БТПп4 / 7 семестр / гайсина / доклады+през / 22 риформинг

Проще говоря, риформинг - это переработка бензиновых и лигроиновых фракций нефти для получения автомобильных бензинов, ароматических углеводородов и водородсодержащего газа.

Основными целями риформинга являются:

- повышение октанового числа бензинов с целью получения неэтилированного высокооктанового бензина;

- получение ароматических углеводородов (аренов);

- получение водосодержащего газа для процессов гидроочистки, гидрокрекинга, изомеризации и т. д.

Поскольку процесс сильно эндотермичен, его осуществляют в каскаде из трёх-четырёх реакторов с промежуточным подогревом сырья. В первом по ходу сырья реакторе в основном протекает сильно эндотермическая реакция дегидрирования нафтенов. В последнем реакторе - преимущественно эндотермические реакции дегидроциклизации и достаточно интенсивно экзотермические реакции гидрокрекинга парафинов. Поэтому в первом реакторе имеет место наибольший (30 – 50 ˚С), а в последнем наименьший перепад температур сырья на входе и выходе из него. Высокий перепад температур в головных реакторах можно понизить, снижая время контакта сырья с катализатором, то есть объём катализатора в них. Поэтому на промышленных установках риформинга первый реактор имеет наименьший объём катализатора, последний – наибольший. Например, для трёхреакторного блока распределение объёма катализатора по ступеням от 1:2:4 до 1:3:7 (в зависимости от химического состава сырья и целевого назначения процесса).

С понижением парциального давления водорода увеличивается глубина ароматизации сырья, а также повышается селективность превращений парафиновых углеводородов, т.к. снижение давления благоприятствует протеканию реакций ароматизации и тормозит реакции гидрокрекинга. Однако при снижении давления возрастает скорость дезактивации катализатора за счёт его закоксовывания.

Кратность циркуляции водородсодержащего газа определяется как отношение объёма циркулирующего ВСГ, приведённого к нормальным условиям, к объёму сырья, проходящего через реакторы в единицу времени.

Учитывая, что в циркулирующем ВСГ концентрация водорода изменяется в широких пределах – от 65 до 90 % об., а молекулярная масса сырья зависит от фракционного и химического составов, предпочтительнее пользоваться мольным отношением водород : сырьё. С увеличением этого отношения снижается скорость дезактивации катализатора, следовательно, удлиняется межрегенерационный пробег установки. Однако увеличение этого отношения ведёт к увеличению энергозатрат, росту гидравлического сопротивления и объёма аппаратов и трубопроводов. Поэтому этот параметр выбирают с учётом стабильности катализатора, качества сырья и продуктов, жёсткости процесса и заданной продолжительности межрегенерационного цикла.

При использовании полиметаллических катализаторов на установках со стационарным слоем мольное отношение водород : сырьё, равное 5 – 6, обеспечивает длительность межрегенерационного цикла до 12 месяцев. На установках с непрерывной регенерацией катализатора это отношение поддерживается на уровне 4 – 5.

Повышение объёмной скорости подачи сырья приводит к увеличению выхода реформата, но с пониженным октановым числом и меньшим содержанием ароматических углеводородов; снижению выхода ВСГ с более высокой концентрацией водорода; повышению селективности процесса и удлинению продолжительности межрегенерационного цикла. При снижении объёмной скорости снижается производительность установки. Оптимальное значение объёмной скорости устанавливают с учётом качества сырья и реформата, жёсткости процесса и стабильности катализатора. Обычно объёмная скорость в процессах риформирования бензинов составляет 1,5 –

2,0 ч^-1.

Реактор — самый ответственный аппарат среди другой аппаратуры процессов каталитического риформирования. От его хорошей работы зависит и экономичность процесса, и качество получаемой  продукции. Реакторы установок каталитического риформннга относят к аппаратам проточного типа (непрерывного действия). Основой для классификации реакторов процессов каталитического риформирования могут являться термодинамические и физические характеристики потоков, проходящих через реактор, направление их движения, материальное исполнение корпуса и внутренних деталей и конструктивные особенности, способы размещения  и   регенерации   катализатора. По термодинамическому признаку реакционные аппараты могут быть разделены на реакторы адиабатического и политропнческих   типов.

В отечественных установках каталитического риформинга применяются только реакторы адиабатического типа со сплошным слоем катализатора, несекционированные. По способу направления потока реакторы разделяются на аппараты с аксиальным движением потока сверху вниз (или снизу вверх) и с радиальным — от периферии к центру. В первых установках каталитического риформинга применялись только реакторы с аксиальным вводом сырья. С укрупнением установок и постепенным накоплением опыта эксплуатации осуществлялся переход к реакторам с радиальным вводом сырья. Основным преимуществом реакторов с радиальным вводом сырья является их небольшое гидравлическое сопротивление потока .хорошее распределение газосырьевого потока и меньшая вероятность засорения катализатора продуктами коррозии благодаря увеличению живого сечения для прохода газов. В настоящее время на многих нефтеперерабатывающих заводах осуществлен перевод реакторов с аксиального на радиальный ввод сырья.

В дальнейшем установки каталитического риформинга оснащались реакторами с корпусами, изготовленными из низколегированных сталей типа  12ХМ,  12МХ,  12Х1МФ.. Футеровка, применяемая в реакторах установок каталитического риформинга имеет ряд как положительных, так и отрицательных качеств. К числу положительных можно отнести следующие:  1) снижение температуры корпуса и соответственно уменьшение уровня напряжения в металле;  2) защита от сероводородной (для реакторов блоков гидроочистки) и водородной коррозии;  3) сокращение расхода металла;  4) уменьшение теплопотерь. К недостаткам можно отнести следующие:  1) сложность системы армирования (торкрет-бетонная футеровка имеет систему армирования, состоящую из шпилек с шайбами и гайками и двух сеток);  2) трудоемкость нанесения торкрет-покрытия (смесь наносится специальной торкрет-пушкой); все футеровочные работы производят на установке, при этом желательно проводить их в летнее время;  3) токрет-бетонная футеровка не исключает местных перегревов корпуса реактора, особенно в верхней части аппаратов и штуцеров;  4) отсутствие возможности проводить периодический осмотр внутренней поверхности;  5) отсутствие надежных способов контроля качества футеровки.  

В отечественных установках каталитического риформинга применяются только реакторы первого типа. Реакторы с неподвижным слоем имеют некоторые недостатки. К ним можно отнести такие как:  1) трудность осуществления оптимального или близкого к нему температурного профиля по высоте слоя катализатора;  2) трудности осуществления равномерного распределения подачи газа на слой катализатора;  3) увеличение гидравлического сопротивления слоя с уменьшением размеров зерен катализатора, для того чтобы достичь увеличения поверхности контакта;  4) необходимость смены катализатора. Несмотря на указанные недостатки и учитывая, что при каталитическом риформировании температурные перепады в зоне реакции в целом невелики, а также то, что отечественной промышленностью разработаны и внедрены катализаторы с длительным сроком эксплуатации и большим межрегенерацнонным периодом, реакторы с неподвижным слоем прочно укоренились и хорошо зарекомендовали себя в практике нефтеперерабатывающих заводов. Конструктивно реакторы в подавляющем большинстве случаев выполняются в виде цилиндрических сосудов, внутри которых на специальной опорной решетке укладывается катализатор.

Реактор (рис. 36) представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд со сферическими днищами. Корпус аппарата изготовлен из углеродистой стали, для защиты от коррозии и для теплоизоляции с внутренней стороны покрыт армированной жаропрочной торкретбетонной футеровкой. Внутреннее устройство реактора и присоединительные патрубки выполнены из легированной стали. Катализатор располагается в реакторе в виде сплошного слоя. Для лучшего распределения паров по сечению слоя и во избежание уноса катализатора выше и ниже слоя насыпаются фарфоровые шары.

Сырье вводят сверху. Пройдя слой катализатора, оно выходит по центральной трубе через радиально расположенный штуцер. Снизу реактора предусмотрены штуцера для выгрузки катализатора и для отвода продуктов сгорания во время регенерации катализатора. Температура в слое катализатора замеряется тремя зональными термопарами, а состояние изоляционного слоя контролируется термопарами касания, размещенными на наружной поверхности реактора.

Реакторы данного типа отличаются от реакторов с аксиальным вводом сырья тем, что газосырьевая смесь проходит через слой катализатора в радиальном направлении. Как было указано выше, такое конструктивное решение позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление, уменьшить вероятность засорения   катализатора   продуктами   коррозии. Реактор, показанный на рис. 2, применяется на установках типа ЛЧ-35-11/600 и включает в себя общие для этого типа аппаратов детали: корпус, днище, штуцеры для ввода и вывода сырья и продуктов реакции, штуцеры для термопары, выгрузки катализатора  и  отбора   проб,  футеровку  и  опорное  кольцо. Внутреннее устройство отличается от реакторов с аксиальным вводом тем, что катализатор размещается во внутреннем перфорированном стакане, а между футеровкой и стаканом существует кольцевой  зазор. Газосырьевая смесь по кольцевому зазору проходит через слой катализатора и выводится через центральную перфорированную трубу. Материальное исполнение, типы катализаторов, футеровки и шарика реакторов подобного типа такие же, как у реакторов с аксиальным вводом сырья.

Поступающие через штуцер пары сырья с помощью распределителя направляются в желоба и через прорези в них, двигаясь в радиальном направлении, проходят слой катализатора. Распределение газосырьевой смеси в аппарате зависит от высоты слоя катализатора, диаметра центральной трубы и доли перфорации в желобах и центральной трубе. Продукты реакции выводятся из реактора через центральную трубу вверх (рис. 36 в) или вниз (рис. 36 г) в зависимости от схемы обвязки аппарата трубопроводами. Нижняя часть реактора для лучшего распределения сырья, а также задержания механических примесей заполнена фарфоровыми шариками диаметром 6; 13 и 20 мм. Кроме того, реакторы могут различаться конструктивным оформлением отдельных узлов (коллекторов устройств загрузки и выгрузки катализатора, газораспределительных решеток и др.).

Температуру реакции по высоте аппарата измеряют тремя многозональными термопарами. Точки замера расположены по высоте термопары через 500 мм. Для контроля температуры стенки корпуса предусмотрены наружные поверхностные термопары.

Катализатор из реактора выгружают через штуцера; расположенные в нижнем днище. Осмотр и монтаж внутренних устройств аппарата выполняют через верхний штуцер ввода сырья.

Качество футеровки должно быть высоким во избежание появления на ней трещин в процессе эксплуатации (особенно уязвимы в этом отношении верхние участки реактора в области штуцеров). Герметичность футеровки может нарушиться также вследствие резких изменений температуры в отдельных зонах реактора или всей установки.

Участки корпуса, где надежная работа футеровки не гарантирована, следует выполнять из хромомолибденовых сталей марок 12МХ или 12ХМ, устойчивых при повышенных температурах и в водородсодержащих средах.

Внутренние устройства реактора изготовляют из сталей марок ЭИ496 и К5М. Сырье (парогазовая смесь) подается в реактор через верхний штуцер с помощью распределителя, обеспечивающего равномерное заполнение верхней пустотелой части аппарата, и проходит слой фарфоровых шариков диаметром 20 мм , а также слой таблетированного алюмоплатинового катализатора высотой до 4 м . Катализатор удерживается на перфорированной опорной решетке, поверх которой для равномерного приема сырья насыпаны три слоя фарфоровых шариков диаметром 20, 13 и 6 мм . Продукты реакции, скапливающиеся под решеткой, выводят по парогазовому стояку через верхний штуцер диаметром 300 мм . Для установки трехзонной термопары через штуцер в верхнем днище реактора пропущена труба диаметром 50 мм . На нижнем днище расположены люк диаметром 500 мм , которым пользуются при ревизии и ремонте аппарата, и два люка диаметром 175 мм для выгрузки катализатора. На нижнем днище имеется также штуцер диаметром 100 мм , через который эжектируют газы перед началом процесса регенерации и в случае необходимости при ремонтных работах. Для защиты застойных зон реактора от воздействия высоких температур и водорода все свободные пространства люков и штуцеров заполнены легкой шамотной мастикой.

Развитие в технологии каталитического риформинга выразилось новым типом реакторных устройств непрерывного риформинга с движущимся слоем катализатора, который протекает в 4 реакторах с движущимся слоем, которые расположены последовательно и вертикально друг над другом. Преимущество в данном случае обеспечение оптимальных условий процесса, а именно низкое давление и высокая температура. А к недостаткам можно отнести траты на эксплуатацию и максимально высокая температура кипения риформата, при высокой жесткости процесса.

Удельная поверхность – не менее 200 м2 /г, общий объем пор – не менее 0,65 см2 /г, размеры таблеток: диаметр – 1,3-3 мм, длина – 3-9 мм

Пределы градиентов температур по реакторам составляет: 1 реактор – 35 – 60 °С, 31 2 реактор – 8 – 40 °С, 3 реактор – 5 – 17 °С.

Все внутренние устройства изготавливаются из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, AISI321.

На блоке риформинга имеется четыре реактора, расположенные вертикально друг над другом, и образующие единую реакторную колонну 1. Катализатор (шарики диаметром 1,6 мм) перетекает из ре­актора в реактор под действием силы тяжести по переточным трубам малого диаметра, которые одновременно служат гидравлическими затворами, разобщающими реакторы между собой по газовым пото­кам.

Скорость движения катализатора регулируется посредством перепускных и запорных клапанов, работающих автоматически. Клапаны расположены на входе катализатора в первый и на выходе из четвер­того реактора риформинга.