Лабораторна робота №6. ?3 – (СН2)3 – СН3 СН3 – СН – СН2 –СН3 (6.3). ?3 – (СН2)3 – СН3 СН3 – СН – СН2 –СН3 (6.3)

Підготовка сировини до каталітичного реформінгу

6. 1 Мета і задачі роботи

Мета: засвоєння і поглиблення теоретичного матеріалу з процесу каталітичного реформінгу, набуття експериментальних навичок проведення підготовки сировини до каталітичного реформінгу на лабораторній установці АРН –2.

В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен

знати:

- призначення, суть і хімізм процесу каталітичного реформінгу;

- характеристику сировини і одержуваних продуктів;

- опис технологічної схеми установки каталітичного реформінгу;

- параметри контролю і регулювання на установці каталітичного реформінгу;

вміти:

- оцінювати результати одержання сировини для каталітичного реформінгу на лабораторній установці;

- правильно вибирати параметри процесу для одержання якісних продуктів і в заданій кількості.

 

6.2 Теоретичні основи

6.2.1 Призначення, суть і хімізм процесу

Процес каталітичного реформінгу служить для підвищення детонаційної стійкості (октанового числа) бензинів і одержання ароматичних вуглеводнів, головним чином, бензолу, толуолу і ксилолів.

Суть процесу реформінгу полягає в тому, що сировина змішується з водневмісним газом, нагрівається до температури біля 500^оС і у вигляді парів проходить через шар каталізатора. Під дією температури і каталізатора відбувається зміна хімічної структури молекул сировини.

Процес каталітичного реформінгу включає три основні типи реакцій перетворення вуглеводнів: ароматизацію, ізомеризацію і гідрокрекінг. Найбільш важливими є реакції, які призводять до утворення ароматичних вуглеводнів. До них відносяться реакції дегідрування шестичленних нафтенових вуглеводнів і дегідроциклізація парафінових вуглеводнів:

 

В той час, коли реакція (6.1) протікає з найбільшою швидкістю, то реакція (6.2) – з найменшою. Парафінові вуглеводні нормальної будови в умовах каталітичного реформінгу можуть також вступати в реакцію ізомеризації:

 

СН₃ – (СН₂)₃ – СН₃ СН₃ – СН – СН₂ –СН₃ (6.3)

І

СН₃

н – пентан ізопентан

 

П’ятичленні нафтени, що містяться у сировині, безпосередньо не гідруються, але в присутності каталізаторів реформінгу вони ізомеризуються з утворенням відповідних шестичленних нафтенів, які вже здатні до дегідрування:

Високі температури процесу викликають реакції крекінгу. Утворені осколки молекул можуть насичуватися воднем або вступати в реакції ущільнення. Насичення осколків молекул воднем називається гідрокрекінгом. Він призводить до утворення вуглеводневих газів і може бути представлений у вигляді наступної реакції:

 

С₈Н₁₈ + Н₂ С₃Н₈ + С₅Н₁₂ (6.5)

октан пропан пентан

 

Це небажана реакція процесу каталітичного реформінгу, оскільки в результаті її зменшується вихід цільового продукту – високооктанового бензину. Реакції ущільнення призводять до утворення коксу на каталізаторі і його дезактивації, тому теж є небажаними в процесі. Щоб запобігти цьому реформінг проводять в атмосфері водню при високому тиску.

 

6.2.2 Сировина і одержувані продукти

Сировиною каталітичного реформінгу є бензинові фракції прямої перегонки нафти, а також бензинові фракції вторинного походження: коксування, гідрокрекінгу, термокрекінгу. Для одержання високооктанового бензину найчастіше використовують широку бензинову фракцію 85-180^оС, а для одержання індивідуальних ароматичних вуглеводнів: бензолу – фракцію 62-85^оС, толуолу – фракцію 85-105^оС, ксилолів та етилбензолу – фракцію 105-140^оС. Основною вимогою до сировини каталітичного реформінгу є мінімальна кількість сірки %мас. і азоту % мас. Тому сировину перед реформінгом направляють попередньо на гідроочищення від гетероорганічних сполук.

Продуктами установки каталітичного реформінгу є вуглеводневий газ, головка стабілізації, водневмісний газ і каталізат (реформат).

Вуглеводневий газ С₁ – С₂ використовують як паливо для заводських печей. Головка стабілізації містить насичені вуглеводні пропан і бутани. Її направляють на розділення (ГФУ) або відвантажують безпосередньо з установки як зріджений газ для комунально-побутового споживання та газобалонних двигунів.

Каталізат реформінгу – це бензинова фракція з октановим числом 85…88 за моторним методом (95…97 за дослідним методом) містить 50…70% ароматичних вуглеводнів. Каталізат використовують як базовий компонент автомобільних і авіаційних бензинів. При одержанні індивідуальних ароматичних вуглеводнів їх виділяють з каталізату методом екстракції.

Водневмісний газ (ВВГ) містить 75…90% об. водню і вуглеводні С₁ – С₄. ВВГ частково використовують для поповнення втрат водневмісного газу на установці реформінгу, а основну його частину направляють на установки гідроочистки, гідрокрекінгу, ізомеризації та гідродеалкілювання нафтопродуктів.

 

 

6.2.3 Каталізатори

Промислові процеси каталітичного реформінгу проводять на біфункціональних каталізаторах, що складаються з активного носія , який має кислотні функції та нанесених на нього одного чи декількох активних елементів ( тощо) з гідруючо-дегідруючими властивостями. Активність носія підсилюють шляхом підведення до його поверхні галогеновмісних сполук (). Вміст гідруючих компонентів на поверхні носія складає 0, 5…0, 8%мас.

Існує три типи каталізаторів реформінгу: моно-, бі- і поліметалеві. Першим промисловим каталізатором реформінгу був алюмоплатиновий, від чого і одержав назву процес – платформінг. Платинові каталізатори містили 0, 5…0, 65%мас. платини, нанесеної на оксид алюмінію. Каталізатори цієї серії (АП-56, АП-64) достатньо ефективні в процесі реформінгу, але нестійкі до дії гетероорганічних сполук і дуже дорогі.

Біметалеві каталізатори реформінгу містять уже два активні елементи. Найчастіше це платина і реній. Платино-ренієві каталізатори містять до 0, 4%мас. платини та 0, 4…0, 6%мас. ренію. Промисловий процес на каталізаторах цього типу називають реніформінгом. Порівняно з платиновими каталізаторами платино-ренієві (КР-101, КР-102, КР-104) мають більшу активність і стабільність та меншу вартість.

Каталізаторами нового покоління є поліметалеві, які містять три і більше металів (). Ці каталізатори (КР-108, КР-110) мають найвищу активність та стабільність (на протязі 6…7років). Крім цього, перехід від моно- до бі – і поліметалевих каталізаторів дозволив дещо знизити температуру та суттєво зменшити тиск цього процесу, що привело до зменшення енергетичних затрат на експлуатацію промислових установок каталітичного реформінгу.

Регенерацію каталізаторів реформінгу здійснюють випалюванням коксу з наступним окислювальним хлоруванням каталізатора.