ریفرمینگ کاتالیستی (Catalytic Reforming) یکی از مهم ترین فرآیندهای پالایش نفت است که در آن ترکیب مولکول های هیدروکربنی نفتا بدون تغییر چشمگیر در تعداد اتم های کربن، بازآرایی می شود تا عدد اکتان بنزین افزایش یابد.
این فرآیند با استفاده از کاتالیست های فلزی در دما و فشار کنترل شده انجام می شود و علاوه بر تولید بنزین باکیفیت، مقدار قابل توجهی هیدروژن نیز تولید می کند که در واحدهای هیدروتریتینگ و هیدروکراکر مصرف می شود. بازآرایی پارافین ها، تبدیل نفتن ها به آروماتیک ها و حذف ناخالصی های باقی مانده از مهم ترین واکنش های این واحد هستند. به همین دلیل، ریفرمینگ کاتالیستی نقش مهمی در تولید هیدروکربن با ارزش افزوده بالا و افزایش راندمان پالایشگاه دارد.
هدف از تولید ریفرمینگ کاتالیستی در پالایشگاه
واحد ریفرمینگ کاتالیستی برای تبدیل نفتای کم ارزش به محصولاتی با ارزش اقتصادی بالاتر طراحی شده است. مهم ترین هدف این فرآیند، افزایش عدد اکتان بنزین بدون استفاده از افزودنی های سربی است. افزایش عدد اکتان باعث می شود سوخت در موتورهای احتراق داخلی در برابر پدیده ناک مقاومت بیشتری داشته باشد. هدف دوم، تولید هیدروژن با خلوص بالا است. هیدروژن حاصل از این واحد در واحدهای گوگردزدایی و هیدروتریتینگ استفاده می شود تا گوگرد، نیتروژن و ترکیبات فلزی از سایر محصولات پالایشگاهی حذف شوند.
از دیگر اهداف این فرآیند می توان به تولید ترکیبات آروماتیکی مانند بنزن، تولوئن و زایلن اشاره کرد که مواد اولیه صنایع پتروشیمی محسوب می شوند. همچنین با بهبود ساختار مولکولی هیدروکربن ها، ارزش اقتصادی محصولات افزایش یافته و بهره وری پالایشگاه بیشتر می شود.
خوراک واحد ریفرمینگ کاتالیستی
خوراک این واحد نفتای سنگین هیدروتریت شده است که محدوده نقطه جوش آن تقریبا بین 80 تا 180 درجه سانتی گراد قرار دارد. این خوراک باید پیش از ورود به راکتور، از ترکیبات گوگردی، نیتروژنی، کلر، آب و فلزات سنگین پاک سازی شود؛ زیرا این ترکیبات باعث مسموم شدن کاتالیست می شوند. انتخاب مناسب خوراک پالایشگاه تاثیر مستقیمی بر بازده تولید آروماتیک ها و عدد اکتان محصول نهایی دارد.
هرچه مقدار نفتن ها در خوراک بیشتر باشد، بازده تولید آروماتیک ها نیز افزایش پیدا می کند. در مقابل، وجود پارافین های سبک باعث کاهش راندمان تولید ترکیبات آروماتیکی می شود. هر برش نفتی که وارد این واحد میشود باید دارای ترکیب شیمیایی پایدار، میزان گوگرد بسیار پایین و نسبت مناسبی از پارافین، نفتن و آروماتیک باشد تا عملکرد کاتالیست در بهترین شرایط حفظ شود.
انواع ریفرمینگ کاتالیستی در صنعت
فرآیندهای ریفرمینگ کاتالیستی بر اساس روش احیای کاتالیست و نحوه بهره برداری از راکتورها به سه گروه اصلی تقسیم می شوند. انواع آن شامل موارد زیر است:
- ریفرمینگ نیمه احیایی
- ریفرمینگ با احیای مداوم کاتالیست (CCR)
- ریفرمینگ سیکلیک
ریفرمینگ نیمه احیایی
در این روش، واحد برای مدت طولانی به صورت پیوسته کار می کند تا فعالیت کاتالیست به تدریج کاهش یابد. پس از افت عملکرد، کل واحد از مدار خارج شده و عملیات احیای کاتالیست انجام می شود. این روش سرمایه گذاری اولیه کمتری دارد اما به دلیل توقف کامل واحد هنگام احیا، تولید پالایشگاه کاهش پیدا می کند. امروزه بیشتر در پالایشگاه های قدیمی مورد استفاده قرار می گیرد.
ریفرمینگ با احیای مداوم کاتالیست (CCR)
در فناوری Continuous Catalyst Regeneration یا CCR، بخشی از کاتالیست به طور مداوم از راکتورها خارج شده، در واحد احیا بازسازی می شود و دوباره به راکتورها بازمی گردد. مزیت اصلی این فناوری، ثابت ماندن فعالیت کاتالیست در تمام مدت بهره برداری است.
به همین دلیل امکان کار در فشارهای پایین تر فراهم می شود که باعث افزایش تولید آروماتیک ها و بالا رفتن عدد اکتان بنزین خواهد شد. امروزه بیشتر پالایشگاه های مدرن جهان از فناوری CCR استفاده می کنند؛ زیرا راندمان بالاتر، مصرف انرژی کمتر و تولید هیدروژن بیشتری نسبت به سایر روش ها دارد.
ریفرمینگ سیکلیک
در سیستم سیکلیک، چند راکتور به صورت موازی فعالیت می کنند. زمانی که فعالیت یکی از راکتورها کاهش پیدا کند، همان راکتور از مدار خارج شده و عملیات احیا روی آن انجام می شود؛ در حالی که سایر راکتورها همچنان به کار خود ادامه می دهند. این روش نسبت به سیستم نیمه احیایی توقف تولید کمتری ایجاد میکند اما از نظر پیچیدگی تجهیزات و هزینه، بین روش نیمه احیایی و CCR قرار می گیرد.
محصولات ریفرمینگ کاتالیستی
محصول اصلی این واحد، ریفرمیت (Reformate) است که دارای عدد اکتان بسیار بالا بوده و یکی از اجزای اصلی تولید بنزین باکیفیت محسوب می شود. هیدروژن دومین محصول ارزشمند این فرآیند است که خلوص آن بین 70 تا 90 درصد بوده و پس از جداسازی برای واحدهای هیدروژنی پالایشگاه استفاده می شود. ترکیبات آروماتیکی مانند بنزن، تولوئن و زایلن نیز از محصولات مهم این فرآیند هستند که در صنایع پتروشیمی، تولید حلال ها، پلیمرها و مواد شیمیایی کاربرد گسترده دارند.
همچنین مقادیر کمی گازهای سبک شامل متان، اتان، پروپان و بوتان نیز در اثر هیدروکراکیگ محدود برخی مولکول ها تولید می شوند. در این واحد از انواع کاتالیست بر پایه پلاتین، پلاتین-رنیوم یا پلاتین-قلع استفاده می شود که هر کدام برای افزایش انتخاب پذیری واکنش ها و کاهش تشکیل کک طراحی شده اند.
تفاوت ریفرمینگ کاتالیستی با فرآیندهای مشابه
|
فرآیندها |
تفاوت اصلی |
|
ریفرمینگ کاتالیستی و ریفرمینگ بخار |
ریفرمینگ کاتالیستی برای افزایش عدد اکتان و تولید آروماتیک ها از نفتا استفاده می شود، اما ریفرمینگ بخار با واکنش متان و بخار آب، گاز سنتز شامل هیدروژن و مونوکسیدکربن تولید می کند. |
|
ریفرمینگ کاتالیستی و ایزومریزاسیون |
در ایزومریزاسیون فقط آرایش مولکول تغییر می کند و مولکول های خطی به شاخه ای تبدیل می شوند، اما در ریفرمینگ علاوه بر ایزومریزاسیون، واکنش های دهیدروژناسیون، سیکلیزاسیون و دهیدروسیکلیزاسیون نیز انجام می شود. |
|
ریفرمینگ کاتالیستی و کراکینگ |
کراکینگ مولکول های سنگین را به ترکیبات سبک تر تبدیل می کند، در حالی که ریفرمینگ بیشتر ساختار مولکولی را بازآرایی کرده و تعداد اتم های کربن تقریبا ثابت باقی می ماند. |
کاربردهای ریفرمینگ کاتالیستی در صنعت
تولید بنزین با عدد اکتان بالا مطابق استانداردهای سوخت و تامین هیدروژن مورد نیاز واحدهای هیدروتریتینگ و فرآیند هیدروکراکینگ از کاربردهای مهم ریفرینگ کاتالیستی است. دیگر کاربردهای آن عبارتند از:
- تولید مواد اولیه صنایع آروماتیک شامل بنزن، تولوئن و زایلن
- افزایش ارزش اقتصادی نفتای سنگین پالایشگاهی
- کاهش وابستگی به افزودنی های افزایش دهنده عدد اکتان
- تامین خوراک واحدهای پتروشیمی تولید رزین، پلی استر و پلاستیک های مهندسی
- بهبود راندمان اقتصادی پالایشگاه از طریق تولید همزمان سوخت و مواد شیمیایی ارزشمند
- کاهش هزینه تولید سوخت با استفاده بهینه از هیدروژن تولیدشده در پالایشگاه
نتیجه گیری
ریفرمینگ کاتالیستی یکی از کلیدی ترین واحدهای پالایش نفت است که با بازآرایی ساختار مولکول های نفتا، بنزین با عدد اکتان بالا، هیدروژن و ترکیبات آروماتیکی ارزشمند تولید می کند. عملکرد این واحد به کیفیت خوراک، نوع کاتالیست، شرایط عملیاتی و روش احیای کاتالیست وابسته است. فناوری CCR در حال حاضر پیشرفته ترین روش بهره برداری محسوب می شود و بیشترین بازده تولید را ارائه می دهد.
محصولات این فرآیند علاوه بر تامین سوخت باکیفیت، نقش مهمی در صنایع پتروشیمی و واحدهای هیدروژنی پالایشگاه دارند و به افزایش بهره وری اقتصادی پالایشگاه کمک می کنند. اگر به تجهیزات صنعتی و راهکارهای تخصصی این حوزه نیاز دارید، کارشناسان نیرونماد می توانند در انتخاب تجهیزات مناسب و ارائه مشاوره فنی شما را همراهی کنند.
سوالات متداول
1. چرا در ریفرمینگ کاتالیستی هیدروژن تولید می شود؟
بخش عمده هیدروژن در واکنش دهیدروژناسیون نفتن ها به آروماتیک ها تولید می شود. این واکنش ها به صورت طبیعی باعث آزاد شدن مولکول های هیدروژن می شوند و به همین دلیل واحد ریفرمینگ یکی از مهم ترین منابع تامین هیدروژن در پالایشگاه به شمار می رود.
2. کاتالیست ریفرمینگ کاتالیستی از چه موادی ساخته می شود؟
کاتالیست های این فرایند از فلزات گران بهایی مانند پلاتین، پلاتین-رنیوم یا پلاتین-قلع تشکیل شده اند که روی پایه آلومینای کلردار تثبیت می شوند. پایه آلومینا محل انجام واکنش های اسیدی است و فلزات فعال نیز واکنش های دهیدروژناسیون و هیدروژناسیون را تسریع می کنند. ترکیب این دو بخش باعث افزایش انتخاب پذیری، کاهش تشکیل کک و افزایش طول عمر کاتالیست می شود.
من متخصص مهندسی مکانیک هستم و چندین سال در حوزه تصفیه روغن و تجهیزات صنعتی تجربه دارم. هدف من از نوشتن مقالات در «نیرو نماد» این است که دانش فنی را به شکل کاربردی و قابل استفاده برای حرفهایها و علاقهمندان به اشتراک بگذارم.
