Τι είναι ένας αντιδραστήρας σε ένα διυλιστήριο πετρελαίου: Σκοπός, Τύποι και Πώς Λειτουργεί

Τι είναι ένας αντιδραστήρας σε διυλιστήριο πετρελαίου: Σκοπός, τύποι και πώς λειτουργεί

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας σε ένα διυλιστήριο πετρελαίου;Ένας αντιδραστήρας είναι το δοχείο υπό πίεση στο οποίο συμβαίνει η χημεία, το μόνο μέρος σε ένα διυλιστήριο όπου τα μόρια σκόπιμα διαλύονται ή ξαναχτίζονται αντί απλώς να ταξινομούνται.Όλα τα υπόλοιπα στο φυτό διαχωρίζονταιΟ αντιδραστήρας αλλάζει το υλικό.περνώντας ένα ρεύμα απόσταξης με υδρογόνο πάνω από έναν καταλύτη κοβάλτου-μολυβδενίου που αφαιρεί το θείοΟ υδροκαρακωλητής λειτουργεί σε θερμοκρασία 350-450 °C και 100-200 bar και προχωρά περισσότερο, σπάζοντας βαρύ πετρέλαιο αερίου σε ντίζελ και καύσιμο αεριωθούμενων αεροσκαφών.Ένας καταλυτικός μετασχηματιστής λειτουργεί στους 480-525 °C πάνω από πλατίνα για να μετατρέψει τη ναφθα σε μετασχηματισμό υψηλής οκτανικότηταςΟι δοχεία αυτές αποτελούν τα μεγαλύτερα και βαρύτερα αντικείμενα στο εργοστάσιο.με πάχος τοίχου 100-300 mm και βάρος έως 1Η αλυσίδα αυτή είναι η πιο σημαντική, διότι καθορίζει την κερδοφορία ενός διυλιστηρίου.

1Τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε έναν αντιδραστήρα διυλιστηρίου

Τέσσερα πράγματα συμβαίνουν σε κάθε αντιδραστήρα, και η κατανόησή τους εξηγεί ολόκληρο το σχέδιο:

• Η τροφή συναντά έναν καταλύτη:Σχεδόν όλοι οι αντιδραστήρες διυλιστηρίων περιέχουν στερεό καταλύτη, ένα πορώδες υλικό με τεράστια εσωτερική επιφάνεια, συχνά 150-400 m2 ανά γραμμάριο, πάνω στο οποίο πραγματοποιείται η αντίδραση.Η τροφή αντλείται και θερμαίνεται στην θερμοκρασία αντίδρασης και στη συνέχεια ρέει μέσα από το συσκευασμένο κρεβάτι των σφαιρίων καταλύτηΗ ταχύτητα εκφράζεται ως διαστημική ταχύτητα, συνήθως 0,5-5 h-1, που σημαίνει ότι η τροφοδοσία περνά από τον όγκο του καταλύτη μεταξύ 0,5 και 5 φορές την ώρα,και αυτός ο αριθμός καθορίζει την επίτευξη της μετατροπήςΕπειδή ο καταλύτης είναι εκεί που δημιουργείται η αξία, όλα τα υπόλοιπα στο αντιδραστήρα υπάρχουν για να το εξυπηρετήσουν: διανομείς για να διανέμουν την τροφοδοσία ομοιόμορφα, δίκτυα υποστήριξης για να το κρατήσουν,θερμό ζεύγη για την ανάγνωση της θερμοκρασίας του και συστήματα σβήσεως για τον έλεγχο του.
• Η θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται:Η υδροεπεξεργασία και η υδροκρεάκινγκ απελευθερώνουν θερμότητα.Έτσι ο αντιδραστήρας είναι κατασκευασμένος με διάφορα ξεχωριστά καταλύτες και το κρύο υδρογόνο εγχέεται ανάμεσά τους για να φέρει την θερμοκρασία πίσω κάτωΗ καταλυτική αναμόρφωση είναι το αντίθετο: οι αντιδράσεις που δημιουργούν αρωματικά απορροφούν θερμότητα,Έτσι οι αντιδραστήρες είναι διατεταγμένοι σε τρία ή τέσσερα αδιαβατικά στάδια με ένα φούρνο ανάμεσα σε κάθε ένα για να βάλει πίσω τη θερμότηταΗ καταλυτική διάσπαση με υγρά λύνει το πρόβλημα με διαφορετικό τρόπο, κυκλοφορώντας συνεχώς τον καταλύτη μεταξύ του αντιδραστήρα και ενός αναγεννητή.όπου η κοξίνη που αποθηκεύεται κατά τη διάρκεια της κρέαξης καίγεται στους 650-730 °C, και ο καυτός αναγεννημένος καταλύτης μεταφέρει την θερμότητα πίσω στον αντιδραστήρα για να τροφοδοτήσει την αντίδραση ρωγμάτωσης.
• Ο καταλύτης πεθαίνει αργά.Κάθε καταλύτης χάνει τη δραστηριότητα του με την πάροδο του χρόνου και ο μηχανισμός εξαρτάται από τη διαδικασία.Η κοξίνη συν τα μέταλλα όπως το νικέλιο και το βανάδιο, αποκλείουν σταδιακά τους πόρους.Η κατεργασία της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίας της κατεργασίαςπου αποκαθιστά το ρυθμό αλλά επίσης επιταχύνει την απενεργοποίηση, έτσι ώστε η πορεία να λήγει όταν επιτευχθεί η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία, η πτώση πίεσης σε ολόκληρο το στρώμα ή η προδιαγραφή του προϊόντος.Ο αντιδραστήρας κλείνει για αναγέννηση ή αντικατάσταση του καταλύτη., που είναι ο μόνος μεγαλύτερος λόγος για μια ανατροπή διυλιστηρίου.
• Πίεση, μεταλλουργία και συγκράτηση:Ο αντιδραστήρας διυλιστηρίου είναι ένα δοχείο υπό πίεση εξαιρετικής χρήσης.Και ο λόγος δεν είναι η πίεση από μόνη της, αλλά ο συνδυασμός του υδρογόνου.Το ατομικό υδρογόνο σε υψηλή μερική πίεση επιτίθεται στον άνθρακα του συνηθισμένου χάλυβα και σχηματίζει μεθάνιο στο μέταλλο.μια κατάσταση αποτυχίας που ονομάζεται επίθεση υδρογόνου υψηλής θερμοκρασίαςΤο δοχείο είναι κατασκευασμένο σύμφωνα με το ASME VIII Division 2 με επικάλυψη από ατσάλινη συγκόλληση σε όλες τις υγρές επιφάνειες,και είναι εξοπλισμένο με ελάχιστη θερμοκρασία πίεσηςΗ πίεση του χάλυβα είναι συνήθως 90-150 °C, κάτω από την οποία δεν πρέπει ποτέ να υποβάλλεται σε πίεση, διότι ο χάλυβας γίνεται εύθραυστος μετά από μακρά χρήση.

2Οι κύριοι αντιδραστήρες που θα βρείτε σε ένα διυλιστήριο

Ένα σύγχρονο διυλιστήριο περιέχει πέντε έως δεκαπέντε αντιδραστήρες, και ο καθένας έχει μια συγκεκριμένη εργασία στο σύστημα ροής:

• Υδροεπεξεργαστής:Ο πιο συνηθισμένος αντιδραστήρας σε οποιοδήποτε διυλιστήριο και αυτός που καθιστά δυνατές τις σύγχρονες προδιαγραφές καυσίμων.μεταλλικά και ολεφινικά υλικά με αντίδραση με υδρογόνο πάνω σε καταλύτη κοβάλτου-μολυβδενίου ή νικελίου-μολυβδενίου σε θερμοκρασία 300-400 °C και 30-100 barΗ παραγωγή του είναι θειικό υδρογόνο και αμμωνία, τα οποία διαχωρίζονται και αποστέλλονται στο εργοστάσιο θείου, και ένα καθαρό προϊόν που πληροί το όριο θείου 10 ppm για το ντίζελ με εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο.Σχεδόν κάθε ρεύμα σε ένα διυλιστήριο περνά μέσα από ένα- νάφθα πριν από τον αναδιαμορφωτή, διότι το θείο δηλητηριάζει την πλατίνα· κηροζίνη πριν από το μίγμα καυσίμων αεροσκαφών· ντίζελ πριν από την πώληση· πετρέλαιο αερίου πριν από το FCC ή το υδροκαρακιστή· και πετρέλαιο αερίου κενού πριν από τη μετατροπή.
• Υδροπρεπές:Ο πιο σοβαρός και πολύτιμος αντιδραστήρας μετατροπής λειτουργεί στους 350-450 βαθμούς Κελσίου και 100-200 μπαρ και κάνει δύο πράγματα ταυτόχρονα:σπάει βαριά μόρια σε μόρια πετρελαίου ντίζελ και πετρελαίου αεριωθούμενου με τη χρήση ενός όξινου συστατικού ζεολίτηΕπειδή η ρωγμάτωση συμβαίνει σε περιβάλλον πλούσιο σε υδρογόνο, τα προϊόντα είναι κορεσμένα και χαμηλά σε θείο και ολεφίνες.Έτσι, το υδροκράκερ ντίζελ και το τζετ είναι από τα υψηλότερης ποιότητας συστατικά ανάμειξης που είναι διαθέσιμα.Ο αντιδραστήρας είναι ένα τεράστιο δοχείο με παχιά τοιχώματα με τέσσερα έως έξι καταλύτες, ψυχρή ψύξη υδρογόνου ανάμεσά τους,και ένα ξεχωριστό στάδιο υδροπεξεργασίας πριν από το στάδιο ραγισμού για την προστασία του καταλύτη ραγισμού από άζωτο και θείο.
• Αντιδραστήρας και αναγεννητής καταλυτικής διάσπασης υγρών:Ο κύριος παραγωγός βενζίνης στα περισσότερα διυλιστήρια και η μόνη σημαντική μονάδα όπου ο καταλύτης κυκλοφορεί συνεχώς.Το λάδι εγχέεται στο κάτω μέρος ενός κάθετου ανυψωτήρα όπου συναντά τον αναγεννημένο καταλύτη στους 500-540 °C και ρωγμώνει σε 2-5 δευτερόλεπτα.Ο καταλύτης και ο ατμός διαχωρίζονται σε κυκλόνους, ο καταλύτης αφαιρείται υδρογονανθράκων με ατμό και στη συνέχεια ρέει στον αναγεννητή όπου ο αέρας καίει την κοξίνη στους 650-730 °C,αποκατάσταση της δραστηριότητας και παραγωγή της θερμότητας που οδηγεί στην ρωγμάτωσηΟ αναγεννημένος καταλύτης, τώρα καυτός και καθαρός, επιστρέφει στον ανυψωτήρα.και ο εξοπλισμός είναι επενδυμένος με ανθεκτικό στην διάβρωση πυρόστακτο υλικό αντί να επενδυθεί με χάλυβα, διότι ο καταλύτης είναι εξαιρετικά τραβηγτικός.
• Ο καταλυτικός μεταρρυθμιστής και οι μικρότεροι αντιδραστήρες:Ένας καταλυτικός αναδιαμορφωτής παίρνει βαριά ναφθα με οκτάνιο 40-60 και την αυξάνει σε 95-105 μετατρέποντας τις ναφθένες σε αρωματικά και τις παραφίνες σε διακλαδισμένα ισομερή,πάνω από καταλύτη πλατίνης-ρένιου στους 480-525 °C και 5-35 barΗ διύλιση υδρογόνου γίνεται με τη βοήθεια των ηλεκτρικών συσσωρευτών και των ηλεκτρικών συσσωρευτών.ένα αντιδραστήρα ισομερισμού που μετατρέπει τις ελαφρές παραφίνες ναφθάς σε ισομερή υψηλότερης οκτανικότητας στους 120-250 °C· αντιδραστήρας αλκυλίωσης που συνδυάζει ολεφίνες με ισοβουτάνιο σε θερμοκρασία 5-20°C με χρήση θειικού ή υδροφθοριούχου οξέος·ένα αντιδραστήρα υδροαδελφοποίησης ή επιλεκτικής υδρογόνωσης για την αφαίρεση των διολεφινών από τη ραγισμένη ναφθα· και, στην μονάδα θείου, θερμικός αντιδραστήρας Claus σε θερμοκρασία 1.000-1.300°C, ακολουθούμενος από δύο ή τρεις καταλυτικούς αντιδραστήρες σε θερμοκρασία 200-320°C που μετατρέπουν το θειικό υδρογόνο σε στοιχειώδη θείο.

Σύγκριση των κυριότερων αντιδραστήρων διυλιστηρίων

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός αντιδραστήρα και μιας στήλης απόσταξης;

Μία στήλη απόσταξης διαχωρίζει αυτό που είναι ήδη εκεί, ένας αντιδραστήρας δημιουργεί αυτό που δεν ήταν.και δεν σπάει ή σχηματίζεται χημικός δεσμόςΣε έναν αντιδραστήρα, οι δεσμοί σπάνε και αναμορφώνονται, έτσι ώστε το υλικό που φεύγει να είναι χημικά διαφορετικό από το υλικό που εισέρχεται.μια στήλη είναι γεμάτη με δίσκους ή συσκευασία και λειτουργεί με κλίση θερμοκρασίας από κάτω προς τα πάνω, ενώ ένας αντιδραστήρας είναι γεμάτος καταλύτη και λειτουργεί σε μια προσεκτικά ελεγχόμενη θερμοκρασία που είναι σχεδόν ομοιόμορφη ή σκόπιμα σταδιακή.μια στήλη καταναλώνει θερμότητα και ψύξη, ένας αντιδραστήρας καταναλώνει καταλύτη, υδρογόνο και, κατά την σχάση, την κοξίνη που σχηματίζεται στον καταλύτη.

Ε: Γιατί οι αντιδραστήρες των διυλιστηρίων είναι τόσο μεγάλοι και βαρέοι;

Α: Τρεις λόγοι σύνθετα: πίεση και θερμοκρασία: ένα υδροκράκερ σε θερμοκρασία 200 bar και 450 °C χρειάζεται τοίχο κελύφους 150-300 mm από χαμηλό κράμα χάλυβα,Το οποίο από μόνο του τοποθετεί το άδειο σκάφος σε αρκετές εκατοντάδες τόνους.- όγκος: το απόθεμα καταλύτη πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε η τροφή να βρίσκεται σε επαφή με αυτό για το κατάλληλο χρονικό διάστημα,και σε διαστημική ταχύτητα 1 h-1 300 m3 ανά ώρα τροφοδοσίας απαιτεί 300 m3 καταλύτηΚαι τα εσωτερικά: διανομείς, δίκτυα υποστήριξης, συστήματα σβήσεως, θερμοκηλίδες και συλλέκτες εξόδου προσθέτουν εσωτερική πολυπλοκότητα και ύψος.Οι μεγαλύτεροι αντιδραστήρες υδροκρεκαρισμού υπερβαίνουν το 1,200 τόνους, η οποία υπερβαίνει την ικανότητα των περισσότερων οδών μεταφοράς και συχνά την ικανότητα του γερανού εργοστασίου κατασκευής,Έτσι χτίζονται κοντά σε υδάτινο δρόμο ή μεταφέρονται σε τμήματα και τελειώνουν στην περιοχή.

Ε: Πόση ώρα λειτουργεί ένας αντιδραστήρας διυλιστηρίου πριν κλείσει;

Απάντηση: Εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το πόσο γρήγορα ο καταλύτης απενεργοποιείται.Έτσι η μονάδα τρέχει τρία έως πέντε χρόνια ανάμεσα στις αλλαγές.Οι υδροεπεξεργαστές λειτουργούν από ένα έως πέντε έτη· ένας υδροεπεξεργαστής ναφθαλίνης σε καθαρές ζωοτροφές μπορεί να φτάσει τα έξι έτη,ενώ ένας ντίζελ υδροεπεξεργαστής σε ραγισμένη ζωοτροφή μπορεί να περιορίζεται σε δεκαοκτώ μήνεςΟι υδροπυρηνικοί σπάσιμοι λειτουργούν 2 έως 5 χρόνια, οι ημιαναγεννητικοί καταλυτικοί μεταρρυθμιστές 6 έως 24 μήνες πριν από την αναγέννηση in situ.ενώ οι μονάδες με συνεχή αναγέννηση καταλύτη λειτουργούν κατ' αρχήν επ' αόριστον και περιορίζονται από διαστήματα μηχανικής επιθεώρησηςΣε κάθε περίπτωση, ο περιοριστικός παράγοντας είναι ένας από τους τρεις: αύξηση της πτώσης της πίεσης σε ολόκληρο το στρώμα, επίτευξη της μέγιστης επιτρεπόμενης θερμοκρασίας του στρώματος ή μη συμμόρφωση με τις προδιαγραφές του προϊόντος.

Ε: Τι καθιστά επικίνδυνους τους αντιδραστήρες των διυλιστηρίων;

Α: Τέσσερις κίνδυνοι, όλοι διαχειρίζονται από το σχεδιασμό και όχι μόνο από τη διαδικασία.που σημαίνει ότι μια διαρροή μπορεί να απελευθερώσει ένα μεγάλο εύφλεκτο απόθεμα καιΗ επίθεση υδρογόνου υψηλής θερμοκρασίας, όπου το υδρογόνο σε υψηλή μερική πίεση αντιδρά με τον άνθρακα στο χάλυβα για να σχηματίσει μεθάνιο,προκαλώντας εσωτερικές ρωγμές που δεν μπορούν να φανούν από έξωΓια το λόγο αυτό η επιλογή υλικών ακολουθεί την καμπύλη API 941 Nelson και η επιθεώρηση χρησιμοποιεί προηγμένες μεθόδους υπερήχων.όπου μια απώλεια ροής ή μια κακή κατανομή δημιουργεί ένα θερμό σημείο που επιταχύνει περαιτέρω την αντίδραση, διαχειρίζεται από συστήματα σβήσιμο, πολλαπλά θερμό ζεύγη και ένα σύστημα πίεσης έκτακτης ανάγκης μεγέθους API 521.που σχηματίζεται στο εσωτερικό των δοχείων σε λειτουργία θείου και ανάβει αυθόρμητα όταν το δοχείο ανοίγεται στον αέρα κατά τη διάρκεια της περιστροφής, διαχειρίζεται με ελεγχόμενη οξείδωση ή διατηρώντας το δοχείο υγρό κατά την εκφόρτωση του καταλύτη.