Aromatizzazione di nafta/condensato per produrre benzina ad alto numero di ottano

Descrizione

Introduzione: Produzione di benzina ad alto numero di ottano da nafta/condensato

Obiettivo: Trasformare alimentazioni di nafta a basso numero di ottano o condensati in componenti per benzine ad alto numero di ottano, principalmente attraverso reforming catalitico.

Caratteristiche principali delle alimentazioni:

Nafta: Una frazione leggera derivata dalla distillazione del greggio (Atmospheric Distillation Unit - ADU) o da altre unità, con un intervallo di ebollizione tipicamente compreso tra circa 30°C e 200°C. Basso numero di ottano (RON 40-70).

Condensato: Idrocarburi liquidi molto leggeri separati dalla produzione di gas naturale. Intervallo di ebollizione simile alla nafta, ma spesso più leggero, meno ricco (con meno componenti pesanti) e può contenere più paraffine/nafteni. Anche in questo caso, numero di ottano basso.

Processo Principale: Reforming Catalitico

Il cuore della produzione di benzina ad alto numero di ottano da queste materie prime è l'Unità di Reforming Catalitico (CRU). Questo processo trasforma chimicamente gli idrocarburi a basso numero di ottano in componenti ad alto numero di ottano.

Flusso Tipico del Processo

1. Prelavaggio dell'alimentazione (Essenziale):

Scopo: Rimuovere contaminanti (zolfo, azoto, acqua, metalli) che avvelenano permanentemente il costoso catalizzatore a base di platino utilizzato nel reforming.

Processo: Trattamento con idrogeno (Idrodesolforazione - HDS).

Passaggi:

L'alimentazione viene mescolata con un gas ricco di idrogeno (gas di riciclo).

Viene fatta passare su un catalizzatore (ad esempio, CoMo/Al₂O₃) a temperatura elevata (300-400°C) e pressione (20-50 bar).

I composti solforosi (ad esempio, mercaptani) vengono trasformati in H₂S.

I composti azotati vengono trasformati in NH₃.

Gli olefini sono saturi.

I metalli sono intrappolati.

Uscita: Nafta/condensato trattato con zolfo molto basso (<0,5 ppm, spesso <0,1 ppm) e azoto.

2. Reforming catalitico:

Scopo: Convertire paraffine e nafteni a basso numero di ottano in aromatici e paraffine ramificate (isoparaffine) ad alto numero di ottano.

Reazioni principali:

Deidrogenazione: Nafteni -> Aromatici + Idrogeno (Principale fonte di alto numero di ottano)

Isomerizzazione: Paraffine lineari (n-Paraffine) -> Paraffine ramificate (i-Paraffine)

Deidrociclizzazione: Paraffine -> Nafteni -> Aromatici

Hydrocracking: (Indesiderata, consuma alimentazione) Molecole grandi -> Molecole più piccole + Gas (C1-C4)

Tipi di processo:

Riforma Semi-Rigenerativa (SRR): Letti di catalizzatore fissi. L'impianto viene fermato periodicamente (ogni 6-24 mesi) per la rigenerazione del catalizzatore. Funziona a pressione più alta (15-30 bar).

Riforma con Rigenerazione Continua del Catalizzatore (CCR): Il catalizzatore circola continuamente tra i reattori e un rigeneratore separato. Funziona a pressione più bassa (3-10 bar), permettendo condizioni operative più severe (più alto numero di ottano, maggiore resa di aromatici, più idrogeno). È il design moderno più comune.

Condizioni:

Temperatura: 480-530°C

Pressione: 3-30 bar (a seconda del tipo)

Catalizzatore: Platino (Pt) supportato su allumina (Al₂O₃), spesso con promotori come Renio (Re), Stagno (Sn) o Cloro (Cl) (bi- o multimetallici).

Uscita:

Riformato: Prodotto liquido ad alto numero di ottano (RON 95-106). Ricco di aromatici (Benzene, Toluene, Xyleni - BTX) e paraffine ramificate.

Gas Ricco di Idrogeno: Sottoprodotto pregiato (utilizzato negli impianti di idrotrattamento e di idrocracking).

GPL: Gas leggeri (C1-C4) derivati dall'idrocracking.

3. Separazione dei prodotti:

Scopo: Separare il prodotto reformate dai gas leggeri e dall'idrogeno.

Processo:

Stabilizzatore/Debutanizzatore: Rimuove le componenti leggere (gas C4 e più leggeri - GPL) dal liquido reformate.

Unità di Recupero Gas: Separa il gas ricco di idrogeno dai gas idrocarburi leggeri (C1-C4). L'idrogeno viene purificato e riciclato nei reattori di reforming e nell'idrotrattamento.

4. Frzionamento (Opzionale ma Comune):

Scopo: Suddividere il reformate stabilizzato in frazioni con specifici intervalli di ebollizione.

Processo:

Un frazionatore separa:

Reformate Leggero: Componenti con punto di ebollizione più basso e alto numero di ottano (spesso ricco di benzene/toluene). Potrebbe richiedere un trattamento per la riduzione del benzene prima della miscelazione con la benzina, a causa delle normative ambientali.

Reformate Pesante: Componenti con punto di ebollizione più alto (ricchi di xileni e aromatici più pesanti).

Prodotto principale:

Reformate: Il componente principale per la miscelazione della benzina ad alto numero di ottano (RON 95-106). Contribuisce significativamente all'aumento del numero di ottano della miscela finale di benzina.

Considerazioni Critiche:

Qualità dell'alimentazione: il pretrattamento è assolutamente critico per proteggere il sensibile catalizzatore di reforming.

Severità del processo: una maggiore severità (temperatura più alta, pressione più bassa) aumenta l'indice di ottano e la resa di aromatici, ma aumenta anche il tasso di deattivazione del catalizzatore e la produzione di gas (GPL) (minore resa di liquido).

Catalizzatore: i catalizzatori a base di platino sono essenziali per le complesse reazioni; la rigenerazione continua (CCR) permette un'ottimale prestazione.

Idrogeno: un importante sottoprodotto pregiato, fondamentale per altre unità di idrotrattamento della raffineria.

Gestione del benzene: il reformato contiene benzene. Le normative richiedono spesso di minimizzarne la concentrazione nella benzina finale, a volte richiedendo un trattamento post-reforming (ad esempio saturazione del benzene, estrazione) o un'attenta miscelazione.

In sintesi: la produzione di benzina ad alto numero di ottano da nafta/condensato dipende da un rigoroso pretrattamento della materia prima (idroraffinazione) seguito da reforming catalitico, dove catalizzatori a base di platino, sotto calore e pressione, trasformano le molecole in aromatici e paraffine ramificate ad alto numero di ottano. La separazione e la frazionatura producono il reformate, componente essenziale per il blending ad alto numero di ottano, insieme al prezioso gas idrogeno.

Distribuzione del prodotto (specifiche da verificare in base al campione)

Natura del prodotto

Benzina ad alto numero di ottano

Nota: contenuto di benzene nella benzina ad alto numero di ottano &gt;1% (stima)

Proprietà tipiche del gas liquefatto

Proprietà del catalizzatore

Principali proprietà del catalizzatore

Domande Frequenti

1. D: Che cosa sono la nafta e il condensato e perché vengono utilizzati per la produzione di benzina?

R: La nafta è una frazione leggera derivata dalla raffinazione del petrolio greggio (tipicamente idrocarburi C5-C12). Il condensato è una miscela liquida molto leggera di idrocarburi (C5-C10+) recuperata dalla produzione di gas naturale. Entrambi rappresentano ottime materie prime per la produzione di benzina, poiché contengono idrocarburi con peso molecolare adeguato che possono essere trasformati in componenti di benzina di alto valore.

2. D: Perché nafta e condensato sono particolarmente adatti alla produzione di benzina ad alto numero di ottano?

R: Contengono notevoli quantità di paraffine (n-paraffine e isoparaffine), nafteni e aromatici. Attraverso processi catalitici come il reforming, gli nafteni e le paraffine possono essere convertiti in aromatici ad alto numero di ottano (come benzene, toluene, xilene - BTX) e in isoparaffine ramificate, che aumentano notevolmente il numero di ottano.

3. D: Qual è il processo principale utilizzato per convertire nafta/condensato in benzina ad alto numero di ottano?

R: Il Reforming catalitico è il processo chiave. Utilizza un catalizzatore (generalmente a base di platino) ad alta temperatura e pressione moderata per riorganizzare le molecole. Le reazioni principali includono la disidrogenazione degli nafteni in aromatici, l'isomerizzazione delle paraffine in isoparaffine e la disidrogenciclizzazione delle paraffine in aromatici, aumentando significativamente il numero di ottano (RON > 90).

4. D: Tutta la nafta/condensato va direttamente al reformer?

A: Di solito no. La materia prima viene prima sottoposta a idrotrattamento per rimuovere impurità come zolfo e azoto, che avvelenano il costoso catalizzatore di reforming. Particolari frazioni di nafta (ad esempio nafta pesante, con intervallo di ebollizione ~90-200°C) sono spesso preferite per il reforming grazie al maggiore contenuto di nafteni, che producono più aromatici. Le frazioni di condensato più leggere potrebbero essere indirizzate invece all'isomerizzazione.

5. D: Oltre al reforming, quali altri processi potrebbero essere coinvolti?

R: Isomerizzazione: converte paraffine lineari a basso numero di ottano (n-pentano, n-esano) presenti nelle frazioni di nafta/condensato leggere in isomeri ramificati a più alto numero di ottano.

Alchilazione: combina olefine leggere (provenienti da FCC, coker) con isobutano per formare paraffine ramificate ad altissimo numero di ottano (RON 90-98) (alchilato), spesso miscelate nella miscela della benzina.

Miscelazione: Il reformate (alto numero di ottano, alto contenuto di aromatici) viene miscelato con isomerato (numero di ottano medio, bassi aromatici), alchilato (numero di ottano molto alto), ossigenati (come etanolo) e potenzialmente benzina FCC trattata per soddisfare i requisiti finali di ottano (RON/MON) e di specifica.

6. D: Come esattamente il reforming aumenta il numero di ottano?

R: Il reforming trasforma componenti a basso numero di ottano:

Nafteni (es. cicloesano): Convertiti in aromatici ad alto numero di ottano (benzene - RON ~99).

Paraffine: Convertite in isoparaffine a più alto numero di ottano attraverso isomerizzazione, oppure direttamente in aromatici tramite deidrociclizzazione (es. n-eptano RON 0 -> Toluene RON ~120).

Produce inoltre gas idrogeno, un sottoprodotto pregiato.

7. D: Quali sono i principali vantaggi nell'utilizzare nafta/condensato per benzina ad alto numero di ottano?

R: Materie Prime Disponibili: Componente principale della produzione di petrolio e gas.

Elevato Rendimento e Qualità: Il reforming produce in modo efficiente reformate ad alto numero di ottano, il componente principale per la miscelazione di benzina ad alto numero di ottano.

Flessibilità: Diversi tagli possono essere indirizzati ai processi ottimali (riforma, isomerizzazione).

Co-Prodotti Preziosi: La riforma genera idrogeno essenziale per le unità di desolforazione (idrotrattamento, idrocracking).

8. D: Quali sono le principali sfide nella produzione di benzina ad alto numero di ottano da queste materie prime?

R: Qualità della materia prima: la variabilità nella composizione (rapporto nafteni/paraffine, impurezze) richiede una selezione accurata e un pretrattamento (idrotrattamento).

Sensibilità dei catalizzatori: I catalizzatori per la riforma sono costosi e molto sensibili ai veleni (S, N, metalli, acqua).

Limiti di aromatici/benzene: Il reformate è ricco di aromatici e benzene, soggetti a normative ambientali rigorose (che richiedono saturazione del benzene o estrazione).

Severità del processo: Una riforma ad alta severità aumenta il numero di ottano ma accelera la deattivazione del catalizzatore (coking) e riduce il rendimento del prodotto liquido.

Costi di investimento e di esercizio: La riforma e le unità associate (idrotrattamento) rappresentano un investimento significativo e spese operative elevate.