Options et pratiques de reformage catalytique

Résumé de l’article

Les raffineurs du monde entier utilisent le reformage catalytique pour produire un reformat à indice d’octane élevé pour le mélange d’essence et des composés aromatiques de grande valeur (benzène, toluène et xylène, BTX) à usage pétrochimique. Le reformage est également une source majeure d’hydrogène à base de raffinerie.
Les opérations de reformage continuent d’être contestées dans le contexte de la réduction de la teneur en aromatiques/benzènes du pool d’essence; cependant, l’unité de reformage catalytique reste un pilier des opérations de raffinerie. La récente tendance à la hausse des besoins en hydrotraitement a mis encore plus l’accent sur la production d’hydrogène de reformage. Les principales différences technologiques entre les différents processus de reformage sont discutées dans cet article, et une attention particulière est accordée au contrôle du chlorure et à la gestion de la corrosion.
Matière première
L’alimentation standard d’une unité de reformage catalytique (CRU) est du naphta linéaire hydrotraité (SRN), contenant généralement des paraffines en C6 à C11, des naphtènes et des aromatiques. Le naphta de différentes sources varie considérablement dans sa facilité de reformage. La plupart des naphtènes réagissent rapidement et efficacement pour former des aromatiques. C’est la réaction de base de la réforme. Les paraffines sont les composés les plus difficiles à convertir. Un naphta riche (faible teneur en paraffine, teneur en naphtène plus élevée) rend l’opération beaucoup plus facile et plus efficace. Les types de naphta utilisés comme aliment du CRU peuvent avoir un impact sur le fonctionnement de l’unité, l’activité du catalyseur et les propriétés du produit. Lorsque le reformage catalytique est utilisé principalement pour la production de BTX, une coupe en C6-C8 (points d’ébullition initial et final IBP-FBP 60-140 ° C), riche en C6, est généralement utilisée. Pour la production d’un composant de pool d’essence à indice d’octane élevé, une coupe C7-C9 (IBP-FBP 90-160 ° C) est le choix préféré.1
La teneur en benzène du reformat peut être réduite en minimisant la quantité de benzène et de précurseurs de benzène (cyclohexane et méthylcyclopentane) dans l’alimentation du reformeur par préfractionnement. Alternativement, le benzène peut être réduit par post-fractionnement du reformat et traitement ultérieur du reformat léger.
Dans une raffinerie où la maximisation de la production de distillat moyen est une priorité, la partie la plus lourde du naphta qui est traditionnellement acheminée vers une unité de reformage catalytique peut plutôt être envoyée au pool de kérosène ou de diesel, dans les limites de spécification du point d’éclair. Dans la plupart des cas, une alimentation en CRU plus légère entraînera une longueur de cycle accrue pour une unité semi-régénératrice (SR) en raison de la diminution de la fabrication du coke.
Les naphtas non linéaires (par exemple, le naphta de craquage catalytique fluide (FCC) ou le naphta visbreaker/ coker) peuvent également être traités dans un CRU, mais seulement après un hydrotraitement sévère impliquant une saturation en (di)-oléfine, en plus de la fonctionnalité d’hydrotraitement basique du naphta consistant à éliminer les atomes hétérogènes (soufre et azote). Leur point final plus élevé et / ou leur teneur en paraffine plus élevée entraînent une couche de coke plus élevée. Les reformeurs de régénération catalytique cyclique et continue (CCR) sont généralement capables de traiter le naphta FCC avec un point final d’alimentation plus élevé tant que la capacité du régénérateur existe pour brûler le coke supplémentaire produit.2 Le retraitement du naphta FCC est généralement limité à la coupe moyenne d’octane inférieure. Si la désulfuration est uniquement nécessaire, le traitement du naphta FCC dans une unité d’hydrotraitement sélectif est la solution la plus simple.
Unités à lit fixe vs reformeurs CCR
Le type CRU conventionnel est l’unité de reformage à lit fixe SR, qui est utilisée pour une amélioration limitée de l’indice d’octane. L’unité fonctionne à haute pression pour atténuer la formation de carbone. À mesure que la couche de carbone augmente, les températures du réacteur sont élevées pour atteindre l’indice d’octane cible au détriment du rendement en reformat. Un processus de régénération cyclique avec un système de réacteur oscillant est utilisé pour un fonctionnement plus sévère et à indice d’octane élevé. Avec le reformage CCR (voir Figures 1 et 2) 3,4, des sévérités extrêmement élevées peuvent être obtenues sans arrêts fréquents dus à la désactivation du catalyseur. Les unités fonctionnent à basse pression avec les avantages de rendement associés à des rendements de reformat et d’hydrogène plus élevés.
La décision de convertir les reformeurs catalytiques SR haute pression en unités de type CCR repose entièrement sur des considérations économiques.5 Certains concédants de licence de reformage ont mis au point une unité hybride, en ajoutant un réacteur CCR et un régénérateur à une unité de reformage SR originale.4,6,7,8 Des exemples typiques sont représentés sur les figures 3 et 4. La conversion pourrait coûter moins de la moitié de celle d’un nouveau CCR et augmenter le débit et / ou la durée du cycle.4
Pour certains raffineurs, une conversion complète au CCR demeure économiquement intéressante par rapport à une unité hybride, en raison du facteur de courant plus élevé, de la pression de fonctionnement plus faible et des rendements plus élevés en hydrogène et en naphta.9 Pratiquement toutes les nouvelles unités de reformage sont de conception CCR.
Conception du réacteur
Il existe trois types de réacteurs principalement utilisés dans le processus de reformage. Ceux-ci sont sphériques, descendant et radiaux. À mesure que le catalyseur s’améliorait au fil des ans, la pression du réacteur pouvait être réduite pour tirer parti de l’augmentation des rendements en C5+ et en hydrogène à une pression de fonctionnement plus faible. À basse pression, la chute de pression à travers le réacteur devient un facteur important; par conséquent, les conceptions plus modernes d’unités de reformage utilisent des réacteurs à flux radial et combinent une bonne distribution du débit avec une faible chute de pression.
L’alimentation combinée est dirigée à partir de la buse d’entrée du réacteur dans ce que l’on appelle des coquilles Saint-Jacques, qui sont de longs canaux verticaux positionnés sur toute la circonférence du réacteur. Les coquilles Saint-jacques présentent des trous ou, plus couramment de nos jours, des grillages profilés sur toute la longueur, à travers lesquels le gaz passe radialement dans le lit annulaire de catalyseur et vers l’intérieur jusqu’à une conduite centrale qui recueille les produits du réacteur et les dirige vers la sortie du réacteur. Un faible débit doit être évité, car il entraînera une dépose accélérée du coke.
Métallurgie des réacteurs
Les cuves des réacteurs dans un service SR CRU sont des éléments autonomes et peuvent être à coque chaude ou froide, selon les préférences de conception. Dans les conceptions à coque froide, un revêtement réfractaire interne protège la paroi de la cuve de l’exposition à la température du procédé. En service CCR, les réacteurs sont invariablement de conception à coque chaude et peuvent être positionnés individuellement ou empilés pour former une cuve unique compartimentée.8 Dans un SR CRU, une paroi froide (acier au carbone avec revêtement réfractaire) avec une doublure intérieure en acier inoxydable est la norme.