Pemangkin untuk Meningkatkan Nombor Oktana dalam Unit Pengisomeran
Unit Mengandungi Hidrogen-
Tiga sistem proses arus perdana, parameter suhu, dan pemilihan mangkin
✅ Pemangkin: alumina berklorin yang disokong platinum (jenis aluminium klorida)
Suhu tindak balas: 120 ~ 175 darjah (masuk reaktor), kenaikan suhu katil 10-25 darjah
Tekanan: 2.8–3.8 MPa; halaju ruang setiap jam cecair LHSV=1.0–3.0 h⁻¹; nisbah molar hidrokarbon hidrogen 0.1–0.5
Keperluan bahan mentah: penyahhidratan yang ketat, penyahsulfuran, dan denitrifikasi; air/sulfur akan meracuni tapak klorin berasid secara kekal; suplemen klorin berterusan diperlukan semasa operasi
Berkenaan: C₅/C₆ naphtha ringan, sasaran RON tinggi (satu laluan RON≈82–84, kitaran sehingga 87–93)
Ciri: Aktiviti tertinggi, kadar penukaran seimbang terbaik; sangat menghakis, dilengkapi dengan sistem pembersihan alkali, operasi dan penyelenggaraan yang kompleks
✅Pemangkin: Pt-ayak molekul berasid yang dimuatkan (jenis zeolit, bebas klorin-)
Suhu tindak balas: 240-280 darjah
Tekanan: 2.0–3.2 MPa; LHSV=0.5–2.5 h⁻¹; nisbah hidrogen kepada hidrokarbon 0.1–1.0
Toleransi bahan mentah yang lebih tinggi: kepekaan terhadap sulfur dan air jauh lebih rendah daripada klorin-mangkin aluminium, tidak perlu menambah klorin
Berkenaan: C₅/C₆, juga boleh digunakan untuk pengisomeran C₄butana; peranti ini lebih ringkas, mempunyai kestabilan yang baik, dan mudah dijana semula
Kelemahan: suhu tinggi, keseimbangan terhad, kadar penukaran lulus tunggal-lebih rendah daripada proses aluminium klorida suhu rendah, umumnya dilengkapi dengan pecahan produk + n-gelung edaran alkana yang tidak ditukar
✅Pemangkin: Sistem penapis molekul/aluminium klorida khas
Suhu tindak balas: 160–210 darjah
Tekanan: 1.5–2.0 MPa; nisbah hidrogen kepada hidrokarbon 0.07–0.15
Kadar penukaran satu-lulus ialah 50%–55% dan menara deisobutane mesti dipasang untuk mengedarkan n-butana tidak bertindak balas kembali ke reaktor.
Unit Bebas Hidrogen-
Empat kategori utama hidrogen-pemangkin pengisomeran bebas
Logam peralihan-ZSM berasid diubah suai-5 zeolit (Zn-ZSM-5, Ga-ZSM-5, Ni-ZSM-5)
Sokongan: ZSM-5 (MFI zeolit); Komponen aktif: Zn, Ga, Ni (logam bukan platinum)
Keadaan operasi: 340–460 darjah , 0–1.2 MPa; dipadankan dengan sempurna dengan keperluan proses pelanggan
Ciri-ciri tindak balas: Pengisomeran serentak, aromatisasi, dan keretakan ringan; meningkatkan nombor oktana petrol; menghasilkan propana dan butana (gas kering); hasil cecair 82-90%; penjanaan semula hanya melibatkan N₂ dan udara untuk pembakaran kok-dimatikan (tiada pengurangan hidrogen diperlukan)
Gred Rusia yang setara: KT-10, KT-17, KT-18 (Zn-Ce-ZSM-Al₂O₃); menaik taraf nafta tanpa hidrogen; nombor oktana petrol mencapai 85–87 pada 400 darjah
Mordenit diubah suai (MOR) (Ni-MOR, Fe-MOR; Pt-percuma)
Sokongan: Mordenite (MOR); komponen aktif: Ni/Fe (platinum-bebas)
Julat suhu: 320–420 darjah ; tekanan: 0.3–1.0 MPa
Ciri-ciri: Pemilihan isomerisasi lebih tinggi daripada ZSM-5; aktiviti aromatisasi rendah; terdedah kepada coking pada suhu tinggi; penukaran n-alkana sederhana; penjanaan semula melalui pengkalsinan udara (coke burn-off) sahaja; tiada hidrogen diperlukan
Asid super pepejal (platinum-bebas): SO₄²⁻/ZrO₂, SO₄²⁻/TiO₂-Al₂O₃
Sokongan: Zirkonia / Titania-oksida komposit alumina; tiada Pt memuatkan
Suhu: 300–400 darjah ; tekanan: atmosfera hingga 1 MPa
Ciri-ciri: Kekuatan asid yang sangat tinggi; aktiviti pengisomeran yang baik; kelemahan: kumpulan sulfat terdedah kepada larut lesap pada suhu tinggi; kestabilan air yang lemah; coking cepat; penjanaan semula melalui pengkalsinan udara sahaja; pengurangan hidrogen dilarang sama sekali
10-bentuk cincin-ayak molekul terpilih (Ni-SAPO-11, Ni-ZSM-22; tanpa platinum)
Sokongan: SAPO-11 / ZSM-22; komponen aktif: Ni (tiada Pt)
Suhu: 330–430 darjah ; tekanan: 0.4–1.0 MPa
Ciri-ciri: Bentuk-pengisomeran terpilih; selektiviti tinggi untuk berbilang-alkana bercabang; kelemahan: penukaran yang agak rendah; pembentukan gas yang ketara akibat keretakan; kadar coking yang tinggi; penjanaan semula melalui pengkalsinan udara sahaja; tiada langkah hidrogen yang terlibat.
Bidang Penapisan Petroleum
Pengisomeran n-butana kepada isobutana
Pemangkin berasaskan platinum-(seperti sistem Pt/Al₂O₃-Cl) digunakan untuk menukar n-butana kepada isobutana, bahan suapan utama untuk menghasilkan komponen petrol-oktana tinggi (cth, metil tert-butil eter, MTBE). Dalam unit perindustrian, bahan suapan C4 campuran menjalani-pengisomeran hidro, membolehkan kapasiti pengeluaran 1-butena mencapai skala ratusan tan sehari.
Pengisomeran alkana C5–C6
Pemangkin superasid pepejal (seperti RISO-C atau Pt/SO₄²⁻-ZrO₂-Al₂O₃) digunakan untuk menukar-alkana rantai lurus kepada isomer bercabang. Sebagai contoh, berikutan pengisomeran nafta ringan (daripada pengubahsuaian pemangkin), kadar pengisomeran C5 dan C6 masing-masing mencapai 70% dan 85%, meningkatkan Nombor Oktana Penyelidikan (RON) petrol produk kepada melebihi 85 dan mengoptimumkan kualiti bahan api dengan ketara.
Pemangkin Aromatisasi
Berbanding dengan teknologi pembaharuan, proses ini tidak dihadkan oleh potensi kandungan aromatik bahan mentah; ia biasanya tidak memerlukan pra-pecahan atau penapisan bahan mentah dan menawarkan pelbagai kebolehgunaan. Bahan suapan yang sesuai untuk pengeluaran aromatik melalui proses ini termasuk petrol coker, petrol-lari lurus, kondensat medan minyak, hujung cahaya reformer (nafta atas), reformer raffinate, petrol pirolisis dan olefin-kaya gas petroleum cecair (LPG).
When using olefin-rich LPG (olefin content >50%) sebagai bahan mentah, kandungan aromatik dalam produk cecair menghampiri 100%, menghapuskan keperluan untuk pengekstrakan aromatik; hasil aromatik lulus tunggal-melebihi 48.2% dan hasil BTX melebihi 42.2%. Pemangkin menawarkan satu-kitaran operasi lulus Lebih daripada atau sama dengan 20 hari dan jumlah hayat perkhidmatan Lebih daripada atau sama dengan 3.0 tahun.
Apabila menggunakan naphtha sebagai bahan suapan, -hasil aromatik lulus tunggal melebihi 35.0% dan hasil BTX melebihi 32.0%; pemangkin menawarkan satu-kitaran operasi pas selama 20–30 hari dan jumlah hayat perkhidmatan Lebih daripada atau sama dengan 3.0 tahun.
Gas bahan api yang dijana kaya dengan hidrogen, yang boleh dipulihkan dan digunakan sebagai sumber hidrogen.
Ciri-ciri Teknikal
① Suhu tindak balas aromatisasi yang agak rendah
Teknologi pembentukan dan pengubahsuaian pemangkin lanjutan membolehkan tindak balas diteruskan pada suhu yang agak rendah. Dalam aplikasi pengeluaran aromatik, suhu tindak balas adalah 30 darjah –50 darjah lebih rendah daripada teknologi bersaing, dengan ketara mengurangkan penggunaan tenaga. Suhu tindak balas yang lebih rendah juga mengurangkan keperluan kekuatan peralatan dan menghasilkan hasil gas kering yang lebih rendah.
② Teknologi tambahan-panas tindak balas yang unik
Aromatisasi naphtha-terutama dengan alkana-bahan suapan yang kaya-adalah proses yang sangat endotermik. Penggunaan teknologi tambahan-haba yang unik menghapuskan keperluan untuk relau pemanasan perantaraan, dengan itu mengurangkan kedua-dua pelaburan modal dan penggunaan tenaga unit.
Pemangkin Aromatisasi untuk Peningkatan Nombor Oktana
Aromatisasi melibatkan-penyahhidrogenan suhu tinggi, kitaran dan pemindahan hidrogen; ia kebanyakannya dijalankan tanpa ketiadaan hidrogen tambahan, dan suhu operasi adalah jauh lebih tinggi daripada suhu pengisomeran. ZSM-5 (MFI) ialah sokongan utama, dikategorikan kepada empat jenis utama berdasarkan logam pengubahsuaian:
Komponen aktif: Zn (1–3 berat%); Unsur P atau nadir bumi boleh ditambah untuk melaraskan keasidan dan menyekat pembentukan kok.
Keadaan tindak balas: 500–550 darjah , tekanan atmosfera hingga 0.3 MPa, WHSV 0.4–1.2 h⁻¹.
Mekanisme: Pusat Zn memudahkan penyahhidrogenan, manakala tapak asid zeolit memangkinkan kitaran; pemindahan hidrogen ialah laluan dominan, menghasilkan sejumlah kecil H₂.
Bahan suapan yang sesuai: gas cecair C4, C5, C5 retak, nafta ringan.
Gred komersial: NKC-5, siri DLP, jenis LHA.
Ciri-ciri: Kos rendah, pemilihan BTX yang baik; pembentukan kok yang cepat memerlukan penjanaan semula yang kerap, menghasilkan jangka hayat-sekali yang sangat singkat apabila menggunakan bahan suapan olefin.
Komponen aktif: Ga (0.5–2 berat%)
Keadaan tindak balas: 520–580 darjah , tekanan atmosfera
Mekanisme: Ga mempunyai keupayaan penyahhidrogenan yang lebih kuat; meneruskan melalui laluan penyahhidrogenan terus, menghasilkan lebih banyak hidrogen.
Proses: BP-UOP Cyclar; pembentuk M2 domestik
Ciri-ciri: Hasil aromatik yang lebih tinggi berbanding pemangkin berasaskan Zn-; pengeluaran gas kering yang lebih rendah; kos yang lebih tinggi; sensitiviti yang lebih besar kepada sulfur.
Pt/Cl-Al₂O₃ (Pembentuk semula pemangkin; suasana kaya hidrogen-)
Keadaan: 480–530 darjah , 0.8–2.0 MPa; dikendalikan dalam suasana yang kaya-hidrogen.
Bahan suapan: C6+ naphtha; menghasilkan-petrol oktana tinggi + BTX; rintangan yang baik terhadap kok, tetapi memerlukan penambahan klorin dan menimbulkan risiko kakisan.
Zeolit Pt/KL: Klorin-pembaharuan bebas; sesuai untuk n-aromatisasi heksana; sangat sensitif kepada sulfur; jarang digunakan dalam skala perindustrian yang besar.
⚠ Nota: Pembaharuan pemangkin ≠ aromatisasi hidrokarbon ringan. Pembaharuan beroperasi dalam suasana yang kaya-hidrogen, manakala sistem Zn/Ga-ZSM-5 yang dinyatakan di atas ialah proses aromatisasi bukan-hidrogen-yang kaya; kedua-dua sistem tidak boleh digunakan secara bergantian. 4. Sistem pengubahsuaian lain (Mo, Ag, komposit nadir bumi)
Mo/HZSM-5: Methane aromatization, >700 darjah ; hanya sesuai untuk metana, bukan untuk LPG/C5.
Ag/ZSM-5: Penyahhidrogenan ringan, pemilihan BTX sederhana; aplikasi industri terhad.
Jarang-tanah + fosforus-Zn-ZSM-5: Penganjur/tambahan dan bukannya pemangkin kendiri; digunakan untuk melambatkan pembentukan kok dan memanjangkan-tempoh larian tunggal (cth, DLP-1 nano-ZSM-5).
Panduan pemilihan pantas
LPG, bahan suapan C4/C5; bajet terhad; tekanan atmosfera, suasana bukan-hidrogen → Zn/ZSM-5 (NKC-5, DLP)
Mencari hasil aromatik yang lebih tinggi dan pengeluaran bersama-hidrogen; prarawatan bahan suapan yang mencukupi tersedia → Ga/ZSM-5 (Cyclar)
C6+ bahan suapan nafta; unit berkeupayaan-hidrogen; produk sasaran ialah-petrol oktana tinggi → Pt-mangkin reformasi alumina berklorin
Methane feedstock → Mo/ZSM-5 (high temperature, >700 darjah)
Pemangkin Pengeluaran Petrol Melalui Aromatisasi Hidrokarbon Ringan
Menggunakan hidrokarbon ringan-seperti gas kering penapisan, pecahan C4 selepas-pengeteran, nafta-lari lurus, kondensat medan minyak atau petrol coker-sebagai bahan suapan, proses ini menggunakan pemangkin proprietari untuk menghasilkan-oktana tinggi, komponen pengadunan petrol, penyahhidrogenan dan pengoligosan melalui langkah-langkah penyahhidrogenan. Petrol dinaik taraf yang terhasil dicirikan oleh kandungan olefin dan sulfur yang rendah serta penarafan oktana yang tinggi, menjadikannya komponen campuran bersih yang sangat baik untuk menghasilkan petrol automotif yang memenuhi piawaian Gred 92 dan 95.
Ciri-ciri Teknikal
Proses ini menggunakan pelbagai jenis bahan suapan dan menghasilkan-petrol berkualiti tinggi, dengan skim produk yang boleh dilaraskan secara fleksibel berdasarkan perubahan pasaran. Gas bahan api kaya dengan hidrogen, yang boleh dipulihkan dan digunakan sebagai sumber hidrogen. Unit perindustrian mempunyai skim aliran mudah dan kos pelaburan yang rendah, serta perbelanjaan operasi dan penggunaan tenaga yang rendah.
When using olefin-rich refinery dry gas or liquefied gas as feedstock: olefin conversion >95%; gasoline selectivity for olefins >90%; gasoline octane number (RON) >92; dan kitaran larian tunggal-pemangkin Lebih daripada atau sama dengan 45 hari.
Apabila menggunakan naphtha dengan potensi aromatik yang rendah (seperti reformate raffinate,-nafta hujung ringan atau naphtha berasaskan arang batu-): nombor oktana petrol (RON) ialah 85–92; hasil gas kering ialah 2-4%; mangkin menunjukkan kebolehsuaian yang kuat (mengurangkan sulfur produk kepada<10 ppm even with a feedstock sulfur content of 300 ppm); and the single-run cycle is 30–90 days, with a total catalyst lifespan of ≥3.0 years.
Berbanding dengan teknologi serupa:
① Pemangkin mempamerkan aktiviti yang sangat baik dan selektiviti aromatik.
② Pemangkin mempunyai rintangan yang kuat terhadap coking, mengakibatkan hasil gas kering yang rendah.
③ Ia mempelopori penggunaan proses operasi bertekanan:
---Menghapuskan keperluan untuk pemampat gas kaya, dengan itu mengurangkan kos peralatan dan perbelanjaan operasi unit.④ Teknologi penjanaan semula pemangkin yang dioptimumkan
---Nisbah gas-kepada-mangkin penjanaan semula (nisbah isipadu gas beredar kepada mangkin) dikurangkan sebanyak 20–30%; bahagian penjanaan semula memerlukan pelaburan dan kos operasi yang lebih rendah sambil mencapai kecekapan penjanaan semula yang tinggi.
Pemangkin Penghasil Olefin-
Dibangunkan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi untuk menghasilkan olefin melalui rekahan pemangkin bagi hidrokarbon ringan menggabungkan kelebihan keretakan wap dan keretakan katalitik cecair (FCC). Ia membuka laluan proses baharu yang sangat penting untuk penjimatan tenaga dan pengurangan penggunaan dalam loji petrokimia, serta untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk olefin ringan. Menggunakan bahan suapan seperti olefin-hidrokarbon ringan C4–C8 yang kaya, nafta lurus-lari atau nafta berasaskan arang batu-, teknologi ini menggunakan pemangkin proprietari untuk secara selektif menukar komponen hidrokarbon ringan kepada etilena, propilena dan komponen adunan petrol-oktan tinggi.
Ciri-ciri Teknikal
Berbanding dengan keretakan wap tradisional, teknologi rekahan pemangkin ini beroperasi pada suhu yang lebih rendah, menggunakan lebih sedikit tenaga, menggunakan julat bahan suapan yang lebih luas dan membolehkan pengedaran produk yang fleksibel. Berbanding dengan teknologi pengeluaran olefin berasaskan FCC-, ia mencapai kedalaman rekahan yang lebih besar dan hasil etilena dan propilena yang lebih tinggi. Selain itu, aliran proses adalah mudah, dan pelaburan yang diperlukan adalah rendah.
Apabila menggunakan gas cecair C4 (dengan kandungan butena Lebih besar daripada atau sama dengan 60%) sebagai bahan mentah, hasil gabungan etilena dan propilena melebihi 40%, manakala hasil petrol adalah lebih kurang 15–20%.