Qu'est-ce qu'un réacteur dans une raffinerie de pétrole : objectif, types et fonctionnement

Qu'est-ce qu'un réacteur dans une raffinerie de pétrole?

Pour répondre à la question fondamentale:Qu'est-ce qu'un réacteur dans une raffinerie de pétrole?Un réacteur est le récipient sous pression dans lequel la chimie se produit, le seul endroit dans une raffinerie où les molécules sont délibérément décomposées ou reconstruites plutôt que simplement triées.Tout le reste de la plante se sépare, chauffe, refroidit ou déplace le matériau; le réacteur modifie le matériau.passer un flux de distillate avec de l'hydrogène sur un catalyseur cobalt-molybdène qui élimine le soufreUn hydrocracker fonctionne à 350-450°C et 100-200 bar et va plus loin, craquant le gazoléi lourd en diesel et carburant d'avion.Un réformateur catalytique fonctionne à 480-525 °C sur le platine pour convertir la naphta en reformate à haute teneur en octaneLes récipients de fissuration catalytique fluide fonctionnent à 500 à 540 °C avec un temps de contact de seulement 2 à 5 secondes.d'une épaisseur de paroi de 100 à 300 mm et d'un poids de 1Ils sont également les plus surveillés, car c'est à l'intérieur d'eux que la rentabilité d'une raffinerie est décidée.

1Ce qui se passe réellement dans un réacteur de raffinerie

Quatre choses se produisent dans chaque réacteur, et leur compréhension explique toute la conception:

• Le fourrage rencontre un catalyseur:Presque tous les réacteurs de raffinerie contiennent un catalyseur solide, un matériau poreux d'une énorme surface interne, souvent de 150 à 400 m2 par gramme, sur lequel la réaction a lieu.L'alimentation est pompée et chauffée à la température de réaction, puis passe par le lit rempli de granulés de catalyseurLa vitesse est exprimée en vitesse spatiale, généralement 0,5-5 h-1, ce qui signifie que l'alimentation passe à travers le volume du catalyseur entre 0,5 et 5 fois par heure,et ce nombre indique la conversion réaliséeParce que le catalyseur est là où la valeur est créée, tout le reste dans le réacteur existe pour le servir: distributeurs pour répartir l'alimentation uniformément, réseaux de soutien pour le maintenir,thermocouples pour lire sa température et systèmes d'extinction pour le contrôler.
• La chaleur est soit libérée soit absorbée:C'est le facteur qui façonne le plus la conception mécanique.Donc le réacteur est construit avec plusieurs lits de catalyseurs séparés et de l'hydrogène froid est injecté entre eux pour ramener la température vers le basLa réforme catalytique est l'inverse: les réactions qui créent les aromatiques absorbent la chaleur,les réacteurs sont disposés en trois ou quatre étapes adiabatiques avec un four entre chacune pour remettre la chaleurLe craquage catalytique par fluide résout le problème différemment, en faisant circuler le catalyseur en continu entre le réacteur et un régénérateur.où le coke déposé lors du craquage est brûlé à 650-730°C, et le catalyseur régénéré chaud transporte cette chaleur dans le réacteur pour alimenter la réaction de fissuration.
• Le catalyseur meurt lentement:Chaque catalyseur perd de son activité au fil du temps, et le mécanisme dépend du processus.le coke et les métaux tels que le nickel et le vanadium bloquent progressivement les poresDans le réformage catalytique, le coke s'accumule sur une période de six à vingt-quatre mois.qui rétablit le taux mais accélère aussi la désactivation, la course se termine donc lorsque la température maximale admissible, la chute de pression sur le lit ou le cahier des charges du produit sont atteints.Le réacteur est ensuite arrêté pour la régénération ou le remplacement du catalyseur, ce qui est la principale raison d'un redressement de la raffinerie.
• Pression, métallurgie et confinement:Un réacteur de raffinerie est un récipient sous pression de service exceptionnel.et la raison n'est pas la pression seule mais la combinaison d'hydrogèneL'hydrogène atomique à haute pression partielle attaque le carbone dans l'acier ordinaire et forme du méthane dans le métal.un mode d'échec appelé attaque hydrogène à haute température, ce qui explique pourquoi le matériau est sélectionné selon la courbe API 941 Nelson. Le récipient est construit selon la division 2 de l'ASME VIII avec un revêtement de soudure en acier inoxydable sur toutes les surfaces humides,et il est équipé d'une température de pressurisation minimale, généralement 90-150°C, sous laquelle il ne doit jamais être pressurisé car l'acier devient fragile après une longue durée de service.

2Les principaux réacteurs que vous trouverez dans une raffinerie

Une raffinerie moderne contient de cinq à quinze réacteurs, chacun ayant une fonction spécifique dans le schéma de flux:

• Hydrotraitement:Le réacteur le plus courant dans toute raffinerie et celui qui rend possible les spécifications modernes de carburant.les métaux et les oléfines en les réagissant avec de l'hydrogène sur un catalyseur cobalt-molybdène ou nickel-molybdène à 300-400°C et 30-100 barIl produit du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac, qui sont séparés et envoyés à l'usine de soufre, et un produit propre qui répond à la limite de 10 ppm de soufre pour le diesel ultra-faible en soufre.Presque tous les cours d'eau d'une raffinerie passent par un: la naphtha avant le réformateur, parce que le soufre empoisonne le platine; le kérosène avant le mélange de carburant pour avions; le diesel avant la vente; l'huile gazeuse avant le FCC ou l'hydrocracker; et l'huile gazeuse sous vide avant la conversion.
• Pour l'hydrocracker:Le réacteur de conversion le plus sévère et le plus précieux. Il fonctionne à 350-450°C et 100-200 bar et fait deux choses à la fois:Il décompose les molécules lourdes en molécules de carburant diesel et de carburant d'avion à l'aide d'un composant de zéolite acide.Parce que le craquage se produit dans un environnement riche en hydrogène, les produits sont saturés et faibles en soufre et en oléfines.Le hydrocracker diesel et le jet sont donc parmi les composants de mélange de la plus haute qualité disponibles.Le réacteur est un énorme récipient à paroi épaisse avec quatre à six lits de catalyseurs, éteint à l'hydrogène froid entre eux,et une phase d'hydrotraitement séparée avant la phase de craquage pour protéger le catalyseur de craquage de l'azote et du soufre.
• Réacteur et régénérateur de craquage catalytique par fluide:Le principal producteur d'essence dans la plupart des raffineries, et la seule unité majeure où le catalyseur circule en continu.L'huile est injectée dans le fond d'un élévateur vertical où elle rencontre le catalyseur régénéré à 500-540 °C et se fissure en 2 à 5 secondes.Le catalyseur et la vapeur sont séparés en cyclones, le catalyseur est débarrassé d'hydrocarbures à la vapeur, puis il passe au régénérateur où l'air brûle le coke à 650-730°C,rétablissant l'activité et produisant la chaleur qui entraîne le craquageLe catalyseur régénéré, maintenant chaud et propre, retourne dans la résistance, la circulation totale pouvant dépasser 20 à 50 tonnes par minute dans une grande unité.et l'équipement est revêtu d'un revêtement réfractaire résistant à l'érosion plutôt que revêtu d'acier, car le catalyseur est très abrasif.
• Le catalyseur et les petits réacteurs:Un réformateur catalytique prend de la naphtha lourde avec un octane de 40-60 et l'élève à 95-105 en convertissant les naphthènes en aromatiques et les paraffines en isomères ramifiés,sur un catalyseur platine-rhénium à 480-525°C et 5-35 barIl est également la principale source d'hydrogène de la raffinerie.un réacteur d'isomérisation convertissant les paraffines légères de naphtha en isomères à haute octane à 120-250 °C; un réacteur d'alkylation combinant les oléfines avec l'isobutane à 5 à 20 °C à l'aide d'acide sulfurique ou d'acide fluorhydrique;un réacteur d'hydrodésulfuration ou d'hydrogénation sélective éliminant les dioléfines de la naphtha craquée; et, dans l'usine de soufre, un réacteur thermique Claus à 1 000 à 1 300 °C suivi de deux ou trois réacteurs catalytiques à 200 à 320 °C qui convertissent l'hydrogène sulfure en soufre élémentaire.

Matrice de comparaison des principaux réacteurs de raffinerie

Questions fréquemment posées

Q: Quelle est la différence entre un réacteur et une colonne de distillation?

R: Une colonne de distillation sépare ce qui est déjà là, un réacteur crée ce qui ne l'était pas.et aucune liaison chimique n'est rompue ou forméeDans un réacteur, les liaisons sont brisées et reformées, de sorte que le matériau qui sort est chimiquement différent du matériau qui entre.une colonne est remplie de plateaux ou d'emballages et fonctionne sur un gradient de température de bas en haut, tandis qu'un réacteur est rempli de catalyseur et fonctionne à une température soigneusement contrôlée qui est presque uniforme ou délibérément progressive.une colonne consomme chaleur et refroidissement, un réacteur consomme le catalyseur, l'hydrogène et, lors du craquage, le coke qui se forme sur le catalyseur.

Q: Pourquoi les réacteurs des raffineries sont-ils si gros et si lourds?

R: Trois raisons composées: la pression et la température: un hydrocraqueur à 200 bar et 450°C a besoin d'une paroi de 150 à 300 mm en acier peu allié,qui à elle seule place le navire vide à plusieurs centaines de tonnes- volume: l'inventaire de catalyseurs doit être suffisamment important pour que l'alimentation passe le temps nécessaire en contact avec celui-ci,et à une vitesse spatiale de 1 h-1 une alimentation de 300 m3 par heure nécessite 300 m3 de catalyseurLes récipients internes: distributeurs, grilles de support, systèmes d'extinction, thermo-puits et collecteurs de sortie ajoutent complexité et hauteur interne.Les plus grands réacteurs hydrocraquers dépassent 1,200 tonnes, ce qui dépasse la capacité de la plupart des voies de transport et souvent celle des grues de fabrication,Ils sont donc construits près d'un cours d'eau ou transportés en sections et terminés sur place..

Q: Combien de temps un réacteur de raffinerie fonctionne-t-il avant d'être arrêté?

R: Cela dépend entièrement de la vitesse à laquelle le catalyseur se désactive.donc l'unité fonctionne de trois à cinq ans entre les retoursLes hydrotraiteurs durent d'un à cinq ans; un hydrotraiteur à base de naphtha sur les aliments propres peut atteindre six ans,tandis qu'un hydrotraitement diesel sur les aliments pour animaux craqués peut être limité à dix-huit moisLes hydrocrackers fonctionnent de deux à cinq ans, les catalyseurs semi-régénératifs de six à vingt-quatre mois avant une régénération in situ.tandis que les unités à régénération continue du catalyseur fonctionnent en principe indéfiniment et sont limitées par des intervalles d'inspection mécaniqueDans tous les cas, le facteur limitant est l'un des trois: augmentation de la chute de pression sur le lit, atteinte de la température maximale admissible du lit ou non-respect des spécifications du produit.

Q: Qu'est-ce qui rend les réacteurs des raffineries dangereux?

R: Quatre dangers, tous gérés par la conception plutôt que par la seule procédure: haute pression et température dans un stock d'hydrocarbures et d'hydrogène,Ce qui signifie qu'une fuite peut libérer un grand inventaire inflammable etL'hydrogène à haute température, où l'hydrogène à haute pression partielle réagit avec le carbone dans l'acier pour former du méthane,provoquant des fissures internes qui ne peuvent pas être vues de l'extérieurLa sélection des matériaux suit la courbe de Nelson API 941 et l'inspection utilise des méthodes ultrasoniques avancées.où une perte de débit ou une mauvaise distribution crée un point chaud qui accélère davantage la réaction, géré par des systèmes d'extinction, des thermocouples multiples et un système de dépressurisation d'urgence dimensionné à l'API 521.qui se forme à l'intérieur des récipients en service de soufre et s'enflamme spontanément lorsque le récipient est ouvert à l'air lors d'un tournant, géré par oxydation contrôlée ou en gardant le récipient humide pendant le déchargement du catalyseur.