ما هو المفاعل في مصفاة النفط: الغرض والأنواع وكيف يعمل

ما هو المفاعل في مصفاة النفط: الغرض والأنواع وكيف يعمل

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو المفاعل في مصفاة النفط؟المفاعل هو وعاء الضغط الذي تحدث فيه الكيمياء، المكان الوحيد في مصفاة حيث يتم تكسير الجزيئات عمدا أو إعادة بناؤها بدلا من مجرد فرز.كل شيء آخر في النبات ينفصل، تسخين أو تبريد أو تحريك المواد؛ المفاعل يغير ما هي المواد. يعمل معالجة الهيدرو في 300-400 درجة مئوية و 30-100 بار،تمرير تيار من المستحلبات مع الهيدروجين عبر محفز الكوبالت الموليبدينوم الذي يزيل الكبريتيعمل هيدروكراكر عند 350-450 درجة مئوية و 100-200 بار و يذهب أبعد من ذلك ، و يكسّر زيت الغاز الثقيل إلى وقود الديزل و وقود الطائرات.يعمل مؤسس تحفيزي عند 480-525 درجة مئوية على البلاتين لتحويل النفتا إلى إصلاحات عالية الأوكتان. يعمل الجهاز المتحفز السائل في 500-540 درجة مئوية مع وقت اتصال من 2-5 ثانية فقط. هذه الأوعية هي أكبر وأثقل عناصر في المصنع،مع سمك جدار من 100-300 مم ووزن يصل إلى 1،200 طن، وهي أيضا أكثر المراقبة عن كثب، لأن ربحية مصفاة تقرر داخلها.

1ما الذي يحدث في الواقع داخل مفاعل مصفاة

أربعة أشياء تحدث في كل مفاعل، وفهمها يشرح التصميم بأكمله:

• الغذاء يلتقي بمحفز:تحتوي جميع مفاعلات المصافي تقريبًا على محفز صلب ، وهي مادة مسامية ذات مساحة سطح داخلية هائلة ، غالبًا ما تكون 150-400 متر مربع لكل جرام ، والتي يتم فيها التفاعل.يتم ضخ المغذيات وتسخينها إلى درجة حرارة التفاعل ومن ثم يتدفق من خلال السرير معبأة من حبوب المحفز، عادة 1-3 ملم في القطر. يتم التعبير عن المعدل على أنه سرعة فضائية ، عادة 0.5-5 h-1 ، مما يعني أن الغذاء يمر عبر حجم المحفز بين 0.5 و 5 مرات في الساعة ،وهذا الرقم يحدد التحويل الذي تم تحقيقهلأن المحفز هو حيث يتم خلق القيمة، كل شيء آخر في المفاعل موجود لخدمة ذلك: الموزعين لتوزيع المغذيات بالتساوي، شبكات دعم للحفاظ عليها،الحرارة لقراءة درجة حرارته وأنظمة إطفاء للسيطرة عليه.
• يتم إما إطلاق الحرارة أو امتصاصها:هذا هو العامل الذي يشكل معظم التصميم الميكانيكيلذلك تم بناء المفاعل مع عدة أسرة محفز منفصلة ويتم حقن الهيدروجين البارد بينها لإخراج درجة الحرارة مرة أخرى إلى أسفل، والحد من الارتفاع عبر كل سرير إلى 20-40 درجة مئوية. الإصلاح التحفيزي هو العكس:لذلك يتم ترتيب المفاعلات في ثلاث أو أربع مراحل إدياباتيك مع فرن بين كل لإعادة الحرارةيحل التكسير الحفازي السائل المشكلة بطريقة مختلفة، حيث يدور المحفز بشكل مستمر بين المفاعل و المجدّد.حيث يتم حرق الكوكس المتبقي أثناء التكسير عند 650-730 درجة مئوية، و المحفز المتجدد الساخن يحمل تلك الحرارة إلى المفاعل لتزويد تفاعل التشقق.
• المحفز يموت ببطءكل محفز يفقد نشاطه مع مرور الوقت، و الآلية تعتمد على العملية. في التكسير، ترسب الكوكس في غضون ثوان. في معالجة الهيدرو،الكوكس بالإضافة إلى المعادن مثل النيكل والفاناديوم تدريجياً تغلق المسامفي الإصلاح الحفازي ، يتراكم الكوكس على مدى ستة إلى أربعة وعشرين شهرًا. يعوض المشغل عن طريق رفع درجة الحرارة ببطء على مدى الحملة.الذي يعيد السرعة ولكن أيضا يسرع إيقاف التشغيل، لذلك ينتهي التشغيل عندما يتم الوصول إلى الحرارة القصوى المسموح بها، وانخفاض الضغط عبر السرير، أو مواصفات المنتج.المفاعل يتم إيقافه بعد ذلك لتجديد المحفز أو استبداله، وهو السبب الأكبر لتحويل مصفاة.
• الضغط والمعادن والاحتواء:مفاعل المصافي هو وعاء ضغط من المهمة الاستثنائية. سمك الجدران من 100-300 مم في الصلب منخفض السبائك الكروم الموليبدينوم هو أمر طبيعي،والسبب ليس الضغط وحده ولكن مزيج من الهيدروجينالهيدروجين الذري في ضغط جزئي عالي يهاجم الكربون في الصلب العادي ويشكل الميثان في المعدنوضع فشل يسمى هجوم الهيدروجين عالي الحرارة، ولهذا السبب يتم اختيار المادة على أساس منحنى نيلسون API 941. تم بناء الوعاء إلى ASME VIII Division 2 مع طبقة لحام من الفولاذ المقاوم للصدأ على جميع الأسطح المبللة ،وهي مجهزة بحد أدنى لدرجة حرارة الضغط، عادة 90-150 درجة مئوية، والتي لا ينبغي أبدا أن تضغط لأنها تصبح الفولاذ هشة بعد خدمة طويلة.

2المفاعلات الرئيسية التي ستجدها في مصفاة

تحتوي مصفاة حديثة على خمسة إلى خمسة عشر مفاعلا، وكل منها له وظيفة محددة في مخطط التدفق:

• معالجة الهيدرو:المفاعل الأكثر شيوعًا في أي مصفاة والذي يجعل مواصفات الوقود الحديثة ممكنةالمعادن والأولفينات عن طريق تفاعلها مع الهيدروجين على محفز الكوبالت الموليبدينوم أو النيكل الموليبدينوم عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية و 30-100 بارإنتاجها هو كبريتيد الهيدروجين والأمونيا، والتي يتم فصلها وإرسالها إلى مصنع الكبريت، ومنتج نظيف يفي بالحد الأقصى للكبريت 10 جزء في المئة للديزل منخفض الكبريت.تقريبا كل تيار في مصفاة يمر من خلال واحدالنفط قبل الاصلاح، لأن الكبريت يسمم البلاتين؛ الكيروسين قبل مزج وقود الطائرات؛ الديزل قبل البيع؛ زيت الغاز قبل FCC أو هيدروكراكر؛ وزيت الغاز الفراغ قبل التحويل.
• هيدروكراكر:المفاعل الأكثر خطورة وأكثر قيمة وهو يعمل عند 350-450 درجة مئوية و 100-200 بار و يقوم بعمل شيئين في آن واحدإنه يكسّر الجزيئات الثقيلة إلى جزيئات الديزل ووقود الطائرات باستخدام مكون زيوليت حمضيويتم هيدروجينها باستخدام مكون معدني لأن التكسير يحدث في بيئة غنية بالهيدروجينلذلك الهيدرو كراكر الديزل والجيت هي من بين أعلى جودة المكونات الخلط المتاحةالمفاعل هو وعاء ضخم ذو جدران سميكة مع أربعة إلى ستة أسرّة محفّز،ومرحلة معالجة هيدرو منفصلة قبل مرحلة التكسير لحماية محفز التكسير من النيتروجين والكبريت.
• مفاعل التكسير الحفازي السائل و مولد التجديد:المنتج الرئيسي للبنزين في معظم المصافي، والوحدة الرئيسية الوحيدة حيث يدور المحفز بشكل مستمر.يتم حقن النفط في الجزء السفلي من الرفع الرأسي حيث يلتقي بمحفز متجدد عند 500-540 درجة مئوية ويتشقق في 2-5 ثانيةيتم فصل المحفز والبخار في إعصار، يتم تجريد المحفز من الهيدروكربون مع البخار، ثم يتدفق إلى جهاز التجديد حيث يحترق الهواء من الكوكس عند 650-730 درجة مئوية،استعادة النشاط وتوليد الحرارة التي تدفع التشققالمُحفّز المتجدّد، الآن ساخن ونظيف، يعود إلى المُحفّز، ويمكن أن تتجاوز الدورة الكاملة 20-50 طن في الدقيقة في وحدة كبيرة،والمعدات مغلفة بمواد مقاومة للتآكل بدلاً من مغلفة بالصلب، لأن المحفز شديد الدهشة.
• المُحوّل الحفّاز و المفاعلات الصغيرة:يستخدم محول تحفيزي لتحويل النفتان الثقيل بـ 40-60 أوكتان إلى 95-105 من خلال تحويل النفتانات إلى مواد عطرية والبارافينات إلى أيزومرات متفرعةعلى محفز البلاتين والرينيوم عند 480-525 درجة مئوية و 5-35 بار، في ثلاثة أو أربعة مفاعلات متسلسلة مع أفران بينها. وهو أيضًا المصدر الرئيسي للهيدروجين في مصفاة الهيدروجين. جنبًا إلى جنب مع هذه المفاعلات هناك العديد من المفاعلات الأصغر:مفاعل إيزومرة يحول paraffins النفتا الخفيفة إلى isomers أعلى أوكتان في 120-250 °Cمفاعل ألكيل يجمع بين أوليفينات ويزوبوتان عند 5-20 درجة مئوية باستخدام حمض الكبريتيك أو هيدروفلوريكمفاعل إزالة الكبريت من الهيدروجين أو الهيدروجين الانتقائي لإزالة الديوليفينات من النفتا المتصدعوفي محطة الكبريت، مفاعل كلاوس الحراري عند 1000-1300 درجة مئوية يليها مفاعلان تحفيزيان أو ثلاثة عند 200-320 درجة مئوية يحولون كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت عنصر.

مصفوفة مقارنة مفاعلات المصافي الرئيسية

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الفرق بين المفاعل و عمود التقطير؟

الجواب: عمود تقطير يفصل ما هو موجود بالفعل؛ مفاعل يخلق ما لم يكن. في عمود، الجزيئات تتحرك بين البخار والسائل حتى تقوم بترتيب نفسها حسب نقطة الغليان،ولا يتم كسر أو تشكيل أي رابطة كيميائيةفي المفاعل ، يتم كسر الروابط وإعادة تشكيلها ، لذا فإن المواد التي تغادر مختلفة كيميائياً عن المواد التي تدخل. يظهر هذا الاختلاف في التصميم:عمود مليء بالصناديق أو التعبئة ويعمل على تراجع درجة الحرارة من الأسفل إلى الأعلىفي حين أن المفاعل مليء بالتحفيز ويعمل في درجة حرارة خاضعة للسيطرة الدقيقة التي هي متساوية تقريبًا أو متدرجة عمداً. كما يظهر في ما يستهلكونه:عمود يستهلك الحرارة والتبريد، يستهلك المفاعل المحفز والهيدروجين ، وفي التكسير ، الكوكس الذي يتشكل على المحفز.

س: لماذا مفاعلات المصافي كبيرة وثقيلة جداً؟

الجواب: ثلاثة أسباب مركبة: الضغط ودرجة الحرارة: الهيدروكراكر عند 200 بار و 450 درجة مئوية يحتاج إلى جدار غلاف من 150-300 مم من الصلب منخفض السبائك ،والذي يضع وحده السفينة الفارغة على عدة مئات من الأطنانالحجم: يجب أن يكون مخزون المحفز كبيرًا بما فيه الكفاية بحيث يقضي الغذاء الوقت المناسب في الاتصال به ،وفي سرعة فضائية 1 ساعة-1 300 متر مكعب في الساعة تحتاج إلى 300 متر مكعب من المحفزو المكونات الداخلية: الموزعين، شبكات الدعم، أنظمة التخفيف، الآبار الحرارية و مجمعات المخرجات تضيف تعقيد داخلي و ارتفاع.أكبر مفاعلات هيدروكراكر تتجاوز 1،200 طن ، وهو ما يتجاوز قدرة معظم طرق النقل وغالبًا ما يتجاوز قدرة رافعة متجر التصنيع ،لذلك يتم بناؤها بالقرب من مجرى المياه أو نقلها في أقسام وانتهت في الموقع.

س: كم من الوقت يعمل مفاعل مصفاة قبل إيقافه؟

الإجابة: هذا يعتمد بالكامل على سرعة إيقاف التشغيل للمحفز، يتم إيقاف تشغيل المحفز خلال ثواني ويتجدد باستمرارلذا فإن الوحدة تستمر من ثلاث إلى خمس سنوات بين التحولات، محدودة بالحالة الميكانيكية والحارقة بدلا من المحفز. تعمل معالجات الهيدرو من سنة إلى خمس سنوات ؛ يمكن أن تصل معالجة الهيدرو النفتا على العلف النظيف إلى ست سنوات ،في حين أن معالجة الهيدرو الديزل على العلف المتصدع يمكن أن تكون محدودة لمدة ثمانية عشر شهراالهيدروكراكرز يعملان لمدة من سنتين إلى خمس سنوات الهيدروليكس الكاتاليستيكس نصف التجديديون يعملون من ستة إلى أربعة وعشرين شهراً قبل التجديد في الموقعبينما تعمل الوحدات ذات التجديد المستمر للمحفز بشكل غير مسمى من حيث المبدأ وتقتصر على فترات الفحص الميكانيكيفي كل حالة العامل المحدد هو واحد من ثلاثة عوامل: ارتفاع انخفاض الضغط عبر السرير، الوصول إلى الحد الأقصى لدرجة حرارة السرير المسموح بها، أو عدم الوفاء بمواصفات المنتج.

س: ما الذي يجعل مفاعلات المصافي خطرة؟

الجواب: أربعة مخاطر، جميعها تدار من خلال التصميم وليس من خلال الإجراءات وحدها. الضغط العالي ودرجة الحرارة في مخزون الهيدروكربون والهيدروجين،مما يعني أن التسرب يمكن أن يطلق مخزون كبير من المواد القابلة للاشتعال، في خدمة الهيدروجين، يشتعل مع اللهب غير مرئي تقريباً. هجوم الهيدروجين عالي الحرارة، حيث الهيدروجين في ضغط جزئي مرتفع يتفاعل مع الكربون في الصلب لتشكيل الميثان،يسبب تشقوق داخلي لا يمكن رؤيته من الخارجهذا هو السبب في اختيار المواد تتبع API 941 منحنى نيلسون ولماذا استخدام المراقبة أساليب الموجات فوق الصوتية المتقدمة.حيث أن فقدان التدفق أو سوء التوزيع يخلق نقطة ساخنة تسرع التفاعل أكثر، والتي تدار من قبل أنظمة التخفيف، والعديد من المزدوج الحرارية ونظام الضغط الطارئ بحجم API 521.الذي يتشكل في الداخل من الأوعية في خدمة الكبريت ويشعل تلقائيًا عندما يتم فتح الأوعية للهواء أثناء الدوران، يتم إدارتها عن طريق الأكسدة المسيطرة أو عن طريق إبقاء الوعاء رطباً أثناء تفريغ المحفز.