Основные технико-экономические показатели процесса риформинга

Изомеризация углеводородов - другой тип реакций, характерных для каталитического риформинга. Наряду с изомеризацией пятичленных и шестичленных нафтенов изомеризации подвергаются как парафины, так и ароматические углеводороды.

Существенную роль в процессе играют реакции гидрокрекинга. Гидрокрекинг парафинов, содержащихся в бензиновых фракциях, сопровождается газообразованием, что ухудшает селективность процесса. С другой стороны, аналогичная реакция гидродеалкилирования алкилбензолов позволяет увеличить выход низкомолекулярных гомологов бензола, которые представляют наибольший практический интерес.

Элементарные стадии ряда приведенных реакций предопределяются бифункциональным характером катализаторов риформинга. С одной стороны, они содержат один металл (платину) или несколько металлов ( например, платину и рений, или платину и иридий ), которые катализируют реакции гидрирования и дегидрирования. С другой стороны, носителем служит промотированный галогенами оксид алюминия, обладающий кислыми свойствами и катализирующий реакции, свойственные катализаторам кислотного типа. Поэтому разные элементарные стадии реакции могут протекать на различных участках поверхности катализатора: металлических или кислотных.

Образующиеся при дегидрировании непредельные углеводороды ( олефины, циклоолефины и др. ) могут превращаться в более высокомолекулярные соединения и тем самым способствовать образованию кокса на катализаторе, а следовательно его дезактивации.

Сырье каталитического риформинга обычно подвергают гидрогенизационной очистке, после чего в нем остается крайне незначительное количество примесей, в частности серу- и азотосодержащих соединений, являющихся каталитическими ядами. В условиях каталитического риформинга они подвергаются гидрогенолизу с отщеплением сероводорода и аммиака. Например:

RSR + 2H2 ® 2RH + H2S

RNHR + 2H2 ® 2RH + NH3

Каталитический риформинг - один из крупнотоннажных процессов современной нефтеперерабатывающей промышленности. Суммарная мощность каталитического риформинга шести наиболее развитых стран составляет ~270 млн. т/год по сырью.

При классификации различных модификаций каталитического риформинга за основу принимают систему окислительной регенерации катализаторов. Наиболее широкое применение нашли процессы риформинга со стационарным слоем катализатора, для которых условия процесса выбраны таким образом, чтобы обеспечить длительность межрегенерационного цикла 0,5-1 год и более.

В таблице 1 приведены сведения о промышленном использовании процессов риформинга, разработанных зарубежными фирмами. Данные о числе установок и их суммарной мощности относятся к началу 1980 г. и включают как действующие, так и проектируемые установки. Удельные капиталовложения ( в расчете на 1 куб. м суточной мощности ) даны в ценах 1978 г. Капиталовложения и энергозатраты приведены применительно к современным установкам большой единичной мощности и в большинстве случаев не включают затраты на гидроочистку сырья.

Таблица 1

Зарубежные процессы каталитического риформинга

Отечественные промышленные установки.

Внедрение процесса каталитического риформинга в России началось со строительства в 1955 г. опытных установок. В 1962-1963 гг. на ряде заводов были введены в строй первые промышленные установки типа Л-35-5 и Л-35-6.

Совершенствование процесса каталитического риформинга прежде всего связано с повышением эффективности применяемых катализаторов. Свойства катализаторов в значительной мере предупредили технологию риформинга. Одновременно происходило совершенствование аппаратурного оформления процесса.

На первом этапе развития процесса каталитического риформинга широко применялись алюмоплатиновые катализаторы на основе фторированного оксида алюминия ( АП-56 ). На установках риформинга не была предусмотрена очистка сырья от серы и других каталитических ядов. Для снижения отравляющего действия серы на катализатор, образующийся в процессе риформинга сероводород абсорбировался из циркулирующего газа раствором моноэтаноламина, последующая осушка газа проводилась абсорбцией влаги диэтиленгликолем.

Переход к переработке гидроочищенного сырья ( сооружение блоков типа Л-24/300 для установок Л-35-5 и Л-35-6, ввод в действие установок Л-35-11/300 и Л-35-11/600 с блоками гидроочистки ) привел к резкому снижению в нем контактных ядов, особенно серы, что позволило вовлечь в реакцию дегидроциклизации парафины и повысить октановые числа риформатов до 76-80.

Ниже приведена типовая схема отечественной установки каталитического риформинга типа Л-35-11/600 мощностью 600 т/год. Ввиду высокой чувствительности платинового катализатора к присутствию серы, азота и других вредных компонентов в сырье блоку риформинга предшествует блок гидроочистки.

Сырье, подаваемое насосом, смешивается после компрессора с водородосодержащим газом, циркулирующим в блоке гидроочистки. Смесь сырья и водородосодержащего газа подогревается в теплообменниках и первой секции печи ( до ~330оС ) и входит в реактор гидроочистки.

В процессе гидроочистки сернистые соединения бензина превращаются в сероводород. Одновременно происходит частичное разложение сырья, и смесь очищенного сырья, циркуляционного газа, сероводорода и продуктов разложения, охладившись в системе регенерации тепла и конденсаторе-холодильнике, поступает в газосепаратор. Здесь из бензина отделяется газ, который далее в колонне очистки освобождается от сероводорода и углеводородного газа в стабилизационной колонне и после этого насосом направляется в блок риформинга.

Реакторный блок риформинга представлен четырьмя реакторами и тремя секциями печи. Поскольку риформинг протекает со значительным эндотермическим тепловым эффектом, необходим подогрев не только первичного сырья, но и продукта его частичного превращения. Для повышения парциального давления водорода в блоке риформинга также применяется циркуляция водородосодержащего газа, подаваемого на смешение с сырьем компрессором.

Смесь гидроочищенного сырья и водородосодержащего газа, пройдя систему теплообменников и вторую секцию печи, входит в первый реактор с температурой ~ 500oC. В первом реакторе превращается большая часть сырья ( главным образом нафтеновые углеводороды ), что сопровождается падением температуры в реакторе. Ввиду того, что скорость реакции в результате снижения температуры уменьшается, смесь непрореагировавшего сырья с продуктами реакции вновь возвращается в печь ( в третью ее секцию ), далее поступает во второй реактор риформинга, снова возвращается в печь ( в четвертую секцию ) и, наконец, двумя параллельными потоками проходит в третий и четвертый реакторы.

Дегидроциклизация парафиновых углеводородов и гидрокрекинг протекают значительно медленнее и в более жестком режиме, чем дегидрогенизация нафтенов. Поэтому целесообразно распределять катализатор по реакторам неравномерно, загружая большую его часть в последние по ходу сырья реакторы. Обычно платиновый катализатор распределяется между 1, 2 и 3-4 реакторами в соотношении, равном 1:2:4. Из этих же соображений температуры промежуточного нагрева частично превращенного сырья в 3- и 4-й секциях печи несколько выше, чем исходного.

Конечные продукты реакции, пройдя теплообменники и холодильники, поступают в газосепаратор высокого давления для выделения водородосодержащего газа. Постоянный объем газа возвращается после осушки на цеолитах в адсорберах в систему циркуляции. Избыток газа обычно используется на заводе для гидроочистки нефтепродуктов, в частности на блоке гидроочистки описываемой установки.

Катализат из газосепаратора высокого давления перетекает в газосепаратор низкого давления, где выделяется часть сухого газа. Стабилизация катализата завершается во фракционирующем адсорбере и стабилизационной колонне, с верха которых уходят соответственно легкие и тяжелые компоненты газа. С низа колонны выводится стабильный катализат. Низ колонны и адсорбера обогревается за счет циркуляции части нижних продуктов через печь.

Второй этап развития процесса риформинга связан с применением хлорсодержащего алюмоплатинового катализатора АП-64 и с использованием ряда новых технологических приемов: а) ужесточение требований к предварительной гидроочистке сырья; б) нормирование концентрации водяных паров в зоне реакции путем отпарки гидроочищенного сырья и осушки циркулирующего газа на цеолитах; в) подача небольших количеств хлорорганических соединений в зону реакции; г) снижение рабочего давления.

При переводе установок на новые катализаторы были усилены узлы отпарки гидрогенизата, установлены адсорберы с цеолитами для осушки циркуляционнго газа блоков риформинга, смонтированы дозировочные насосы для подачи хлорорганических соединений в реакторы.

Использование промотированных хлором катализаторов и изменения технологии процесса позволили производить риформат с октановым числом 95.

Тенденция к укрупнению привела к созданию и широкому промышленному использованию установки каталитического риформинга Л-35-11/1000 мощностью по сырью 1 млн т/год. Ниже даны технико-экономические показатели установок каталитического риформинга различной мощности ( в тыс. т/год ):

Таблица 2

Третий этап развития процесса каталитического риформинга связан с применением высокостабильных полиметаллических катализаторов серии КР.

Высокая стабильность полиметаллических катализаторов и хорошая регенерационная способность обеспечивают большие сроки их службы. Преимущества полиметаллических катализаторов были в значительной мере использованы на вошедших в эксплуатацию установках ЛЧ-35-11/1000.

При переводе действующих установок риформинга на полиметаллические катализаторы серии КР технико-экономические показатели их работы повышаются, чему способствует ряд факторов. Стоимость полиметаллических катализаторов ниже стоимости монометаллических вследствие более низкого содержания платины. Высокая стабильность полиметаллических катализаторов обеспечивает более длительный межрегенерационный период их работы, в частности в жестких условиях процесса; она позволяет также осуществлять процесс при более низких давлениях, не опасаясь быстрого закоксовывания катализатора, что обеспечивает увеличение выходов целевых продуктов реакции ( в том числе бензина риформинга ). Селективность полиметаллических катализаторов, вследствие высокой их стабильности, снижается значительно медленнее, чем селективность катализаторов монометаллических. Поэтому выход целевых продуктов риформинга за весь реакционный период выше при работе на полиметаллических катализаторах.