Opzioni e pratiche di reforming catalitico

Sintesi dell’articolo

Le raffinerie di tutto il mondo utilizzano il reforming catalitico per produrre reformato ad alto numero di ottani per la miscelazione di benzina e aromatici ad alto valore (benzene, toluene e xilene, BTX) per uso petrolchimico. Reforming è anche una delle principali fonti di idrogeno a base di raffineria.
Le operazioni di reforming continuano ad essere contestate nel contesto della riduzione del contenuto aromatico/benzene del pool di benzina; tuttavia, l’unità di reforming catalitico è ancora un pilastro delle operazioni di raffineria. La recente tendenza al rialzo delle esigenze di idrotrattamento ha posto ancora più enfasi sulla produzione di idrogeno reformer. Le principali differenze tecnologiche tra i vari processi di riforma sono discusse in questo articolo e viene prestata particolare attenzione al controllo del cloruro e alla gestione della corrosione.
Materia prima
L’alimentazione standard di un’unità di reforming catalitico (CRU) è costituita da nafta di prima distillazione idrotrattata (SRN), contenente tipicamente paraffine, nafteni e aromatici da C6 a C11. Nafta da diverse fonti varia notevolmente nella sua facilità di riformare. La maggior parte dei nafteni reagisce rapidamente ed efficientemente per formare aromatici. Questa è la reazione di base della riforma. Le paraffine sono i composti più difficili da convertire. Una ricca nafta (paraffina inferiore, contenuto di naftene superiore) rende l’operazione molto più semplice ed efficiente. I tipi di nafta utilizzati come alimentazione al CRU possono influire sul funzionamento dell’unità, sull’attività del catalizzatore e sulle proprietà del prodotto. Quando il reforming catalitico viene utilizzato principalmente per la produzione di BTX, viene solitamente impiegato un taglio C6-C8 (punti di ebollizione iniziale e finale IBP-FBP 60-140°C), ricco di C6. Per la produzione di un componente per pool di benzina ad alto numero di ottani, la scelta preferita è un taglio C7-C9 (IBP-FBP 90-160°C).1
Il contenuto di benzene riformato può essere ridotto riducendo al minimo la quantità di benzene e precursori del benzene (cicloesano e metilciclopentano) nel mangime reformer mediante prefrazione. In alternativa, il benzene può essere ridotto mediante post-frazionamento del reformato e ulteriore elaborazione del reformato leggero.
In una raffineria in cui la massimizzazione della produzione di distillato medio è una priorità, la parte più pesante della nafta che viene tradizionalmente instradata verso un’unità di reforming catalitico può invece essere inviata al pool di cherosene o diesel, entro i limiti delle specifiche del punto di infiammabilità. Nella maggior parte dei casi, un’alimentazione CRU più leggera si tradurrà in una maggiore lunghezza del ciclo per un’unità semi-rigenerativa (SR) a causa della diminuzione della produzione di coke.
Nafte non di prima distillazione (ad esempio, nafta da cracking catalitico fluido (FCC) o nafta da visbreaker/coker) possono anche essere trattate in un CRU, ma solo dopo un grave idrotrattamento che comporta la saturazione di (di)-olefine, oltre alla funzionalità di base dell’idrotrattamento della nafta di rimuovere atomi eterogenei (zolfo e azoto). Il loro endpoint più elevato e / o il contenuto di paraffina più elevato si traduce in una maggiore coke laydown. I riformatori a rigenerazione ciclica e continua del catalizzatore (CCR) sono generalmente in grado di elaborare nafta FCC con un endpoint di alimentazione più elevato, purché esista la capacità del rigeneratore di bruciare il coke aggiuntivo prodotto.2 Il ritrattamento della nafta FCC è tipicamente limitato al taglio medio di ottano inferiore. Se è necessaria solo la desolforazione, il trattamento della nafta FCC in un’unità di idrotrattamento selettivo è la soluzione più semplice.
Unità a letto fisso vs riformatori CCR
Il tipo CRU convenzionale è l’unità di riforma a letto fisso SR, che viene utilizzata per un miglioramento limitato dell’ottano. L’unità viene azionata ad alta pressione per mitigare la formazione di carbonio. Con l’aumentare del laydown del carbonio, le temperature del reattore vengono aumentate per raggiungere l’ottano obiettivo a scapito della resa riformata. Un processo rigenerativo ciclico con un sistema del reattore dell’oscillazione è usato per l’più alta severità e l’operazione dell’ottano. Con il reforming del CCR (cfr. figure 1 e 2) 3,4, è possibile ottenere gravità estremamente elevate senza frequenti arresti dovuti alla disattivazione del catalizzatore. Le unità funzionano a bassa pressione con i benefici di rendimento associati di maggiori rese di reformato e idrogeno.
La decisione di convertire i reformatori catalitici SR ad alta pressione in unità di tipo CCR dipende interamente dall’economia.5 Alcuni licenziatari riformatori hanno sviluppato un’unità ibrida, aggiungendo un reattore CCR e un rigeneratore a un’unità di riformatore SR originale.4,6,7,8 Esempi tipici sono mostrati nelle figure 3 e 4. La conversione potrebbe costare meno della metà di quella di un nuovo CCR e aumentare il throughput e/o la lunghezza del ciclo.4
Per alcune raffinerie, una conversione completa in CCR rimane economicamente interessante rispetto a un’unità ibrida, a causa del più alto fattore di flusso, della minore pressione di esercizio e delle maggiori rese di idrogeno e nafta.9 Praticamente tutte le nuove unità di reforming sono di progettazione CCR.
Progettazione dei reattori
Esistono tre tipi di reattori utilizzati prevalentemente nel processo di reforming. Questi sono sferici, downflow e radiali. Come catalizzatore migliorato nel corso degli anni, la pressione del reattore potrebbe essere ridotta per sfruttare l’aumento C5+ e rendimenti di idrogeno a bassa pressione di esercizio. A pressione più bassa, la caduta di pressione attraverso il reattore diventa una considerazione importante; pertanto, i progetti più moderni di unità di reforming impiegano reattori che sono a flusso radiale nella progettazione e combinano una buona distribuzione del flusso con una bassa caduta di pressione.
L’alimentazione combinata viene diretta dall’ugello di ingresso del reattore nelle cosiddette capesante, che sono lunghi canali verticali posizionati lungo l’intera circonferenza del reattore. Le capesante hanno fori o, più comunemente in questi giorni, schermi di filo di profilo lungo l’intera lunghezza, attraverso i quali il gas passa radialmente nel letto catalizzatore anulare e verso l’interno di un tubo centrale che raccoglie i prodotti del reattore e li dirige verso l’uscita del reattore. Il flusso basso dovrebbe essere evitato, poichè provocherà il laydown accelerato del coke.
Metallurgia del reattore
I recipienti del reattore in un servizio SR CRU sono elementi autonomi e possono essere a guscio caldo o freddo, a seconda delle preferenze di progettazione. Nei modelli a guscio freddo, un rivestimento refrattario interno protegge la parete del vaso dall’esposizione alla temperatura di processo. Nel servizio CCR, i reattori sono invariabilmente di design a guscio caldo e possono essere posizionati singolarmente o impilati per formare un singolo recipiente compartimentale.8 In un CRU SR, una parete fredda (acciaio al carbonio con rivestimento refrattario) con un rivestimento interno in acciaio inossidabile è la norma.