Download ppt - Rcc catalyst

RCC CATALYSTRCC CATALYST

OLEH :OLEH :

I NJOMAN SUBAKTI IRIANTO - 717306I NJOMAN SUBAKTI IRIANTO - 717306

Page 2

Katalis FCC yang banyak dipergunakan saat ini mempunyai komponen utama silika dan alumina oxide. Selain itu juga terdapat kandungan Sodium, Calsium, Magnesium dan sedikit Lanthanum serta Cerium. Keaktifan suatu katalis terdapat pada sisi asam yang sangat memungkinkan untuk melakukan pemecahan molekul dengan baik menjadi fraksi-fraksi ringan seperti yang diinginkan, tanpa banyak terjadi pengendapan coke pada permukaan katalis. Empat sifat-sifat yang menentukan performance katalitis zeolite adalah : 1. Zeolite mempunyai kemampuan pertukaran kation. 2. Kation dipertukarkan dengan H+, menghasilkan sejumlah besar sisi asam yang sangat kuat. 3. Zeolite mempunyai diameter pori tertentu dan rongga yang teratur dengan dimensi terbatas yang memungkinkan reaksi transisi dan intermedia sesuai batasan. 4. Diameter pori zeolite disesuaikan dengan dimensi molekul (< 10 Å) yang membatasi akses molekul masuk-keluar sisi dalam tempat terjadinya transformasi katalitis.

PRINSIP DASAR KATALIS RFCCPRINSIP DASAR KATALIS RFCC

Page 3

Sifat pertama dan kedua berfungsi sebagai aktifitas katalis, sedangkan sifat ketiga dan keempat berfungsi sebagai ketajaman selektifitas.

Aktifitas katalis zeolite yang tinggi menguntungkan untuk menghasilkan gasoline, tetapi untuk menghasilkan middle distillate masih dipakai katalis type amorphous. Keaktifan katalis yang tinggi dimanfaatkan dengan konsep waktu kontak

yang singkat untuk perengkahan melalui riser. Waktu kontak yang singkat dipergunakan untuk mencegah seminimum mungkin terjadinya over cracking yang tidak diinginkan sehingga dapat dihasilkan konversi yang baik. Dalam proses perengkahan, molekul minyak memasuki rongga katalis

untuk bereaksi. Hasil reaksi perengkahan akan keluar meninggalkan katalis, sehingga reaksi dapat berlangsung tidak terbatas.

Molekul yang mempunyai ukuran cukup kecil < 10 Å dapat masuk kedalam pori Y zeolite, sedangkan molekul dengan struktur yang lebih besar (antara 10 - 25 Å) tergantung pada aromaticity dan rantai cabang serta kandungan sulfur, senyawa nitrogen dan metal, tidak cukup untuk masuk kedalam pori zeolite.


Page 4

Perengkahan molekul residu pada katalis dilakukan dengan dua langkah1. Pertama, precracking molekul berukuran besar dilakukan pada sisi

active matrix diluar permukaan kristal zeolite.2. Kedua, perengkahan molekul intermediate dan kecil menjadi gasoline dapat terjadi pada sisi matrix maupun zeolite.

Perengkahan pada sisi matrix memungkinkan terjadinya produk yang tidakdiharapkan sedangkan perengkahan pada sisi zeolite akan menghasilkanproduk yang berharga.

Untuk mengurangi reaksi yang tidak diharapkan pada sisi matrix, katalissebaiknya mempunyai aktifitas hydrogen transfer yang rendah.

Polynuclear naphtene/aromatik, resin dan asphaltene dikonversi menjadicoke.

Sebagian besar coke ini akan menempel pada permukaan zeolite katalissehingga menurunkan aktifitasnya.


Page 5

Katalis RFCC berbentuk bubuk halus dengan ukuran diameter partikel rata-rata 75 micron yang mempunyai 4 sistem komponen utama yaitu :

1. ZEOLITE.1. ZEOLITE.● Merupakan komponen kunci pada RFCC catalyst untuk menghasilkan selektifitas produk dan aktifitas katalitis yang tinggi.● Performance katalis tergantung pada besarnya nature & quality zeolite.● Disebut juga molecular sieve dan mempunyai struktur yang lebih dikenal dengan lattice structure yang berupa susunan dasar blok silica (SiO4) dan alumina (AlO4) tetrahedra yang terdiri dari satu atom silicon atau aluminium pada titik pusat dengan satu atom oksigen pada keempat sudutnya.● Terdapat 2 type zeolite yaitu X dan Y yang umum dipergunakan dan identik dalam struktur namun berbeda pada Silica / Alumina ratio (SAR). ● Type Y mempunyai SAR dan kestabilan hydrothermal yang lebih besar dibanding type X .● Zeolite memainkan peranan yang penting pada performance katalis secara keseluruhan.


Page 6

2. 2. MATRIXMATRIX.. ● Matrix adalah komponen lain selain zeolite yang juga mempunyai aktifitas katalitis atau yang sering disebut dengan active matrix. ● Alumina merupakan sumber active matrix, sebagian besar active matrix yang dipergunakan pada katalis RFCC adalah amorphous. ● Active matrix secara significant berkontribusi pada performance RFCC katalis. ● Pori-pori zeolite terlalu kecil dan tidak dapat melakukan perengkahan molekul hydrocarbon yang mempunyai end point > 480 °C, active matrix mempunyai struktur pori yang dapat melakukan difusi molekul hydrocarbon tersebut keluar-masuk pori katalis. ● Sisi asam katalis terdapat pada matrix katalis sebagai primary cracking. Tidak mempunyai selektifitas seperti zeolite tetapi dapat merengkah molekul yang lebih besar yang tidak dapat masuk kedalam pori-pori zeolite. ● Active matrix juga berfungsi sebagai pelindung zeolite dari deaktifasi dini akibat impurities seperti vanadium dan basic nitrogen yang ditangkap pada active matrix.


Page 7

3. BINDER & FILLER.3. BINDER & FILLER. ● Filler yang dipergunakan adalah clay yang dicampurkan pada katalis untuk mengendalikan aktifitas katalis.

● Binder yang dipergunakan adalah alumina polymer bertindak sebagai perekat untuk mengikat zeolite, matrix dan clay menjadi satu.

● Fungsi binder menjadi lebih penting pada katalis yang mempunyai konsentrasi zeolite tinggi.

● Kedua Filler dan Binder tersebut membentuk integritas phisik (ABD, Atrition Index, PSD dll), mechanical strength, media heat transfer dan media fluidisasi dari katalis.


Page 8


Page 9

Semua komponen crude oil yang mempunyai rentang titik didih diatas 350 °C dapat diklasifikasikan sebagai residu, termasuk HGO, VGO dan vacuum bottom. Sebagian besar material ini mengandung mono/ polynuclear naphtenes, mono/ polynuclear aromatik, resin dan asphaltenes. Residu mempunyai densitas dan viskositas serta kandungan conradson carbon, sulfur, basic nitrogen dan metal yang lebih besar dibanding pada gasoil. Reaksi cracking merupakan reaksi pemecahan ikatan C-C, yang reaksinya bersifat endothermis dan secara thermodinamika reaksi tersebut dapat berlangsung dengan baik pada temperatur tinggi. Serangkaian reaksi yang kompleks akan terjadi pada saat molekul umpan dikontakan dengan katalis pada temperatur 500 - 760 °C. Distribusi produk yang dihasilkan tergantung pada banyak faktor termasuk kondisi umpan dan kekuatan sisi asam katalis. Meskipun reaksi yang terjadi adalah catalytic cracking, namun reaksi thermal cracking juga terjadi akibat kurang idealnya kontak antara umpan dengan katalis dalam riser.

REAKSI PERENGKAHAN KATALITISREAKSI PERENGKAHAN KATALITIS

Page 10

REAKSI-REAKSI PENTING YANG TERJADI PADA RFCC ADALAH :REAKSI-REAKSI PENTING YANG TERJADI PADA RFCC ADALAH :

1. Cracking.1. Cracking.

a. a. ParaffinParaffin terengkah menjadi olefin dan paraffin yang lebih kecil.terengkah menjadi olefin dan paraffin yang lebih kecil.

CCn n HH 2 n + 2 2 n + 2 C Cm m HH 2 m 2 m + C + C

p p HH 2 p + 2 2 p + 2 dimana n = m + P dimana n = m + P

paraffin olefin paraffinparaffin olefin paraffin

b. b. OlefinOlefin terengkah menjadi olefin yang lebih kecil.terengkah menjadi olefin yang lebih kecil.

CCn n HH 2n 2n C CmmHH2m2m + C + C

ppHH2p 2p dimana n = m + P dimana n = m + P

olefin olefin olefinolefin olefin olefin

c. Perengkahan rantai samping c. Perengkahan rantai samping aromatikaromatik..

ArCArCnnHH2n + 12n + 1 Ar C Ar C

mmHH 2 m-1 2 m-1 + C + Cm m HH 2m+2 2m+2 dimana n = 2 m dimana n = 2 m

d. d. NaphtheneNaphthene (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin. (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin.

Cyclo-CCyclo-CnnHH2n 2n C C

mmHH2m2m + C + CppHH2p2p dimana n = m + P dimana n = m + P

olefin olefinolefin olefin jika cycloparaffin mengandung cincin cyclohexane,jika cycloparaffin mengandung cincin cyclohexane,

Cyclo-CCyclo-Cn n HH 2 n 2 n CC6 6 HH 12 12 + + CCm m HH 2 m 2 m + C + C

p p HH 2 p 2 p dimana n = m+p+6dimana n = m+p+6

olefin cyclohexane olefin olefin olefin cyclohexane olefin olefin


Page 11

2. ISOMERIZATION.2. ISOMERIZATION.

a. n-Olefin menjadi iso-Olefina. n-Olefin menjadi iso-Olefin

1- C1- CnnHH2n2n trans-2-C trans-2-CnnHH2n2n

b. n-Paraffin menjadi iso-Paraffin.b. n-Paraffin menjadi iso-Paraffin.

n-Cn-CnnHH2n2n iso-C iso-CnnHH2n2n

3. HYDROGEN TRANSFER.3. HYDROGEN TRANSFER.

a. Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffina. Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffin

b. Cyclo aromatisasi.b. Cyclo aromatisasi.

CC6 6 HH 12 12 ++ 3C3C5 5 HH 10 10 C C6 6 HH 6 6 + 3C + 3C5 5 HH 12 12

c. Olefin menjadi paraffin dan aromatik.c. Olefin menjadi paraffin dan aromatik.

4C4C6 6 HH 12 12 3C 3C6 6 HH 14 14 + C + C6 6 HH 6 6


Page 12

4. ALKYL GROUP TRANSFER/TRANSALKYLATION.4. ALKYL GROUP TRANSFER/TRANSALKYLATION.

CC6 6 HH 4 4 (C(C6 6 HH 4 4)) CC6 6 HH 12 12 ++ CCm m HH 2 m 2 m + C + Cp p HH 2 p 2 p

5. CYCLISASI OLEFIN MENJADI NAPHTHENE.5. CYCLISASI OLEFIN MENJADI NAPHTHENE.

CC7 7 HH 14 14 CH CH 3 3-cyclo-C-cyclo-C6 6 HH 11 11

6. DEALKYLASI.6. DEALKYLASI.

Iso-CIso-C33HH 7 7-C-C66HH 5 5 C C66HH 6 6 + C + C 3 3HH 6 6

7. DEHYDROGENASI.7. DEHYDROGENASI.

n-Cn-C88HH 18 18 C C88HH 16 16 + H + H 2 2

8. REAKSI KONDENSASI.8. REAKSI KONDENSASI.

CH = CHCH = CH 2 2 + R + R 11CH = CH R CH = CH R 22 + 2 H + 2 H

R R 22

R R 11


Page 13

1. Particle Size Distribution (PSD - micron).1. Particle Size Distribution (PSD - micron). PSD merupakan indikator sifat-sifat fluidisasi katalis, efisiensi cyclone dan atrition resistance katalis. Distribusi ukuran katalis umumnya adalah 0 – 40 micron : 22 % max, 40 – 80 micron : 65 % max & 80 – 120 micron : 13 % max. Peningkatan partikel halus menunjukkan tingginya catalyst atrition dan rendahnya partikel halus menunjukan turunnya efisiensi cyclone yang dapat diyakinkan pada MCB.

2. 2. Surface Area (SA - m2/g)Surface Area (SA - m2/g).. Pori-pori katalis merupakan bagian tempat terjadinya reaksi perengkahan sehingga surface area rongga pori-pori menggambarkan keaktifan suatu katalis. Surface area berkorelasi langsung dengan aktifitas katalis. Surface area untuk fresh catalyst adalah > 200 m2/g, sedangkan untuk E-cat adalah 70 - 200 m2/g. Kondisi hydrothermal dapat merusak struktur zeolite dan menurunkan SA.

3. Pore Volume (PV - ml/gr).3. Pore Volume (PV - ml/gr). PV mengindikasikan kwantitas rongga dalam partikel katalis dan merupakan petunjuk deaktifasi suatu type katalis pada komersial unit.

SIFAT-SIFAT KATALIS RFCCSIFAT-SIFAT KATALIS RFCC

Page 14

Deaktifasi hydrothermal kecil sekali pengaruhnya terhadap volume pori katalis, meskipun deaktifasi hydrothemal dapat mengakibatkan penurunan PV katalis.

4. Apparent Bulk Density (ABD – gr/cc).4. Apparent Bulk Density (ABD – gr/cc). ABD merupakan perbandingan berat katalis per satuan volume dalam bentuk curah. ABD yg terlalu tinggi akan mempersulit fluidisasi katalis dan bila terlalu rendah akan mengakibatkan katalis loss yang berlebihan. Fresh cat umumnya mempunyai ABD sekitar 0,7 – 1,0 gr/cc sedang E-cat mempunyai ABD antara 0,8 – 1,0 gr/cc.

5. Loss Of Ignition (LOI - %).5. Loss Of Ignition (LOI - %). LOI mengindikasikan banyaknya material yang hilang bersama katalis sesudah terjadi pemanasan pada temperatur (800 – 950 °C) dan periode tertentu. Kandungan air, ammonia dan sulphate akan menguap pada temperatur tersebut. Kelembaban fresh catalyst umumnya 10 – 15 %, bila terlalu tinggi maka katalis akan menggumpal dan bila terlalu rendah (< 5 %) maka katalis akan kering sehingga dapat menimbulkan pengaruh listrik statis.


Page 15

6. Micro Activity Test (MAT - % wt).6. Micro Activity Test (MAT - % wt). MAT merupakan kemampuan konversi suatu katalis dengan mempergunakan umpan gasoil standard yang dihitung dengan mengukur keaktifan dan selektifitas katalis tersebut. Harga MAT fresh catalayst umumnya 72 min dan untuk E-cat antara 66 – 68. 7. Rare Earth (RE2O3 - % wt).7. Rare Earth (RE2O3 - % wt). Element RE2O3 seperti cerium dan lanthanum bertindak sebagai jembatan untuk menstabilisasi atom aluminium dalam struktur zeolite, mencegah atom zeolite terpisah dari lactice zeolite saat katalis terekspose oleh steam pada temperatur tinggi di regenerator. RE2O3 meningkatkan aktifitas zeolite (MAT) dan selektifitas gasoline namun menurunkan ON. Penurunan ON ini akibat promosi reaksi hydrogen transfer. RE2O3 juga dapat meningkatkan kestabil an thermal dan hydrothermal pada zeolite.

8. Alumina (Al8. Alumina (Al22OO33 - % wt). - % wt).

AlAl22OO33 dalam e-cat merupakan persen berat total alumina (active & inactive)

dalam katalis curah yang bertindak untuk menjaga kestabilan thermal dan hydrothermal baik pada zeolite maupun pada matrix katalis.


Page 16

Kandungan alumina dalam e-cat berkorelasi langsung dengan kandungan alumina dalam fresh-cat, sehingga alumina level dalam e-cat dapat dipergu nakan sebagai perhitungan pada saat melakukan penggantian katalis dengan brand yang lain.

9. Sodium (Na - %wt).9. Sodium (Na - %wt). Sodium dalam e-cat merupakan total sodium yang berasal dari fresh feed dan fresh katalis. Sodium dapat mendeaktifasi sisi asam katalis dan dapat meng akibatkan collapsnya struktur kristal zeolite. Sodium dapat juga menurunkan ON gasoline.

10. 10. Metals (Nickel – Ni & Vanadium – V ppm wt).Metals (Nickel – Ni & Vanadium – V ppm wt). Metal bila terdeposit pada katalis akan cenderung meningkatkan produk gas hydrogen dan coke sehingga membebani MAB dan WGC compressor. Logam- logam tersebut mengakibatkan reaksi dehydrogenasi yang akan meningkatkan produksi hydrogen dan menurunkan yield gasoline. V dapat merusak zeolite activity dan menurunkan konversi. Kwantitas metal pada e-cat ditentukan oleh level metal pada feed stock dan catalyst addition rate.


Page 17

11. Carbon on Regenerated Catalyst (CRC - %wt).11. Carbon on Regenerated Catalyst (CRC - %wt). Deposit carbon pada e-cat yang terjadi selama perengkahan akan menutupi permukaan katalis dan akan menurunkan aktifitas katalis sehingga menurun kan konversi. Jika CRC naik, menunjukan kurang baiknya udara pembakaran atau spent catalyst distributor.

12. Coke factor - CF dan Gas Factor – GF (% wt).12. Coke factor - CF dan Gas Factor – GF (% wt). Menunjukan kecenderungan suatu e-cat untuk menghasilkan coke dan gas pada tingkat konversi yang sama. CF dan GF dipengaruhi oleh type fresh catalyst dan level metal yang terdeposit pada e-cat. CF dan GF dapat juga mengindikasikan aktifitas dehydrogenasi metal pada katalis. Penambahan alumina amorhpous pada katalis akan cenderung meningkatkan nonselective cracking yang mengahsilkan coke dan gas.

13. Dynamic Activity (DA).13. Dynamic Activity (DA). Dua e-cat dengan MAT yang sama dapat menghasilkan konversi yang ber beda apabila dioperasikan dengan delta coke yang berbeda. DA diperguna kan untuk menentukan hubungan antara coke selectivity dengan coke yield yang dihasilkan.


Page 18

Kinetic MAT Conversions DA =

Coke yield, wt %

MAT Conv, wt % E-Cat MAT Conv Kin. MAT Conv = MAT Conv = 100 - MAT Conv, wt % Standard MAT

Test

14. Surface Area – Kinetic (SA/K) Number.14. Surface Area – Kinetic (SA/K) Number. SA/K number mengindikasikan jumlah surface area katalis yang diperlukan untuk menghasilkan satu unit konversi.

Surface Area, m2/grSA/K = Kinetic MAT Conversions

15. Atrition Index (AI).15. Atrition Index (AI). AI merupakan indikasi kekuatan dan kekerasan suatu katalis. Makin besar AI katalis makin baik karena katalis tersebut tidak mudah hancur yg menimbul kan debu namun akan berakibat buruk pada bagian peralatan akan mudah terkikis.


Page 19

16. Sintering Index ( SI).16. Sintering Index ( SI). SI merupakan indeks menurunnya keaktifan katalis akibat tertutupnya pori- pori katalis oleh lelehan katalis (aglomerasi) akibat panas yang berlebihan. Hal ini ditunjukan oleh persentase pori-pori katalis yang tertutup oleh lelehan katalis tersebut. Selain temperatur berlebihan, sintering juga dipromote oleh adanya kandungan Na dalam feed yang dapat menurunkan titik leleh katalis sehingga katalis akan menyatu dan kehilangan luas permukaan.


Page 20

I T E M TYPICAL SPEC

CCICELZ-4070

GRACE Ramct 27 PT

AKZO NFOC–90S

GRACEAurora1

CHEM PROP

a. LOI 15 max 10.3 15.0 13.0 15,0

b. Al2O,3 Wt % 30 – 55 32 53 49 46

c. Na2O, Wt % 0.6 max 0.4 – 0.5 0.3 0.3 0.35

d. SO, Wt % 1.2 max 0.6 - - 2.5

e. Fe, Wt % 1.2 max 0.3 0.85 - 0.85

f. RE2O3, Wt % 1.2 – 1.8 1.2 1.8 1.3 3.3

PHYS. PROP

a. App Bulk Den, Gr/ml 0.70 – 0.79 0.7 0.78 0.77 0.75

b. Surface Area, M2/gr 200 – 260 214 255 210 290

c. Pore Volume, Ml/gr 0.15 min 0.15 0.38 0.47 0.40

d. Attrition Index 3 – 7 3.0 5.0 3.5 7.0

e. Part Distribution

< 20 Micron Wt % 2 max - 1 - 1

< 40 Micron Wt % 20 max 17 10 - 12

< 80 Micron Wt % - - - - -

< 150 Micron Wt % 90 min 90 min 96 - 96

Avrg Part Size Wt % 69 – 80 58 76 72 71

MAT, Wt % 72 min 74 – 76 74 82 76

SIFAT-SIFAT FRESH CATALYSTSIFAT-SIFAT FRESH CATALYST

Page 21

TERIMAKASIHTERIMAKASIH

ATAS PERHATIANNYAATAS PERHATIANNYA

SEMOGA BERMANFAATSEMOGA BERMANFAAT

Page 22


Page 23


Page 24


Page 25
