Теоретические основы и пути интенсификации процесса

8

число. Повышается селективность превращений парафиновых углеводородов, поскольку снижение давления благоприятствует протеканию реакций дегидроциклизации и дегидрирования и тормозит реакции гидрокрекинга.

Однако при снижении давления резко увеличивается скорость дезактивации катализатора за счет его закоксовывания, что сокращает межрегенерационные циклы работы установки.

Влияние кратности циркуляции водородсодержащего газа Кратность циркуляции ВСГ определяется как отношения объема циркулирующего ВСГ, приведенного к нормальным условиям, к

объему сырья, проходящего через реакторы в единицу времени (м3/м3). Повышение кратности циркуляции ВСГ способствует снижению коксообразования на катализаторе, позволяет продлить срок его службы, увеличить межрегенерационный период работы установки. Однако увеличение кратности циркуляции ВСГ связано со значительными энергозатратами, ростом гидравлического сопротивления и объема аппаратов и трубопроводов. Выбор этого параметра производят с учетом стабильности катализатора, качества сырья и продуктов, жесткости процесса и заданной продолжительности межрегенерационного цикла.

Влияние объемной скорости подачи сырья Объемная скорость подачи сырья влияет на процесс риформинга как параметр, обратный времени контакта сырья с катализатором.

Для оптимизации каталитического риформинга объемную скорость подачи сырья принимают равной 1,4 – 2,5 ч– 1 в зависимости от активности катализатора, а соотношение загрузки катализатора по ступеням риформинга с целью повышения селективности процесса устанавливают равным от 1:2:4 до 1:3:7 для трехреакторного блока, 1:1,5:2,5:5 — для четырехреакторного в зависимости от химического состава сырья, технологического режима и целевого назначения процесса.

Повышение объемной скорости подачи сырья приводит к увеличению выхода риформата, 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. С другой стороны, при снижении объемной скорости снижается производительность установок риформинга по сырью.

Консорциум « Н е д р а »

9

Влияние содержания хлора на катализаторе Стабильная активность катализаторов риформинга, кислотным промотором которых является хлор, возможна только при его

достаточном содержании на катализаторе и низкой влажности в реакционной системе. Хлорирование и дехлорирование носителя катализатора является равновесным процессом.

Увеличение содержания хлора на катализаторе выше оптимальных значений повышает активность катализатора, но при этом также значительно возрастают реакции гидрокрекинга, приводящие к уменьшению выхода риформата и водорода и увеличению скорости коксообразования. Также происходит снижение перепада температур в реакторах, в последнем реакторе возможен положительный перепад температуры. Содержание хлора на катализаторе регулируется количеством вводимого хлорорганического соединения (дихлорэтана или

1,1,1-трихлорэтана).

1.4 Разновидности технологических установок Первая промышленная установка каталитического риформинга на алюмохромомолибденовом катализаторе (гидрориформинг,

проводимый под давлением водорода 4 – 4,5 МПа и температуре 540°С) была пущена в 1940 г. и получила широкое развитие на НПЗ США и Германии. Основным целевым назначением гидрориформинга являлось получение высокооктановых компонентов (с ОЧИМ 80 пунктов)

авто- и авиабензинов, а в годы II мировой войны – производство толуола – сырья для получения тринитротолуола.

В1949 г. была введена в эксплуатацию разработанная фирмой «UOP» первая промышленная установка каталитического риформинга

смонометаллическим алюмоплатиновым фторированным катализатором – платформинг.

В60 – 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.

Консорциум « Н е д р а »

10

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 - 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.

Консорциум « Н е д р а »

11

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.

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

Консорциум « Н е д р а »

12

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.

Рис. 3. Реактор риформинга:

Консорциум « Н е д р а »

13

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].

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.

Консорциум « Н е д р а »

14

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].

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

Консорциум « Н е д р а »