основы процесса каталитического риформинга

10

В 60 – 70-е гг. в результате непрерывного совершенствования технологии и катализаторов (переход к хлорированным алюмоплатиновым, разработка биметаллических платино-рениевых, затем полиметаллических высокоактивных, селективных и стабильных катализаторов), оптимизации параметров и ужесточения режима (понижение рабочих давлений и повышение температуры в реакторах)

появились и внедрялись высокопроизводительные и более эффективные процессы платформинга различных поколений со стационарным слоем катализатора.

Важным этапом в развитии и интенсификации процессов риформинга являлись разработка фирмой «UOP» и внедрение в 1971 г.

наиболее передовой технологии каталитического риформинга с непрерывной регенерацией катализатора (КР НРК).

Применяемые в настоящее время процессы каталитического риформинга по технологическим особенностям регенерации катализатора подразделяются на три типа:

−полурегенеративные (со стационарным слоем катализатора и его периодической регенерацией с длительными межрегенерационными циклами);

−циклические (со стационарным слоем катализатора и его непрерывной регенерацией с помощью резервного реактора);

−регенеративные (с движущимся слоем катализатора и его непрерывной регенерацией в выносном регенераторе).

Внастоящее время наиболее распространенной является схема со стационарным слоем катализатора и его периодической регенерацией (57% суммарной мощности установок каталитического риформинга) [16].

Установки 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

консорциум « Н е д р а»

11

- 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 и стабилизации катализата.

Принципиальная технологическая схема со стационарным слоем катализатора приведена на рисунке 2.

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. 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 фракционирущий 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 165С и вверху 40С отделяется сухой газ. Нестадтльный 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.

консорциум « Н е д р а»

vk.com/id446425943

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

12

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема установки каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора

I – гидроочищенное сырье, II – ВСГ, III – стабильный катализат, IV – сухой газ,

V – головная фракция

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

консорциум « Н е д р а»

13

Рис. 3. 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

На рис. 3 показана конструкция радиального реактора, применяемая в секции риформинга КУ ЛУ-6у. 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 [32].

консорциум « Н е д р а»

14

Платформинг с непрерывной регенерацией катализатора

Реакторный блок установок платформинга с непрерывной регенерацией катализатора (CCR Platforming — Continuous Catalyst Regeneration Platforming) по лицензии фирмы UOP состоит из трех или четырех реакторов, расположенных друг над другом по трем вариантам:

−четыре реактора находятся вертикально друг над другом;

−первые три реактора расположены друг над другом, а четвертый — отдельно рядом;

−первый и второй реакторы находятся друг над другом, а рядом третий и четвертый, также расположенные друг над другом.

На промышленных установках широко применяется первый вариант, т.к. установка занимает минимальную площадь и протяженность коммуникаций. В данном варианте реакторный блок состоит из четырех последовательно соединенных реакторов с радиальным движением газосырьевой смеси. Реакторы установлены соосно друг над другом, образуя единую конструкцию, и связаны между собой системой переточных труб. Над верхним реактором первой ступени размещен бункер для регенерированного катализатора.

Регенератор представляет собой аппарат с радиальным потоком реакционных газов, разделенный гидравлически на три зоны. В

верхней зоне при мольном содержании кислорода не менее 1% происходит выжиг кокса, в средней при содержании кислорода 10 – 20% и

подаче хлорорганических соединений — окислительное хлорирование катализатора. В нижней зоне катализатор дополнительно прокаливается в потоке сухого воздуха.

Реакторные блоки каталитического риформинга с движущимся слоем катализатора, включающие реактор, регенератор и систему транспорта катализатора, по взаимному расположению аппаратов и схемам циркуляции катализатора подразделяются на установки с одно- и

двухкратным подъемом катализатора. Для схем с однократным подъемом катализатора используют два варианта - реактор располагают над регенератором или регенератор над реактором. При прочих равных условиях схемы с однократным подъемом катализатора отличаются большей высотой установки [25, 26].

консорциум « Н е д р а»

15

На рис. 4 представлена принципиальная технологическая схема установки платформинга с непрерывной регенерацией катализатора компании UOP.

Газосырьевая смесь, пройдя систему теплообменников и первую секцию печи нагрева сырья, поступает в реактор первой ступени,

затем последовательно проходит через соответствующие секции печи и блок реакторов второй, третьей и четвертой ступеней. Продукты платформинга из реактора четвертой ступени поступают в сепаратор, где выделяется водородсодержащий газ, а платформат направляется далее на стабилизацию.

Регенерированный катализатор непрерывно движется через реакторы под действием собственного веса и поступает в бункер, который автоматически поддерживает равномерный отбор и обеспечивает выделение из него остатков углеводородов; далее катализатор опускается в нижний бункер газлифта, откуда транспортируется азотом в верхний сепараторный бункер, где вся катализаторная мелочь улавливается фильтром.

Катализатор из верхнего бункера самотеком поступает в регенератор, где последовательно проходит зоны выжига кокса, окислительного хлорирования и прокаливания. Из регенератора через систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и водородсодержащим газом подается в бункер, расположенный над реактором первой ступени.

консорциум « Н е д р а»

16

Рис. 4. Принципиальная технологическая схема процесса платформинга с непрерывной регенерацией катализатора по технологии фирмы UOP:

1, 2, 3, 4 – реакторы; 5 – регенератор катализатора; 6 – многосекционная печь; 7 – сепаратор; 8 – секция извлечения; 9 – стабилизационная колонна;

I – гидроочищенное сырье; II – водородсодержащий газ; III – сухой газ; IV – головка стабилизации; V – стабильный платформат

Таким образом без остановки системы или выключения одного из реакторов на регенерацию катализатора осуществляется непрерывный процесс платформинга. Возможность постоянно поддерживать свойства регенерированного катализатора на уровне, близком к свойствам свежего катализатора, позволяет проводить процесс платформинга при невысоком давлении и снизить кратность циркуляции газа

[7, 9, 27].

Дуалформинг

консорциум « Н е д р а»

17

В современном процессе каталитического риформинга, разработанном Французским институтом нефти (Institut Français du pétrole - IFP), применена непрерывная регенерация катализатора. IFP предлагает три варианта процесса: дуалформинг (dualforming), дуалформинг плюс (dualforming plus) и октанайзинг (octanizing).

Процесс дуалформинг позволяет реконструировать установки риформинга с неподвижным слоем катализатора с целью получения более высоких выходов продуктов за счет монтажа нового реактора с системой непрерывной регенерации катализатора. В результате происходит снижение рабочего давления на установке (с 2,6 до 1,5 МПа), что улучшает выходы продуктов риформинга, и в особенности водорода.

Одно из преимуществ процесса - максимальное использование имеющегося оборудования в традиционной технологической схеме установки. Предусмотрен монтаж нового реактора с системой непрерывной циркуляции катализатора, интегрированного в имеющуюся реакционную систему. Требуется также замена сырьевого теплообменника, монтаж новой печи и дополнительного компрессора для водорода (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная схема процесса дуалформинг:

1 – действующие реакторы; 2 – действующие печи; 3 – новый реактор; 4 – регенератор катализатора;

консорциум « Н е д р а»