Xúc tác của quá trình FCC
1.Thành phần của xúc tác FCC
- Zeolite.
- Chất mang (Matrix)
- Chất kết dính.
- Chất độn.
1.1.Zeolite
Zeolite là thành phần quan trọng nhất của FCC. Nó mang đến cho xúc tác :
Tính chọn lọc (Selectivity).
Hoạt tính (Activity).
Chất lượng của xúc tác phụ thuộc phần lớn vào bản chất và chất lượng của Zeolite.
Hiểu cấu trúc của Zeolite, kiểu Zeolite, cơ chế Cracking và các tính chất của nó sẽ
giúp chọn được xúc tác tốt, đảm bảo được hiệu suất Cracking mong muốn
1.1.1.Cấu trúc của Zeolite :
Cấu trúc cơ bản của tinh thể Zeolite là tứ diện (tetrahedron) tạo bởi Al,Si,O
Tâm tứ diện là một nguyên tử Si hay Al, ở 4 đỉnh là 4 nguyên tử O.
Các tinh thể hợp lại thành mạng không gian. Mạng không gian Zeolite có các lỗ
rỗng (pore) có kích thước khoảng 8.0 Angstroms.
Những lỗ rỗng làm cho diện tích bề mặt riêng của Zeolite rất lớn, khoảng 600m
2
/g.
Các tứ diện hợp thành cấu trúc lớn hơn, có tính lặp lại, gọi là các ô (unit cell).
Kích thước của ô (Unit Cell Size : UCS) là khoảng cách giữa 2 ô gần nhất.
Ví dụ : USY Zeolite
7 nguyên tử Al
185 nguyên tử Si
Tỉ lệ SiO
2
/Al
2
O

thể. Quá trình này làm tăng hoạt tính và độ bền thủy nhiệt của xúc tác.
Yêu cầu giảm Pb trong xăng từ năm 1986 đặt ra vấn đề tăng chỉ số octane của
xăng FCC. Xúc tác mới yêu cầu tách bớt Al ra khỏi mạng Zeolite. Điều này làm
tăng SAR, giảm UCS, và cũng làm giảm hàm lượng Na trong Zeolite. Những thay
đổi này làm tăng khả năng tạo olefin. Loại Zeolite thiếu Al này gọi là Zeolite siêu
bền(UltraStable Y : USY). Bởi độ bền cao hơn nhiều so với Zeolite Y truyền
thống.
1.1.4. Tính chất Zeolite :
Tính chất của Zeolite đóng vai trò đáng kể trong tính chất chung của xúc tác. Hiểu
những tính chất này giúp tăng khả năng tiên đoán sự thay đổi của xúc tác khi sự
hoạt động của TB thay đổi.
Trong thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh, Zeolite hoạt động ở điều kiện rất khắc
nghiệt, có thể dẫn đến sự thay đổi về thành phần hóa học và cấu trúc của Zeolite.
Vd : Ở thiết bị tái sinh, zeolite chịu quá trình nhiệt và thủy nhiệt. Còn trong thiết bị
phản ứng, Zeolite bị nhiễm bẩn V, Na, v.v…
Zeolite được đánh giá thông qua nhiều tính chất như : độ mạnh, kiểu, số lượng và
sự phân bố của các tâm acid; bề mặt riêng, phân bố kích thước lỗ rỗng, v.v…
Nhưng 3 thông số quan trong nhất là :
- UCS
- Hàm lượng KL đất hiếm
- Hàm lượng Na.
1.1.4.1.UCS
Định nghĩa UCS : UCS là khoảng cách lặp lại giữa 2 ô tinh thể.
UCS là đại lượng đặc trưng cho số tâm nhôm*, hay số tâm acid của 1 ô cơ bản.
N
Al
=111*(UCS-24.215)
N
Si
=192-N

làm tăng phản ứng chuyển Hydro. Hơn nữa, RE làm tăng tính bền nhiệt và thủy
nhiệt của Zeolite. Để tăng hoạt tính của Zeolite USY, các nhà sản xuất xúc tác
thường thêm 1 ít RE vào Zeolite.
1.1.4.3.Hàm lượng Na:
Na đến từ quá trình sản xuất Zeolite cũng như từ nguyên liệu FCC mang vào. Xúc
tác mới phải có hàm lượng Na càng thấp càng tốt.
Na làm giảm độ bền thủy nhiệt của Zeolite. Nó cũng phản ứng với các tâm acid
của Zeolite, làm giảm hoạt tính của xúc tác. Trong thiết bị tái sinh, ion Na có khả
năng di chuyển cơ động, nó sẽ trung hòa các tâm acid mạnh nhất.
Đối với loại Zeolite đã tách bớt Al có UCS thấp, Na có thể gây hiệu ứng bất lợi
lên chỉ số Octane của xăng. Octane giảm do xúc tác bị mất các tâm acid.
Các nhà sản xuất xúc tác FCC có thể sản xuất xúc tác với hàm lượng Na thấp hơn
0.2%KL.
Hàm lượng của Na thường được ghi dưới dạng %Na/toàn bộ xúc tác. Muốn chính
xác phải so sánh hàm lượng Na/Zeolite. Vì các xúc tác FCC có hàm lượng Zeolite
khác nhau.
1.2.Chất mang (Matrix):
Chất mang được sử dụng là oxyt nhôm. Chất mang cũng có hoạt tính, tuy nhiên
không có tính chọn lọc cao như Zeolite.
Chất mang đóng vai trò đáng kể trong chất lượng của xúc tác. Các lỗ rỗng của
Zeolite quá nhỏ, không thể cho các phẩn tử HC lớn khuếch tán vào. Một chất
mang hiệu quả phải có khả năng cho phép khuếch tán HC vào và ra khỏi xúc tác.
Các phản ứng cracking sơ cấp xảy ra trên chất mang. Tâm acid trên chất mang
không có tính lựa chọn cao như Zeolite, nhưng có khả năng Crack các phân tử lớn,
những phân tử không có khả năng thâm nhập vào các lỗ rỗng của Zeolite. Sản
phẩm là các phân tử nhỏ hơn sẽ có khả năng chui vào các lỗ rỗng của Zeolite.
Chất mang có thể đóng vai trò bẫy các nguyên tử V và các phân tử mang N có tính
kiềm. Những chất này có khả năng làm ngộ độc Zeolite. Như vậy một trong những
ưu điểm của chất mang là làm giữ cho Zeolite không bị mất hoạt tính sớm do
những tạp chất.