Τι είναι ένας αντιδραστήρας επεξεργασίας υδρογονανθράκων: τύποι, σχεδιασμός και εφαρμογές διυλιστηρίου

Τι είναι ένας αντιδραστήρας επεξεργασίας υδρογονανθράκων: τύποι, σχεδιασμός και εφαρμογές διυλιστηρίου

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας επεξεργασίας υδρογονανθράκων;Ο αντιδραστήρας επεξεργασίας υδρογονανθράκων είναι ένα δοχείο υπό πίεση στο οποίο μια πρώτη ύλη πετρελαίου ή πετροχημικής μετατρέπεται χημικά σε προϊόντα υψηλότερης αξίας με ρήξη, μετασχηματισμό, υδροποίηση,αλκυλίωση ή ισομερισμόςΟι κύριες κατηγορίες διαχωρίζονται από τα παράθυρα λειτουργίας τους.Οι επαφές υδραυλικής καταλυτικής ρωγμάτωσης εξατμίζονται με αέριο πετρέλαιο με καταλύτη ζεολίτη για 2-5 δευτερόλεπτα στους 500-540 °C σε ανυψωτήραΗ υδροκρεξία λειτουργεί σε θερμοκρασίες 350-450 °C και 100-200 bar με διλειτουργικό καταλύτη και υψηλή μερική πίεση υδρογόνου.Η υδροπεξεργασία αφαιρεί το θείοΤο αέριο, το άζωτο και τα μέταλλα σε θερμοκρασίες 300-400 °C και 30-100 bar.υδρογόνο με μερική πίεση και μεταλλουργία στο υδροκράκεϊνγκ, και μείωση της πίεσης από την εναπόθεση κοκκίου και μετάλλων κατά την υδροπεξεργασία.

1Οδοι μετατροπής και οι αντιδραστήρες που απαιτούνται

Τέσσερις οδοι αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος της δυναμικότητας μετατροπής υδρογονανθράκων και η καθεμία υπαγορεύει διαφορετικό σχεδιασμό αντιδραστήρα:

• Καταλυτική διάσπαση υγρών:Το FCC είναι η διαδικασία μετατροπής υψηλότερης θερμοκρασίας σε διυλιστήριο και η μόνη σημαντική διαδικασία όπου ο καταλύτης κυκλοφορεί συνεχώς μεταξύ αντιδραστήρα και αναγεννητήρα.Το πετρέλαιο φυσικού αερίου εγχέεται σε ένα ανελκυστήρα όπου έρχεται σε επαφή με τον αναγεννημένο καταλύτη στους 500-540 °C και σπάει εντός 2-5 δευτερολέπτων στην βενζίνηΗ διάσπαση είναι ενδοθερμική και η θερμότητα παρέχεται από τον ίδιο τον θερμό αναγεννημένο καταλύτη, ο οποίος μεταφέρει κοξ από τον προηγούμενο κύκλο.Το 5% κατά βάρος απενεργοποιεί τον καταλύτη μέσα σε δευτερόλεπτα, έτσι ώστε ο χρησιμοποιημένος καταλύτης να αφαιρείται με ατμό και να καίγεται στον αναγεννητή σε θερμοκρασία 650-730 °C, αποκαθιστώντας την δραστηριότητα και παρέχοντας τη θερμότητα της διαδικασίας.Ο αντιδραστήρας δεν είναι, επομένως, ένα δοχείο με την συνήθη έννοια, αλλά ένα "riser", ένα δοχείο αποσύνδεσης με κυκλώνες για να διαχωρίσουν τον καταλύτη από τον ατμό, και ένα απογυμνωτή, όλα κατασκευασμένα με ανθεκτική στην διάβρωση επένδυση, επειδή ο καταλύτης είναι εξαιρετικά τραβηγτικός.
• Υδροκρεκαρισμός και υδρομετάλλευση:Η υδρομετρία απομακρύνει θείο, άζωτο,οξυγόνο και μέταλλα σε θερμοκρασία 300-400 °C και 30-100 bar με καταλύτη κοβάλτου-μολυβδενίου ή νικελίου-μολυβδενίου σε αλουμίνηΗ υδροκαταστολή γίνεται θερμότερη και σκληρότερη, 350-450 °C σε 100-200 bar,και προσθέτει λειτουργία οξέος κρέικ, έτσι ώστε τα βαριά ζωοτροφή να αποσφαιρίζονται και να μετατρέπονται σε απόσταγματαΚαι οι δύο είναι έντονα εξωθερμικοί, έτσι ώστε ο αντιδραστήρας να είναι κατασκευασμένος με πολλαπλά καταλύτες και κρύο ψύξη υδρογόνου μεταξύ τους, περιορίζοντας την αύξηση της θερμοκρασίας κάθε κρεβατιού σε 20-40 °C.Οι δύο βασικοί περιορισμοί σχεδιασμού είναι η αναλογία υδρογόνου προς πετρέλαιο 300-1.Το μέγεθος της κλίμακας είναι 500 Nm3/m3 για την καταστολή του σχηματισμού κοκίνου και μια πτώση της πίεσης που αυξάνεται καθώς συσσωρεύονται ο κοκίς και τα μέταλλα μέχρις ότου το στρώμα πρέπει να αντικατασταθεί ή να αφαιρεθεί.
• Καταλυτική μεταρρύθμιση:Η αναμόρφωση μετατρέπει τη ναφθα με χαμηλή οκτανικότητα σε αναμόρφωση υψηλής οκτανικότητας και αρωματικά σε καταλύτη πλατίνας ή πλατίνας-ρενίου σε χλωριωμένο υποστήριγμα αλουμινίου, στους 480-525 °C και 5-35 bar.Οι κύριες αντιδράσεις είναι η αφυδάτωση των ναφθηνών σε αρωματικά, αφυδροκυκλίωση των παραφινών και ισομερισμός, και είναι συνολικά έντονα ενδοθερμικοί, έτσι ώστε οι αντιδραστήρες να είναι διατεταγμένοι σε τρία ή τέσσερα αδιαβατικά σταθερά κρεβάτια σε σειρά με ενδιάμεσους θερμαντήρες.Το υδρογόνο παράγεται ως πολύτιμο υποπροϊόνΔύο μεταβλητές της διαδικασίας κυριαρχούν: η ισορροπία χλωριούχου νερού στον καταλύτη, δεδομένου ότι το χλωρίδιο χάνεται συνεχώς στο απόβλητο και πρέπει να επανεμφυτεύεται για τη διατήρηση της οξύτητας, και η αποθήκευση του κοκ,που διαχειρίζεται είτε με κυκλική αναγέννηση, με ένα ημι-αναγεννητικό σχέδιο με κύκλο 6-24 μηνών που καταλήγει σε αναγέννηση διακοπής λειτουργίας ή με συνεχή αναγέννηση καταλύτη όπου ο καταλύτης κυκλοφορεί αργά μέσω ενός αναγεννητή.
• Θερμική μετατροπή και κοκαΐνη:Όταν η τροφή είναι πολύ βαριά ή πολύ μολυσμένη για έναν καταλύτη, οι διυλιστές χρησιμοποιούν θερμική μετατροπή.Η καθυστερημένη κοξίνωση θερμαίνει το υπολειμματικό κενού σε 480-510 °C σε φούρνο και το διατηρεί σε μεγάλα βαρέλια κοξίνου για 12-24 ώρες, όπου σπάει σε ελαφρύτερα προϊόντα και στερεή κοκ, η οποία στη συνέχεια κόβεται με νερό υψηλής πίεσης.Το visbreaking είναι μια πιο ήπια έκδοση που μειώνει τον ιξώδες χαρακτήρα με ήπια θερμική ρωγμάτωση σε θερμοκρασία 450-500 °C με σύντομο χρόνο διαμονήςΟι προκλήσεις σχεδιασμού του αντιδραστήρα είναι θερμικές και όχι καταλυτικές: μεταλλουργία με τοίχους τύμπανο υπό κυκλική θερμική πίεση,αξιοπιστία των βαλβίδων σβήσεως και διακόπτη, και την έντονη τάση μόλυνσης και κοκαρίσματος των σωλήνων θέρμανσης, η οποία ελέγχεται από υψηλή ταχύτητα έγχυσης ατμού ή συμπυκνωμένου για να διατηρηθεί σύντομος ο χρόνος διαμονής.

2. Διαμορφώσεις αντιδραστήρων και πώς γίνεται η επιλογή

Η επιλογή μεταξύ των τρόπων επαφής εξαρτάται από τη διάρκεια ζωής του καταλύτη, τη σοβαρότητα της εξωθερμίας και τη μόλυνση των ζωοτροφών:

• Ραδιοδραστήρας σταθερού στρώματος:Η απλούστερη και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη διαμόρφωση: τα σφαιρίδια καταλύτη 1-3 mm φορτώνονται σε ένα ή περισσότερα κρεβάτια που υποστηρίζονται από ένα πλέγμα και ένα βαθμιαίο στρώμα αδρανών κεραμικών σφαιριών.,Τα όρια καθορίζουν πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σταθερά στρώματα. Η απομάκρυνση της θερμότητας είναι κακή,Έτσι, οι πολύ εξωθερμικές αντιδράσεις χρειάζονται πολλαπλή σβήσιμο κρεβάτι ή μια σωληνωτή σχεδίαση.Η πτώση της πίεσης αυξάνεται καθώς η κοκαΐνη και τα μέταλλα αποθηκεύονται, αναγκάζοντας τελικά σε κλείσιμο.Ως εκ τούτου, τα σταθερά στρώματα είναι κατάλληλα για καθαρές ζωοτροφές με διάρκεια ζωής καταλύτη από ένα έως πέντε έτη.Για το λόγο αυτό κυριαρχούν στην υδροεπεξεργασία, το υδροκράκερ και την αναμόρφωση.
• Πυρηνικοί αντιδραστήρες με υγροποιημένο και βραστό στρώμα:Όταν ο καταλύτης απενεργοποιείται σε δευτερόλεπτα, όπως στην FCC, ο καταλύτης πρέπει να κυκλοφορεί συνεχώς, και ένα υγροποιημένο στρώμα το καθιστά αυτό δυνατό, παρέχοντας παράλληλα εξαιρετική ομοιομορφία θερμοκρασίας και μεταφορά θερμότητας.Η τιμωρία είναι η καταστροφή του καταλύτη., η οποία απαιτεί υψηλής αποδοτικότητας κυκλώνες, και η ανάμειξη που μειώνει τη μετατροπή ανά πέρασμα σε σχέση με την ροή του πλέγματος.αναστέλλει τον καταλύτη σε μια άνω ροή υγρού και αερίου έτσι ώστε το στρώμα να επεκτείνεται κατά 30-50%, παρέχοντας σχεδόν ισοθερμική λειτουργία, χαμηλή και σταθερή πτώση πίεσης και τη δυνατότητα προσθήκης και αφαίρεσης καταλύτη σε γραμμή κάθε μέρα.Αυτό είναι το αποφασιστικό πλεονέκτημα κατά την επεξεργασία υπολειμμάτων με 50-350 ppm μετάλλων, επειδή τα μέταλλα δηλητηριάζουν μόνιμα τον καταλύτη και μόνο η συνεχής αντικατάσταση κάνει την οικονομία να λειτουργεί.
• Συσκευές που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτρικών συσσωρευτώνΈνας αντιδραστήρας λιπαντικού αναστέλλει τον λεπτό καταλύτη σε υγρό με αέριο να φουσκώνει μέσα του, παρέχοντας εξαιρετική απομάκρυνση θερμότητας και πολύ υψηλή χρησιμοποίηση καταλύτη,και χρησιμοποιείται στη σύνθεση Fischer-Tropsch και στο υδροκράκερ υπολειμμάτων λιπαντικούΗ πρόκληση είναι να διαχωριστεί ο λεπτός καταλύτης από το προϊόν, το οποίο οδηγεί στην ανάπτυξη του διήθησης και του μαγνητικού διαχωρισμού.τοποθετεί τον καταλύτη μέσα σε χιλιάδες σωλήνες μικρής διαμέτρου με μέσο μεταφοράς θερμότητας στην πλευρά του κελύφουςΗ μέθοδος αυτή επιλέγεται όταν ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι κρίσιμος, όπως στην αναμόρφωση με ατμό, όπου η αντίδραση είναι ενδοθερμική και οι σωλήνες καίγονται σε φούρνο σε θερμοκρασία 800-900 °C.ή σε εξαιρετικά εξωθερμικές επιλεκτικές οξείδωσεις όπου η απόδραση πρέπει να είναι φυσικά αδύνατη.Ο αριθμός των σωλήνων είναι συνήθως 200-1000 και το μήκος 6-13 m, με το φύλλο σωλήνων και το αρθρώμα σωλήνων σε φύλλα να είναι τα πιο απαιτητικά στοιχεία κατασκευής.
• Υλικά, κώδικες και ακεραιότητα:Οι αντιδραστήρες υδρογονανθράκων λειτουργούν στα όρια της μεταλλουργικής ικανότητας και τρεις μηχανισμοί υποβάθμισης διέπουν την επιλογή υλικού.χειρίζεται από την καμπύλη API 941 Nelson, απαιτεί χρωμικό-μολυβδενικό χάλυβα: 1,25Cr-0,5Mo ή 2,25Cr-1Mo για υδροεπεξεργασία,Μερικές φορές με επικάλυψη από ανοξείδωτο 347 ή συγκολλημένη επικάλυψη από 321 ή 347 για αντοχή στη διάβρωση από θειικό υδρογόνοΗ εύθραυσση θερμοκρασίας 2,25Cr-1Mo στο εύρος 350-575°C ελέγχεται με τον περιορισμό του συντελεστή J, με την παρακολούθηση της εύθραυσσης σταδιακής ψύξης των θερμοκρασιών παραγωγής,και ελέγχου της εκκίνησης και της διακοπής για να αποφευχθεί η πίεση σε ψυγείο κάτω από την ελάχιστη πίεσηΗ διάσπαση με σάλφιδο από βρεγμένο θειικό υδρογόνο αντιμετωπίζεται μέσω των ορίων σκληρότητας της NACE MR0175 / ISO 15156 και της υποχρεωτικής θερμικής επεξεργασίας μετά το συγκόλλημα.Η ελάφρυνση της πίεσης εξετάζεται χωριστά μέσω των προτύπων API 520 και API 521., με τη μεθοδολογία DIERS που εφαρμόζεται όταν μια απρόσκοπτη αντίδραση μπορεί να παράγει ατμό γρηγορότερα από ό,τι μπορεί να χειριστεί μια συμβατική συσκευή διάσωσης.

Τύποι αντιδραστήρων επεξεργασίας υδρογονανθράκων

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ της υδροεπεξεργασίας και της υδροκράκινγκ;

Α: Και οι δύο χρησιμοποιούν υδρογόνο και έναν θειικό καταλύτη υπό αυξημένη πίεση, αλλά ο σκοπός και η σοβαρότητά τους διαφέρουν.άζωτο σε αμμωνία, και με ελαφρά κορεσμό των ολεφινών και των αρωματικών ουσιών, σε θερμοκρασίες 300-400 °C και 30-100 bar χωρίς ουσιαστικά καμία μεταβολή στο εύρος βρασμού.Η υδροκράκινγκ σπάει σκόπιμα τους δεσμούς άνθρακα-άνθρακα για να μετατρέψει το 30-90% της βαριάς τροφής σε ελαφρύτερα απόσταγματα, που λειτουργεί στους 350-450 °C και 100-200 bar σε διλειτουργικό καταλύτη που συνδυάζει τη λειτουργία υδρογόνωσης μετάλλων με τη λειτουργία οξικής ρωγμάτωσης.Στην πράξη, ένα υδροκαρακιστή κατασκευάζεται ως στάδιο υδροεπεξεργασίας που ακολουθείται από στάδιο ρωγμάτωσης στον ίδιο κύκλο υψηλής πίεσης, επειδή ο καταλύτης ρωγμάτωσης δηλητηριάζεται από θείο και άζωτο και η τροφή πρέπει πρώτα να καθαριστεί.

Ε: Γιατί η μερική πίεση υδρογόνου είναι τόσο σημαντική στην υδροεπεξεργασία;

Α: Η μερική πίεση του υδρογόνου καταστέλλει τις αντιδράσεις συμπύκνωσης και αφυδάτωσης που σχηματίζουν κοξ στην επιφάνεια του καταλύτη.και η αύξηση της μερικής πίεσης του υδρογόνου μπορεί να διπλασιάσει ή τριπλασιάσει τη διάρκεια ζωής του καταλύτη, επιτρέποντας είτε μεγαλύτερο κύκλο με την ίδια σοβαρότητα είτε μεγαλύτερη σοβαρότητα με την ίδια διάρκεια κύκλου.Επίσης, οδηγεί τις ισορροπίες αποθειφοποίησης και αποαζωτοποίησης προς τα προϊόντα και βελτιώνει τον αρωματικό κορεσμό.Για το λόγο αυτό, οι μονάδες υδροπεξεργασίας έχουν σχεδιαστεί με υψηλά ποσοστά ανακύκλωσης αερίων, συνήθως 300-1,500 Nm3/m3 τροφής,με καθαρισμό αμινών του αερίου ανακύκλωσης για την αφαίρεση του θειούχου υδρογόνου και της αμμωνίας που διαφορετικά θα αραιώνουν το υδρογόνο, και με καθαρότητα υδρογόνου διατηρούμενη πάνω από περίπου 90-95% με καθαρισμό ενός ρεύματος γλιστρίσματος για την αποφυγή αδρανούς συσσώρευσης.

Ε: Τι προκαλεί ένα αντιδραστήρα υδροπεξεργασίας να φτάσει στο τέλος της λειτουργίας;

Α: Πλησιάζονται τρία όρια, και όποιο φτάσει πρώτο ορίζει τον κύκλο.και ο αντιδραστήρας κλείνει όταν η διαφορική πίεση φτάνει το μηχανικό όριο των εσωτερικών ή του συμπιεστή ανακύκλωσηςΘερμοκρασία: Καθώς ο καταλύτης απενεργοποιείται, ο χειριστής αυξάνει τη σταθμισμένη μέση θερμοκρασία του στρώματος για να διατηρήσει τη μετατροπή και το τρέξιμο τελειώνει όταν η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία του στρώματος,Συνήθως 415-440°C για τη μεταλλουργία και για την επιλεκτικότηταΗ ποιότητα του προϊόντος ή το μεταλλουργικό όριο: όταν δεν μπορεί πλέον να επιτευχθεί το επίπεδο θείου του προϊόντος,ή όταν η θερμοκρασία εξόδου του αντιδραστήρα πλησιάζει ένα όριο που καθορίζεται από τις εκτιμήσεις επίθεσης υδρογόνουΚάθε μία από αυτές διαχειρίζεταιται διαφορετικά, γι' αυτό και η βαθμολόγηση των κρεβατιών, οι παγίδες ζυγαριού και ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα σβήσεως έχουν τόσο μεγάλη επίδραση στο μήκος του κύκλου.

Ε: Πώς προστατεύεται ένας αντιδραστήρας υδρογονανθράκων από την απόδραση και την υπερβολική πίεση;

Α: Η προστασία είναι σε στρώματα. Η σχεδίαση με πολλαπλά στρώματα σβήσεως και η υψηλή αναλογία υδρογόνου προς πετρέλαιο περιορίζουν την αύξηση της θερμοκρασίας που μπορεί να προκαλέσει οποιαδήποτε εξωθερμία.και η μεταλλουργία του αντιδραστήρα επιλέγεται με περιθώριο πάνω από τη μέγιστη αξιόπιστη θερμοκρασία λειτουργίαςΗ προστασία με όργανα χρησιμοποιεί ανεξάρτητα θερμοσύνθετα θερμοκρασίας κρεβατιού με συναγερμό υψηλής έντασης και ένα κλειδί που ενεργοποιεί τον θερμαντή τροφοδοσίας και, σε σοβαρές περιπτώσεις,αθλιώνει την μονάδα μέσω συστήματος αθλιών έκτακτης ανάγκης μεγέθους API 521, μειώνοντας συνήθως την πίεση λειτουργίας σε 7 bar εντός 15 λεπτών για να σταματήσει μια εξώθερμη διάδοση.Η μηχανική προστασία είναι μια βαλβίδα ανακούφισης πίεσης που ορίζεται σύμφωνα με το API 520 και μεγέθους για το αξιόπιστο φορτίο ανακούφισης, η οποία για ένα υδροκράκερ μπορεί να είναι η περίπτωση της συνολικής εξατμίωσης, όπου μια απρόσκοπτη αντίδραση μπορεί να παράγει ατμό χωρίς συμπύκνωση και πιο γρήγορα από ό, τι μπορεί να χειριστεί η ανακούφιση, 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.