Реформирането като начин за производство на бензин с подобрени характеристики
Реформирането като начин за производство на бензин с подобренихарактеристики
Бензинът е един от основните видове гориво за двигателите на съвременните технологии. Буталните двигатели на автомобили и мотоциклети, лодки и самолети консумират бензин. В момента производството на бензин е едно от основните в нефтопреработвателната промишленост и до голяма степен определя развитието на тази индустрия.
Развитието на производството на бензин е свързано с желанието да се подобри основното експлоатационно свойство на горивото - детонационната устойчивост на бензина, оценена чрез октановото число.
Каталитичният реформинг на бензина е най-важният процес на съвременната нефтопреработка и нефтохимия. Служи за едновременно производство на високооктанов базов компонент на моторни бензини, ароматни въглеводороди - суровини за нефтохимичен синтез - и водородсъдържащ газ - технически водород, използван в процесите на хидрогениране при рафиниране на нефт. Каталитичният риформинг понастоящем е най-разпространеният метод за каталитично усъвършенстване на бензини с права дестилация. Устройствата за каталитичен реформинг се предлагат в почти всички местни и чуждестранни рафинерии.
Физични и химични основи на процеса
Изходната суровина за каталитичен реформинг е бензинови фракции с точка на кипене най-малко 60-62 ° C, тъй като най-леките бензинови фракции не съдържат въглеводороди с шест въглеродни атома и наличието на леки фракции в суровината причинява ненужно генериране на газ. Обикновено риформингът се подлага на фракционно кипене в диапазона 85-180°C. Повдигането на края на кипенето насърчава коксуването и следователно е нежелателно. С увеличаване на началото на кипене, добивът на бензин се увеличава, тъй като по-тежките нафтенови и парафинови въглеводороди са по-лесно изложени наароматизиране. Въпреки това, фракции с точка на кипене от 105 или 140°C обикновено се използват в случаите, когато по-леките фракции се изпращат в отделен риформинг за производството на отделни ароматни въглеводороди.
Въглеводородният състав на оригиналния бензин е от решаващо значение: колкото по-голяма е сумата от нафтенови и ароматни въглеводороди в бензина, толкова по-селективен е процесът, т.е. толкова по-голям е добивът на катализатора и съответно толкова по-нисък е добивът на продукта от страничните реакции на хидрокрекинга - въглеводороден газ.
Подготовката на суровината за реформинг включва ректификация и хидротретиране. Ректификацията се използва за изолиране на определени фракции от бензина в зависимост от целта на процеса. По време на хидротретирането примесите (сяра, азот и др.), Които отравят катализаторите за риформинг, се отстраняват от суровината, а ненаситените въглеводороди също се подлагат на хидрогениране по време на обработката на бензин от вторичен произход.
Каталитичното реформиране е сложен химичен процес, който включва различни реакции, които могат радикално да трансформират въглеводородния състав на бензиновите фракции и по този начин значително да подобрят техните антидетонационни свойства.
Процесът се основава на три вида реакции. Най-важните са реакциите, изброени по-долу, водещи до образуването на ароматни въглеводороди.
Дехидрогениране на шестчленни нафтени:
Дехидроизомеризация на петчленни нафтени:
Ароматизиране (дехидроциклизиране) на парафини:
Въглеводородната изомеризация е друг тип реакция, характерна за каталитичния реформинг. Заедно с изомеризацията на петчленни и шестчленни нафтени, както парафините, така и ароматните въглеводороди претърпяват изомеризация.
Реакциите на хидрокрекинг играят важна роля в процеса. Хидрокрекинг на парафини, съдържащи се вбензинови фракции, придружени от образуване на газ, което влошава селективността на процеса. От друга страна, подобна реакция на хидродеалкилиране на алкилбензени позволява да се увеличи добивът на хомолози на бензен с ниско молекулно тегло, които са от най-голям практически интерес.
Елементарните етапи на редица от горните реакции са предопределени от бифункционалната природа на реформинг катализаторите. От една страна, те съдържат един метал (платина) или няколко метала (напр. платина и рений, или платина и иридий), които катализират реакциите на хидрогениране и дехидрогениране. От друга страна, носителят е алуминиев оксид, стимулиран с халоген, който има киселинни свойства и катализира реакции, характерни за катализатори от киселинен тип. Следователно различни елементарни етапи на реакцията могат да протичат на различни части от повърхността на катализатора: метални или киселинни.
Ненаситените въглеводороди, образувани по време на дехидрогенирането (олефини, циклоолефини и др.), Могат да се превърнат във високомолекулни съединения и по този начин да допринесат за образуването на кокс върху катализатора и следователно за неговото дезактивиране.
Изходната суровина за каталитичен реформинг обикновено се подлага на пречистване чрез хидрогениране, след което в нея остава изключително малко количество примеси, по-специално съдържащи сяра и азот съединения, които са каталитични отрови. В условията на каталитичен реформинг те претърпяват хидрогенолиза с елиминиране на сероводород и амоняк. Например:
RSR + 2H2 ® 2RH + H2S
RNHR + 2H2® 2RH + NH3
Промишленият процес на каталитична ароматизация, въпреки петдесетгодишния период на съществуване, непрекъснато се подобрява. Това е придружено от също толкова непрекъснато подобряване на реформинг катализаторите.
Алуминиево-молибденовият катализатор (MoO3/Al2O3) е първият реформинг катализатор, намерил индустриално приложение. Опитите да се използват други оксидни катализатори (Cr2O3/Al2O3, CoO-MoO3/Al2O3) не бяха успешни.
Алуминомолибденовият катализатор, подобно на съвременните реформинг катализатори, катализира реакциите на ароматизация, изомеризация и хидрокрекинг на въглеводороди. Въпреки това, неговата селективност в реакциите на ароматизиране, особено за парафините, е много по-ниска и скоростта на коксуване е много по-висока. Това обаче не е пречка за промишлената употреба по време на Втората световна война на алуминиево-молибденов катализиран реформинг, тъй като процесът служи за производството на компоненти на толуен и авиационен бензин.
В края на 40-те години на миналия век, когато имаше нужда от икономичен процес на каталитичен реформинг за подобряване на качеството на моторните бензини, за първи път започна да се използва по-ефективен платинен катализатор. През следващите десет години платиновите катализатори замениха оксидните катализатори и обширните изследвания доведоха до създаването на различни техни модификации за процеса на каталитичен реформинг.
Съществен фактор в процеса на реформиране е парциалното налягане на водорода. При обратимата реакция на дехидрогениране на нафтена равновесието се измества надясно с повишаване на температурата и понижаване на налягането. В същото време увеличаването на парциалното налягане на водорода допринася за потискането на страничните реакции на уплътняване на образуваните ненаситени въглеводороди, което в крайна сметка води до отлагания на кокс върху катализатора и намаляване на активността на последния. Въз основа на тези съображения, за всички модификации на промишлени реформинг единици беше осигурено повишено налягане, което се определяше главно от активността на катализатора.
|