Defining the volume and the activity of a catalyst in the LCF-reactor

Abstract

LCF-reaktoreiden päätehtävä on pilkkoa ja hydrata pohjaöljyn sisältämiä pitkäketjuisia hiilivetymolekyylejä ja poistaa epäpuhtauksia katalyytin ja vedyn avulla. Tavoite on prosessoida pohjaöljy korkealaatuiseksi rikittömäksi dieseliksi. Reaktorissa katalyytin pinnalle asettuvat metallit tukkivat katalyytin aktiivisen pinnan, aiheuttaen sen aktiivisuuden heikkenemisen. Katalyytin riittävä aktiivisuus ja määrä ylläpidetään tuotantoa keskeyttämättä katalyytinsiirtojärjestelmän avulla. Opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää edellytyksiä seurata tarkemmin katalyytin määrää ja aktiivisuutta LCF-reaktoreissa nykyisellä laitteistolla. Tarkoituksena oli kontrolloida tehokkaammin katalyytinsiirtosekvenssien ajankohdat ja siirrettävä tuorekatalyytti määrä. Näin voidaan vakauttaa tuotanto-olosuhteita ja optimoida tuorekatalyytin käyttöä. Kirjallisuusosassa on esitelty lyhyesti Neste Oil Oyj Porvoon jalostamon tuotantolinja neljä. Sen lisäksi käsitellään teoriassa pohjaöljyn koostumusta, kuplitetun leijupetireaktorin toimintaa ja katalyytin merkitystä vetykrakkauksessa. Kokeellisessa osassa mitattiin katalyyttiöljyseoksen tiheyttä usealla eri tiheysmittarilla eri katalyytinsiirtosekvenssin vaiheissa. Metallit kuten vanadiini, rauta ja nikkeli nostavat katalyytin tilavuuspainoa CBD(Compacted Bulk Density). Tuloksista havaittiin, että korkeapainesiirtosäiliöiden pohjan tiheysmittaustulokset korreloivat laboratoriossa mitattujen käytetyn katalyytin tilavuuspainojen sekä vanadiinipitoisuustulosten kanssa. Yksittäisiä tiheysmittaustuloksia on kuitenkin vaikea käytännössä hyödyntää tulosten suuren vaihtelun takia. Mittausten tarkkuutta voidaan mahdollisesti parantaa ottamalla huomioon useampia muuttujia. Tässä työssä ei ole analysoitu esimerkiksi korkeapainesiirtosäiliön muita olosuhteita kuten lämpötilaa, virtausnopeutta tai painetta.

The primary function of the LCF-reactor in the petroleum refining process is to remove impurities from the heavy oil, and lower the average molecular weight of the feed. Target is to convert heavy oil to a high quality diesel by reacting it in the presence of a catalyst and hydrogen. During the process metals are absorbed to the surface of the catalyst causing deactivation. Therefore, the activity and the volume of the catalyst are maintained by adding fresh catalyst and removal of spent catalyst with continuous transfer system. The aim of the experimental part of the thesis was to investigate the potential to monitor the activity and the volume of the catalyst in the LCFreactor with current installation. Objective was to achieve more efficient control of the continuous catalyst transfer system. The measurements were done by several on-line density indicators during a different stage of the catalyst transfer sequence. Metals such as vanadium, iron and nickel enhance the CBD (Compacted Bulk Density) of the catalyst. Conclusion from the experimental part illustrates that the on-line density results have a correlation with the laboratory bulk density and vanadium content result. However, it is difficult to use single on-line density measurement in practise due the high variation of the results. It might be possible to achieve higher accuracy by adding together more parameters. The measurements executed in the thesis do not analyze the effectiveness of other variables. For example transfer vessel temperature, fluid velocity or pressure are not included in the examination.