पेट्रोलियम प्रसंस्करण रिएक्टर क्या है: रिफाइनरी कर्तव्य, आंतरिक और संचालन लिफाफा

मुख्य प्रश्न का उत्तर: पेट्रोलियम प्रसंस्करण रिएक्टर क्या है? एक पेट्रोलियम प्रसंस्करण रिएक्टर एक मोटी दीवार वाला दबाव पात्र है जिसमें एक ठोस उत्प्रेरक बिस्तर होता है जिसके माध्यम से एक रिफाइनरी स्ट्रीम नियंत्रित तापमान और दबाव पर परिवर्तित या शुद्ध होने के लिए गुजरती है। यह फ्रैक्शनैशन के डाउनस्ट्रीम और उत्पाद उपचार के अपस्ट्रीम बैठता है, और रिफाइनरी में आमतौर पर पांच से पंद्रह होते हैं। हाइड्रोट्रीटर सल्फर, नाइट्रोजन और धातुओं को हटाने के लिए 300-400 डिग्री सेल्सियस और 30-100 बार पर चलते हैं। हाइड्रोक्रैकर गैस तेल को डिस्टिलेट में बदलने के लिए 350-450 डिग्री सेल्सियस और 100-200 बार पर चलते हैं। कैटेलिटिक रिफॉर्मर ऑक्टेन बढ़ाने के लिए 480-525 डिग्री सेल्सियस और 5-35 बार पर चलते हैं। एक एफसीसी राइजर 500-540 डिग्री सेल्सियस पर लगातार उत्प्रेरक परिसंचरण के साथ संचालित होता है। उत्प्रेरक जीवन क्रैकिंग में सेकंड से लेकर हाइड्रोट्रीटिंग में पांच साल तक होता है, और यांत्रिक डिजाइन का पूरा, इनलेट वितरक से आउटलेट कलेक्टर तक, उस उत्प्रेरक को सुलभ, समान रूप से गीला और पूरे चक्र के माध्यम से थर्मल रूप से नियंत्रित करने के लिए मौजूद है।

1. रिफाइनरी फ्लो स्कीम में रिएक्टर कहां बैठते हैं

एक रिफाइनरी पृथक्करण और रूपांतरण चरणों का एक क्रम है, और प्रत्येक रिएक्टर उस अनुक्रम में एक विशिष्ट स्थिति रखता है:

• फीड तैयारी और हाइड्रोट्रीटिंग: कच्चे तेल को पहले वायुमंडलीय और वैक्यूम आसवन द्वारा नैफ्था, केरोसिन, डीजल, गैस तेल और अवशेषों में अलग किया जाता है। इन धाराओं में से प्रत्येक का सामना करने वाला पहला रिएक्टर आमतौर पर एक हाइड्रोट्रीटर होता है, जो हर डाउनस्ट्रीम इकाई की रक्षा करता है। नैफ्था हाइड्रोट्रीटिंग प्लैटिनम उत्प्रेरक के लिए दोनों जहर होने के कारण, कैटेलिटिक रिफॉर्मर में जाने से पहले सल्फर और नाइट्रोजन को 0.5-1 पीपीएम से नीचे हटाता है; यह कोबाल्ट-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक पर 300-340 डिग्री सेल्सियस और 20-40 बार पर चलता है। डीजल हाइड्रोट्रीटिंग अल्ट्रा-लो-सल्फर डीजल उत्पादन का वर्कहॉर्स है, जो 330-380 डिग्री सेल्सियस और 40-80 बार पर 5,000-15,000 पीपीएम से सल्फर को 10 पीपीएम से नीचे ले जाता है, जिसमें फीड की सुगंधित सामग्री द्वारा गंभीरता निर्धारित की जाती है क्योंकि स्टेरिक रूप से बाधित डिबेंजोथियोफीन को उच्च-गतिविधि निकेल-मोलिब्डेनम या दूसरे चरण में एक महान धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है।
• रूपांतरण: क्रैकिंग और रिफॉर्मिंग: भारी धाराएं जो उन उत्पादों से कम मूल्यवान हैं जिनमें वे बन सकते हैं, उन्हें रूपांतरण के लिए रूट किया जाता है। एक हाइड्रोक्रैकर एक उच्च दबाव लूप में हाइड्रोट्रीटिंग और क्रैकिंग को जोड़ता है, 350-450 डिग्री सेल्सियस और 100-200 बार पर वैक्यूम गैस तेल का 30-90% डीजल, जेट ईंधन और नैफ्था में परिवर्तित करता है, जिसमें बिस्तर के बीच ठंडे हाइड्रोजन क्वेंच द्वारा एक्सोथर्म का प्रबंधन किया जाता है। एक फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकर 500-540 डिग्री सेल्सियस पर 2-5 सेकंड के संपर्क के साथ एक राइजर में गैस तेल और अवशेषों को क्रैक करता है, और रिफाइनरी का प्राथमिक गैसोलीन उत्पादक है। एक कैटेलिटिक रिफॉर्मर लगभग 40-60 से 95-105 तक भारी नैफ्था के ऑक्टेन को बढ़ाता है, 480-525 डिग्री सेल्सियस पर नेफ्थेन और पैराफिन को सुगंधित में परिवर्तित करके। विलंबित कोकिंग थर्मल रूप से वैक्यूम अवशेषों को हल्के उत्पादों और पेट्रोलियम कोक में 480-510 डिग्री सेल्सियस पर 12-24 घंटे के चक्र पर काम करने वाले युग्मित कोक ड्रमों में परिवर्तित करता है।
• उपचार और फिनिशिंग रिएक्टर: रूपांतरण के बाद, उत्पादों को अंतिम उपचार की आवश्यकता होती है। नैफ्था और गैसोलीन धाराओं को डायोलेफिन को ओलेफिन में 80-200 डिग्री सेल्सियस और 20-40 बार पर परिवर्तित करने के लिए एक चयनात्मक हाइड्रोजनीकरण इकाई से गुजरना पड़ सकता है, जिससे डाउनस्ट्रीम में गोंद बनने से रोका जा सके। केरोसिन और जेट ईंधन को सल्फर और मर्कैप्टन हटाने के लिए हाइड्रोट्रीट किया जाता है। एलपीजी एक अमाइन ट्रीटर और एक कास्टिक ट्रीटर से गुजरता है, और कुछ विन्यासों में सल्फर हटाने के लिए एक मेरोक्स या कोबाल्ट-मोलिब्डेनम रिएक्टर से गुजरता है। एक क्लॉस इकाई सभी अमाइन पुनर्योजी से हाइड्रोजन सल्फाइड को मौलिक सल्फर में परिवर्तित करती है, 1,000-1,300 डिग्री सेल्सियस पर एक थर्मल रिएक्टर के बाद एल्यूमिना या टाइटेनिया पर 200-320 डिग्री सेल्सियस पर उत्प्रेरक रिएक्टरों का पालन करती है; ये हाइड्रोकार्बन रिएक्टर नहीं हैं, लेकिन वे समान यांत्रिक और दुर्दम्य डिजाइन अनुशासन साझा करते हैं।
• हाइड्रोजन संयंत्र और उपयोगिता रिएक्टर: हर हाइड्रोट्रीटिंग और हाइड्रोक्रैकिंग इकाई हाइड्रोजन पर निर्भर करती है, जो एक स्टीम मीथेन रिफॉर्मर में उत्पादित होती है जहां प्राथमिक रिफॉर्मर ट्यूब 800-900 डिग्री सेल्सियस और 20-35 बार पर निकेल उत्प्रेरक पर संचालित होती है, इसके बाद आयरन-क्रोमियम पर उच्च-तापमान शिफ्ट 320-450 डिग्री सेल्सियस और कॉपर-जिंक-एल्यूमीनियम पर कम-तापमान शिफ्ट 200-250 डिग्री सेल्सियस पर होती है, और अंत में 280-350 डिग्री सेल्सियस पर मेथनेशन या प्रेशर स्विंग एड्सॉर्प्शन होता है। रिफॉर्मर एक फायर ट्यूबलर रिएक्टर है न कि एक बर्तन, और इसकी ट्यूबें रिफाइनरी में सबसे अधिक निगरानी की जाने वाली वस्तुएं हैं क्योंकि क्रीप रप्चर एंड-ऑफ-लाइफ मैकेनिज्म है, जिसे ट्यूब धातु तापमान और आवधिक लेजर या अल्ट्रासोनिक क्रीप माप द्वारा ट्रैक किया जाता है।

2. आंतरिक, धातु विज्ञान और संचालन लिफाफा

जहाज के खोल को ध्यान मिलता है, लेकिन आंतरिक और धातु विज्ञान निर्धारित करते हैं कि इकाई वास्तव में कब तक चलती है:

• इनलेट वितरक और बिस्तर समर्थन: एक फिक्स्ड-बेड रिएक्टर में हर प्रदर्शन समस्या अंततः वितरण से वापस आ जाती है। इनलेट वितरक को पूरे क्रॉस-सेक्शन में दो-चरण गैस और तरल फीड को समान रूप से फैलाना चाहिए, क्योंकि एक खराब वितरित फीड चैनलिंग, स्थानीय हॉट स्पॉट और उत्प्रेरक का एक हिस्सा बनाता है जो कभी फीड नहीं देखता है। आधुनिक डिजाइन एक वाष्प लिफ्ट ट्रे, एक बबल कैप ट्रे या तरल गहराई के 50-150 मिमी के साथ एक छिद्रित चिमनी वितरक का उपयोग करते हैं, जो न्यूनतम टर्नडाउन पर स्थिर रहने के लिए आकार का होता है। स्केल ट्रैप और शीर्ष पर बड़े निष्क्रिय छल्लों का एक वर्गीकृत बिस्तर फीड लाइन से जंग और स्केल को पकड़ता है, जो समय से पहले दबाव ड्रॉप निर्माण का सबसे बड़ा कारण है। उत्प्रेरक समर्थन में एक ग्रिड या जॉनसन-प्रकार का वेज वायर स्क्रीन होता है, जिसके ऊपर सिरेमिक गेंदों की वर्गीकृत परतें होती हैं, और समर्थन को उत्प्रेरक के पूर्ण वजन के साथ-साथ रन के अंत में दबाव अंतर को विक्षेपित किए बिना ले जाना चाहिए।
• क्वेंच सिस्टम और तापमान माप: क्योंकि हाइड्रोप्रोसेसिंग एक्सोथर्मिक है, रिएक्टर तापमान को क्वेंच वितरक के माध्यम से बिस्तरों के बीच ठंडे हाइड्रोजन या ठंडे रीसायकल तरल को इंजेक्ट करके नियंत्रित किया जाता है जो अगले बिस्तर से पहले स्ट्रीम को पुनर्वितरित और मिश्रित करता है। प्रत्येक बिस्तर को 20-40 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि की अनुमति दी जाती है, और पूरे रिएक्टर को दो व्युत्पन्न संख्याओं द्वारा ट्रैक किया जाता है: भार औसत बिस्तर तापमान, जो सभी बिस्तर तापमानों का भारित औसत है और उत्प्रेरक गतिविधि का सबसे अच्छा संकेतक है, और अधिकतम बिस्तर या त्वचा तापमान, जो सुरक्षा सीमा है। बिस्तर प्रति कई थर्मोकपल, अक्सर छह से बारह पैटर्न में व्यवस्थित होते हैं जिसमें प्रत्येक स्तर पर कई रेडियल स्थिति होती है, रेडियल तापमान प्रसार के रूप में खराब वितरण का पता लगाते हैं; 10-20 डिग्री सेल्सियस से ऊपर का प्रसार चैनलिंग या एक दूषित वितरक का संकेत देता है, और एक बढ़ती प्रवृत्ति समस्या की प्रारंभिक चेतावनी है।
• धातु विज्ञान और गिरावट तंत्र: हाइड्रोप्रोसेसिंग रिएक्टर उन जगहों पर संचालित होते हैं जहां हाइड्रोजन हमला, टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट और सल्फाइड संक्षारण सभी लागू होते हैं। बेस मेटल आमतौर पर 2.25Cr-1Mo या 3Cr-1Mo ASME VIII डिवीजन 2 के अनुसार होता है, जिसे डिजाइन हाइड्रोजन आंशिक दबाव और तापमान के लिए API 941 नेल्सन वक्र के खिलाफ चुना जाता है, जिसमें हाइड्रोजन सल्फाइड संक्षारण प्रतिरोध के लिए सभी गीली सतहों पर 347 या 309/308L का ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस वेल्ड ओवरले होता है। 350-575 डिग्री सेल्सियस रेंज में क्रोमियम-मोलिब्डेनम स्टील का टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट एक कम जे फैक्टर और कम सिलिकॉन निर्दिष्ट करके, उत्पादन हीट के स्टेप-कूलिंग परीक्षण द्वारा, और ऑपरेशनल रूप से न्यूनतम दबाव तापमान से नीचे जहाज को कभी भी दबाव न डालकर नियंत्रित किया जाता है, जो आमतौर पर सेवा की अवधि के बाद 90-150 डिग्री सेल्सियस होता है। गीला हाइड्रोजन सल्फाइड के लिए NACE MR0175 / ISO 15156 के अनुपालन की आवश्यकता होती है, जिसमें कठोरता सीमा और पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट शामिल है।
• चक्र प्रबंधन, स्टार्ट-अप और शटडाउन: एक हाइड्रोप्रोसेसिंग चक्र तब समाप्त होता है जब दबाव ड्रॉप, अधिकतम बिस्तर तापमान या उत्पाद विनिर्देश पहुंच जाता है, जो भी पहले आए। खोलने से पहले, उत्प्रेरक को या तो नियंत्रित ऑक्सीजन और भाप के साथ ऑक्सीडेटिव रूप से पुनर्जीवित किया जाता है, या उत्प्रेरक प्रतिस्थापन के लिए रिएक्टर को निष्क्रिय और ठंडा किया जाता है। स्टार्ट-अप न्यूनतम दबाव तापमान द्वारा शासित होता है: दबाव बढ़ाने से पहले जहाज को उस सीमा से ऊपर गर्म किया जाना चाहिए, या एक भंगुर बर्तन में भंगुर फ्रैक्चर संभव है। उत्प्रेरक प्रीसल्फिडिंग धातु ऑक्साइड को सक्रिय सल्फाइड रूप में परिवर्तित करता है, या तो डाइमिथाइल डाइसल्फाइड के साथ इन सीटू या लोडिंग से पहले एक्स सीटू। उत्प्रेरक लोडिंग स्वयं एक विशेषता है: सघन लोडिंग एक ही मात्रा में उत्प्रेरक की मात्रा को 10-20% तक बढ़ाती है और वितरण में सुधार करती है, लेकिन इसके लिए उपकरण और कौशल की आवश्यकता होती है, जबकि सॉक लोडिंग सस्ता और अधिक क्षमाशील होता है। टर्नअराउंड निरीक्षण समर्थन ग्रिड विकृति, आउटलेट कलेक्टर फाउलिंग, ओवरले डिसबॉन्डिंग और वेल्ड ओवरले और नोजल में दरारें के लिए देखते हैं।

रिफाइनरी रिएक्टर ड्यूटी तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्रश्न: पेट्रोलियम प्रसंस्करण रिएक्टर और एक साधारण दबाव पोत के बीच क्या अंतर है?

ए: कानूनी और यांत्रिक रूप से एक रिएक्टर एक दबाव पोत है, जो ASME VIII डिवीजन 1 या डिवीजन 2 के लिए बनाया गया है और तदनुसार मुहर लगी है। कार्यात्मक रूप से, हालांकि, एक रिएक्टर में एक रासायनिक रूप से सक्रिय सूची होती है जो समय के साथ बदलती रहती है। एक विभाजक या ड्रम स्थिर परिस्थितियों में एक स्थिर सूची रखता है, जबकि एक रिएक्टर एक उत्प्रेरक रखता है जिसकी गतिविधि कम हो जाती है, गर्मी उत्पन्न करती है, और चक्र के माध्यम से एक बढ़ता हुआ तापमान प्रोफ़ाइल लगाती है। वह अंतर सब कुछ चलाता है: साधारण नोजल के बजाय आंतरिक वितरक और कलेक्टर, एक के बजाय कई रेडियल स्थितियों पर कई थर्मोकपल, बिस्तरों के बीच ठंडे तरल को इंजेक्ट करने वाली एक क्वेंच प्रणाली, एक धातु विज्ञान जिसे दबाव के बजाय हाइड्रोजन हमले के लिए API 941 नेल्सन वक्र के खिलाफ चुना जाता है, और एक संचालन लिफाफा जिसमें न्यूनतम दबाव तापमान शामिल है जिसके नीचे जहाज को दबाव नहीं दिया जा सकता है। निरीक्षण अंतराल और अवशिष्ट जीवन मूल्यांकन तदनुसार अधिक मांग वाले हैं।

प्रश्न: एक रिफाइनरी रिएक्टर उत्प्रेरक कब तक चलता है?

ए: यह पूरी तरह से कर्तव्य पर निर्भर करता है। फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग उत्प्रेरक को सेकंड के भीतर कोक द्वारा निष्क्रिय कर दिया जाता है और लगातार एक पुनर्योजी के माध्यम से परिचालित होता है, इसलिए इसकी सूची को दैनिक जोड़ द्वारा बनाए रखा जाता है न कि प्रतिस्थापन द्वारा; कुल सूची हफ्तों से महीनों में बदल जाती है। हाइड्रोट्रीटिंग उत्प्रेरक एक से पांच साल तक चलता है, जिसमें एक नैफ्था हाइड्रोट्रीटर आमतौर पर 3-6 साल और एक डीजल हाइड्रोट्रीटर 1-3 साल तक फ़ीड एंड पॉइंट और गंभीरता पर निर्भर करता है। हाइड्रोक्रैकिंग उत्प्रेरक 2-5 साल चलता है। इबुलेटेड बेड के साथ अवशेष हाइड्रोप्रोसेसिंग हर दिन सूची का 0.5-2% बदल देता है, ठीक इसलिए क्योंकि उत्प्रेरक जीवन बहुत छोटा है। कैटेलिटिक रिफॉर्मिंग उत्प्रेरक अर्ध-पुनर्योजी सेवा में 6-24 महीने और निरंतर पुनर्योजी इकाइयों में प्रभावी रूप से अनिश्चित काल तक चलता है जहां परिसंचरण निरंतर होता है। रन का अंत अधिकतम बिस्तर तापमान, बिस्तर के पार दबाव ड्रॉप, या उत्पाद विनिर्देश द्वारा निर्धारित किया जाता है।

प्रश्न: समय से पहले रिएक्टर शटडाउन का सबसे आम कारण क्या है?

ए: हाइड्रोप्रोसेसिंग में दबाव ड्रॉप निर्माण प्रमुख कारण है, और यह लगभग हमेशा पहले बिस्तर के शीर्ष पर शुरू होता है। फीड लाइन से जंग और स्केल, ऊपर से संक्षारण से आयरन सल्फाइड, एक भट्टी से कोक, और अवशेष सेवा में एस्फाल्टीन और निलंबित ठोस सभी खाली स्थान में जमा हो जाते हैं, और क्योंकि दबाव ड्रॉप खाली अंश के वर्ग के विपरीत आनुपातिक रूप से स्केल करता है, जमाव की एक मामूली मात्रा एक असमान वृद्धि का कारण बनती है। दूसरा कारण तापमान सीमा है: एक प्रवाह खराब वितरण या एक दूषित वितरक एक रेडियल तापमान प्रसार उत्पन्न करता है, गर्म चैनल स्थानीय रूप से निष्क्रियता को तेज करता है, और अधिकतम बिस्तर तापमान औसत उत्प्रेरक खर्च होने से पहले पहुंच जाता है। दोनों को फीड निस्पंदन, एक ठीक से डिजाइन किए गए स्केल ट्रैप और वर्गीकृत बिस्तर, थर्मल शॉक से बचने के लिए सावधानीपूर्वक स्टार्ट-अप जो उत्प्रेरक को स्पॉल करता है, और बल्क तापमान की प्रतीक्षा करने के बजाय प्रारंभिक चेतावनी के रूप में रेडियल प्रसार की निगरानी करके संबोधित किया जाता है।

प्रश्न: हाइड्रोप्रोसेसिंग रिएक्टरों के लिए कौन सी धातु विज्ञान का उपयोग किया जाता है और क्यों?

ए: मानक 2.25Cr-1Mo या 3Cr-1Mo कम मिश्र धातु स्टील है जिसमें एक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील वेल्ड ओवरले होता है। बेस मेटल को API 941 नेल्सन वक्र के खिलाफ चुना जाता है, जो हाइड्रोजन आंशिक दबाव और तापमान के संयोजन को परिभाषित करता है जिस पर परमाणु हाइड्रोजन स्टील में कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके मीथेन बनाता है, जिससे इंटरग्रेनुलर फटने और डीकार्बराइजेशन होता है जिसे उच्च तापमान हाइड्रोजन हमला कहा जाता है; क्रोमियम और मोलिब्डेनम जोड़ने से स्थिर कार्बाइड बनते हैं और सीमा बढ़ जाती है। 1980 के दशक के बाद से, गंभीर हाइड्रोक्रैकिंग के लिए वैनेडियम के साथ 3Cr-1Mo, या 2.25Cr-1Mo-0.25V, को अपनाया गया है क्योंकि यह उच्च तापमान की अनुमति देता है और टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट के लिए बेहतर प्रतिरोध देता है। स्टेनलेस ओवरले, आमतौर पर पहली परत के रूप में 309L और उसके बाद 347 या 308L, हाइड्रोजन सल्फाइड द्वारा संक्षारण का प्रतिरोध करता है और लोहे के स्केल के गठन से बचाता है जो अन्यथा बिस्तर को प्लग कर देगा। सबसे गर्म वर्गों में, और उच्च दबाव वाले विभाजकों में जहां अमोनियम बाइसल्फाइड और अमोनियम हाइड्रोसल्फाइड केंद्रित होते हैं, मिश्र धातु 825 क्लैडिंग या ठोस इनकोनेल आंतरिक का उपयोग किया जाता है।