हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग रिएक्टर क्या है: प्रकार, डिजाइन और रिफाइनरी अनुप्रयोग

हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग रिएक्टर क्या है: प्रकार, डिजाइन और रिफाइनरी अनुप्रयोग

मुख्य प्रश्न का उत्तर:हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग रिएक्टर क्या है?हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग रिएक्टर एक दबाव पात्र है जिसमें पेट्रोलियम या पेट्रोकेमिकल फीडस्टॉक को लगभग हमेशा एक ठोस उत्प्रेरक पर और नियंत्रित तापमान और दबाव में क्रैकिंग, रीफॉर्मिंग, हाइड्रोेटिंग, एल्किलेशन या आइसोमेराइजेशन द्वारा उच्च-मूल्य वाले उत्पादों में रासायनिक रूप से परिवर्तित किया जाता है। प्रमुख वर्गों को उनकी ऑपरेटिंग विंडो द्वारा अलग किया जाता है। फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग वाष्पीकृत गैस तेल को 500-540 डिग्री सेल्सियस पर 2-5 सेकंड के लिए एक राइजर में ज़ियोलाइट उत्प्रेरक के साथ संपर्क करती है। हाइड्रोक्रैकिंग 350-450 डिग्री सेल्सियस और 100-200 बार पर एक बाईफंक्शनल उत्प्रेरक और उच्च हाइड्रोजन आंशिक दबाव के साथ चलती है। कैटेलिटिक रीफॉर्मिंग ऑक्टेन बढ़ाने के लिए 480-525 डिग्री सेल्सियस और 5-35 बार पर संचालित होती है। हाइड्रोेटिंग 300-400 डिग्री सेल्सियस और 30-100 बार पर सल्फर, नाइट्रोजन और धातुओं को हटाती है। इनमें से प्रत्येक एक अलग रिएक्टर कॉन्फ़िगरेशन लागू करता है, क्योंकि प्रमुख बाधा भिन्न होती है: एफसीसी में हीट बैलेंस, हाइड्रोक्रैकिंग में हाइड्रोजन आंशिक दबाव और धातुकर्म, और हाइड्रोेटिंग में कोक और धातु जमाव से दबाव ड्रॉप।

1. रूपांतरण मार्ग और उनके लिए आवश्यक रिएक्टर

चार मार्ग हाइड्रोकार्बन रूपांतरण क्षमता के थोक के लिए जिम्मेदार हैं, और प्रत्येक एक अलग रिएक्टर डिजाइन को निर्देशित करता है:

• फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग:एफसीसी एक रिफाइनरी में उच्चतम तापमान रूपांतरण प्रक्रिया है और एकमात्र प्रमुख प्रक्रिया है जहां उत्प्रेरक लगातार एक रिएक्टर और एक पुनर्योजी के बीच घूमता है। गैस तेल को एक राइजर में इंजेक्ट किया जाता है जहां यह 500-540 डिग्री सेल्सियस पर पुनर्जीवित उत्प्रेरक के संपर्क में आता है और 2-5 सेकंड के भीतर गैसोलीन, एलपीजी और हल्के उत्पादों में टूट जाता है। क्रैकिंग एंडोथर्मिक है और गर्मी गर्म पुनर्जीवित उत्प्रेरक द्वारा ही आपूर्ति की जाती है, जो पिछले चक्र से कोक ले जाता है। 0.5-1.5 wt% का कोक जमाव सेकंड के भीतर उत्प्रेरक को निष्क्रिय कर देता है, इसलिए खर्च किए गए उत्प्रेरक को भाप से स्ट्रिप किया जाता है और 650-730 डिग्री सेल्सियस पर पुनर्योजी में जलाया जाता है, गतिविधि को बहाल करता है और प्रक्रिया गर्मी प्रदान करता है। इसलिए रिएक्टर सामान्य अर्थों में एक बर्तन नहीं है, बल्कि एक राइजर है, साइक्लोन के साथ एक डिसएंगेजिंग बर्तन जो वाष्प से उत्प्रेरक को अलग करता है, और एक स्ट्रिपर, सभी क्षरण-प्रतिरोधी दुर्दम्य लाइनिंग के साथ निर्मित होते हैं क्योंकि उत्प्रेरक अत्यधिक अपघर्षक होता है।
• हाइड्रोक्रैकिंग और हाइड्रोेटिंग:ये उच्च हाइड्रोजन आंशिक दबाव के तहत की जाने वाली फिक्स्ड-बेड कैटेलिटिक प्रक्रियाएं हैं। हाइड्रोेटिंग 300-400 डिग्री सेल्सियस और 30-100 बार पर एल्यूमिना पर कोबाल्ट-मोलिब्डेनम या निकेल-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ सल्फर, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और धातुओं को हटाती है, जिससे हाइड्रोजन सल्फाइड और अमोनिया का उत्पादन होता है जिसे रीसायकल गैस से स्क्रब किया जाना चाहिए। हाइड्रोक्रैकिंग 350-450 डिग्री सेल्सियस पर 100-200 बार पर गर्म और कठिन चलती है, और एक अम्लीय क्रैकिंग फ़ंक्शन जोड़ती है ताकि भारी फीड को डीसल्फराइज्ड और डिस्टिलेट्स में परिवर्तित किया जा सके। दोनों अत्यधिक एक्सोथर्मिक हैं, इसलिए रिएक्टर को कई उत्प्रेरक बेड और उनके बीच ठंडे हाइड्रोजन क्वेंच के साथ बनाया गया है, जिससे प्रत्येक बेड तापमान वृद्धि 20-40 डिग्री सेल्सियस तक सीमित हो जाती है। दो शासी डिजाइन बाधाएं 300-1,500 एनएम 3/एम 3 का हाइड्रोजन-टू-ऑयल अनुपात हैं ताकि कोक गठन को दबाया जा सके, और एक दबाव ड्रॉप जो कोक और धातुओं के जमा होने पर बढ़ता है जब तक कि बिस्तर को बदला या स्किम्ड न किया जाए।
• कैटेलिटिक रीफॉर्मिंग:रीफॉर्मिंग कम-ऑक्टेन नैफ्था को 480-525 डिग्री सेल्सियस और 5-35 बार पर क्लोराइड एल्यूमिना समर्थन पर प्लैटिनम, या प्लैटिनम-रेनियम, उत्प्रेरक पर उच्च-ऑक्टेन रिफॉर्मेट और एरोमैटिक्स में परिवर्तित करता है। मुख्य प्रतिक्रियाएं नैफ्थेन का एरोमैटिक्स में डीहाइड्रोजनीकरण, पैराफिन का डीहाइड्रोसाइक्लाइजेशन और आइसोमेराइजेशन हैं, और वे समग्र रूप से अत्यधिक एंडोथर्मिक हैं, इसलिए रिएक्टरों को इंटरहीटर के साथ श्रृंखला में तीन या चार एडियाबेटिक फिक्स्ड बेड में व्यवस्थित किया जाता है। हाइड्रोजन एक मूल्यवान उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित होता है। दो प्रक्रिया चर हावी हैं: उत्प्रेरक पर पानी-क्लोराइड संतुलन, क्योंकि क्लोराइड लगातार बहिःस्राव में खो जाता है और अम्लता बनाए रखने के लिए इसे फिर से इंजेक्ट किया जाना चाहिए, और कोक लेडाउन, जिसे चक्रीय पुनर्जनन द्वारा, 6-24 महीने के चक्र के साथ एक अर्ध-पुनर्योजी डिजाइन द्वारा प्रबंधित किया जाता है जो शटडाउन पुनर्जनन में समाप्त होता है, या निरंतर उत्प्रेरक पुनर्जनन द्वारा जहां उत्प्रेरक धीरे-धीरे एक पुनर्योजी के माध्यम से घूमता है।
• थर्मल रूपांतरण और कोकिंग:जहां फीड उत्प्रेरक के लिए बहुत भारी या बहुत दूषित है, रिफाइनर थर्मल रूपांतरण का उपयोग करते हैं। विलंबित कोकिंग वैक्यूम अवशेष को 480-510 डिग्री सेल्सियस पर एक भट्ठी में गर्म करती है और इसे 12-24 घंटे के लिए बड़े कोक ड्रम में रखती है, जहां यह हल्के उत्पादों और ठोस कोक में टूट जाता है जिसे बाद में उच्च दबाव वाले पानी से काट दिया जाता है। विस्ब्रेकिंग एक हल्का संस्करण है जो 450-500 डिग्री सेल्सियस पर कम निवास समय के साथ हल्के थर्मल क्रैकिंग द्वारा चिपचिपाहट को कम करता है। ये कैटेलिटिक फिक्स्ड बेड के बजाय अर्ध-बैच या कॉइल प्रक्रियाएं हैं, और रिएक्टर डिजाइन चुनौतियां थर्मल हैं, उत्प्रेरक नहीं: चक्रीय थर्मल तनाव के तहत ड्रम दीवार धातुकर्म, क्वेंच और स्विचिंग वाल्व विश्वसनीयता, और हीटर ट्यूबों की गंभीरfouling और कोकिंग प्रवृत्ति, जिसे निवास समय को छोटा रखने के लिए उच्च भाप या कंडेनसेट इंजेक्शन वेग द्वारा प्रबंधित किया जाता है।

2. रिएक्टर कॉन्फ़िगरेशन और चुनाव कैसे किया जाता है

संपर्क मोड के बीच चुनाव उत्प्रेरक जीवन, एक्सोथर्म गंभीरता और फीड संदूषण से उत्पन्न होता है:

• फिक्स्ड बेड रिएक्टर:सबसे सरल और सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला कॉन्फ़िगरेशन: 1-3 मिमी के उत्प्रेरक छर्रों को एक ग्रिड और निष्क्रिय सिरेमिक गेंदों की एक वर्गीकृत परत द्वारा समर्थित एक या अधिक बेड में लोड किया जाता है। प्रवाह अनिवार्य रूप से प्लग प्रवाह है, जो प्रति पास रूपांतरण को अधिकतम करता है, और कोई उत्प्रेरक घर्षण या पृथक्करण उपकरण नहीं है। सीमाएं परिभाषित करती हैं कि फिक्स्ड बेड का उपयोग कहां किया जा सकता है। गर्मी हटाना खराब है, इसलिए अत्यधिक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए मल्टी-बेड क्वेंच या ट्यूबलर डिजाइन की आवश्यकता होती है। कोक और धातुओं के जमा होने पर दबाव ड्रॉप बढ़ता है, अंततः एक शटडाउन को मजबूर करता है। और यदि उत्प्रेरक निष्क्रियता तेज है, तो बिस्तर को इकाई को रोके बिना नहीं बदला जा सकता है। इसलिए फिक्स्ड बेड साफ फीड के लिए उपयुक्त हैं जिनमें एक से पांच साल का उत्प्रेरक जीवन होता है, यही कारण है कि वे हाइड्रोेटिंग, हाइड्रोक्रैकिंग और रीफॉर्मिंग पर हावी हैं।
• फ्लूइडाइज्ड और इबुलेटेड बेड रिएक्टर:जब उत्प्रेरक सेकंड में निष्क्रिय हो जाता है, जैसा कि एफसीसी में होता है, तो उत्प्रेरक को लगातार घूमना चाहिए, और एक फ्लूइडाइज्ड बेड इसे संभव बनाता है जबकि उत्कृष्ट तापमान एकरूपता और गर्मी हस्तांतरण प्रदान करता है। दंड उत्प्रेरक घर्षण है, साइक्लोन की उच्च दक्षता की मांग करने वाला एंट्रेनमेंट, और बैक-मिक्सिंग जो प्लग प्रवाह की तुलना में प्रति पास रूपांतरण को कम करता है। एक इबुलेटेड बेड, अवशेषों के हाइड्रोकन्वर्जन के लिए उपयोग किया जाता है, तरल और गैस के अपफ्लो में उत्प्रेरक को निलंबित करता है ताकि बिस्तर 30-50% तक फैल जाए, जिससे लगभग समतापीय संचालन, कम और स्थिर दबाव ड्रॉप, और हर दिन ऑन-लाइन उत्प्रेरक जोड़ने और निकालने की क्षमता मिलती है। यह 50-350 पीपीएम धातुओं के साथ अवशेषों को संसाधित करते समय निर्णायक लाभ है, क्योंकि धातु स्थायी रूप से उत्प्रेरक को जहर देते हैं और केवल निरंतर प्रतिस्थापन से अर्थशास्त्र काम करता है।
• स्लरी बबल कॉलम और ट्यूबलर रिएक्टर:एक स्लरी रिएक्टर गैस को बुलबुला करते हुए तरल में महीन उत्प्रेरक को निलंबित करता है, जिससे उत्कृष्ट गर्मी हटाना और बहुत उच्च उत्प्रेरक उपयोगिता मिलती है, और इसका उपयोग फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण और अवशेष स्लरी हाइड्रोक्रैकिंग में किया जाता है। चुनौती उत्पाद से महीन उत्प्रेरक को अलग करना है, जो निस्पंदन और चुंबकीय पृथक्करण विकास को चलाता है। इसके विपरीत, एक ट्यूबलर रिएक्टर, हजारों छोटे व्यास की ट्यूबों के अंदर उत्प्रेरक रखता है जिसमें शेल साइड पर एक गर्मी हस्तांतरण माध्यम होता है। यह तब चुना जाता है जब तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण होता है, जैसा कि भाप सुधार में होता है, जहां प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक होती है और ट्यूबों को 800-900 डिग्री सेल्सियस पर एक भट्ठी में जलाया जाता है, या अत्यधिक एक्सोथर्मिक चयनात्मक ऑक्सीकरण में जहां एक भगोड़ा भौतिक रूप से असंभव होना चाहिए। 200-1,000 ट्यूबों की संख्या और 6-13 मीटर की लंबाई विशिष्ट है, जिसमें ट्यूबशीट और ट्यूब-टू-ट्यूबशीट जोड़ सबसे अधिक मांग वाले निर्माण विवरण हैं।
• सामग्री, कोड और अखंडता:हाइड्रोकार्बन रिएक्टर धातुकर्म क्षमता की सीमा पर काम करते हैं, और तीन गिरावट तंत्र सामग्री चयन को नियंत्रित करते हैं। उच्च तापमान हाइड्रोजन हमला, एपीआई 941 नेल्सन वक्र द्वारा संभाला जाता है, क्रोमियम-मोलिब्डेनम स्टील की आवश्यकता होती है: हाइड्रोप्रोसेसिंग के लिए 1.25Cr-0.5Mo या 2.25Cr-1Mo, कभी-कभी 347 स्टेनलेस ओवरले या 321 या 347 के वेल्डेड क्लैडिंग के साथ हाइड्रोजन सल्फाइड के खिलाफ संक्षारण प्रतिरोध के लिए। 350-575 डिग्री सेल्सियस रेंज में 2.25Cr-1Mo का टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट जे फैक्टर को सीमित करके, उत्पादन हीट के स्टेप-कूलिंग एम्ब्रिटलमेंट को ट्रैक करके, और न्यूनतम दबाव तापमान से नीचे एक ठंडे बर्तन को दबाव डालने से बचने के लिए स्टार्ट-अप और शटडाउन को नियंत्रित करके नियंत्रित किया जाता है। और गीले हाइड्रोजन सल्फाइड से सल्फाइड स्ट्रेस क्रैकिंग को कठोरता पर NACE MR0175 / ISO 15156 सीमाओं और अनिवार्य पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट के माध्यम से संबोधित किया जाता है। दबाव राहत को एपीआई 520 और एपीआई 521 के माध्यम से अलग से संबोधित किया जाता है, जिसमें डीआईईआरएस पद्धति लागू की जाती है जहां एक भगोड़ा प्रतिक्रिया पारंपरिक राहत उपकरण संभाल सकता है उससे तेज वाष्प उत्पन्न कर सकती है।

हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग रिएक्टर प्रकार तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्र: हाइड्रोेटिंग और हाइड्रोक्रैकिंग के बीच मुख्य अंतर क्या है?

ए: दोनों हाइड्रोजन और ऊंचे दबाव पर एक सल्फाइड उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं, लेकिन उनका उद्देश्य और गंभीरता भिन्न होती है। हाइड्रोेटिंग संदूषकों को हटाती है, सल्फर को हाइड्रोजन सल्फाइड में, नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करती है, और ओलेफिन और एरोमैटिक्स को हल्के ढंग से संतृप्त करती है, 300-400 डिग्री सेल्सियस और 30-100 बार पर उबलते रेंज में अनिवार्य रूप से कोई बदलाव नहीं होता है। हाइड्रोक्रैकिंग जानबूझकर कार्बन-कार्बन बॉन्ड को तोड़ती है ताकि भारी फीड का 30-90% हल्के डिस्टिलेट्स में परिवर्तित हो सके, 350-450 डिग्री सेल्सियस और 100-200 बार पर एक बाईफंक्शनल उत्प्रेरक पर चलती है जो एक धातु हाइड्रोजनीकरण फ़ंक्शन को एक अम्लीय क्रैकिंग फ़ंक्शन के साथ जोड़ती है। व्यवहार में एक हाइड्रोक्रैकर को एक हाइड्रोेटिंग चरण के रूप में बनाया जाता है जिसके बाद उसी उच्च दबाव लूप में एक क्रैकिंग चरण होता है, क्योंकि क्रैकिंग उत्प्रेरक सल्फर और नाइट्रोजन द्वारा जहर दिया जाता है और फीड को पहले साफ किया जाना चाहिए।

प्र: हाइड्रोप्रोसेसिंग में हाइड्रोजन आंशिक दबाव इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

ए: हाइड्रोजन आंशिक दबाव कोक को उत्प्रेरक सतह पर बनाने वाली संघनन और डीहाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं को दबाता है। कोक मुख्य प्रतिवर्ती निष्क्रियता तंत्र है, और हाइड्रोजन आंशिक दबाव बढ़ाने से उत्प्रेरक जीवन दोगुना या तिगुना हो सकता है, जिससे समान गंभीरता पर एक लंबा चक्र या समान चक्र लंबाई पर उच्च गंभीरता की अनुमति मिलती है। यह उत्पादों की ओर डीसल्फराइजेशन और डीनाइट्रोजनेशन संतुलन को भी चलाता है और एरोमैटिक संतृप्ति में सुधार करता है। यही कारण है कि हाइड्रोप्रोसेसिंग इकाइयों को उच्च रीसायकल गैस दरों, आमतौर पर 300-1,500 एनएम 3/एम 3 फीड के साथ डिजाइन किया गया है, रीसायकल गैस की एमाइन स्क्रबिंग के साथ हाइड्रोजन सल्फाइड और अमोनिया को हटाने के लिए जो अन्यथा हाइड्रोजन को पतला कर देंगे, और लगभग 90-95% से ऊपर मेकअप हाइड्रोजन शुद्धता बनाए रखने के लिए अक्रिय निर्माण से बचने के लिए एक स्लिप स्ट्रीम को शुद्ध करके।

प्र: हाइड्रोप्रोसेसिंग रिएक्टर रन के अंत तक क्यों पहुंचता है?

ए: तीन सीमाएं पहुंच जाती हैं, और जो भी पहले आता है वह चक्र निर्धारित करता है। दबाव ड्रॉप: कोक, आयरन स्केल और, अवशेष सेवा में, निलंबित ठोस पदार्थ बिस्तर के शीर्ष पर रिक्त स्थान को प्लग करते हैं, और जब विभेदक दबाव आंतरिक या रीसायकल कंप्रेसर की यांत्रिक सीमा तक पहुंच जाता है तो रिएक्टर को बंद कर दिया जाता है। तापमान: जैसे-जैसे उत्प्रेरक निष्क्रिय होता है, ऑपरेटर रूपांतरण बनाए रखने के लिए भारित औसत बिस्तर तापमान बढ़ाता है, और रन तब समाप्त होता है जब अधिकतम स्वीकार्य बिस्तर तापमान, आमतौर पर धातुकर्म और चयनात्मकता के लिए 415-440 डिग्री सेल्सियस, पहुंच जाता है। और उत्पाद की गुणवत्ता या धातुकर्म सीमा: जब उत्पाद सल्फर को पूरा नहीं किया जा सकता है, या जब रिएक्टर आउटलेट तापमान हाइड्रोजन हमले के विचारों द्वारा निर्धारित सीमा के करीब पहुंचता है। इनमें से प्रत्येक को अलग-अलग प्रबंधित किया जाता है, यही कारण है कि बिस्तर ग्रेडिंग, स्केल ट्रैप और एक अच्छी तरह से डिजाइन किए गए क्वेंच सिस्टम का चक्र लंबाई पर इतना बड़ा प्रभाव पड़ता है।

प्र: भगोड़ा और ओवरप्रेशर से हाइड्रोकार्बन रिएक्टर की सुरक्षा कैसे की जाती है?

ए: सुरक्षा स्तरित है। स्वाभाविक रूप से, मल्टी-बेड क्वेंच डिजाइन और एक उच्च हाइड्रोजन-टू-ऑयल अनुपात किसी भी एक्सोथर्म द्वारा उत्पन्न तापमान वृद्धि को सीमित करते हैं, और रिएक्टर धातुकर्म को अधिकतम विश्वसनीय ऑपरेटिंग तापमान से ऊपर मार्जिन के साथ चुना जाता है। इंस्ट्रूमेंटेड सुरक्षा स्वतंत्र बिस्तर तापमान थर्मोकपल का उपयोग करती है जिसमें एक उच्च-उच्च अलार्म और एक इंटरलॉक होता है जो फीड हीटर को ट्रिप करता है और, गंभीर मामलों में, एपीआई 521 के लिए आकार वाले आपातकालीन डीप्रेशराइजिंग सिस्टम के माध्यम से इकाई को डीप्रेशराइज करता है, आमतौर पर 15 मिनट के भीतर 7 बार तक दबाव कम करके एक प्रचारित एक्सोथर्म को रोकने के लिए। यांत्रिक सुरक्षा एक दबाव राहत वाल्व है जिसे एपीआई 520 के अनुसार सेट किया गया है और विश्वसनीय राहत भार के लिए आकार दिया गया है, जो एक हाइड्रोक्रैकर के लिए कुल वाष्पीकरण मामला हो सकता है। जहां एक भगोड़ा प्रतिक्रिया गैर-संघनित्र रूप से और राहत से तेज वाष्प उत्पन्न कर सकती है, डीआईईआरएस पद्धति का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि सिस्टम टेम्पर या गैसी है या नहीं और क्या राहत उपकरण पर्याप्त है या दबाव-युक्त डंप टैंक या पूर्ण आपातकालीन डीप्रेशराइजेशन की आवश्यकता है।