Переработка Нефти

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ

Ничто так не требует реформирования, как привычки других людей.

Марк Твен. «Простофиля Вильсон»

Установки каталитического риформинга являются в настоящее время почти обязательным звеном нефтепере­рабатывающего завода. Назначение этого процесса — по­лучение высокоароматизированных бензиновых дистил­лятов, которые используются в качестве высокооктано­вого компонента или для выделения из них индивидуаль­ных ароматических углеводородов: бензола, толуола, ксило­лов. — Прим. ред.

Третье поколение процессов нефтепереработки было вызвано к жизни повышением требований рынка к каче­ству бензина. При этом качество бензина, как правило, определяется его октановым числом, которое мы будем обсуждать только в главе XII «Компаундирование бензи­на». В 50-е и 60-е годы погоня за октановым числом была доминирующим фактором в торговле бензином. Катали­тический риформинг был предложен как один из спосо­бов увеличения октанового числа. Чтобы понять эту гла­ву, полезно иметь условную закладку на главе V, посвя­щенной химическому составу нефти.

Химические реакции

В отличие от процессов, которые мы обсуждали до сих пор, в процессе каталитического риформинга температу­ры кипения веществ меняются очень незначительно. Из­менение касается, в основном, химического состава.

Сырьем для каталитического риформинга является, в основном, прямогонная нафта и реже дистилляты вто­ричного происхождения, например, бензин термическо­го крекинга, коксования и гидрокрекинга. Эти фракции обычно содержат высокие концентрации парафинов и нафтенов. В процессе каталитического риформинга мно­гие из этих компонентов превращаются в ароматические соединения, которые имеют гораздо более высокие окта­новые числа.

Ниже приведено типичное изменение состава нафты в этом процессе:

Объемный %

Сырье

Продукт

Парафины

50

35

Олефины

0

0

Нафтены

40

10

Ароматика

10

55

При этом происходят в основном следующие полез­ные химические реакции:

Парафины превращаются в изопарафины (реакция изомеризации).

Парафины превращаются в нафтены (реакция цикли­зации).

Нафтены превращаются в ароматику (реакция дегид­рирования).

Протекают также некоторые побочные реакции:

Часть парафинов и нафтенов подвергается крекингу, превращаясь при этом в углеводородные газы.

Часть нафтенов и ароматических углеводородов теряет боковые цепи, которые при этом также превращаются в углеводородные газы.

Самый важный момент, который следует запомнить, — это то, что парафины и нафтены превращаются в аромати­ческие соединения и некоторые изомеры, как показано на рисунке 9.1.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ

Оборудование

Вы можете подумать, что для осуществления этих сложных превращений используется какое-нибудь не­обыкновенное оборудование. На самом деле нужен не­обычный катализатор, который на этот раз состоит из оксида алюминия (А120з), силикагеля (Si02) и платины (Pt). Платины требуется не так уж мало (на несколько миллионов долларов для одной риформинг-установки), поэтому катализатор заслуживает большого внимания.

Существует несколько способов приведения углеводо­родного сырья в контакт с катализатором. Здесь мы рас­смотрим вариант, который называется процесс с непод­вижным слоем катализатора, так как в этом случае угле­водороды просачиваются сквозь слой катализатора, на­ходящийся в реакторе.

Нг/Cj

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ

Рис. 9.2. Каталитический риформинг.

Сырье (нафта)

Риформат

Для наиболее эффективного протекания каждой из: реакций, изображенных на рисунке 9.1, требуются раз-; ные условия работы установки, то есть разные давления, температуры и продолжительности пребывания сырья в реакторе. Поэтому используют три последовательных ре­актора (рис. 9.2), и каждый из них выполняет свою рабо­ту. Давление в реакторах — 200—500 psi (14—35 атм), а

Рециркулят Н2

Температура - 480-520°С (900—975°F). Реакторы обычно имеют характерную сферическую форму.

Сырье сжимают до определенного давления, нагрева­ют и подают в первый реактор, где оно просачивается сквозь слой катализатора и выходит из нижней части реактора. Эта процедура повторяется еще дважды в двух последующих реакторах. Затем продукт пропускают через холодильник, где большая его часть сжижается. Сжиже­ние нужно для того, чтобы отделить богатый водородом газ и направить его на рециркуляцию. Это довольно важ­ный момент, которому стоит посвятить несколько слов.

Водород является важным побочным продуктом ката­литического риформинга. Взгляните еще раз на химичес­кие реакции. Большинство из них сопровождается выде­лением водорода, потому что в ароматических углеводо­родах его меньше, чем в парафинах или нафтенах. Но водород здесь же и потребляется. Его нужно подмешивать к сырью, чтобы в реакторах постоянно сохранялась его высокая концентрация. В этом случае атомы углерода не осаждаются на катализаторе, как при каталитическом крекинге. Вместо этого углерод реагирует с водородом с образованием углеводородных газов.

Вернемся к оборудованию. Поток водорода частично направляется на установку газофракционирования, а ча­стично возвращается в процесс. Жидкий продукт из ниж­ней части сепаратора направляется на разделение в ко­лонну стабилизации, которая является не чем иным, как дебутанизатором (бутановой колонной). Нижняя фрак­ция, риформат (или катализат) отделяется в этой колон­не от углеводородных газов (до бутана), которые подни­маются вверх и направляются на ГФУ насыщенного газа.

Регенерация

Через некоторое время работы установки активность катализатора падает. Это приводит к снижению октано­вого числа риформата и уменьшению его выхода на еди­ницу объема сырья.

Раньше установки риформинга останавливали для ре­генерации катализатора, но затем был разработан непре­рывный режим, который осуществляется за счет добав­ления еще одного реактора. В любой момент времени три реактора находятся в работе, а четвертый — в режиме регенерации катализатора. Регенерация осуществляется путем подачи горячего воздуха, который удаляет с по­верхности катализатора углерод, превращая его в соот­ветствующие монооксид и диоксид. Для восстановления катализатора реактор нужно выводить из процесса всего на 30 часов; таким образом, процесс почти всегда ведет­ся со свежим катализатором.

Выход, %

По объему

Свежий или

Отработанный

Восстановленный

Катализатор

Катализатор

Н2

2

2

С,/С2

2

3

С3

2

3

Изо-С4

3

4

Н-С4

3

4

Риформат

88

84

(октановое число)

(94)

(92)

Несмотря на постоянную регенерацию, через опреде­ленный промежуток времени активность катализатора все же падает. При высоких температурах регенерации поры катализатора разрушаются. В результате каждые 2—3 года процесс приходится останавливать для замены катализа­тора.

Параметры процесса

Рычаги управления, которыми инженер может мани­пулировать на установке риформинга, — это температу­ра, давление и время пребывания сырья в реакторе. Зада­ча манипуляции состоит в соблюдении баланса между количеством продукта риформинга и его качеством. Со-

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ

Отношение между этими двумя параметрами показано на рисунке 9.3: при увеличении октанового числа выход про - дуктариформинга в объемных % снижается. Соответствен­но увеличивается выход газообразных продуктов. Таким образом, процесс каталитического риформинга должен быть идеально согласован с операциями по компаунди­рованию бензина и с работой других установок, где про­дуктами являются компоненты бензина.

Свойства бензино-лигроиновых фракций (нафты), ис­пользуемых в качестве сырья, вернее их групповой со­став, выраженный в содержании парафинов, олефинов, нафтенов и ароматики, также влияет на выход и каче­ство продукта. Групповой анализ нафты является важным фактором в оценке качества сырой нефти.

Ароматика. Каталитический риформинг — основной источник бензола, толуола и ксилолов. Процесс выделе­ния этих компонентов в индивидуальном виде будет рас­смотрен отдельно в одной из последующих глав.

Резюме. Каталитический риформинг является важным процессом превращения бензинов с низким октановым числом в продукт с высоким октановым числом, кото­рый может быть использован как компонент автомобиль­ного бензина. Групповой состав сырья смещается от па­рафинов и нафтенов в сторону ароматики и, таким обра­зом, появляется возможность использовать высокие ок­тановые числа ароматики. К сожалению, чем выше окта­новое число риформата, тем ниже его выход и тем боль­ше образуется газов.

УПРАЖНЕНИЯ 1. Заполните пропуски:

А. Основная цель каталитического риформинга — увели­чение нафты.

TOC \o "1-3" \h \z б. Дорогим компонентом катализатора риформинга явля­ется.

В. В продукте риформинга содержится больше,

Чем в сырье.

Г. Важным побочным продуктом каталитического рифор - минга является.

Д. Другими побочными продуктами являются,

и.

Е. Чтобы предотвратить коксование катализатора, реакто­ры заполняют.

ж. Признаками старения катализатора являются уменьше­ние или

Продукта риформинга, а также увеличение выхода

2. Предположим, что объем сырья каталитического ри­форминга составляет 15 тыс. бар./сут, а условия рабо­ты подобраны так, чтобы получать продукт с октано­вым числом 91. Такой продукт стоит 100 центов за галлон, а фракция С4_ стоит 50 центов за галлон. Уве­личение октанового числа на единицу поднимает сто­имость продукта на 1 цент. Есть ли смысл устанавли­вать более жесткий режим, чтобы увеличить октано­вое число? Используйте график, приведенный на ри­сунке 9.3. (Указание: оцените экономические показа­тели для октановых чисел 91, 95 и 100.) Приведите по одному дополнительному примеру для каждого типа химических реакций, идущих в процес­се риформинга.

В 60-е годы компания Шелл рекламировала использо­вание продукта платформинга в составе своего преми­ального бензина. Что означает сокращение «платфор - минг»?

Изобразите схему нефтеперерабатывающего завода, включающую операции, которые мы рассмотрели до сих пор, в том числе каталитический риформинг.

Переработка Нефти

Зачем смешивают пропан и бутан?

Если вы хотя бы раз в своей жизни анализировали варианты топлива для автономной системы газоснабжения, то наверняка встречались с такой разновидностью, как пропан-бутановая смесь. У пытливого ума тут же возникает …

ЦЕННОСТЬ ТОПЛИВА — ЕГО ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ

Если Вам слишком жарко, уходите из кухни Гарри С Трумэн Многие экономические соображения, влияющие на производство различных нефтепродуктов, связаны с ко­личеством теплоты, которое выделяется при их сжига­нии. Действительно, чтобы выбрать, …

Переработка Нефти

Уильям Д. Леффлер Начало—самая важная часть работы Платон «Республика» Если Вы открыли эту книгу, Вам уже не требуется введение в ее предмет — Вы и так им занимаетесь. Вряд ли …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.