Каталитический риформинг
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ
Содержание
.Вступление
II.Химические основы процесса
1.Превращение алканов
2.Превращение циклоалканов
.Превращение аренов
.Катализаторы процесса
.Макрокинетика процесса
III.Основы управления процессом
IV.Промышленные установки каталитического процесса
1.Установка каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора
2.Установка каталитического риформинга с непрерывной регенерацией катализатора
Список использованной литературы
.Вступление
Процесс каталитического риформинга предназначен для повышения детонационной стойкости бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов, главным образом бензола, толуола ксилолов - сырья нефтехимии. Важное значение имеет получение в процессе дешевого водородсодержащего газа для использования в других гидрокаталитических процессах. Значение процессов каталитического риформинга в нефтепереработке существенно возросло в 90-е гг. в связи с необходимостью производства неэтилированного высокооктанового автобензина.
Бензиновые фракции большинства нефтей содержат 60 - 70 % парафиновых, 10 % ароматических и 20 -30 % пяти- и шестичлен- ных нафтеновых углеводородов. Среди парафиновых преобладают углеводороды нормального строения и монометилзамещенные их изомеры. Нафтены представлены преимущественно алкилгомо- логами циклогексана и циклопентана, а ароматические - алкилбензолами. Такой состав обусловливает низкое октановое число прямогонного бензина, обычно не превышающего 50 пунктов (по ММ).
Помимо прямогонных бензинов, как сырье каталитического риформинга используют бензины вторичных процессов - коксования и термического крекинга после их глубокого гидрооблагораживания, а также гидрокрекинга.
Выход прямогонных бензинов относительно невелик (около 15-20 % от нефти). Кроме того, часть бензинов используется и для других целей (сырье пиролиза, производств водорода, получение растворителей и т.д.). Поэтому общий объем сырья, перерабатываемого на установках каталитического риформинга, не превышает обычно потенциального содержания бензиновых фракций в нефтях.
.Химические основы процесса
В основе каталитического риформинга лежат три типа реакций:
)ароматизация исходного сырья путем дегидроциклизацииалканов, дегидроизомеризацииалкилциклопентанов, дегидрирования циклогексанов;
2)изомеризация углеводородов;
)гидрокрекинг.
Как и при каталитическом крекинге, осуществление всех названных реакций риформинга ведет к увеличению октанового числа бензина.
Использование бифункционального катализатора значительно облегчает образование карбкатионов в процессе риформинга по сравнению с каталитическим крекингом, так как необходимые для начала реакции алкены образуются при частичном дегидрировании алканов и циклоалканов на платиновом катализаторе. Алкены далее протонизируются на кислотном катализаторе и вступают во все реакции, характерные для карбкатионов. Поэтому скорость кислотно-каталитических реакций в процессе риформинга выше, чем при каталитическом крекинге.
.Превращение алканов
При риформингеалканы подвергаются изомеризации, дегидроциклизации и гидрокрекингу.
Изомеризация алканов протекает по карбкатионному механизму с образованием малоразветвленных изомеров, наиболее термодинамически стабильных в условиях риформинга. Скорость изомеризации возрастает с увеличением молекулярной массы алкана.
Дегидроциклизация - одна из важнейших реакций риформинга, заключающаяся в превращении алканов в арены:
Дегидроциклизация протекает с поглощением теплоты (около 250 кДж/моль), поэтому константа равновесия реакции возрастает с повышением температуры. Давление сдвигает равновесие реакции влево, т. е. в сторону гидрирования аренов. Однако на практике для уменьшения отложений кокса на катализаторе процесс проводят под повышенным давлением водорода. При температуре 500 С под давлением водорода 1,5- 1,7 МПа равновесная степень конверсии н-гептана в толуол составляет 95 %.
Механизм ароматизации алканов окончательно не ясен. Возможны следующие пути:
) Дегидрирование алканов на платине до триена с последующей циклизацией на платине или оксиде алюминия:
) С5-циклизация на платине через циклический переходный комплекс
) Дегидрирование алканов в алкены на платине и циклизация алкенов на оксиде алюминия также с образованием пятичленного цикла. Реакция протекает по согласованному механизму, включающему протонирование двойной связи кислотным центром и одновременный отрыв протона от атома углерода в цепи:
Образовавшиеся пятичленные циклы изомеризуются на кислотных центрах в шестичленные и далее дегидрируются на металле в арены.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что ароматизация идет по всем рассмотренным направлениям.
Если исходныйалкан содержит менее шести атомов углерода в основной цепи, то ароматизации предшествует изомеризация алкана с удлинением основной цепи. Скорость ароматизации возрастает с увеличением длины цепи алкана. Алканы, содержащие десять и более атомов углерода, образуют арены с конденсированными кольцами. Арены с достаточно длинными боковыми цепями могут замы