Меню Рубрики

Установка каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг является в настоящее время неотъемлемым элементом нефтеперерабатывающего завода. Основное назначение процесса — получение высокооктанового компонента товарных автомобильных топлив из низкооктановых утяжеленных бензинов за счет их ароматизации, 1) а также получение ароматических углеводородов, главным образом, бензола, толуола и ксилолов. Большое значение имеет побочный продукт процесса – водородсодержащий газ, который широко используется в процессах гидроочистки нефтяных дистиллятов. 2)

3)
Общий вид установки риформинга

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.

При этом происходят в основном следующие полезные химические реакции:

Протекают также некоторые побочные реакции:

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

Для осуществления этих сложных превращений нужен необычный катализатор, который состоит из оксида алюминия (Al2O3), силикагеля (SiO2) и платины (Pt). Такие катализаторы называются бифункциональными. Они сочетают кислотную и гидрирующую-дегидрирующую функции. Реакции гидрирования и дегидрирования протекают на металлических центрах платины или платины, промотированной добавками рения, иридия, олова, галлия, германия и др., тонко диспергированных на носителе. Кислотную функцию в промышленных катализаторах риформинга выполняет носитель, в качестве которого используют оксид алюминия. Для усиления и регулирования кислотной функции носителя в состав катализатора вводят галоген: фтор или хлор. В настоящее время применяют только хлорсодержащие катализаторы. 5)

Процесс каталитического риформинга на платиновом катализаторе часто называют платформингом. 6) 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. Для начала рассмотрим вариант, который называется процесс с неподвижным слоем катализатора, так как в этом случае углеводороды просачиваются сквозь слой катализатора, находящийся в реакторе.

Установки каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора

Установки каталитического риформинга всех типов включают следующие блоки: гидроочистки сырья, очистки водородсодержащего газа, реакторный, сепарации газа и стабилизации катализата. 7)

Для наиболее эффективного протекания каждой из указанных реакций требуются разные условия работы установки, то есть разные давления, температуры и продолжительности пребывания сырья в реакторе. Поэтому используют несколько последовательных реактора (три реактора на рисунке ниже), и каждый из них выполняет свою работу. Чем выше концентрация нафтенов в сырье и, следовательно, чем значительнее затраты тепла, тем на большее число зон следует разделить реакторный блок, чтобы повысить среднюю температуру реакции 8) . Давление в реакторах — 200—500 psi (14—35 атм), а температура — 480-520°С (900—975°F). Реакторы часто имеют характерную сферическую форму.

Гидроочищенное и осушенное 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. 9)

Таким образом, основными реакционными аппаратами установок (или секций) каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора являются адиабатические реакторы шахтного типа со стационарным слоем катализатора.

Поступающий в реактор газофазный поток сырья и водорода пропускают по периферийным перфорированным желобам через слой катализатора к центральной трубе и затем выводят из аппарата.

Катализатор располагают в виде одного слоя с равномерной плотностью засыпки. Верхнюю часть снабжают тарелкой, предотвращающей прямое попадание потока сырья в слой катализатора. В центре устанавливают перфорированную трубу, обтянутую сеткой. Нижнюю часть реактора заполняют фарфоровыми шарами.


Реактор риформинга:
1 — распределитель; 2 — штуцер для термопары; 3 — днище верхнее; 4 — кожух; 5 — корпус; 6 — тарелка; 7 — футеровка; 8 — желоб; 9 — катализатор; 10 — труба центральная; 11 — пояс опорный; 12 — опора; 13 — днище нижнее; 14 — шары фарфоровые; I — ввод сырья; II — вывод продукта; II — вывод катализатора 10)

Читайте также:  Установка и техническое обслуживание теплосчетчика

После вывода из реактора 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. 11)

Регенерация

Через некоторое время работы установки активность катализатора падает. Это приводит к снижению октанового числа риформата и уменьшению его выхода на единицу объема сырья. К каталитическим ядам, снижающим скорости реакций риформинга и вызывающим закоксовывание катализатора, относятся сернистые соединения, превращающиеся в условиях риформинга в сероводород, соединения азота, переходящие во время риформинга в аммиак, металлорганические соединения свинца, меди, мышьяка, которые гидрируются до металлов и откладываются на поверхности катализатора. Также сильным каталитическим ядом для платины является оксид углерода. 12)

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 (на приведенном ниже видео производится подача азота с некоторым количеством кислорода), который удаляет с поверхности катализатора углерод, превращая его в соответствующие монооксид и диоксид (путем выжига кокса). Для восстановления катализатора реактор нужно выводить из процесса всего на 30 часов; таким образом, процесс почти всегда ведется со свежим катализатором.

Несмотря на постоянную регенерацию, через определенный промежуток времени активность катализатора все же падает. При высоких температурах регенерации поры катализатора разрушаются. В результате раз в несколько лет процесс приходится останавливать для замены катализатора.

Установки каталитического риформинга с непрерывной регенерацией катализатора

Установки со стационарным слоем катализатор рассчитаны на рабочее давление 4,0-1,5 МПа. При снижении рабочего давления с одновременным повышением глубины превращения сырья более экономичны установки с непрерывной регенерацией катализатора. На таких установках четыре реактора риформинга расположены друг над другом и связаны между собой системами переточных труб малого диаметра. Шариковый катализатор диаметром 1,6 мм свободно перетекает из реактора в реактор под действием силы тяжести. Из реактора четвертой ступени через систему затворов с шаровыми клапанами катализатор поступает в питатель (дозатор) пневмотранспорта и азотом подается в бункер-накопитель узла регенерации. Регенератор представляет собой аппарат с радиальным потоком реакционных газов, разделенный на три технологические зоны.6 в верхней производится выжиг кокса, в средней — окислительное хлорирования катализатора, в нижней зоне катализатор прокаливают в токе сухого воздуха. Разобщение зон — гидравлическое. Катализатор проходит все зоны под действием силы тяжести. Из регенератора через систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и водосодержащим газом подается в бункер-накопитель, расположенный над реактором риформинга первой ступени. Процесс регенерации автоматизирован.


Схема циркуляции катализатора установки риформинга с непрерывной регенерацией:
1 — реакторы; 2 — разгрузочное устройство; 3 — затворный бункер; 4 — питатель; 5 — бункер закоксованного катализатора; 6 — регенератор; 7 — бункер отрегенерированного катализатора;
I — пневмотранспорт закоксованного катализатора; II — пневмотранспорт отрегенерированного катализатора; III — подача транспортного газа. 13)

Таким образом, 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.

Читайте также:  Установка автокад 2015 кейген

источник

Установка каталитического риформинга

Назначение процесса

В результате процесса каталитического риформинга получают:

  1. Катализат – компонент для высокооктанового бензина (повышение октанового числа)
  2. Концентраты для производства индивидуальных ароматических углеводородов
  3. Водородсодержащий газ – газ с содержанием H2=75-90% для процессов гидроочистки, гидрокре­кинга, изомеризации, гидродеалкилирования.
  4. Углеводородный газ — содержит в основном CH4 и C2H6, служит топливом печей на НПЗ

Компоненты бензина в результате каталитического риформинга имеют октановые числа (ОЧ):

В качестве сырья используют прямогонные бензиновые фракции, приведенные в Таблице 1.

Реакции риформинга

Целевые реакции

Дегидрирование нафтеновых углеводородов в ароматические:

Изомеризация пятичленных циклоалканов в производные циклогексана:

Изомеризация н-алканов в изоалканы:

Дегидроциклизация алканов в ароматические углеводороды (ароматизация):

Побочные реакции

Дегидрирование алканов в алкены:

Принцип работы установки

Установки каталитического ри­форминга по технологической схеме подразделяются по способу осуществления окис­лительной регенерации катализатора на:

  • установки со стационарным слоем, где регенерация про­водится 1-2 раза в год и связана с остановкой производ­ства (почти все установки РФ);
  • установки с движущимся слоем катализатора, где реге­нерация проводится в специальном аппарате

Практически все установки каталитического риформинга в России (кроме НПЗ в Уфе, Нижнем Новгороде и Омске) работают в полурегенеративном режиме (периодическая регенерация) .

Установки состоят из 2-х блоков – гидроочистки и, непосредственно, блока риформинга. Ниже будет разобран принцип работы такой установки.

Принципиальная схема установки

Блок гидроочистки

Сырье закачивается насосами из резервуара и под давлением 5 кгс/см2 направляется на блок гидроочистки.

Сначала сырье подается на узел для смешения с ВСГ (водород содержащим газом). Далее поступает в теплообменники для предварительного подогрева теплом ГПС (газо-продуктовой смеси) из реакторов гидроочистки и затем в печь для нагрева до более высокой температуры (до 290 – 350 °С).

Нагретое сырье в печи подается в последовательно расположенные реакторы гидроочистки. Реакция гидроочистки сырья протекает на алюмо-кобольт-молибденовом катализаторе в присутствии водорода при давлении до 40 кгс/см2.

Предварительная гидроочистка сырья необходима для удаления примесей, которые могут привести к преждевременному износу катализатора в реакторах риформинга. К таким примесям можно отнести:

После реакторов, полученная смесь отдает свое тепло вновь поступающему сырью в теплообменниках и подается в сепаратор с температурой 45 °С. В сепараторе отделяют ВСГ и после подогрева теплом стабильного гидрогенизата в теплообменниках до 200 – 220°С направляют в отпарную колонну.

В колонне из нестабильного получают стабильный гидрогенизат путем отпаривания:

  1. Растворенного УВГ газа
  2. Сероводорода
  3. Воды

Блок каталитического риформинга

Стабильный гидрогенизат после отпарной колонны с температурой 100 °С смешивается с водородом, подогревается в теплообменниках до 395 °С, а затем в печи.

Нагретое сырье в печи направляют в реакторы каталитического риформинга. Смесь, в виде парогазового потока, попадает в первый реактор через верхнюю его часть и равномерно распределяется.

Реакции на катализаторах риформинга протекают при температуре 470-520 °С и при поддержании давления до 38 кгс/см2 (на выходе из реакторов 18 – 28 кгс/см2).

Реакторы каталитического риформинга

В реакторе происходит взаимодействие между двухфазным потоком сырья и катализатором. Катализатор представляет собой полиметаллические экструдаты – гранулы цилиндрической формы.

Сырье проходит через слой катализатора, вступая с ним в реакцию и выходит через нижний штуцер первого реактора. Затем подогревается в печи и направляется во второй, потом снова нагревается в печи и, наконец, поступает в третий.

Процесс прохождения через реакторы осуществляется ступенчато с дополнительным подогревом потока в секциях печи между реакторами. Необходимость подогрева вызвана поглощением большого количества тепла в процессе взаимодействия с катализатором.

После этого, прореагировавшая смесь направляется в сепаратор для отделения водорода.

Затем поток с температурой 100 – 150 °С направляется в колонну стабилизации для разделения на углеводородные газы и стабильный катализат сверху и снизу колонны соответственно.

Читайте также:  Установки производства углеродного материала

Полученный стабильный катализат направляют в товарно-сырьевой цех как компонент бензина.

Видео работы установки

источник

Установка каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора

Установки этого типа в настоящее время получили наибольшее распространение среди процессов каталитического риформинга бензинов. Они рассчитаны на непрерывную работу без регенерации в течение 1 года и более. Окислительная регенерация катализатора производится одновременно во всех реакторах. Общая длительность простоев установок со стационарным слоем катализатора составляет 20-40 суток в год, включая цикл регенерации и ремонт оборудования. Сырье установок подвергается предварительной глубокой гидроочистке от сернистых, азотистых и других соединений, а в случае переработки бензинов вторичных процессов — гидрированию непредельных углеводородов.

Установки каталитического риформинга всех типов включают следующие блоки: гидроочистки сырья, очистки водородсодержащего газа, реакторный блок, сепарации газа и стабилизации катализата.

Принципиальная технологическая схема установки платформинга (без блока гидроочистки сырья) со стационарным слоем катализатора приведена на рисунке 1.

Гидроочищенное и осушенное сырье смешивается с циркулирующим ВСГ, подогревается в теплообменнике, затем в секции печи П-1 и поступает в реактор первой ступени Р-1. На установке имеется 3-4 адиабатических реактора и соответствующее число секций многокамерной печи П-1 для межступенчатого подогрева реакционной смеси.

Рисунок 1 — Принципиальная технологическая схема установки каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора: I — гидроочищенное сырье; II — ВСГ;III — стабильный каталзатор; IV — сухой газ; V — головная фракция.

На выходе из последнего реактора смесь охлаждается в теплообменнике и холодильнике до 20-40 и поступает в сепаратор высокого давления С-1 для отделения циркулирующего ВСГ от катализата. Часть ВСГ после осушки цеолитами в адсорбере Р-4 поступает на прием циркуляционного компрессора, а избыток выводится на блок предварительной гидроочистки бензина и передается другим потребителям водорода. Нестабильный катализат из С-1 поступает в сепаратор низкого давления С-2, где от него отделяются легкие углеводороды. Выделившиеся в сепараторе С-2 газовая и жидкая фазы поступают во фракционирующий абсорбер К-1. Абсорбентом служит стабильный катализат (бензин). Низ абсорбера подогревается горячей струей через печь П-2. В абсорбере при давлении 1,4 МПа и температуре внизу 165°С и вверху 40°С отделяется сухой газ. Нестабильный катализат, выводимый с низа К-1, после подогрева в теплообменнике поступает в колонну стабилизации К-2. Тепло в низ К-2 подводится циркуляцией и подогревом в печи П-2 части стабильного конденсата. Головная фракция стабилизации после конденсации и охлаждения поступает в приемник С-3, откуда частично возвращается в К-2 на орошение, а избыток выводится с установки.

Часть стабильного катализата после охлаждения в теплообменнике подается во фракционирующий абсорбер К-1, а балансовый его избыток выводится с установки.

Основными реакционными аппаратами установок (или секций) каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора являются адиабатические реакторы шахтного типа со стационарным слоем катализатора. На установках раннего поколения применялись реакторы аксиального типа с нисходящим или восходящим потоком реакционной смеси. На современных высокопроизводительных установках применяются реакторы только с радиальным движением потоков преимущественно от периферии к центру.

Радиальные реакторы обеспечивают значительно меньшее гидравлическое сопротивление, по сравнению с аксиальным.

На рисунке 2 показана конструкция радиального реактора, применяемая в секциях риформинга КУ ЛК-бу. Поступающий в реактор газофазный поток сырья и водорода проходит по периферийным перфорированным желобам через слой катализатора к центральной трубе и затем выводится из аппарата. Катализатор расположен в виде одного слоя с равномерной плотностью засыпки. В верхней части расположена тарелка, предотвращающая прямое попадание потока сырья в слой катализатора. В центре установлена перфорированная труба, обтянутая сеткой. Нижняя часть реактора заполнена фарфоровыми шарами.

В промышленности эксплуатируются реакторы с корпусами, изготовленными из биметалла типа 12 ХМ+0,8Х 18Н10Т или защитным торкрет-бетонным покрытием.

Рисунок 2 — Реактор риформинга: 1- распределитель; 2 — штуцер для термопары; 3 — днище верхнее; 4 — кожух; 5 — корпус; 6 — тарелка; 7 — футеровка; 8 — желоб; 9 — катализатор; 10 — труба центральная; 11 — пояс опорный; 12 — опора; 13 — днище нижнее; 14 — шары фарфоровые; I — ввод сырья;II — вывод продукта;III — вывод катализатора.

источник

Добавить комментарий