ما هو مفاعل معالجة الهيدروكربونات: الأنواع والتصميم وتطبيقات التكرير

ما هو مفاعل معالجة الهيدروكربون: أنواع وتصميم وتطبيقات المصافي

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو مفاعل معالجة الهيدروكربون؟مفاعل معالجة الهيدروكربون هو وعاء ضغط يتم فيه تحويل خام البترول أو البتروكيماويات كيميائياً إلى منتجات ذات قيمة أعلى عن طريق التكسير أو إعادة التشكيل أو معالجة الهيدروكربونالالكيل أو الإيزومرة، تقريبا دائما على محفز صلب وتحت درجة حرارة وضغط خاضعة للسيطرة. الفئات الرئيسية منفصلة عن طريق نوافذ التشغيل.اتصالات التكسير الحفازية السائلة زيت غازي تبخر مع محفز الزيوليت لمدة 2-5 ثوانٍ عند 500-540 درجة مئوية في مستوى مرتفعيعمل التكسير المائي في 350-450 درجة مئوية و 100-200 بار مع محفز ثنائي الوظائف وضغط جزئي هيدروجين مرتفع. يعمل الإصلاح التحفيزي في 480-525 درجة مئوية و 5-35 بار لرفع الأوكتان.معالجة الهيدرو تزيل الكبريت، النيتروجين والمعادن عند 300-400 درجة مئوية و 30-100 بار. كل من هذه تفرض تكوين مفاعل مختلف لأن القيود المهيمنة تختلف: ميزان الحرارة في FCC،الهيدروجين الضغط الجزئي والمعادن في هيدروكراكينغ، وانخفاض الضغط من ترسب الكوكس والمعادن في معالجة الهيدرو.

1طرق التحويل والمفاعلات التي تتطلبها

أربعة طرق تمثل الجزء الأكبر من طاقة تحويل الهيدروكربونات، وكل منها يفرض تصميما مختلفا للمفاعل:

• التكسير التحفيزي السائل:إن FCC هي أعلى عملية تحويل درجة حرارة في مصفاة والوحيدة الرئيسية التي يدور فيها المحفز بشكل مستمر بين المفاعل والتكوين.يتم حقن زيت الغاز في مرفق حيث يتصل بالكاتاليست المتجدد عند 500-540 درجة مئوية ويتشقق في غضون 2-5 ثانية في البنزين، الغاز المسال والمنتجات الخفيفة. التكسير هو الحرارة الداخلية ويتم توفير الحرارة من قبل المحفز المتجدد الساخن نفسه ، الذي يحمل الكوكس من الدورة السابقة. ترسب الكوكس من 0.5-1.5 في المئة من الوزن يمنع التشغيل في غضون ثوان، لذلك يتم تجريد المحفز المستخدم بالبخار ويحترق في المجدّل عند 650-730 درجة مئوية، استعادة النشاط وتوفير حرارة العملية.لذلك المفاعل ليس عبارة عن وعاء بمعنى العادة ولكن منشأة، وعاء انفصال مع الإعصار لفصل المحفز من البخار، وقطاع، وجميعها بنيت مع بطانة مقاومة للتآكل النارية لأن المحفز شديد الدرجة.
• التكسير المائي والمعالجة المائية:هذه عمليات تحفيزية ثابتة يتم تنفيذها تحت ضغط جزئي هيدروجيني مرتفع.الأكسجين والمعادن عند 300-400 درجة مئوية و 30-100 بار مع محفز الكوبالت الموليبدينوم أو النيكل الموليبدينوم على الألومينا، مما ينتج كبريتيد الهيدروجين والأمونيا التي يجب أن يتم غسلها من غاز إعادة التدوير. يعمل هيدروكراكينغ أكثر سخونة وأصعب ، 350-450 درجة مئوية عند 100-200 بار ،ويضيف وظيفة الكراك الحمضية بحيث يتم إزالة الكبريت من الغذاء الثقيل وتحويله إلى مقطراتكلاهما حرارة خارجية قوية، لذلك تم بناء المفاعل مع العديد من أسرة المحفز وتخفيف الهيدروجين البارد بينهما، والحد من ارتفاع درجة حرارة كل سرير إلى 20-40 درجة مئوية.القيود المصممة الحاكمة هي نسبة الهيدروجين إلى النفط من 300-1،500 Nm3/m3 لقمع تشكيل الكوكس، وانخفاض في الضغط الذي يزداد مع تراكم الكوكس والمعادن حتى يجب استبدال السرير أو القشرة.
• إصلاح تحفيزي:يُحول إعادة التركيب النفتا منخفضة الأوكتان إلى إعادة التركيب عالية الأوكتان والعطور على البلاتين، أو البلاتين-الرينيوم، المحفز على دعم الألومينا الكلورية، عند 480-525 درجة مئوية و 5-35 بار.التفاعلات الرئيسية هي إزالة الهيدروجين من النفتينات إلى المواد العطرية، إزالة الهيدروسيكل من البارافينات والتزامن ، وهي في المجموع قوية في الحرارة الداخلية ، لذلك يتم ترتيب المفاعلات في ثلاثة أو أربعة أسرة ثابتة أدياباتيكية في سلسلة مع الحرارة.يتم إنتاج الهيدروجين كمنتج ثانوي قيمتسيطر متغيرات عملية اثنتان: توازن الكلوريد المائي على المحفز ، حيث يتم فقدان الكلوريد باستمرار إلى المياه الصالحة للصرف ويجب إعادة حقنها للحفاظ على الحموضة ،والذي يتم إدارته إما عن طريق التجدد الدوري، من خلال تصميم شبه التجديد مع دورة 6-24 شهرًا تنتهي في تجديد إيقاف ، أو من خلال تجديد المحفز المستمر حيث يدور المحفز ببطء عبر محفز.
• التحويل الحراري والكوك:عندما تكون المواد الغذائية ثقيلة جداً أو ملوثة جداً لتحفيز، تستخدم المصافي التحويل الحراري.يتم تسخين بقايا الفراغ إلى 480-510 درجة مئوية في فرن وتحتفظ بها في براميل الكوكس الكبيرة لمدة 12-24 ساعة، حيث يتشقق إلى منتجات أخف وزناً والكوكس الصلب الذي يتم قطعه لاحقًا بالماء عالي الضغط.كسر اللزجة هو نسخة أخف خفيفة تقلل اللزجة عن طريق التشقق الحراري الخفيف عند 450-500 درجة مئوية مع وقت إقامة قصيرهذه هي عمليات شبه دفعة أو لفائف بدلاً من الأسرة الثابتة المحفزة، وتحديات تصميم المفاعل حرارية، وليس محفزة: المعادن الجدار الطبول تحت الضغط الحراري الدوري،موثوقية صمام التطفئة والتحويل، والاتجاه الشديد إلى التلوث والكوكس في أنابيب التدفئة ، والتي يتم التعامل معها عن طريق سرعة ضخ كبيرة من البخار أو المكثف للحفاظ على وقت الإقامة قصير.

2تكوينات المفاعل وكيف يتم اختيارها

الخيار بين أنماط الاتصال يتبع حياة المحفز وشدة الحرارة الخارجية وتلوث العلف:

• المفاعل الثابت:التكوين الأبسط والأكثر استخدامًا: يتم تحميل حبوب المحفز من 1-3 مم في سرير واحد أو أكثر مدعومة بشبكة وطبقة متدرجة من الكرات السيراميكية الخاملة.,والتي تعظيم التحويل لكل مرور، وليس هناك استنزاف المحفز أو أجهزة الفصل. تحدد الحدود حيث يمكن استخدام الأسرة الثابتة. إزالة الحرارة ضعيفة،لذا فالتفاعلات الحرارية الخارجية العالية تحتاج إلى إطفاء متعدد الأسرة أو تصميم أنبوبيانخفاض الضغط يتراكم مع تراكم الكوكز والمعادن، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى إيقاف التشغيل، وإذا كان إيقاف تشغيل المحفز سريعًا، لا يمكن تغيير السرير دون إيقاف الوحدة.وبالتالي فإن الأسرة الثابتة مناسبة للأطعمة النظيفة مع حياة المحفز من سنة إلى خمس سنوات، ولهذا السبب يهيمنون على معالجة الهيدرو، والهيدروكراكينغ والإصلاح.
• مفاعلات السرير السائل والمقلية:عندما يتم إيقاف تشغيل المحفز في ثوان، كما هو الحال في FCC، يجب أن يدور المحفز باستمرار، ويسمح السرير السائل بذلك مع توفير توحيد درجة الحرارة والحرارة الممتازة.العقوبة هي استنزاف المحفز، الاندفاع الذي يتطلب إعصارات عالية الكفاءة، والخلط الخلفي الذي يقلل من التحويل لكل مرور بالنسبة لتدفق القابس.تعليق المحفز في تدفق من السائل والغاز بحيث ينمو السرير بنسبة 30-50٪، مما يعطي عملية شبه حراري، وانخفاض ضغط منخفض ومستمر، والقدرة على إضافة وسحب المحفز على الخط كل يوم.هذه هي الميزة الحاسمة عند معالجة بقايا مع 50-350 جزء في المئة من المعادن، لأن المعادن تسمم دائمًا المحفز فقط الاستبدال المستمر يجعل الاقتصاد يعمل
• المفاعلات ذات العمود الفقري والأنبوبية:يعلق مفاعل السماد المحفز الدقيق في السائل مع وجود غاز يتفجّر من خلاله، مما يعطي إزالة حرارة ممتازة واستخدام محفز عالي جداً.ويستخدم في تجميع فيشر-تروبش وفي هيدروكراك بقايا السمادالتحدي هو فصل المحفز الدقيق من المنتج، الذي يدفع تطوير التصفية والفصل المغناطيسي.يضع المحفز داخل الآلاف من الأنابيب ذات القطر الصغير مع وسط نقل الحرارة على جانب القشرةيتم اختياره عندما يكون التحكم في درجة الحرارة أمرًا حاسمًا ، مثل إعادة تشكيل البخار ، حيث يكون التفاعل داخليًا ويتم طهي الأنابيب في فرن عند 800-900 درجة مئوية ،أو في أكسدة انتقائية عالية الحرارة الخارجية حيث يكون الهروب مستحيلاً من الناحية الفيزيائيةعدد الأنابيب من 200 إلى 1000 وطول من 6 إلى 13 متر هو نموذجي، مع صفيحة الأنابيب ومفاصل الأنابيب إلى الصفيحة هي تفاصيل التصنيع الأكثر تطلبًا.
• المواد والمعايير والنزاهةمفاعلات الهيدروكربون تعمل على حدود القدرة المعدنية، وثلاثة آليات تدهور تحكم اختيار المواد.يتم التعامل معها بواسطة منحنى نيلسون API 941، يتطلب الفولاذ الكروم الموليبدينوم: 1.25Cr-0.5Mo أو 2.25Cr-1Mo للعمل المائي،في بعض الأحيان مع 347 غطاء من الفولاذ المقاوم للصدأ أو تغطية لحام من 321 أو 347 لمقاومة التآكل ضد كبريتيد الهيدروجينيتم التحكم في هشاشة درجة الحرارة من 2.25Cr-1Mo في نطاق 350-575 °C عن طريق الحد من عامل J ، وتتبع هشاشة تبريد خطوة من درجات حرارة الإنتاج ،والتحكم في بدء التشغيل وإيقاف التشغيل لتجنب الضغط على وعاء بارد أقل من درجة حرارة الضغط الأدنىويتم التعامل مع التشقق على ضغط الكبريتيد من الكبريتيد الهيدروجيني الرطب من خلال حدود NACE MR0175 / ISO 15156 على القسوة والمعالجة الحرارية الإلزامية بعد الصلح.يتم التعامل مع تخفيف الضغط بشكل منفصل من خلال API 520 و API 521، مع تطبيق منهجية DIERS حيث يمكن أن يولد تفاعل الهروب بخار أسرع من جهاز الإغاثة التقليدي.

أنواع مفاعلات معالجة الهيدروكربونات مصفوفة مقارنة

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الفرق الرئيسي بين المعالجة المائية والكراك هيدرو؟

الجواب: كلاهما يستخدم الهيدروجين ومحفز كبريتيد عند ضغط مرتفع، ولكن غرضهم وشدة تختلف.النيتروجين إلى الأمونيا، وتشبع الاولفينات والمواد العطرية بشكل خفيف ، عند 300-400 درجة مئوية و 30-100 بار مع عدم تغيير في نطاق الغليان.الهيدروكراكينغ يقطع عمداً روابط الكربون والكربون لتحويل 30-90٪ من الغذاء الثقيل إلى مقطرات أخف، تعمل عند 350-450 درجة مئوية و 100-200 بار على محفز ثنائي الوظائف يجمع بين وظيفة هيدروجين المعدن مع وظيفة التكسير الحمضي.في الممارسة العملية ، يتم بناء هيدروكراكر كمرحلة معالجة هيدرو متبوعة بمرحلة تشق في نفس حلقة الضغط العالي، لأن محفز التكسير مُسمم بالكبريت والنيتروجين ويجب تنظيف العلف أولاً.

السؤال: لماذا الضغط الجزئي للهيدروجين مهم جداً في المعالجة المائية؟

ج: الضغط الجزئي للهيدروجين يمنع تفاعلات التكثيف والجفاف التي تشكل الكوكس على سطح المحفز. الكوكس هو آلية إيقاف التشغيل العكسية الرئيسية.ورفع ضغط جزئي الهيدروجين يمكن أن يضاعف أو يضاعف ثلاث مرات حياة المحفز، مما يسمح إما بدورة أطول بنفس الشدة أو شدة أعلى بنفس طول الدورة.كما أنها تدفع توازنات إزالة الكبريت والجفاف نحو المنتجات وتحسن الامتلاء العطريلهذا السبب تم تصميم وحدات المعالجة المائية بمعدلات غازات إعادة تدوير عالية ، عادة 300-1500 نيمتر مكعب من الغذاء ،مع غسل الأمين لغاز إعادة التدوير لإزالة كبريتيد الهيدروجين والأمونيا التي من شأنها أن تخفف الهيدروجين، و مع نقاء الهيدروجين المكوّن المحافظ عليه فوق حوالي 90-95٪ عن طريق التطهير من تيار الزحف لتجنب التراكم الخامل.

س: ما الذي يسبب وصول مفاعل المعالجة المائية إلى نهاية التشغيل؟

الجواب: يتم الوصول إلى ثلاثة حدود، وأي من يصل أولا يحدد الدورة انخفاض الضغط: الكوكس، الميزان الحديدي، وفي خدمة المخلفات،ويتم إيقاف تشغيل المفاعل عندما يصل الضغط التفاضلي إلى الحد الميكانيكي للجهاز الداخلي أو ضاغط إعادة التدويردرجة الحرارة: عندما يتم إيقاف تشغيل المحفز ، يرفع المشغل متوسط درجة حرارة السرير المزنة للحفاظ على التحويل وينتهي الجري عندما تصل درجة حرارة السرير القصوى المسموح بها ،عادةً ما تكون 415-440 درجة مئوية للعمل المعدني والانتقاءويتم الوصول إلى حد جودة المنتج أو الحد المعدني: عندما لا يمكن الوفاء بالكبريت المنتج،أو عندما تقترب درجة حرارة منفذ المفاعل من الحد المحدد من خلال اعتبارات هجوم الهيدروجينيتم إدارة كل منها بشكل مختلف، وهذا هو السبب في أن تصنيف السرير ومصائد الميزان ونظام إطفاء مصمم جيدًا له تأثير كبير على طول الدورة.

س: كيف يتم حماية مفاعل هيدروكربون ضد الهروب والضغط الزائد؟

الجواب: الحماية من طبقات. بطبيعتها، تصميم التخفيف متعددة السرير ونسبة هيدروجين عالية إلى النفط تحد من ارتفاع درجة الحرارة التي يمكن أن تنتج أي حرارة خارجية،ويتم اختيار معدن المفاعل مع هامش فوق درجة حرارة العمل القصوى الموثوق بهاالحماية المعدنية تستخدم حرارة الحرارة المستقلة مع إنذار عالية الارتفاع والقفاز الذي يؤدي إلى تشغيل سخان الغذاء وفي الحالات الشديدةيضغط الوحدة من خلال نظام الضغط الطارئ بحجم API 521، عادة ما يقلل الضغط من العمل إلى 7 بار في غضون 15 دقيقة لوقف التكاثر الحرارة الخارجية.الحماية الميكانيكية هو صمام تخفيف الضغط المحددة وفقا ل API 520 وحجمها للحمل تخفيف موثوق بها، والتي بالنسبة لـ هيدروكراكر قد تكون حالة التبخر الكلي. حيث يمكن أن يولد تفاعل الهروب بخارًا غير مكثف وبسرعة أكبر من الإغاثة ، the DIERS methodology is used to determine whether the system is tempered or gassy and whether a relief device is sufficient or a pressure-containing dump tank or full emergency depressuring is required.