Каталитический риформинг

Катализатор, сырье, продукты и параметры риформинга / Химия и технология нефти и газа // Павлодарский химико-механический колледж (13 окт. 2020 г.) [8:53]

Установка каталитического риформинга / Схема работы НПЗ // Промышленное оборудование (8 сент. 2021 г.) [6:48]

Каталитический риформинг или просто риформинг (раньше писали — реформинг; от англ. reforming) — превращение прямой цепочки алканов (парафинов) в разветвлённую в результате крекинга или каталитической реакции.

В процессе риформинга тяжелый бензин (нафта) преобразуется в жидкий реформат, являющийся компонентом смешения высооктанового бензина. В качестве побочного продукта в этом процессе выделяется водород.

Является важным процессом в производстве водорода. Химический процесс осуществляется на катализаторах и позволяет преобразовать углеводороды, такие как природный газ или нефтепродукты, в более ценный водород.

Первые промышленные установки (1940-е годы, США), на которых использовали алюмомолибденовый катализатор, называли установками гидроформинга; при переходе на платиновые катализаторы последние практически полностью заменены так называемыми установками платформинга.

Является процессом, вызывающим при реализации существенные технические затруднения.

Технология и оборудование

Риформинг проходит по следующему алгоритму:

1. Вначале природный газ в сжатом виде смешивается с аммиакосодержащим газом цикла синтеза аммиака с технологической целью.
2. Далее смесь нагревается в дополнительном конвективном змеевике печи первого риформинга, после чего проходит очистку серы при низких температурах.
3. Затем смесь смешивается с высокотемпературным водяным паром, проходит нагрев в конвективном змеевике, находящемся в печи первичного риформинга.
4. В конце смесь подается в реакционные трубы зоны радиантной печи первичного риформинга.
5. Тепло от дымовых газов печи первого риформинга утилизируется с помощью подогрева обычного газа отпаренного конденсата колонны в дополнительных змеевиках зоны конвекции.

Техническая составляющая риформинга направлена на сокращение потребления энергии, повышение надежности и безопасности эксплуатации.

В процессе также оптимизируются все стадии очистки с применением серы и аппаратуры печи первичного риформинга, которая использует тепло для работы, что способствует увеличению производства аммиака.

Для данного процесса используется следующее оборудование:

• водородное оборудование;
• парогенератор;
• конвертер;
• нагреватель сырья;
• теплообменник;
• система очистки водорода.

В дополнение могут применяться и другие устройства, улучшающие процесс, такие как дополнительные теплообменники, конденсаторы и прочее.

Реакции

Определить процессы, происходящие во время каталитического риформинга, можно по трем основным реакциям:

1. Изомеризация углеводородов;
2. Ароматизация исходного сырья через дегидроциклизацию алканов, дегидроизомеризацию алкилциклопентанов и дегидрирование циклогексанов;
3. Гидрокрекинг.

Все эти процессы приводят к повышению октанового числа различных видов бензина.

При риформинге алканы сначала подвергаются дегидроциклизации, затем изомеризации, и в конце — гидрокрекингу.

Дегидроциклизация представляет собой превращение алканов в арены.

Изомеризация приводит к образованию изомеров с небольшим количеством разветвлений. Эти изомеры обладают стабильностью при высоких температурах во время риформинга. При увеличении молекулярной массы алкана увеличивается скорость изомеризации.

Гидрокрекинг способствует появлению соединений с низкой молекулярной массой. Уменьшение массы алканов приводит к повышению октанового числа.

Однако гидрокрекинг приводит к образованию значительного количества газообразных продуктов, что уменьшает выход бензина. Поэтому воздействие этого процесса должно быть минимальным, и риформинг следует проводить при низких давлениях. Это приводит к увеличению выхода равновесных аренов.

При каталитическом риформинге циклоалканы проходят те же процессы: изомеризацию, дегидрирование до аренов и гидрокрекинг.

Циклоалканы с шестью компонентами подвергаются изомеризации в соответствии с карбокатионным механизмом, а затем происходит дегидратация.

Превращение циклогексана в метициклопентан зависит от скорости реакций.

При дегидратации увеличивается скорость образования бензола с увеличением активности металла. При росте температуры также увеличивается выход аренов.

Формулы реакций риформинга

Целевые реакции

Дегидрирование нафтеновых углеводородов в ароматические:

С₆H₁₂ → C₆H₆ + 3H₂ + 221 кДж/моль

Изомеризация пятичленных циклоалканов в производные циклогексана:

С₅H₉-СН₃ → C₆H₁₂ − 15,9 кДж/моль

Изомеризация н-алканов в изоалканы:

н-С₆H₁₄ → изо-C₆H₁₄ − 5,8 кДж/моль

Дегидроциклизация алканов в ароматические углеводороды (ароматизация):

С₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂ + 265 кДж/моль

Побочные реакции

Дегидрирование алканов в алкены:

С₆H₁₄ → C₆H₁₂ + H₂ + 130 кДж/моль

Гидрокрекинг алканов:

н-С₉H₂₀ + H₂ → изо-C₄H₁₀ + изо-С₅H₁₂

Виды риформинга

Термический и автотермический риформинг

Риформинг является одним из ключевых процессов в нефтеперерабатывающей промышленности и химической промышленности в целом. Он позволяет получить продукты с высоким октановым числом, которые могут быть использованы как топливо для автомобилей или в производстве химических веществ. При этом, автотермический риформинг становится все более популярным из-за его эффективности и экономии энергии.

Одним из основных преимуществ автотермического риформинга является возможность работать без применения огня, что снижает риск возгорания и улучшает безопасность процесса. Кроме того, комбинированный автотермический риформинг позволяет объединить все этапы процесса в одном аппарате, что упрощает производственные операции и снижает затраты на оборудование.

Паровой риформинг

Паровой риформинг является широко распространенным методом производства искусственного газа, который может быть использован в различных отраслях промышленности, включая производство электроэнергии и химическую промышленность.

Вторичный риформинг

Вторичный риформинг с использованием прямогонных фракций бензина также играет важную роль в производстве высококачественного топлива и химических продуктов.

Риформинг природного газа

Наконец, риформинг природного газа является эффективным способом получения высококачественного газа с высоким содержанием водорода. Этот процесс позволяет увеличить конверсию природного газа или других углеводородов и получить ценные продукты для различных отраслей промышленности.

См. также

• Нано-реформинг
• Рефарминг

Ссылки

• https://www.neftegaz-expo.ru/ru/ui/17137/