Reforming termico e reforming catalitico
Come avviene il processo di reforming termico e di reforming catalitico?
Il reforming è un processo usato per migliorare le caratteristiche antidetonanti della benzina e per produrre idrocarburi aromatici (benzene, toluene e xileni) da frazioni di petrolio ricche in cicloparaffine. Le reazioni del reforming possono essere attuate con metodi termici o catalitici.
Reforming termico
Le reazioni tipiche sono quelle in cui le paraffine subiscono un cracking alla estremità della catena per dare metano, etano e propano, come pure gas insaturi, paraffine altobollenti e olefine; gli idrocarburi cicloparaffinici (nafteni) subiscono deidrogenazioni e un certo cracking per formare cicloolefine. Non si ha praticamente deidrogenazione delle cicloparaffine a composti aromatici, quindi il processo non si presta alla produzione di composti aromatici.
Il reforming termico viene di solito effettuato a temperatura di circa 550 °C e a pressioni tra 50 e 70 kgp/cm2; ma ormai è stato in gran parte sostituito da quello catalitico, il quale dà prodotti di qualità migliore con rese più alte.
Reforming catalitico
Il reforming catalitico è un processo chimico che viene sfruttato industrialmente sia per produrre benzine ad alto numero di ottano, sia per produrre idrocarburi aromatici da miscele di alcani e cicloalcani; ai giorni d'oggi, il benzene, il toluene e gli xileni vengono prodotti tramite reforming catalitico.
Tale processo prevede il passaggio ad alte temperature e ad alte pressioni di idrocarburi alifatici su catalizzatori di platino. Ad esempio, trattando l'eptano per riscaldamento su opportuno catalizzatore si ottiene il toluene.
Sintesi del toluene da eptano.
In un processo di reforming catalitico si possono verificare contemporaneamente isomerizzazione, deidrogenazione, deidrociclizzazione e idrocracking. Più in particolare: deidrogenazione delle cicloparaffine con anelli a 5 e 6 atomi di carbonio; deidrociclizzazione delle paraffine a composti aromatici e isomerizzazione delle paraffine in strutture maggiormente ramificate; idrocracking (idrogenolisi) delle paraffine di piú alto peso molecolare per formare, assieme a propano e butani, paraffine bassobollenti.
Il prodotto del reforming catalitico è costituito da idrocarburi paraffinici a catena ramificata e da composti aromatici assieme a piccole quantità di nafteni non trasformati. I composti aromatici si concentrano nella frazione altobollente, le isoparaffine nella frazione bassobollente.
In tali processi si usano catalizzatori bifunzionali in grado di catalizzare sia le reazioni di isomerizzazione, tramite formazione di carbocationi, sia le reazioni di deidrogenazione, per la formazione degli aromatici. Nel reforming catalitico si impiega di solito un catalizzatore al platino, supportato su allumina; di rado catalizzatori al cromo e al cobalto-molibdeno.
Questi catalizzatori possiedono sia siti di natura acida attivi nei confronti delle reazioni di isomerizzazione, sia siti attivi nei confronti delle reazioni di idrogenazione e deidrogenazione; il catalizzatore è sempre preparato in modo da impartirgli, opportunamente bilanciate, caratteristiche aromatizzanti e isomerizzanti.
Il reforming catalitico si effettua a temperature tra 430 e 560°C a pressione tra 15 e 70 kgp/cm2. Caratteristica importante del reforming catalitico è il riciclo di gas ricco in idrogeno che agisce limitando al minimo le reazioni secondarie che tendono a formare depositi carboniosi sul catalizzatore.
Come si può notare dai valori dei ∆H°dello schema precedente, alcune reazioni sono esotermiche (isomerizzazione ed idrocracking), mentre altre sono endotermiche (deidrogenazione). Nel complesso queste ultime sono preponderanti, per cui l'intero processo risulta endotermico.
Gli impianti di reforming catalitico sono di solito forniti di una sezione di prefrazionamento, nella quale si distilla la carica fresca eliminando le frazioni di testa (pentani ed esani), che possono essere avviate a impianti di isomerizzazione, e quelle bollenti oltre 200-220 °C.
La frazione centrale, compresa tra C7 e il punto di ebollizione finale sopra riportato, viene mescolata con una corrente di idrogeno, preriscaldata e avviata al reforming, che si effettua con tre o quattro reattori disposti in serie intercalati da forni per riportare ogni volta la carica alla temperatura ottimale di reazione. Infatti a ogni passaggio sul catalizzatore, la temperatura diminuisce a causa della endotermicità complessiva del processo.
All'uscita dall'ultimo reattore il prodotto viene raffreddato, degasato sotto pressione e, finalmente, stabilizzato. Parte del gas, costituito prevalentemente di idrogeno, viene allontanato dal sistema; il resto viene ricircolato al reattore assieme a carica fresca.
Molti impianti recenti comprendono una sezione di pretrattamento della carica, dove vengono idrodesolforate le benzine di carica. L'eliminazione dello zolfo della carica permette di lavorare in condizioni più drastiche, ottenendo benzina a NO (numero di ottano) più alto senza che diminuiscano le rese. Nei paesi in cui scarseggiano i giacimenti metaniferi o si hanno bassi consumi di gasoline si producono propano e butano attraverso il reforming della nafta.
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