Was ist ein Kohlenwasserstoff-Verarbeitungsreaktor: Typen, Design und Raffinerieanwendungen

Was ist ein Kohlenwasserstoffverarbeitungsreaktor: Typen, Konstruktion und Anwendungen in Raffinerien

Die Antwort auf die Kernfrage:Was ist ein Kohlenwasserstoffverarbeitungsreaktor?Ein Kohlenwasserstoffverarbeitungsreaktor ist ein Druckbehälter, in dem ein Erdöl- oder petrochemischer Rohstoff chemisch durch Cracking, Reforming, Hydrotreatment,Alkylierung oder IsomerisierungDie wichtigsten Klassen sind durch ihre Betriebsfenster getrennt.Flüssigkeitskatalysatorische Kretzkontakte verdampftes Erdöl mit Zeolithkatalysator für 2-5 Sekunden bei 500-540 °C in einem RiserHydrocracking läuft bei 350-450 °C und 100-200 bar mit einem bifunktionalen Katalysator und einem hohen Wasserstoff-Teildruck. Katalysatorische Reformung funktioniert bei 480-525 °C und 5-35 bar, um das Oktan zu erhöhen.Die Wasserbehandlung entfernt Schwefel, Stickstoff und Metalle bei 300 bis 400 °C und 30 bis 100 bar. Jeder dieser Bedingungen erfordert eine andere Reaktorkonfiguration, da die vorherrschende Einschränkung unterschiedlich ist:Wasserstoff unter Teildruck und Metallurgie beim Hydrokraken, und Druckabfall durch Koks- und Metallablagerungen bei der Wasserbehandlung.

1. Umwandlungswege und Reaktoren, die sie erfordern

Der größte Teil der Kohlenwasserstoffumwandlungskapazität entfällt auf vier Routen, die jeweils eine andere Reaktorkonstruktion vorschreiben:

• Flüssigkeitskatalysisches Cracken:FCC ist das höchsttemperaturbereinigte Umwandlungsprozess in einer Raffinerie und das einzige große Verfahren, bei dem der Katalysator kontinuierlich zwischen einem Reaktor und einem Regenerator zirkuliert.Gasöl wird in einen Riser injiziert, wo es mit dem regenerierten Katalysator bei 500-540 °C in Kontakt kommt und innerhalb von 2-5 Sekunden in Benzin zerfälltDas Cracken erfolgt endotherm und die Wärme wird vom heißen regenerierten Katalysator selbst geliefert, der Koks aus dem vorherigen Zyklus transportiert.5 Gewichtsprozent deaktiviert den Katalysator innerhalb von Sekunden, so dass der verbrauchte Katalysator mit Dampf entfernt und im Regenerator bei 650-730°C verbrannt wird, um die Aktivität wiederherzustellen und die Prozesswärme zu erzeugen.Der Reaktor ist daher kein Behälter im üblichen Sinne, sondern ein Aufsteiger., ein Entbindungsschiff mit Zyklonen zur Trennung von Katalysator und Dampf und ein Stripper, alle mit einer erosionsbeständigen feuerfesten Auskleidung gebaut, da der Katalysator sehr abrasiv ist.
• Hydrokraking und Hydrotreating:Dies sind festgelegte katalytische Verfahren, die unter hohem Wasserstoff-Teildruck durchgeführt werden.Sauerstoff und Metalle bei 300-400 °C und 30-100 bar mit einem Kobalt-Molybdän- oder Nickel-Molybdän-Katalysator auf Aluminium, wodurch Schwefelwasserstoff und Ammoniak erzeugt werden, die aus dem Recyclinggas geschrubbt werden müssen.und fügt eine saure Crackfunktion hinzu, so dass schwere Futtermittel entschwefelt und zu Destillaten umgewandelt werdenBeide sind stark exotherm, so daß der Reaktor mit mehreren Katalysatorbetten und einer kalten Wasserstofflöschung zwischen ihnen ausgestattet ist, wodurch der Temperaturanstieg jedes Betts auf 20-40°C begrenzt wird.Die beiden wichtigsten Konstruktionsbeschränkungen sind ein Wasserstoff-Öl-Verhältnis von 300-1.Die Anlage ist in der Regel mit einer Breite von 500 Nm3/m3 ausgestattet, um die Koksbildung zu unterdrücken, und ein Druckabfall, der sich mit der Anhäufung von Koks und Metallen vergrößert, bis das Lager ersetzt oder abgeschmiert werden muss.
• Katalysatorische Reformierung:Reformation verwandelt niedrigoktanes Naphtha in hochoktanes Reformat und Aromaten über einen Platin- oder Platin-Rhenium-Katalysator auf einer Chloralumina-Unterstützung bei 480-525 °C und 5-35 bar.Die Hauptreaktionen sind die Dehydrierung von Napthenen zu Aromaten., Dehydrozyklisierung von Paraffinen und Isomerisierung, und sie sind insgesamt stark endotherm, so daß die Reaktoren in drei oder vier adiabatischen festen Betten in Reihen mit Zwischengeschmelzern angeordnet sind.Wasserstoff wird als wertvolles Nebenprodukt hergestelltZwei Prozessvariablen dominieren: Wasser-Chlorid-Bilanz am Katalysator, da Chlorid ständig in den Abfluss abgeht und zur Aufrechterhaltung der Säure erneut injiziert werden muss, und Koks-Lay-down.die entweder durch zyklische Regeneration verwaltet wird, durch eine halbregenerative Konstruktion mit einem Zyklus von 6 bis 24 Monaten, der mit einer Regeneration durch Abschalten endet, oder durch kontinuierliche Katalysatorregeneration, bei der der Katalysator langsam durch einen Regenerator zirkuliert.
• Wärmeumwandlung und Koks:Wenn der Futterstoff für einen Katalysator zu schwer oder zu verunreinigt ist, verwenden Raffinerien die thermische Umwandlung.Das Verzögerte Koksen erwärmt den Vakuumrückstand in einem Ofen auf 480-510 °C und hält ihn 12-24 Stunden lang in großen Koksfassern, wo es zu leichteren Produkten und festem Koks zerfällt, der später mit Hochdruckwasser geschnitten wird.Visbreaking ist eine mildere Version, die die Viskosität durch mildes thermisches Cracken bei 450-500 °C mit kurzer Aufenthaltszeit reduziertDies sind Halbbatch- oder Spulenprozesse und nicht katalytische feste Betten, und die Herausforderungen beim Reaktordesign sind thermisch und nicht katalytisch:Zuverlässigkeit der Auslösch- und Schaltventile, und die starke Verunreinigungs- und Kokerei-Tendenz der Heizrohre, die durch eine hohe Dampf- oder Kondensat-Einspritzgeschwindigkeit verhindert wird, um die Aufenthaltszeit kurz zu halten.

2. Reaktorkonfigurationen und die Wahl

Die Wahl zwischen den Kontaktmodi ergibt sich aus der Lebensdauer des Katalysators, der Exotherm-Schwere und der Kontamination des Futters:

• Festbettenreaktor:Die einfachste und am häufigsten verwendete Konfiguration: Katalysatorpellets von 1-3 mm werden in ein oder mehrere Betten geladen, die durch ein Gitter und eine abgestufte Schicht von inerten Keramikkugeln gestützt werden.,Die Grenzwerte definieren, wo feste Betten verwendet werden können.So hoch exotherme Reaktionen benötigen mehrere Bett löschen oder eine RohrformDer Druckabfall entsteht, wenn sich Koks und Metalle ablagern, was schließlich zum Stillstand führt, und wenn der Katalysator schnell deaktiviert wird, kann das Bett nicht gewechselt werden, ohne das Gerät zu stoppen.Festbetten eignen sich daher für saubere Futtermittel mit einer Katalysatorlebensdauer von einem bis fünf Jahren., weshalb sie in der Wasserbehandlung, im Hydrokraking und in der Reformation dominieren.
• Flüssigkeits- und Kochbettreaktoren:Wenn der Katalysator innerhalb von Sekunden deaktiviert wird, wie bei FCC, muss der Katalysator kontinuierlich zirkulieren, und ein fluidisiertes Bett ermöglicht dies und bietet gleichzeitig eine hervorragende Temperaturgleichheit und Wärmeübertragung.Die Strafe ist die Katalysator-Ausnutzung., die hocheffiziente Zyklone erfordert und das Rückmischen, das die Umwandlung pro Durchgang im Verhältnis zum Steckfluss reduziert.Suspendiert den Katalysator in einem Flüssigkeits- und Gaszufluss, so dass sich das Bett um 30-50% erweitert, der einen nahezu isothermen Betrieb, einen niedrigen und konstanten Druckabfall und die Möglichkeit bietet, Katalysatoren täglich online hinzuzufügen und abzuziehen.Dies ist der entscheidende Vorteil bei der Verarbeitung von Rückständen mit 50-350 ppm Metallen, weil Metalle den Katalysator dauerhaft vergiften und nur durch kontinuierlichen Austausch funktioniert die Wirtschaftlichkeit.
• Schlammblase-Säulen und Rohrreaktoren:Ein Schlammreaktor suspendiert einen feinen Katalysator in Flüssigkeit, durch den Gas sprudelt, wodurch eine ausgezeichnete Wärmeentfernung und eine sehr hohe Katalysatornutzung erzielt werden.und wird in der Fischer-Tropsch-Synthese und im Hydrokraking von Restschlamm verwendetDie Herausforderung besteht darin, den feinen Katalysator vom Produkt zu trennen, was die Entwicklung von Filtration und magnetischer Trennung vorantreibt.Platziert den Katalysator in Tausende von Röhren mit kleinem Durchmesser mit einem Wärmeübertragungsmedium auf der SchalenseiteDiese wird dann gewählt, wenn die Temperaturkontrolle von entscheidender Bedeutung ist, wie beim Dampfreformieren, bei der die Reaktion endotherm ist und die Rohre in einem Ofen bei 800-900 °C gebrannt werden.oder in stark exothermen selektiven Oxidationen, bei denen eine Ausrottung physikalisch unmöglich sein mussDie Anzahl der Rohre beträgt typischerweise 200-1000 und die Länge 6-13 m, wobei die Rohrplatte und die Rohr-zu-Rohr-Verbindung die anspruchsvollsten Fertigungsdetails sind.
• Materialien, Codes und Integrität:Kohlenwasserstoffreaktoren arbeiten an der Grenze der metallurgischen Fähigkeiten, und drei Abbaumechanismen bestimmen die Materialauswahl.mit der API 941 Nelson-Kurve behandelt, erfordert Chrom-Molybdän-Stähle: 1,25Cr-0,5Mo oder 2,25Cr-1Mo für die Wasserverarbeitung,mit einem Durchmesser von mehr als 20 mm,Die Temperaturbrüchigkeit von 2,25Cr-1Mo im Bereich von 350-575°C wird durch Begrenzung des J-Faktors kontrolliert, wobei die Schrittkühlbrüchigkeit der Produktionswärme verfolgt wird.und Steuerung des An- und Ausschaltens, um zu vermeiden, dass ein Kühlbehälter unter seiner Mindestdrucktemperatur gedrückt wird. Und Sulfid-Stresskrecken aus nassem Schwefelwasserstoff wird durch NACE MR0175 / ISO 15156 Grenzwerte für Härte und obligatorische Wärmebehandlung nach dem Schweißen behandelt.Druckentlastung wird durch API 520 und API 521 gesondert behandelt, wobei die DIERS-Methode angewendet wird, wenn eine unregelmäßige Reaktion Dampf schneller erzeugen kann als eine herkömmliche Abhilfegeräte.

Kohlenwasserstoffverarbeitende Reaktortypen Vergleichsmatrix

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Hauptunterschied zwischen Wasserbehandlung und Hydrokraking?

A: Beide verwenden Wasserstoff und einen sulfidhaltigen Katalysator unter erhöhtem Druck, aber ihr Zweck und ihre Schwere unterscheiden sich.Stickstoff zu Ammoniak, und leichte Sättigung von Olefinen und Aromaten bei 300-400 °C und 30-100 bar ohne wesentliche Veränderung des Siedebereichs.Hydrocracking bricht absichtlich Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, um 30-90% des schweren Futters in leichtere Destillate umzuwandeln, bei 350 bis 450 °C und 100 bis 200 bar über einen bifunktionalen Katalysator laufen, der eine Metallhydrierungsfunktion mit einer Säurekrackungsfunktion kombiniert.In der Praxis wird ein Hydrokracker als Hydrotreating-Stufe gebaut, gefolgt von einer Cracking-Stufe in derselben Hochdruckschleife, weil der Krachkatalysator mit Schwefel und Stickstoff vergiftet ist und der Futterstoff zuerst gereinigt werden muss.

F: Warum ist Wasserstoffparzdruck in der Wasserverarbeitung so wichtig?

A: Der Wasserstoffpartialdruck unterdrückt die Kondensations- und Dehydrierungsaufnahmen, die auf der Katalysatoroberfläche Koks bilden.und erhöhen Wasserstoff-Teildruck kann verdoppeln oder verdreifachen Katalysator Lebensdauer, wodurch entweder ein längerer Zyklus bei gleicher Schwere oder ein höherer Zyklus bei gleicher Zykluslänge möglich ist.Es treibt auch die Entschwefelung und Denitrogenierung Gleichgewichte in Richtung der Produkte und verbessert aromatische SättigungAus diesem Grund sind Wasserverarbeitungsanlagen mit hohen Recyclinggasraten, typischerweise 300 bis 1500 Nm3/m3 Futter, konzipiert.mit Aminschrubbing des Recyclinggases zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die sonst den Wasserstoff verdünnen würden, und bei einer Wasserstoffreinheit, die über etwa 90-95% gehalten wird, indem ein Schlupfstrom gereinigt wird, um eine inerte Ansammlung zu vermeiden.

F: Was bewirkt, daß ein Wasserverarbeitungsreaktor am Ende des Laufzeitraums steht?

A: Drei Grenzwerte werden erreicht, und der, der zuerst kommt, setzt den Zyklus ein. Druckverlust: Koks, Eisenwaage und, im Rückstandsservice, Suspendierte Feststoffe verstopfen den leeren Raum an der Spitze des Betts,und der Reaktor wird ausgeschaltet, wenn der Differenzdruck die mechanische Grenze der Innenanlagen oder des Recyclingkompressors erreichtTemperatur: Wenn der Katalysator deaktiviert wird, erhöht der Bediener die gewichtete durchschnittliche Betttemperatur, um die Umwandlung zu halten, und der Lauf endet, wenn die maximal zulässige Betttemperatur erreicht ist.für die Metallurgie und die Selektivität typischerweise 415-440°CDie Qualitäts- oder metallurgische Grenze des Erzeugnisses wird erreicht, wenn der Schwefelgehalt des Erzeugnisses nicht mehr erreicht werden kann.oder wenn sich die Reaktor-Ausgangstemperatur einem durch Wasserstoffangriffe festgelegten Grenzwert nähertJeder dieser Zyklen wird unterschiedlich verwaltet, weshalb die Einstufung der Betten, die Skala-Fallen und ein gut konzipiertes Löschsystem einen so großen Einfluß auf die Zykluslänge haben.

F: Wie wird ein Kohlenwasserstoffreaktor gegen Ausbrüche und Überdruck geschützt?

A: Der Schutz ist vielschichtig, und die mehrfach vergrößerte Löschung und das hohe Wasserstoff-Öl-Verhältnis begrenzen den Temperaturanstieg, den eine Exotherm erzeugen kann.und die Reaktormetallurgie wird mit einer Grenze über der maximal glaubwürdigen Betriebstemperatur ausgewähltDer Instrumentenschutz verwendet unabhängige Thermoelementen mit hoher Temperatur, mit einem hohen Alarm und einer Verriegelung, die die Speiseheizung aktiviert und in schweren Fällendie Einheit durch ein Notdrucksystem mit einer Größe von API 521 bedrückt, wodurch der Betriebsdruck innerhalb von 15 Minuten auf 7 bar reduziert wird, um eine Exothermie zu stoppen.Mechanischer Schutz ist ein Druckentlastungsventil nach API 520 und für die glaubwürdige Entlastung, was für einen Hydrokraker der Fall der vollständigen Verdampfung sein kann, bei der eine unkontrollierbare Reaktion nicht kondensierbar und schneller Dampf erzeugen kann, als die Erleichterung verarbeiten kann, 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.