Katalytisk reforming

Katalytisk reforming er en kjemisk prosess brukt for å omdanne raffinert nafta, typisk lavt oktantall, til høyoktan flytende produkter kalt reformater som er komponenter av høyoktan bensin. Prosessen rearrangerer eller restrukturerer hydrokarbonmolekylene i nafta utgangsstoffer i tillegg til å bryte ned enkelte av molekylene til mindre molekyler. Totaleffekten er at produktreformatet inneholder hydrokarboner med mer kompleks molekylstruktur med høyere oktanverdier enn hydrokarbonene i naftautgangsstoffet. Dermed separeres hydrogenatomer fra hydrokarbonmolekyl i prosessen og produserer betydelige mengder av biproduktet hydrogengass for bruk i et stort antall av de andre prosessene som er involvert i et moderne oljeraffineri. Andre biprodukter er små mengder av metan, etan, propan og butan.
Denne prosessen er forskjellig fra og må ikke forveksles med katalytisk dampreformingprosess brukt industrielt for å produsere ulike produkter som hydrogen, ammoniakk og metanol fra naturgass, nafta eller andre petroleumderiverte utgangsstoffer. Denne prosessen må heller ikke bli forvekslet med ulike andre katalytiske reformingprosesser som bruker metanol eller biomasse utgangsstoffer for å produsere hydrogen for brenselcelle eller annet bruk.

Kjemi

Før reaksjonskjemien til de katalytiske reformingprosessene som blir brukt i petroleumraffinerier blir diskutert, vil typisk nafta bli brukt som utgangsstoff for katalytisk reforming bli diskutert.

Prosessbeskrivelse

Den hyppigst brukte type katalytisk reforming enhet har tre reaktorer, hver med permanent lag av katalysator, og all katalysator blir regenerert in situ ved rutine katalysator regenerering nedstegning hver 6. til 24. måned. En slik enhet kalles semi-regenerativ katalytisk reformer (SRR).
Enkelte katalytisk reforming enheter har en ekstra reserve eller sving reaktor og hver reaktor kan bli individuelt isolert slik at enhver reaktor kan undergå regenerering på stedet mens de andre reaktorene er i operasjon. Når den ene reaktor er regenerert, erstatter den en annen reaktor som, i sin tur, blir isolert slik at den kan bli regenerert.  Slike enheter, kalt syklisk katalytisk reformere, er ikke vanlige.
Den mest moderne type av katalytiske reformere er kalt continuous catalyst regeneration reformers (CCR). Slike enheter er karakterisert ved kontinuerlig in-situ regenerering av noe av katalysatoren i en spesiell regenerator, og ved kontinuerlig tilførsel av regenerert katalysator til de aktive reaktorene. Per 2006 var to CCR versjoner tilgjengelig: UOP's CCR Platformer prosess og Axen's Octanizing prosess. Installasjon og bruk of CCR units er raskt økende.
Mange of de tidligste katalytisk reforming enheter (på 1950- og 1960-tallet) var non-regenerative ved at de ikke hadde in situ katalysator regenerering. Svært få, hvis noen, katalytiske reformere i drift i dag er non-regenerative.
Prosessdiagram under viser en typisk semi-regenerative katalytisk reforming enhet.
Flytende påfyll (nede til venstre i diagrammet) blir pumpet opp til reaksjonstrykk (5 til 45 atm) og går sammen med en strøm av hydrogen-rik resyklert gass. Den flytende-gass blandingen blir forvarmet ved å føres gjennom en varmeveksler. Den forvarmede blandingen blir så totalt fordampet og varmet til reaksjonstemperatur (495 til 520 °C) før de fordampede reaktantene går inn i første reaktor. I det reaktantene strømmer gjennom et lag av katalysator i reaktoren, er hovedreaksjonen dehydrogenering av naftener til aromater (som beskrevet over) som er endoterm og resulterer i stor temperatursenkning mellom inntak og utløp of reaktoren. For å opprettholde nødvendig reaksjonstemperatur og reaksjonshastighet, blir den fordampede strømmen igjen oppvarmet i andre fired heater før det strømmer gjennom andre reaktor. Temperaturen avtar igjen i andre reaktor og fordampet strøm må igjen oppvarmes i tredje fired heater før det strømmer gjennom tredje reaktor. As vaporized strøm fortsetter gjennom tredje reaktor, avtar reaksjonshastigheten og reaktorene blir derfor større. Samtidig blir mengden av nødvendig oppvarming mellom reaktorene mindre. Vanligvis er tre reaktorer alt som er nødvendig for å oppnå ønsket ytelse for katalytisk reforming enheten.
Noen installasjoner bruker tre separate fired heaters som vist i skjematisk diagram og some installasjoner use a single fired heater med tre separate heating coils.
De varme reaksjonsproduktene fra tredje reaktor blir delvis avkjølt ved strømning gjennom varmeveksleren hvor råstoff til første reaktor er forvarmet og så strømmer gjennom en vannavkjølt varmeveksler før den strømmer gjennom trykkontroll (PC) til gasseparator.
Mesteparten av den hydrogenrike gassen fra gass separator vessel returns til suction of the recycle hydrogen gasskompressor og netto produksjon av hydrogenrik gass fra reforming reaksjonene blir eksportert for bruk i andre raffineriprosesser som forbruker hydrogen (som hydrodesulfurization enheter og/eller en hydrocracker enhet).
Flytende fra gasseparator vessel blir ført til en fractionating column kalt en stabilizer. Overhead avgassprodukt fra stabilizer inneholder biproduktene metan, etan, propan og butan gass produsert by hydrocracking reaksjonene as explained i above discussion of reaksjon kjemi til en katalytisk reformer, og det kan også inneholde hydrogen. Avgassen is routed to the raffineriets sentral gassprosesseringsanlegg for fjerning og gjenvinning av propan og butan. Restgass etter slik prosessering blir del av raffineriets brenselgass system.
Sluttprodukt fra stabilizer er høyoktan flytende reformat som vil bli en komponent av raffineriets produkter av bensin.

Katalysatorer og mekanismer

De fleste katalytisk reformingkatalysatorer inneholder platina eller rhenium på en silika eller silika-alumina supportbase, og noe inneholder både platina og rhenium. Frisk katalysator blir klorert før bruk.
Edelmetallene (platina og rhenium) er regnet for å være katalytiske sites for dehydrogeneringsreaksjonene, og klorerte alumina gir syre sites som er nødvendig for isomerisering, syklering og hydrocrackingsreaksjonene.
Aktiviteten til katalysatoren i en semi-regenerativ katalytisk reformer blir redusert over tid ved drift av karbon koks avleiring og kloridtap. Aktiviteten til katalysatoren kan regenereres periodisk eller gjenvunnet ved in situ høy temperatur oksidasjon av koksen etterfulgt av klorinering. Som nevnt over blir semi-regenerative katalytiske reformere regenerert omtrent en gang per 6 til 24 måneder.
Normalt kan katalysatoren regenereres kanskje 3 eller 4 ganger før den må returneres til produsent for gjenvinning av det kostbare platina og/eller rheniuminnholdet.