основы процесса каталитического риформинга
.pdf10
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
5
1
2 3
4
7
6
I
II
III
8
IV
9
V
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»
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»
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).
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
II |
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
2 |
2 |
2 |
|
5 |
|
|
|
|
III |
|
|
|
|
6 |
|
I |
|
|
|
Рис. 5. Принципиальная схема процесса дуалформинг:
1 – действующие реакторы; 2 – действующие печи; 3 – новый реактор; 4 – регенератор катализатора;
консорциум « Н е д р а»
