Основы управления процессом

Качество сырья риформинга определяется фракционным и хи­мическим составом бензина.

Фракционный состав сырья выбирается в зависимости от целе­вого назначения процесса. Если процесс проводится с целью полу­чения индивидуальных ароматических углеводородов, то для полу­чения бензола, толуола и ксилолов используют соответственно фрак­ции, содержащие углеводороды С₆ (62-85 °С), С₇ (85-105 °С) и С₈ (105— 140 °С). Если риформинг проводится с целью получения вы­сокооктанового бензина, то сырьем обычно служит фракция 85-180 °С, соответствующая углеводородам С₇ –С₁₀.

Содержание кокса на катализаторе риформинга так­же проходит через минимум, который соответствует фракции, выкипающей в интервале 100 - 120 °С и имеющей сред­нее число атомов углерода 7 при давле­ниях как 0,1, так и 1,0 МПа.

Важное значение в процессах ри­форминга имеет химический состав сы­рья. Как правило, с увеличением со­держания суммы нафтеновых и арома­тических углеводородов в сырье выход риформата и водорода возрастает.

Температурный режим процесса и распределение объема катализатора по реакторам.

Поскольку процесс риформирования сильно эндотермичен, его осуществляют в каскаде из трех-четырех реакторов с промежу­точным подогревом сырья.

В первом по ходу сырья ректоре происходит в основном протекающая с набольшей скоростью сильно эндотермическая реакция дегидрирования нафтенов. В последнем реакторе протекают 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 (градиент) темпера­тур между входом в реактор и выходом из него. Высокий темпера­турный градиент в головных реакторах риформинга можно понизить, если ограничить глубину протекающих в них реакций ароматиза­ции. Это может быть достигнуто при заданном температурном ре­жиме только уменьшением времени контакта сырья с катализато­ром, то есть объема катализатора в них. В этой связи на промышленных установках риформинга головной реактор имеет наименьший объем катализатора, а хвостовой - наибольший. Для трехреакторного блока распределение объема катализатора по ступеням составля­ет от 1:2:4 до 1:3:7 (в зависимости от химического состава сырья и целевого назначения процесса).

Поскольку составляющие суммарный процесс реакции рифор­минга имеют неодинаковые значения энергии активации - наиболь­шее для реакций гидрокрекинга (117 - 220 кДж/моль) и меньшее для реакций ароматизации (92-158 кДж/моль), то при повышении тем­пературы в большей степени ускоряются реакции гидрокрекинга, чем реакции ароматизации. Поэтому обычно поддерживают повышаю­щийся температурный режим в каскаде реакторов, что позволяет уменьшить роль реакций гидрокрекинга в головных реакторах, тем самым повысить селективность процесса и увеличить выход риформата при заданном его качестве.

Температура на входе в реакторы риформинга устанавливается в начале реакционного цикла на уровне, обеспечивающем заданное качество риформата, октановое число или концентрацию аромати­ческих углеводородов. Обычно начальная температура лежит в пре­делах 480-500°С и лишь при работе в жестких условиях составляет 510 °С. По мере закоксовывания и потери активности катализатора температуру на входе в реакторы постепенно повышают, поддержи­вая стабильное качество катализата, причем среднее значение ско­рости подъема температуры за межрегенерационный цикл состав­ляет 0,5 - 2,0 °С в месяц. Максимальная температура нагрева сырья на входе в последний реактор со стационарным слоем катализатора достигает до 535°С, а в реакторы установок с непрерывной регене­рацией - до 543 °С.

Давление - основной, наряду с температурой, регулируемый па­раметр, оказывающий существенное влияние на выход и качество продуктов риформинга.

При прочих идентичных параметрах с понижением парциально­го давления водорода возрастает как термодинамически, так и кине­тически возможная глубина ароматизации сырья и, что особенно важно, повышается при этом селективность превращений парафи­новых углеводородов, поскольку снижение давления благоприятству­ет протеканию реакций ароматизации и тормозит реакции гидро­крекинга.

Однако при снижении давления процесса увеличивается ско­рость дезактивации катализатора за счет его закоксовывания. скорость дезактивации ката­лизатора приблизительно обратно пропорциональна давлению, при давлениях 3-4 МПа коксообразование подавляется в такой степени, что установки риформинга со стационарным слоем катализатора могут ра­ботать без его регенерации практически более 1 года. При­менение би- и полиметалли­ческих катализаторов позво­ляет проведение процесса при 1,5-2,0 МПа без регенерации катализатора в течение 1 года.

Кратность циркуляции во-дородсодержашего газа. Этот параметр определяется как от­ношение объема циркулирую­щего водородсодержащего газа (ВСГ). 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 - сырье.

С увеличением мольного отношения водород - сырье снижается скорость дезактивации катализаторов риформинга (рис. 10.6) и, сле­довательно, удлиняется межрегенерационный цикл. Однако это связано со значительными энергозатратами, ростом от гидравлического сопротивления и объема аппаратов и тру­бопроводов. Выбор этого параметра производится с учетом стабиль­ности катализатора, качеств сырья и продуктов, жесткости процес­са и заданной продолжительности межрегенерационного цикла.

При использовании полиметал­лических катализаторов на установ­ках со стационарным катализато­ром мольное отношение водород: сырье, равное 5-6, обеспечивает длительность межрегенерационного цикла до 12 месяцев. На установках с непрерывной регенерацией катали­затора поддерживается на уров­не 4-5 и при интенсификации блока регенерации катализатора может быть снижено до 3.

С наибольшей скоростью дезак­тивация катализатора происходит обычно в последнем реакторе вследствие высокого содержания в реакционной среде ароматических уг­леводородов и более жесткого режима риформинга. Чтобы выров­нять закоксовывание катализатора по реакторам, на некоторых мо­делях установок риформинга (например, магнаформинге) в после­дний реактор подают дополнительно часть ВСГ, в результате отно­шение водород - сырье составляет на входе в первый реактор (3 — 5): 1, а в последний - (9-12): 1.

Объемная скорость подачи сырья оказывает влияние на процесс риформинга как параметр, обратный времени контакта сырья с ка­тализатором. С увеличением объемной скорости (то есть умень­шением времени контакта) сырья снижается глубина реакций аро­матизации и более значительно реакций гидрокрекинга парафинов. Следовательно, при этом понизится выход продуктов гидрокрекин­га - легких углеводородных газов и кокса на катализаторе. Арома­тические углеводороды будут образовываться преимущественно за счет реакций дегидрирования нафтенов, протекающих значительно быстрее других. В результате 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 сырья симбатно снижается производительность установок риформинга по сы­рью. Оптимальное значение объемной скорости устанавливают с учетом качеств сырья и риформинга, жесткости процесса и стабиль­ности катализатора. Обычно объемная скорость 1,5-2,0 ч^-1