Modelarea matematică a procesului de cracare catalitică

Procesul de Cracare Catalitică este destinat fabricării de benzine ca produs principal având cifră octanică mare.Acest proces a fost realizat iniţial în instalaţii cu reactoare în strat fix, urmate la scurt timp, de instalaţii cu catalizator în strat mobil, în rector şi regenerator.După utilizarea catalizatorilor sintetici au apărut cei zeolitici care conţin 10-25% site moleculare încorporate într-o matrice de alumino-silicat.Aceştia se caracterizează printr-o activitate mult mai mare, selectivitate superioară şi rezistenţă hidrotermică ridicată.

Aceste caracteristici au determinat schimbarea tehnologiei procesului aparând instalaţii în care reacţia se realizează în fază diluată, chiar în conducta de transport a materiei prime denumită ”riser”, într-un timp de reacţie de 4-6 secunde, cu conversii de 70-80% volum.

Materia primă utilizată în cadrul acestui process este distilatul de vacuum cu limite de distilare de 350-540 °C. Se mai pot folosi motorinele grele de la distilarea atmosferică, distilatele grele de la cocsare, de la reducerea de vâscozitate şi chiar rezidiul de la DA.

Principalul produs obţinut în urma procesului de CC este benzina(50-60% vol) care se caracterizează prin cifră octanică ridicată 86-93, uniformitatea cifrei pe întreaga curbă de distilare.

Gazele de caracare catalitică conţin 70-80% masa- hidrocarburi C3 - C4 . Conţinutul mare de olefine le recomandă pentru utilizări petrochimice cât şi pentru dimerizări şi alchilări(având un conţinut mare de iC4).

Datorită complexităţii procesului, în care o multitudine de componenţi chimici din diferite clase de hidrocarburi prezenţi , materia primă se transformă prin numeroase reacţii, primare şi secundare, în prezenţa unui catalizator.

Tratarea cinetică a procesului pe baza unui mecanism complet este dificilă şi nu s-a realizat până în prezent.

Ca în orice proces de cataliză eterogenă, transformarea reactanţilor implică etape succesive de difuzie,adsorbţie, reacţie chimică,desorbţie şi difuzie a produselor de reacţie formate.

In general etapa de reacţie este cea mai lentă şi controlează viteza globală a procesului.De asemenea cinetica este influenţată de competitivitatea în adsorbţia pe suprafata a diverşilor constituienţi ai materiei peime şi a produselor de reacţie, de blocarea temporară sau ireversibilă a unei părţi a suprafeţei sau a porilor de difuzie şi de reacţiile chimice secundare.

Datele experimentale obţinute la cracarea catalitică a hidrocarburilor pure pledează pentru o reacţie cinetică globală de ordinul I:

în care: nA reprezintă numarul de moli de reactant A

k1- constanta de viteză

τ- timpul de reacţie

Cu toate că reacţia de bază este de ordinul I, din cauza diluţiei cu produsele de reacţie (deci la conversii mari), reacţia se apropie de ordinul II, în raport cu materia primă netransformată:

unde: P- presiunea totală

Wc – masa catalizatorului

- fracţia de reactanţi netransformaţi

Din cauza dificultăţilor menţionate, se impune tratarea cineticii procesului de cracare catalitică pe baza unor modele dezvoltate pe scheme cinetice simple, în care participanţii la reacţii sunt constituienţi din grupuri de componenţi.

Astfel, pentru motorine au fost elaborate modele care au la bază scheme cinetice cu 3 modele:

Schema Weekman