В условиях каталитического риформинга н-парафины, подвергаясь изомеризации, превращаются главным образом в маларазветвленные изомеры, которые, как и исходные углеводороды, способны подвергаться ароматизации и гидрокрекингу. В этой связи можно условно принять, что количество прореагировавшего парафина отвечает суммарному количеству, превращенному в продукты ароматизации (Ар) и гидрокрекинга (Г), а селективность (s) ароматизации углеводорода выразить следующим образом:
В качестве критерия селективности можно также воспользоваться отношением констант скоростей ароматизации и гидрокрекинга [63];
Данные о влиянии температуры на селективность ароматизации парафинов противоречивы. Так, из работы [20] следует, что повышение температуры от 474 до 525 °С при риформинге н-гексана на алюмоплатиновом катализаторе вызывает ухудшение селективности ароматизации этого углеводорода, и в то же время ведет к ее улучшению в случае н-гептана. Другие авторы [64, 65], осуществляя риформинг на алюмоплатинорениевом катализаторе, пришли к выводу, что повышение температуры приводит к значительному увеличению селективности ароматизации не только н-октана, но и н-гексана. С другой стороны, как это уже отмечено выше, исследование кинетики риформинга н-гептана на разных катализаторах показало, что селективность ароматизации должна мало зависеть от температуры.
Таблица 1.4. Каталитический риформинг н-гептана
Условия: молярное отношение водород: гептан = 5:1; катализатор 0,6% Pt/Al2О3.
Массовая скорость Га, ч-1 | Степень превращения Га, % | Массовый выход Ар, % (на сырье) | Селективность ароматизации, % | |
экспериментальная | средняя | |||
| 4 | 68 °С, 1,4 МПа |
|
|
10,20 | 35,5 | 14,4 | 40,6 | 42 |
4,96 | 50,8 | 22,0 | 43,3 |
|
496 °С, 1,4 МПа | ||||
19,65 | 47,5 | 22,6 | 47,5 |
|
5,30 | 91,0 | 40,9 | 45,0 | 46 |
2,08 | 97 | 44,4 | 45,8 |
|
468 °С, 3,5 МПа | ||||
10,00 | 31,5 | 7,4 | 23,5 | 22 |
4,95 | 46,1 | 9,1 | 19,7 |
|
|
| 496 °С, 3,5 МПа |
|
|
49,00 | 24,4 | 6,1 | 25,0 |
|
9,89 | 60,2 | 16,1 | 29,4 | 27 |
5,08 | 69,9 | 18,2 | 26,1 |
|
Количественная оценка влияния как температуры, так и давления может быть выполнена на основе работы [17] по каталитическому риформингу н-гептана. Селективность ароматизации гептана была рассчитана нами по формуле (1.13). Как это видно из табл. 1.4, при принятом методе расчета и прочих равных условиях селективность ароматизации практически не зависит от степени превращения гептана. Далее, из той же таблицы следует, что повышение температуры на 28 °С при 1,4 МПа приводит к увеличению молярного выхода ароматических углеводородов (на превращенный гептан) с 42 до 46%, а при 3,5 МПа —с 22 до 27%. Таким образом, увеличение температуры процесса хотя и оказывает положительное влияние на селективность ароматизации парафинов, однако достигаемый при этом эффект невелик и, следовательно, не может играть значительной роли при промышленном осуществлении каталитического риформинга.
Давление — другой параметр процесса, от которого зависит селективность превращения парафинов. При постоянстве других условий каталитического риформинга изменение давления почти не оказывает влияния на степень превращения парафинов. Меняется только относительная скорость реакций дегидроциклизации и гидрокрекинга, следствием чего является изменение селективности процесса [17]. Снижение давления способствует увеличению селективности реакции дегидроциклизации, иллюстрацией чему служат данные об изменении молярных выходов первичных продуктов каталитического риформинга н-гептана (в % на 100 моль превращенного гептана):
Давление, МПа | Изомеры С7 | Ароматические углеводороды и нафтены | Углеводороды С1 —С6 |
3,5 | 52 | 10 | 30 |
1,4 | 53 | 22 | 18 |
Из табл. 1.4 видно, что уменьшение давления с 3,5 до 1,4 МПа при 468.°С ведет к увеличению молярной селективности ароматизации н-гептана с 22 до 42%, а при 496 °С —с 27 до 46%. Следовательно, при риформинге на алюмоплатиновом катализаторе снижение давления в 2,5 раза приводит к увеличению селективности реакции ароматизации гептана в 1,7—1,9 раза. Одновременное повышение температуры до 525 °С и понижение давления до 0,7 МПа при каталитическом риформинге н-гептана позволяет довести массовый выход толуола до 62 % на прореагировавший углеводород [20 ].
Сопоставляя данные о влиянии температуры и давления на селективность ароматизации парафинов, можно прийти к заключению, что решающую роль играет давление, при котором проводят процесс.
При каталитическом риформинге н-парафинов в одинаковых условиях селективность ароматизации зависит от числа углеродных атомов в молекуле и растет в ряду: н-гексан < н-гептан < н-октан < н-нонан [62]. По другим данным [66], наибольшая селективность ароматизации наблюдается для н-октана и она несколько меньше для н-нонана и н-декана.
Практическое значение имеет факт низкой селективности и малой скорости ароматизации н-гексана в обычных условиях каталитического риформинга, что во многих случаях делает нецелесообразным включение этого углеводорода и его изомеров в состав сырья для этого процесса.