Процесс каталитического риформинга

Что такое каталитический риформинг

Каталитический риформинг представляет собой химико-технологический процесс направленного преобразования углеводородного сырья — нафты или сжиженного нефтяного газа — с целью получения высокооктановых компонентов автомобильных бензинов.

Процесс осуществляется в условиях высокой температуры (480–530 °C) в каталитическом реакторе с использованием твёрдых катализаторов, обеспечивающих ускорение реакций без собственного расхода.

Основными продуктами являются:

• ароматические углеводороды,
• изоалканы,
• водород.

Получаемая бензиновая фракция характеризуется октановым числом 95–100, что соответствует требованиям к топливу для современных двигателей внутреннего сгорания.

Основные реакции в процессе риформинга

В ходе каталитического риформинга протекают следующие ключевые реакции:

• Изомеризация прямых алканов в разветвлённые структуры;
• Дегидроциклизация — образование циклических соединений из парафинов;
• Дегидрирование насыщенных циклоалканов с формированием ароматических углеводородов;
• Гидрокрекинг тяжёлых углеводородов с расщеплением на более лёгкие фракции.

Указанные реакции способствуют повышению октанового числа бензиновой фракции и сопровождаются выделением водорода, который может быть использован в смежных технологических процессах нефтепереработки, таких как гидроочистка или гидрообессеривание.

Риформинг алканов: суть и особенности

Риформинг алканов — это целенаправленное каталитическое преобразование насыщенных углеводородов с низким октановым числом (20–40) в высокооктановые компоненты (90 и выше).

Процесс реализуется при:

• рабочем давлении — 10–30 атм,
• температуре — 480–530 °C,
• с применением платиновых или биметаллических катализаторов на носителе из оксида алюминия.

Результатом является не только улучшение качества бензина, но и получение ценных химических соединений, включая ароматику и водород.

Риформинг бутана и других лёгких алканов

Риформинг бутана (C₄H₁₀) применяется ограниченно по сравнению с переработкой C₆–C₁₀-фракций, поскольку минимальное число атомов углерода, необходимое для образования ароматических соединений, составляет шесть.

Тем не менее, бутан участвует в побочных реакциях, в частности в изомеризации до изобутана, который служит сырьём для процесса алкилирования — одного из путей получения высокооктановых компонентов бензина.

Таким образом, бутан играет вспомогательную роль в обеспечении углеводородного баланса установки каталитического риформинга.

Риформинг метана — отдельный технологический процесс

Преобразование метана относится к паровому реформингу и принципиально отличается от каталитического риформинга нафты.

При температуре 700–1000 °C в присутствии водяного пара метан (основной компонент природного газа) конвертируется в синтез-газ — смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H₂).

Данный процесс не предназначен для производства бензина и используется преимущественно для генерации промышленного водорода, а также в качестве источника синтез-газа в химической и энергетической отраслях.

Риформинг гексана и примеры превращений

На примере гексана (C₆H₁₄) наглядно демонстрируются основные пути превращения алканов в процессе риформинга:

• Исходное соединение с октановым числом ~25 подвергается изомеризации с образованием 2,3-диметилбутана (октановое число — 105);
• либо дегидроциклизации с получением бензола (октановое число — 99).

Оба направления способствуют значительному повышению качества бензиновой фракции за счёт формирования высокооктановых изоалканов и ароматических углеводородов.

Продукты каталитического риформинга алканов

Основными продуктами риформинга алканов являются:

• Бензиновая фракция с содержанием ароматических углеводородов 60–70 %;
• Водород в количестве 2–5 % от массы исходного сырья;
• Индивидуальные ароматические соединения — бензол, толуол, ксилолы.

Применение продуктов:

• Бензин — компонент товарных марок АИ-95 и АИ-98;
• Водород — на процессы гидроочистки дизельного топлива и керосина;
• Ароматика — сырьё для производства полимеров, красителей, фармацевтических веществ и других химических продуктов.

Условия проведения каталитического риформинга

Оптимальные технологические параметры процесса:

• температура: 480–530 °C;
• давление: 10–30 атм.

Снижение давления способствует увеличению выхода ароматики, однако ускоряет коксование катализатора.

В качестве катализаторов применяются системы на основе платины, нанесённой на γ-Al₂O₃, с добавками рения, хлора или других модификаторов для повышения стабильности и селективности.

Срок службы катализатора — 1–3 года с регенерацией каждые 6–24 месяца.

Для обеспечения надёжного контроля параметров и безопасной эксплуатации используются специализированные элементы трубопроводной арматуры и КИП, включая:

• разделители сред моделей РС-21 и РС-21-03,
• сферические краны КСМ-35 и КСМ-35-3, предназначенные для работы под манометром в агрессивных средах.

Применение продуктов каталитического риформинга

Бензиновая фракция, полученная в результате риформинга, является ключевым компонентом высокооктановых топлив — её доля в составе АИ-95 может достигать 30 %.

Ароматические углеводороды находят широкое применение в нефтехимии:

• Бензол — для синтеза стирола и фенола;
• Толуол — в производстве растворителей и взрывчатых веществ;
• Ксилолы — для изготовления полиэфирных волокон и плёнок.

Водород применяется в процессах гидрогенизации и очистки нефтепродуктов.

Все указанные продукты востребованы в различных отраслях промышленности, что подтверждает экономическую целесообразность внедрения технологии каталитического риформинга.

Оборудование для каталитического риформинга

Технологический процесс требует применения оборудования, рассчитанного на работу при:

• высоких температурах — до 550 °C,
• высоких давлениях,
• в агрессивных средах.

Реакторы, теплообменники и трубопроводная обвязка изготавливаются из коррозионностойких материалов — нержавеющих сталей и хромсодержащих сплавов.

Для контроля давления и разделения сред применяются сертифицированные устройства, включая:

• разделители сред РС-21 / РС-21-03,
• сферические краны КСМ-35 / КСМ-35-3.

Оборудование изготавливается по индивидуальному заказу на производственных мощностях предприятия в соответствии с требованиями ГОСТ, технических условий и проектной документации. Срок изготовления определяется по запросу после согласования технического задания с инженерами завода-изготовителя.

Заключение: значение риформинга в нефтепереработке

Каталитический риформинг является одним из базовых процессов на нефтеперерабатывающих заводах, обеспечивающим преобразование низкооктанового сырья в высокоценные продукты — высокооктановый бензин, водород и ароматические углеводороды.

Технология объединяет достижения:

• химической кинетики,
• катализа,
• инженерного проектирования.

Постоянное совершенствование катализаторов и аппаратного оформления позволяет повышать выход целевых продуктов и снижать эксплуатационные затраты.

Благодаря своей универсальности и эффективности, каталитический риформинг остаётся неотъемлемой частью современной топливно-энергетической и химической промышленности.