Proiectarea tehnologică a instalației de reformare catalitică de tip UOP

INTRODUCERE

Procesele industriale de reformare catalitică au ca obiectiv transformarea benzinelor grele de distilare primară şi, în oarecare măsură, a celor provenite din procese de cracare termică şi hidrocracare – cu cifre octanice scăzute (C.O.= 50-60) – în benzine cu cifre octanice ridicate (C.O.= 90 – 100), cu randamente de 75 – 90%. De fapt, se realizează transformarea catalitică pe catalizatori bifuncţionali, în prezenţă de hidrogen, a hidrocarburilor naftenice şi parafinice din aceste benzine în hidrocarburi aromatice, izoparafinice şi, parţial, în gaze, fără modificări importante ale hidrocarburilor aromatice existente. Astfel , în benzinele de reformare catalitică, concentraţia de hidrocarburi aromatice poate depaşi 50% determinând creşterea cifrei octanice la valorile menţionate sau fiind posibilă separarea acestora ca materie primă pentru petrochimie în benzen, toluen, xileni (BTX).

Instalaţiile industriale de reformare catalitică sunt prezente în schemele oricărei rafinării cu profil de combustibili, asigurând atât fondul de benzină utilizat drept component octanic cât şi reformatul pentru extragere (BTX).

Reformarea catalitică reprezintă, în acelaşi timp, principalul furnizor de hidrogen utilizat în realizarea industrială a altor procese catalitice, cum sunt: hidrofinarea, hidrotratarea, hidrocracarea, hidrodezalchilarea, hidroizomerizarea, etc. Importanţa procesului de reformare catalitică în fabricarea benzinelor cu cifre octanice ridicate devine mai mare o dată cu limitarea sau chiar eliminarea completă a aditivilor antidetonanţi cu plumb din combustibilii de motoare. Procesul se realizează în 3-5 reactoare adiabatice, dispuse în serie, cu incălzirea alimentării la fiecare treapta de reacţie.

CAP. I Reformarea catalitică. Prezentare generală

I.1. Tipuri de procese şi reacţii

Transformările chimice ce au loc în acest proces implică mai multe reacţii concomitente şi succesive de cataliză eterogenă pe catalizatori bifuncţionali în care funcţia metalică este conferită de unul sau mai multe metale ( Pt, Re, Ir, etc.), iar funcţia acidă de aluminosilice sau γ-alumină tratata cu fluor sau clor.

Metalul catalizează reacţiile de dehidrogenare – hidrogenare, iar suportul acid catalizează reacţiile cu mecanism carboionic ( hidrocracare, izomerizare ) şi participă la dehidrociclizare şi dehidroizomerizare. În prezenţa acestor catalizatori şi a unui raport molar hidrogen/hidrocarbura între 5-10 au loc o serie de reacţii.

1. Reacţiile de dehidrogenare a ciclohexanilor şi a alchilciclohexanilor ( CH si ACH)

Aceste reacţii sunt catalizate de metalul depus pe suportul a cărui textura determină mărimea suprafeţei, mărimea şi distribuţia porilor, care le imprimă o anumită structură cristalină a metalului dispersat, având deci o influenţă directă asupra funcţiei hidrogenante a catalizatorului.

Schema generală a dehidrogenării unei hidrocarburi alchilciclohexanice se prezintă astfel:

k

C H -R C H -R + 3H

k

Reacţia este reversibilă, puternic endotermă, (ΔH=210 kJ/mol ), cu echilibrul termodinamic deplasat complet spre dreapta la temperaturi ridicate (cca. 500ºC) şi chiar la presiuni ridicate de 30-40 bar. Formarea de hidrocarburi aromatice este favorizată de creşterea temperaturii şi scăderea presiunii parţiale a hidrogenului, respectiv a presiunii pe sistem şi a raportului molar hidrogen/hidrocarbură. În condiţiile procesului industrial se realizează conversii de 95-99%.

Efectele reacţiei de dehidrogenare sunt asociate cu următoarele creşteri: ale conţinutului de hidrocarburi aromatice în benzina reformată, ale cifrei octanice ca urmare a aromatizării (1,3-dimetilciclohexan C.O.=67 la 1.3-dimetilbenzen C.O.=145), ale producţiei de hidrogen ( 3 moli H /mol hidrocarbură).

Reacţiile de dehidrogenare ale ACH au valori mari ale constantei vitezei de reacţie necesitând un volum mic de catalizatori, ele desfaşurându-se preponderent în primul reactor al instalaţiei RC.

Ca mecanism de reacţie se admite posibilitatea ruperii simultane a celor 6 atomi de hidrogen, mecanism în sextet, cu formarea directă a unei alchil-aromatice sau o rupere succesivă prin interacţiunea între electronii π cu orbitalii d ai metalului. În această rupere succesivă se formează ciclohexena şi ciclohexadiena ca specii intermediare, adsorbite pe catalizator ( cu participarea funcţiei metalice) care explică depunerile de cocs pe catalizator ( foarte mici în cazul acestei reacţii ).

2. Reacţii de izomerizare şi de dehidroizomerizare

Reacţiile de acest tip se desfaşoară după un mecanism ionic, fiind catalizate de suportul acid. Suportul de aluminosilice are aciditate intrinsecă, iar suportul γ-alumina se trateaza cu acid florhidric sau clorhidric pentru activare prin inlocuirea unor grupe hidroxid de la suprafaţa catalizatorului prin ioni de fluor sau clor, realizând un conţinut de circa 0.7% halogen.