เครื่องจักรสำหรับการเปลี่ยนโครงสร้างอะโรมาติกของแนฟทา/คอนเดนเสท เพื่อผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนสูง

คำอธิบาย

แนะนำโดยย่อ: การผลิตน้ำมันเบนซินค่าออกเทนสูงจากนาฟทา/คอนเดนเสท

วัตถุประสงค์: เพื่อเพิ่มคุณภาพวัตถุดิบนาฟทาหรือคอนเดนเสทที่มีค่าออกเทนต่ำให้กลายเป็นส่วนผสมน้ำมันเบนซินค่าออกเทนสูง โดยกระบวนการรีฟอร์มด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นหลัก

คุณสมบัติหลักของวัตถุดิบ:

นาฟทา: สารกลั่นส่วนที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ (หน่วยกลั่นบรรยากาศ - ADU) หรือหน่วยอื่นๆ โดยทั่วไปมีช่วงอุณหภูมิการกลั่นประมาณ 30°C ถึง 200°C มีค่าออกเทนต่ำ (RON 40-70)

คอนเดนเสท: ไฮโดรคาร์บอนเหลวที่มีน้ำหนักเบา แยกออกมาจากก๊าซธรรมชาติ มีช่วงอุณหภูมิการกลั่นใกล้เคียงกับนาฟทาแต่มักจะมีน้ำหนักเบาและมีองค์ประกอบหนักน้อยกว่า รวมทั้งอาจมีพาราฟิน/นาฟทีนมากกว่า มีค่าออกเทนต่ำเช่นกัน

กระบวนการหลัก: การรีฟอร์มด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา

จุดศูนย์กลางของการผลิตน้ำมันแก๊สโซฮอล์ออกเทนสูงจากวัตถุดิบเหล่านี้คือหน่วยรีฟอร์มด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (CRU: Catalytic Reforming Unit) กระบวนการนี้จะเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนที่มีค่าออกเทนต่ำให้กลายเป็นองค์ประกอบที่มีค่าออกเทนสูงด้วยปฏิกิริยาเคมี

ลำดับขั้นตอนทั่วไป

1. การเตรียมวัตถุดิบเบื้องต้น (สิ่งจำเป็น):

วัตถุประสงค์: กำจัดสารปนเปื้อน (ซัลเฟอร์, ไนโตรเจน, น้ำ, โลหะ) ที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยารีฟอร์มราคาสูงที่ใช้แพลตินัมเสื่อมสภาพถาวร

กระบวนการ: การรักษาด้วยไฮโดรเจน (การกำจัดซัลเฟอร์ด้วยไฮโดรเจน - HDS)

ขั้นตอน:

วัตถุดิบถูกผสมกับก๊าซที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก (ก๊าซรีไซเคิล)

ทำปฏิกิริยาผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น CoMo/Al₂O₃) ที่อุณหภูมิสูง (300-400°C) และความดันสูง (20-50 บาร์)

สารประกอบซัลเฟอร์ (เช่น เมอร์คัปแทน) จะถูกเปลี่ยนให้เป็น H₂S

สารประกอบไนโตรเจนจะถูกเปลี่ยนให้เป็น NH₃

โอลีฟินส์มีความอิ่มตัวแล้ว

โลหะถูกกักไว้

ผลลัพธ์: นาฟทา/คอนเดนเสทที่ผ่านการบำบัดแล้ว มีกำมะถันต่ำมาก (<0.5 ppm โดยทั่วไป <0.1 ppm) และไนโตรเจน

2. การรีฟอร์มเชิงตัวเร่งปฏิกิริยา

วัตถุประสงค์: แปลงพาราฟฟินส์และนาฟธีนส์ที่มีออกเทนต่ำให้กลายเป็นอะโรมาติกส์และพาราฟฟินส์แบบกิ่ง (ไอโซพาราฟฟินส์) ที่มีออกเทนสูง

ปฏิกิริยาหลัก:

ดีไฮโดรจีเนชัน: นาฟธีนส์ -> อะโรมาติกส์ + ไฮโดรเจน (แหล่งออกเทนสูงหลัก)

ไอโซเมอไรเซชัน: พาราฟฟินส์สายตรง (n-Paraffins) -> พาราฟฟินส์สายกิ่ง (i-Paraffins)

ดีไฮโดรไซคลิเซชัน: พาราฟฟินส์ -> นาฟธีนส์ -> อะโรมาติกส์

ไฮโดรครัคกิ้ง: (ไม่พึงประสงค์ ใช้อินพุต) โมเลกุลขนาดใหญ่ -> โมเลกุลขนาดเล็ก + ก๊าซ (C1-C4)

ประเภทกระบวนการ:

การรีฟอร์มแบบกึ่งรีเจนเนอเรทีฟ (SRR): ใช้ชั้นเร่งปฏิกิริยาแบบคงที่ ต้องหยุดยูนิตเป็นระยะ (ทุก 6-24 เดือน) เพื่อทำการรีเจนเนอเรทเร่งปฏิกิริยา ทำงานภายใต้ความดันสูงกว่า (15-30 บาร์)

การรีฟอร์มแบบเร่งปฏิกิริยาต่อเนื่อง (CCR): เร่งปฏิกิริยาเคลื่อนที่แบบต่อเนื่องระหว่างตัวปฏิกรณ์และอุปกรณ์รีเจนเนอเรทแยกต่างหาก ทำงานภายใต้ความดันต่ำกว่า (3-10 บาร์) ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่รุนแรงมากขึ้น (ออกเทนสูงขึ้น ได้สารอะโรมาติกมากขึ้น และได้ไฮโดรเจนมากขึ้น) เป็นแบบดีไซน์ที่ใช้กันแพร่หลายในปัจจุบัน

เงื่อนไข:

อุณหภูมิ: 480-530°C

ความดัน: 3-30 บาร์ (ขึ้นอยู่กับประเภท)

เร่งปฏิกิริยา: แพลตินัม (Pt) รองรับบนอะลูมินา (Al₂O₃) มักใช้สารเสริมประสิทธิภาพอื่น ๆ ร่วม เช่น รีเนียม (Re) ดีบุก (Sn) หรือคลอรีน (Cl) (เป็นโลหะผสม 2 หรือมากกว่า)

ผลิต:

รีฟอร์เมต: ผลิตภัณฑ์ของเหลวที่มีค่าออกเทนสูง (RON 95-106) มีสารอะโรมาติก (เบนซีน โทลูอีน ไซลีน - BTX) และพาราฟฟินสาขาสูง

ก๊าซที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก: ผลพลอยได้ที่มีคุณค่า (นำไปใช้ในเครื่องทรีตด้วยไฮโดรเจน และเครื่องแยกไฮโดรคาร์บอน)

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG): ก๊าซเบา (C1-C4) ที่ได้จากกระบวนการไฮโดรครัคกิ้ง

3. การแยกผลิตภัณฑ์:

วัตถุประสงค์: แยกผลิตภัณฑ์รีฟอร์เมตออกจากก๊าซเบาและไฮโดรเจน

กระบวนการ:

สเตบิไลเซอร์/ดีบิวแทนไลเซอร์: กำจัดก๊าซปลายเบา (ก๊าซ C4 และเบาหว่านกว่า - LPG) ออกจากของเหลวรีฟอร์เมต

หน่วยกู้คืนก๊าซ: แยกก๊าซที่มีไฮโดรเจนสูงออกจากก๊าซไฮโดรคาร์บอนเบา (C1-C4) ไฮโดรเจนจะถูกทำให้บริสุทธิ์และนำกลับไปใช้ใหม่ในเครื่องปฏิกรณ์รีฟอร์มเมอร์และเครื่องทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฮโดรเจน

4. การกลั่นแบ่งส่วน (ไม่บังคับแต่พบได้ทั่วไป):

วัตถุประสงค์: แบ่งรีฟอร์เมตที่เสถียรแล้วออกเป็นช่วงจุดเดือดเฉพาะ

กระบวนการ:

เครื่องกลั่นแบ่งส่วนแยกออกเป็น:

รีฟอร์เมตเบา: ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำและมีออกเทนสูง (มักมีเบนซีน/โทลูอีนสูง) อาจจำเป็นต้องผ่านการบำบัดเพื่อลดเบนซีนก่อนนำไปผสมกับแก๊สโซฮอล์ เนื่องจากข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

รีฟอร์เมตหนัก: ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงกว่า (มีไซลีนและอะโรมาติกส์หนักกว่าเป็นองค์ประกอบหลัก)

สินค้าหลัก:

รีฟอร์เมต: ส่วนผสมหลักสำหรับปรับคุณภาพแก๊สโซฮอล์ให้มีค่าออกเทนสูง (RON 95-106) มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มเลขออกเทนของเชื้อเพลิงแก๊สโซฮอล์โดยรวม

ประเด็นสำคัญ:

คุณภาพของสารป้อนเครื่อง: การเตรียมขั้นต้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปกป้องตัวเร่งปฏิกิริยาในการรีฟอร์มที่มีความไวสูง

ความรุนแรงของกระบวนการ: ความรุนแรงที่สูงขึ้น (อุณหภูมิสูงขึ้น ความดันต่ำลง) จะเพิ่มผลผลิตออกเทนและสารอะโรมาติก แต่ยังเพิ่มอัตราการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาและเพิ่มการผลิตก๊าซ (LPG) (ลดผลผลิตของเหลว)

ตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แพลตินัมเป็นองค์ประกอบหลักมีความจำเป็นต่อปฏิกิริยาที่ซับซ้อน; การฟื้นฟูตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง (CCR) ช่วยให้ประสิทธิภาพการทำงานดีที่สุด

ไฮโดรเจน: เป็นผลพลอยได้ที่มีค่ามหาศาล ซึ่งมีความสำคัญต่อหน่วยแปรรูปไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ในโรงกลั่น

การจัดการเบนซีน: ผลิตภัณฑ์จากกระบวนการรีฟอร์มมีเบนซีนเป็นองค์ประกอบ ข้อกำหนดทางกฎหมายมักกำหนดให้ต้องลดความเข้มข้นของเบนซีนในน้ำมันเบนซินให้น้อยที่สุด ซึ่งบางครั้งจำเป็นต้องมีการบำบัดหลังกระบวนการรีฟอร์ม (เช่น การอิ่มตัวของเบนซีน การสกัด) หรือการผสมอย่างระมัดระวัง

สรุป: การผลิตน้ำมันเบนซินค่าออกเทนสูงจากแนฟทา/คอนเดนเสท ขึ้นอยู่กับการเตรียมวัตถุดิบอย่างเข้มงวด (การทรีตด้วยไฮโดรเจน) ตามด้วยกระบวนการรีฟอร์มแบบใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตินัมภายใต้ความร้อนและความดันจะเปลี่ยนโมเลกุลให้กลายเป็นสารอะโรมาติกและพาราฟินเชิงกิ่งที่มีค่าออกเทนสูง การแยกและการกลั่นส่วนแยกให้ได้รีฟอร์เมต ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการผสมน้ำมันค่าออกเทนสูง พร้อมกับก๊าซไฮโดรเจนที่มีคุณค่า

การกระจายของผลิตภัณฑ์ (จำเป็นต้องทดสอบตามตัวอย่าง)

ลักษณะของผลิตภัณฑ์

น้ำมันเบนซินค่าออกเทนสูง

หมายเหตุ: ปริมาณเบนซีนในน้ำมันแก๊สโซลีนที่มีเลขออกเทนสูงกว่า 1% (ประมาณการ)

คุณสมบัติของก๊าซปิโตรเลียมเหลวโดยทั่วไป

คุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยา

คุณสมบัติหลักของตัวเร่งปฏิกิริยา

คำถามที่พบบ่อย

1. คำถาม: นาฟทาและคอนเดนเสทคืออะไร และเหตุใดจึงใช้เป็นส่วนผสมในแก๊สโซฮอล์?

A: แนฟทาคือส่วนกลั่นที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ (โดยทั่วไปคือ ไฮโดรคาร์บอน C5-C12) ในขณะที่คอนเดนเสทคือสารผสมของไฮโดรคาร์บอนเหลวที่มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ (C5-C10+) ที่ได้จากกระบวนการผลิตก๊าซธรรมชาติ ทั้งสองชนิดนี้เป็นวัตถุดิบชั้นเยี่ยมสำหรับการผลิตน้ำมันแก๊สโซลีน เนื่องจากมีไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่เหมาะสม ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงให้กลายเป็นองค์ประกอบน้ำมันแก๊สโซลีนที่มีมูลค่าสูงได้

2. Q: ทำไมแนฟทาและคอนเดนเสทจึงเหมาะสำหรับการผลิตน้ำมันแก๊สโซลีนที่มีออกเทนสูงเป็นพิเศษ?

A: ทั้งสองชนิดมีปริมาณพาราฟิน (n-paraffins และ isoparaffins) นาฟเทน และอะโรมาติกส์อยู่มาก ด้วยกระบวนการทางตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น การรีฟอร์มมิ่ง (reforming) นาฟเทนและพาราฟินสามารถเปลี่ยนเป็นอะโรมาติกส์ที่มีออกเทนสูง เช่น เบนซีน โทลูอีน และไซลีน (BTX) รวมถึงไอโซพาราฟินที่มีโครงสร้างแตกกิ่งซึ่งช่วยเพิ่มค่าออกเทนได้อย่างมาก

3. Q: กระบวนการหลักที่ใช้ในการเปลี่ยนแนฟทา/คอนเดนเสทให้กลายเป็นน้ำมันแก๊สโซลีนที่มีออกเทนสูงคืออะไร?

A: การรีฟอร์มตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalytic Reforming) เป็นกระบวนการหลัก โดยกระบวนการนี้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยปกติเป็นพลาตินัม) ภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันปานกลางเพื่อจัดระเบียบโมเลกุลใหม่ ปฏิกิริยาที่สำคัญ ได้แก่ การถอดไฮโดรเจนของนาฟเทน (naphthenes) ให้กลายเป็นอะโรมาติกส์ (aromatics) การเปลี่ยนโครงสร้างไอโซเมอร์ของพาราฟฟินส์ (paraffins) ให้เป็นไอโซพาราฟฟินส์ (isoparaffins) และการสร้างวงจรอะโรมาติกส์พร้อมถอดไฮโดรเจนของพาราฟฟินส์ ทั้งหมดนี้ช่วยเพิ่มค่าออกเทน (RON > 90) อย่างมาก

4. Q: แนฟทา/คอนเดนเสททั้งหมดจะเข้าสู่เครื่องรีฟอร์มโดยตรงทุกครั้งหรือไม่?

A: โดยปกติไม่ วัตถุดิบจะถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการไฮโดรทรีต (hydrotreated) ก่อน เพื่อขจัดสิ่งเจือปน เช่น กำมะถันและไนโตรเจน ซึ่งจะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยารีฟอร์มราคาสูงเสียประสิทธิภาพ นอกจากนี้ มักเลือกใช้แนฟทาเฉพาะส่วน (เช่น Heavy Naphtha ที่ช่วงอุณหภูมิการกลั่น ~90-200°C) สำหรับกระบวนการรีฟอร์ม เนื่องจากมีนาฟเทนส์สูง ซึ่งจะให้ผลผลิตอะโรมาติกส์มาก ในขณะที่ส่วนคอนเดนเสทที่เบากว่าอาจถูกส่งไปกระบวนการไอโซเมอไรเซชัน (isomerization) แทน

5. Q: นอกจากการรีฟอร์มแล้ว ยังมีกระบวนการอื่น ๆ ที่อาจเกี่ยวข้องอีกหรือไม่?

A: การไอโซเมอไรเซชัน: แปลงพาราฟินเชิงตรงที่มีออกเทนต่ำ (n-pentane, n-hexane) ในส่วนของไลต์แนฟทา/คอนเดนเสทให้กลายเป็นไอโซเมอร์แบบแยกแขนที่มีออกเทนสูงขึ้น

การอัลคิเลชัน: รวมไลต์โอลีฟินส์ (จาก FCC, โคเกอร์) เข้ากับไอโซบิวเทนเพื่อสร้างพาราฟินที่มีโครงสร้างแยกแขนและมีค่าออกเทนสูงมาก (RON 90-98) (อัลคิเลต) ซึ่งมักนำมาผสมในสระน้ำมันเบนซิน

การผสม: รีฟอร์เมต (มีค่าออกเทนสูง มีอะโรมาติกสูง) ถูกผสมกับไอโซเมอเรต (มีค่าออกเทนระดับกลาง มีอะโรมาติกต่ำ) อัลคิเลต (มีค่าออกเทนสูงมาก) ออกซิเจนเนตส์ (เช่น แอลกอฮอล์) และอาจรวมถึงน้ำมัน FCC เบสที่ผ่านการบำบัด เพื่อให้ได้ค่าออกเทน (RON/MON) และคุณสมบัติที่กำหนดไว้

6. Q: การรีฟอร์มมิ่งช่วยเพิ่มเลขออกเทนได้อย่างไรแน่ชัด

A: การรีฟอร์มมิ่งเปลี่ยนองค์ประกอบที่มีออกเทนต่ำดังนี้

นาฟทีนส์ (เช่น cyclohexane): ถูกเปลี่ยนเป็นอะโรมาติกส์ที่มีค่าออกเทนสูง (เบนซีน - RON ~99)

พาราฟินส์: ถูกเปลี่ยนเป็นไอโซพาราฟินส์ที่มีค่าออกเทนสูงขึ้นผ่านกระบวนการไอโซเมอไรเซชัน หรือเปลี่ยนโดยตรงเป็นอะโรมาติกส์ผ่านกระบวนการดีไฮโดรไซคลิเซชัน (เช่น n-heptane RON 0 -> Toluene RON ~120)

มันยังผลิตก๊าซไฮโดรเจนซึ่งเป็นผลพลอยได้ที่มีคุณค่า

7. ข้อ: การใช้แนฟทา/คอนเดนเสทในการผลิตน้ำมันแก๊สโซฮอล์ออกเทนสูง มีข้อดีหลักอะไรบ้าง

ตอบ: วัตถุดิบมีมาก: เป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ

ผลผลิตและคุณภาพสูง: กระบวนการรีฟอร์มมิ่งสามารถผลิตสารรีฟอร์เมท (reformate) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับใช้ผสมน้ำมันแก๊สโซฮอล์ออกเทนสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความยืดหยุ่น: สามารถนำส่วนต่างๆ ไปสู่กระบวนการที่เหมาะสมที่สุด (รีฟอร์มมิ่ง, ไอโซเมอไรเซชัน)

ผลพลอยได้มีคุณค่า: กระบวนการรีฟอร์มมิ่งผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่จำเป็นต่อหน่วยดีซัลฟูไรเซชัน (hydrotreaters, hydrocrackers)

8. ข้อ: การผลิตน้ำมันแก๊สโซฮอล์ออกเทนสูงจากวัตถุดิบเหล่านี้มีความท้าทายหลักอะไรบ้าง

ตอบ: คุณภาพของวัตถุดิบ: องค์ประกอบที่เปลี่ยนแปลงได้ (อัตราส่วนไซคลิกไฮโดรคาร์บอนต่อพาราฟฟิน สารปนเปื้อน) จำเป็นต้องมีการคัดเลือกและการเตรียมวัตถุดิบอย่างระมัดระวัง (Hydrotreating)

ความไวของตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยารีฟอร์มมิ่งมีราคาสูงและไวต่อสารพิษ (S, N, โลหะ, น้ำ) เป็นพิเศษ

สารอะโรมาติกส์/เบนซีน: สารรีฟอร์เมตมีสารอะโรมาติกส์และเบนซีนสูง ซึ่งต้องอยู่ภายใต้ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด (ต้องการการอิ่มตัวหรือการสกัดเบนซีน)

ระดับความรุนแรงของกระบวนการ: การรีฟอร์มที่มีความรุนแรงสูงจะเพิ่มค่าออกเทนแต่เร่งการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา (การเกิดคาร์บอนสะสม) และลดผลผลิตของเหลว

ค่าใช้จ่ายด้านทุนและค่าดำเนินการ: การรีฟอร์มและหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง (เครื่องเผาไฮโดรเจน) ต้องใช้การลงทุนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานจำนวนมาก