Каталитический риформинг

Каталитический риформинг — это процесс переработки нефти, направленный на превращение низкооктановых углеводородов фракций прямой перегонки в высокооктановые компоненты бензина. Процесс сочетает изомеризацию, дегидрирование, циклизацию и ароматизацию, обеспечивая повышение октанового числа и улучшение качества бензиновых фракций.

Основная цель риформинга — получение бензинов с высоким октановым числом (RON 90–98) и ароматических соединений, которые используются как сырьё для химической промышленности.

Химические реакции каталитического риформинга

1. Дегидрирование алканов

Наиболее важная реакция риформинга, сопровождающаяся выделением водорода:

C6H14 → C6H12 + H2

Пример: превращение гексанов в цикло- и ароматические соединения. Дегидрирование эндотермично, требует высокой температуры (450–520 °C) и катализатора на основе платины.

2. Изомеризация

Линейные парафины превращаются в разветвлённые изомеры:

n-C5H12 → i-C5H12

Процесс повышает октановое число фракции без значительной потери массы. Протекает при умеренных температурах (300–450 °C) на кислотных или bifunctional катализаторах.

3. Циклизация

Линейные или разветвлённые парафины превращаются в циклоалканы:

C6H14 → C6H12

Циклизация повышает стабильность молекул и их октановое число, являясь ключевой стадией при подготовке компонентов для бензина.

4. Ароматизация

Циклоалканы дегидрируются до ароматических соединений:

C6H12 → C6H6 + 3H2

Реакция эндотермична и требует высокой температуры. Ароматические соединения обладают высоким октановым числом и ценятся как промышленное сырьё.

Катализаторы и их свойства

Катализаторы риформинга делятся на металлические и кислотные:

  • Металлические (Pt, Pd) обеспечивают дегидрирование и гидрокрекинг. Платина стабилизирована на носителях из Al₂O₃.
  • Кислотные (оксид алюминия с добавками) стимулируют изомеризацию и циклизацию.

Современные катализаторы обладают bifunctional свойствами, сочетая металлизированную и кислотную компоненты. Их активность зависит от распределения платиновых центров и текстуры носителя.

Процессные параметры

  • Температура: 450–520 °C для дегидрирования; 300–450 °C для изомеризации.
  • Давление: 5–20 атм; высокое давление снижает крекинг, но уменьшает выход ароматических соединений.
  • Водородное давление: поддерживается для предотвращения коксообразования на катализаторе.
  • Время контакта: 1–5 секунд на контактном слое, что обеспечивает оптимальный баланс между конверсией и селективностью.

Технологическая схема

  1. Дегазация и предварительная стабилизация сырья.
  2. Подогрев и подача на реактор с катализатором.
  3. Реакторная зона: происходит дегидрирование, циклизация, изомеризация и ароматизация.
  4. Отделение водорода: водород возвращается в реактор для поддержания каталитической активности.
  5. Конденсация и стабилизация готовой фракции бензина.

Основные показатели эффективности

  • Выход бензина с высоким октановым числом — ключевой критерий рентабельности.
  • Содержание ароматических соединений — обычно 40–50 % в легких бензиновых фракциях.
  • Сохранение массы сырья — важно минимизировать крекинг, чтобы не снижать выход жидких продуктов.
  • Стабильность катализатора — определяет периодичность регенерации и качество продукции.

Регенерация катализатора

Накопление кокса снижает активность катализатора. Регенерация включает:

  1. Сжигание кокса в присутствии кислорода.
  2. Восстановление металлической части платиной водородом.
  3. Контроль температуры и времени регенерации для сохранения структуры носителя.

Современные установки риформинга позволяют выполнять регенерацию без остановки всего процесса за счет подвижных кассет катализатора.

Значение каталитического риформинга

Процесс обеспечивает:

  • повышение октанового числа бензинов;
  • получение ароматических соединений для химической промышленности;
  • эффективное использование низкокачественных фракций нефти;
  • производство водорода, используемого для гидроочистки и гидрокрекинга.

Каталитический риформинг является одним из ключевых процессов нефтепереработки, влияя на качество топлива и сырья для органической химии.

Оглавление