có nghiên cứu chỉ ra rằng diesel thu được tại nhiệt độ cao có chất lượng khá thấp, trị số xetan giảm. Tham khảo các quá trình cracking dầu thực vật, nhiệt độ cracking xúc tác thích hợp ở khoảng 400-460oC[41]. Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất sản phẩm thu được. Kết quả thu được ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thu diesel của quá trình cracking cặn dầu thải sử dụng xúc tác 4 Lượng sản phẩm % thể tích Nhiệt độ oC 400 420 440 450 460 Khí 5.8 7.7 10 11 12.67 Sản phẩm lỏng 85.2 85.5 86.9 87 85.43 Cặn 9 6.8 3.1 2 1.9
Lượng diesel trong sản phẩm lỏng 71.83 72.98 73.53 75.7 72.69
Hiệu suất thu diesel 61.2 62.4 63.9 65.9 62.1
b) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian cracking
Cũng sử dụng XT4, cracking ở nhiệt độ 450oC cùng các điều kiện công nghệ như trên, theo dõi hiệu suất sản phẩm theo thời gian, kết quả thu được như trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Hiệu suất sản phẩm thay đổi theo thời gian phản ứng Lượng sản phẩm
% thể tích 15 30 Thời gian, phút45 60 75
Khí 1.8 5.3 9.7 11 11.5
Sản phẩm lỏng 66.8 75.1 86.9 87 86.9
Cặn 31.4 19.6 3.4 2 1.6
Lượng diesel trong sản phẩm lỏng 45.36 54.06 75.7 75.7 75.7
Hiệu suất thu diesel 30.3 40.6 65.8 65.9 65.8
Như vậy, hiệu suất diesel đạt được tối đa sau khi cracking được 60 phút, tiếp tục cracking sẽ không thu thêm được sản phẩm diesel mà phần cặn còn lại sẽ chuyển hóa thành một phần khí và sản phẩm nhẹ (xăng, kerosen). Vậy điều kiện tối ưu là cracking trong 60 phút.
c) Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
Tốc độ khuấy trộn cũng ảnh hưởng đến quá trình cracking. Tăng tốc độ khuấy trộn sẽ thúc đẩy quá trình khuếch tán của nguyên liệu đến bề mặt xúc tác, phản ứng diễn ra thuận lợi hơn, hiệu suất thu được cao hơn. Tuy nhiên tăng quá cao, hiệu suất thu diesel giảm bớt do tạo thành nhiều sản phẩm nhẹ, đồng thời tiêu tốn nhiều năng lượng khuấy trộn.
Bảng 3.6. Hiệu suất sản phẩm phụ thuộc vào tốc độ khuấy Lượng sản phẩm % thể tích Tốc độ khuấy, vòng/phút 100 200 300 400 500 Khí 2.7 4.8 9.3 11 14.2 Sản phẩm lỏng 77.35 82.7 82.8 87 84 Lượng cặn 19.95 12.5 7.9 2 1.8
Lượng diesel trong sản phẩm lỏng 64.77 68.8 74.9 75.7 74.16
Hiệu suất thu diesel 50.1 56.9 62.02 65.8 62.3
d) Khảo sát sự ảnh hưởng tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu
Khảo sát quá trình cracking với các điều kiện tối ưu như trên với XT1 theo tỉ lệ xúc tác (khối lượng, g)/nguyên liệu (thể tích, ml): 1/8, 1/10, 1/15.
Kết quả thu được như trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hiệu suất sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu. Lượng sản phẩm % V Tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu 1/8 1/10 1/12 Khí 12.9 11 8.4 Sản phẩm lỏng 85.7 87 84.9 Cặn 1.4 2 6.7
Lượng Diesel trong sản phẩm lỏng 70.2 75.7 68.29
Hiệu suất thu Diesel 60.2 65.9 57.98
Khi thay đổi tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu sẽ làm thay đổi nhiệt độ của thiết bị phản ứng, thay đổi lượng cốc bám trên xúc tác. Nếu tăng tỉ lệ XT/NL, tăng độ chuyển hóa, nhưng đồng thời thúc đẩy quá trình cracking sâu, sản phẩm khí và lỏng nhẹ thu được lớn. Tỉ lệ XT/NL tối ưu theo bảng 3.7 là 1/10.
Như vậy, dựa vào kết quả trên, chúng tôi đưa ra điều kiện tối ưu thực hiện quá trình cracking xúc tác dầu ăn thải như sau:
Bảng 3.8. Điều kiện công nghệ tối ưu quá trình cracking xúc tác.
Điều kiện công nghệ Giá trị thực nghiệm tối ưu
Nhiệt độ 450oC
Tốc độ khuấy trộn 400 vòng/phút
Thời gian phản ứng 60 phút
Tỉ lệ xúc tác/nguyên liệu
(kl, g/thể tích, ml) 1/10