Optionen und Verfahren zur katalytischen Reformierung

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Raffinerien auf der ganzen Welt nutzen die katalytische Reformierung, um hochoktaniges Reformat für die Benzinmischung und hochwertige Aromaten (Benzol, Toluol und Xylol, BTX) für die petrochemische Verwendung herzustellen. Die Reformierung ist auch eine wichtige Quelle für raffineriebasierten Wasserstoff.
Die Reformierung wird im Zusammenhang mit der Senkung des Benzin- / Aromaten- / Benzolgehalts weiterhin in Frage gestellt; Die katalytische Reformierungseinheit ist jedoch nach wie vor eine Hauptstütze des Raffineriebetriebs. Der jüngste Aufwärtstrend bei den Anforderungen an die Wasseraufbereitung hat die Produktion von Reformer-Wasserstoff noch stärker in den Vordergrund gerückt. Die Hauptunterschiede in der Technologie zwischen den verschiedenen Reformierungsprozessen werden in diesem Artikel diskutiert, und besonderes Augenmerk wird auf die Chloridkontrolle und das Korrosionsmanagement gelegt.
Ausgangsmaterial
Die Standardzufuhr zu einer katalytischen Reformierungseinheit (CRU) ist mit Wasserstoff behandeltes Straight-Run-Naphtha (SRN), das typischerweise C6- bis C11-Paraffine, Naphthene und Aromaten enthält. Naphtha aus verschiedenen Quellen variiert stark in seiner Leichtigkeit der Reformierung. Die meisten Naphthene reagieren schnell und effizient unter Bildung von Aromaten. Dies ist die grundlegende Reaktion der Reformierung. Paraffine sind die am schwierigsten umzusetzenden Verbindungen. Ein reichhaltiges Naphtha (niedrigeres Paraffin, höherer Naphthengehalt) macht die Operation viel einfacher und effizienter. Die Arten von Naphtha, die als Zufuhr zur CRU verwendet werden, können den Betrieb der Einheit, die Aktivität des Katalysators und die Produkteigenschaften beeinflussen. Wenn die katalytische Reformierung hauptsächlich für die BTX-Herstellung verwendet wird, wird üblicherweise ein C6-C8-Schnitt (Anfangs- und Endsiedepunkt IBP-FBP 60-140 ° C) verwendet, der reich an C6 ist. Für die Herstellung einer hochoktanigen Benzinbadkomponente ist ein C7-C9-Schnitt (IBP-FBP 90-160 ° C) die bevorzugte Wahl.1
Reformatbenzolgehalt kann durch Minimierung der Menge an Benzol und Benzolvorstufen (Cyclohexan und Methylcyclopentan) im Reformer-Feed durch Vorfraktionierung reduziert werden. Alternativ kann das Benzol durch Nachfraktionierung des Reformats und Weiterverarbeitung des Lichtreformats reduziert werden.
In einer Raffinerie, in der die Maximierung der Mitteldestillatproduktion Priorität hat, kann der schwerere Teil des Naphthas, der traditionell zu einer katalytischen Reformereinheit geleitet wird, stattdessen innerhalb der Flammpunktspezifikationsgrenzen in den Kerosin- oder Dieselpool geleitet werden. In den meisten Fällen führt eine leichtere CRU-Beschickung zu einer erhöhten Zykluslänge für eine semi-regenerative (SR) -Einheit aufgrund einer verringerten Koksproduktion.
Nicht-Straight-Run-Naphthas (z. B. Fluid Catalytic Cracking (FCC) -Naphtha oder Visbreaker / Coker-Naphtha) können ebenfalls in einer CRU verarbeitet werden, jedoch nur nach einer starken Hydrobehandlung mit (di) -Olefin-Sättigung, zusätzlich zu der grundlegenden Naphtha-Hydrotreater-Funktionalität der Entfernung heterogener Atome (Schwefel und Stickstoff). Ihr höherer Endpunkt und/oder höherer Paraffingehalt führt zu einer höheren Koksablage. Zyklische und kontinuierliche Katalysatorregenerationsreformer (CCR-Reformer) sind im Allgemeinen in der Lage, FCC-Naphtha mit einem höheren Feed-Endpunkt zu verarbeiten, solange Regeneratorkapazität vorhanden ist, um den zusätzlichen erzeugten Koks zu verbrennen.2 Die Wiederaufbereitung von FCC-Naphtha ist typischerweise auf den mittleren Schnitt mit niedrigerer Oktanzahl beschränkt. Wenn nur eine Entschwefelung erforderlich ist, ist die Verarbeitung der FCC-Naphtha in einer selektiven Hydrotreating-Einheit die einfachere Lösung.
Festbetteinheiten gegen CCR-Reformer
Der konventionelle CRU-Typ ist die SR-Festbettreformierungseinheit, die zur Verbesserung der begrenzten Oktanzahl verwendet wird. Das Gerät wird unter hohem Druck betrieben, um die Kohlenstoffbildung zu mildern. Mit zunehmender Kohlenstoffablagerung werden die Reaktortemperaturen erhöht, um die Zieloktanzahl auf Kosten der Reformatausbeute zu erreichen. Ein zyklisches regeneratives Verfahren mit einem Schwingreaktorsystem wird für höhere Schweregrade und Oktanzahl verwendet. Mit der CCR-Reformierung (siehe Abbildungen 1 und 2)3,4 sind extrem hohe Schweregrade ohne häufige Abschaltungen aufgrund der Katalysatordesaktivierung erreichbar. Die Einheiten arbeiten bei niedrigem Druck mit den damit verbundenen Ertragsvorteilen höherer Reformat- und Wasserstoffausbeuten.
Die Entscheidung, Hochdruck-SR-Katalysatorreformer auf CCR-Einheiten umzustellen, hängt ganz von der Wirtschaftlichkeit ab.5 Einige Reformierungslizenzgeber haben eine Hybrideinheit entwickelt, indem sie einer ursprünglichen SR-Reformierungseinheit einen CCR-Reaktor und einen Regenerator hinzugefügt haben.4,6,7,8 Typische Beispiele sind in den Abbildungen 3 und 4 dargestellt. Die Umstellung könnte weniger als die Hälfte eines neuen CCR kosten und den Durchsatz und / oder die Zykluslänge erhöhen.4
Für einige Raffinerien bleibt eine vollständige Umstellung auf CCR im Vergleich zu einer Hybridanlage aufgrund des höheren On-Stream-Faktors, des niedrigeren Betriebsdrucks und der höheren Ausbeuten an Wasserstoff und Naphtha wirtschaftlich attraktiv.9 Praktisch alle neuen Reformiereinheiten sind in CCR-Ausführung ausgeführt.
Reaktordesign
Es gibt drei Arten von Reaktoren, die überwiegend im Reformierungsprozess verwendet werden. Dies sind sphärisch, abwärts und radial. Da sich der Katalysator im Laufe der Jahre verbesserte, konnte der Reaktordruck reduziert werden, um die erhöhten C5 + – und Wasserstoffausbeuten bei niedrigerem Betriebsdruck zu nutzen. Bei niedrigerem Druck wird der Druckabfall durch den Reaktor zu einer wichtigen Überlegung; Daher verwenden modernere Designs von Reformierungseinheiten Reaktoren, die Radialströmung im Design sind und eine gute Strömungsverteilung mit niedrigem Druckabfall kombinieren.
Die kombinierte Zufuhr wird von der Reaktoreintrittsdüse in sogenannte Jakobsmuscheln geleitet, bei denen es sich um lange, vertikale Kanäle handelt, die entlang des gesamten Umfangs des Reaktors angeordnet sind. Die Jakobsmuscheln weisen entlang der gesamten Länge Löcher oder, heutzutage häufiger, Profildrahtsiebe auf, durch die Gas radial in das ringförmige Katalysatorbett und nach innen zu einem Mittelrohr gelangt, das die Reaktorprodukte sammelt und zum Reaktorauslass leitet. Geringer Durchfluss sollte vermieden werden, da dies zu einer beschleunigten Koksverlegung führt.
Reaktormetallurgie
Reaktorbehälter in einem SR CRU-Service sind eigenständige Artikel und können je nach Designpräferenz entweder heiß oder kalt sein. Bei Kaltschalenkonstruktionen schützt eine interne feuerfeste Auskleidung die Gefäßwand vor der Einwirkung der Prozesstemperatur. Im CCR-Betrieb haben die Reaktoren ausnahmslos das Hot-Shell-Design und können entweder einzeln positioniert oder gestapelt werden, um ein kompartimentiertes Einzelgefäß zu bilden.8 In einer SR CRU ist eine Kaltwand (Kohlenstoffstahl mit feuerfester Auskleidung) mit einer inneren Edelstahlauskleidung die Norm.