कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर: डीसाल्टर, हाइड्रोट्रीटर और एफसीसी प्री-ट्रीटमेंट डिजाइन

कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर: डीसाल्टर, हाइड्रोट्रीटर और एफसीसी प्री-ट्रीटमेंट डिजाइन

कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर क्या है?कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर एक रिफाइनरी में एक पात्र है जहां कच्चे तेल या उसके अंशों को अपग्रेडिंग से पहले या उसके दौरान रासायनिक रूप से परिवर्तित किया जाता है, और यह चार महत्वपूर्ण बिंदुओं पर दिखाई देता है: इलेक्ट्रिक डीसाल्टर, जो 120-150 डिग्री सेल्सियस पर नमक और पानी को हटाता है; हाइड्रोट्रीटर, जो 300-450 डिग्री सेल्सियस और 30-150 बार पर हाइड्रोजन के साथ तेल की प्रतिक्रिया करता है ताकि सल्फर, नाइट्रोजन और धातुओं को हटाया जा सके, 90-99% डीसल्फराइजेशन प्राप्त किया जा सके; फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग फीड प्री-ट्रीटर, जो कैट क्रैकर को धातुओं और कोक से बचाता है; और कोकिंग या अवशेष हाइड्रोकन्वर्जन, जो बैरल के नीचे को 480-540 डिग्री सेल्सियस पर परिवर्तित करता है। प्रमुख इंजीनियरिंग चुनौतियां एस्फाल्टेन और लवण सेfouling, हाइड्रोट्रीटर में उच्च तापमान हाइड्रोजन हमला, और बर्तन के अंदर कोकिंग हैं, इसलिए रिएक्टर एपीआई 941 के अनुसार Cr-Mo स्टील्स से बने होते हैं और विशिष्ट हमले का विरोध करने के लिए लाइन या डिजाइन किए जाते हैं, क्योंकि रिफाइनरी रिएक्टर की विफलता सुरक्षा और थ्रूपुट दोनों के लिए एक आपदा है।

1. रिफाइनरी रिएक्टर ड्यूटी और उनकी रसायन शास्त्र

प्रत्येक ड्यूटी एक डाउनस्ट्रीम इकाई की रक्षा करती है या एक अंश को अपग्रेड करती है:

• फ्रंट एंड पर इलेक्ट्रिक डीसाल्टिंग:किसी भी चीज़ से पहले, कच्चे तेल को क्लोराइड लवण और निलंबित पानी को हटाने के लिए डीसाल्ट किया जाता है जो अन्यथा आसवन कॉलम और भट्टियों को खराब कर देगा औरfouling करेगा। कच्चे तेल को 4-10% वॉश पानी के साथ मिलाया जाता है, नमक की घुलनशीलता में सुधार और चिपचिपाहट को कम करने के लिए 120-150 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, और एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र से गुजारा जाता है जो पानी की बूंदों को समेकित करता है ताकि वे बस जाएं। डीसाल्टर बर्तन एक बड़ा, कम दबाव वाला क्षैतिज ड्रम है, और इसकी विश्वसनीयता महत्वपूर्ण है क्योंकि हर डाउनस्ट्रीम इकाई इसके नमक और पानी को विरासत में लेती है; एक खराब डीसाल्टर का मतलब ओवरहेड सिस्टम में क्लोराइड जंग और भट्ठी में कोक का निर्माण होता है। हालांकि रासायनिक रूप से सरल, यह ट्रेन में पहला रिएक्टर और रिफाइनरी विश्वसनीयता की नींव है, और इसकी पानी की गुणवत्ता और विद्युत क्षेत्र कच्चे तेल के विशेष नमक और पायस व्यवहार के लिए ट्यून किए जाते हैं।
• हाइड्रोट्रीटिंग और हाइड्रोडीसल्फराइजेशन:हाइड्रोट्रीटर आधुनिक रिफाइनिंग का वर्कहॉर्स है, जो 300-450 डिग्री सेल्सियस और 30-150 बार पर हाइड्रोजन के साथ तेल की प्रतिक्रिया करता है ताकि सल्फर, नाइट्रोजन, धातुओं और ऑक्सीजन को हटाया जा सके और ओलेफिन को संतृप्त किया जा सके, उत्पाद विनिर्देशों को पूरा करने के लिए 90-99% डीसल्फराइजेशन प्राप्त किया जा सके। रिएक्टर एक मोटी-दीवार वाला उच्च दबाव वाला बर्तन है जिसमें एक निश्चित उत्प्रेरक बिस्तर होता है, जिसे हाइड्रोजन के साथ आंशिक दबाव पर खिलाया जाता है जो प्रतिक्रिया दर और जंग के जोखिम दोनों को निर्धारित करता है, और इसे गैस-तरल प्रवाह को समान रूप से वितरित करना चाहिए ताकि कोई चैनल ज़्यादा गरम न हो। इसकी रसायन शास्त्र डिजाइन के लिए सौम्य है लेकिन सामग्री के लिए क्रूर है, क्योंकि उच्च तापमान और उच्च हाइड्रोजन आंशिक दबाव का संयोजन उच्च तापमान हाइड्रोजन हमले और हाइड्रोजन भंगुरता को आमंत्रित करता है, और फ़ीड के धातु और कोक धीरे-धीरे 1-5 साल के जीवन पर उत्प्रेरक को निष्क्रिय कर देते हैं। हाइड्रोट्रीटर ही वह कारण है कि रिफाइनरी कम-सल्फर ईंधन बेच सकती हैं।
• एफसीसी फीड प्री-ट्रीटमेंट और बॉटम-ऑफ-बैरल कन्वर्जन:फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग रिफाइनरी का मुख्य गैसोलीन और ओलेफिन उत्पादक है, लेकिन इसका उत्प्रेरक धातुओं, निकल और वैनेडियम, और अवशेषों में कोक अग्रदूतों द्वारा जहर खा जाता है। एफसीसी इकाई से पहले एक हाइड्रोट्रीटर इन सबको हटाता है, कैट क्रैकर की रक्षा करता है और उसकी उपज बढ़ाता है, यही कारण है कि एफसीसी प्री-ट्रीट अक्सर संयंत्र में सबसे बड़ा हाइड्रोट्रीटर होता है। सबसे भारी अंशों के लिए, 480-540 डिग्री सेल्सियस पर कोकिंग या अवशेष हाइड्रोकन्वर्जन लंबे, गंदे अणुओं को हल्के उत्पादों में तोड़ता है; कोकिंग एक कोक ड्रम का उपयोग करता है जो भर जाता है और डीकोक हो जाता है, जबकि अवशेष हाइड्रोकन्वर्जन हाइड्रोजन के तहत एक इबुलेटेड या फिक्स्ड बेड का उपयोग करता है। ये सबसे गंभीर ड्यूटी, उच्चतम तापमान, सबसे गंदा फ़ीड, सबसे अधिकfouling हैं, और वे निर्धारित करते हैं कि बैरल का कितना हिस्सा कोक ईंधन के बजाय बिक्री योग्य उत्पाद बन जाता है।

2. सामग्री, Fouling और विश्वसनीयता

रिफाइनरी रिएक्टर प्रसंस्करण में सबसे कठोर सेवा में रहते हैं, इसलिए वे विफलता मोड के आसपास निर्मित होते हैं:

• उच्च तापमान हाइड्रोजन और Cr-Mo स्टील्स:हाइड्रोट्रीटिंग और हाइड्रोकन्वर्जन में रिएक्टर की दीवार एक साथ उच्च तापमान और उच्च हाइड्रोजन आंशिक दबाव देखती है, जो सटीक स्थितियां हैं जो उच्च तापमान हाइड्रोजन हमले का कारण बनती हैं, जहां हाइड्रोजन स्टील में फैल जाता है, अनाज की सीमाओं पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है और फफोले और स्थायी शक्ति हानि का कारण बनता है। बचाव सामग्री रसायन शास्त्र है: कम-मिश्र धातु क्रोमियम-मोलिब्डेनम स्टील्स, 1.25Cr-0.5Mo से 2.25Cr-1Mo और उससे आगे तक, एपीआई 941 (नेल्सन वक्र) के खिलाफ योग्य, अक्सर आंतरिक स्टेनलेस क्लैडिंग के साथ ताकि हाइड्रोजन-सामना करने वाली सतह ऑस्टेनिटिक हो। बर्तन को टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट से बचने के लिए पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटेड और स्टेप-कूल्ड भी किया जाता है। इसलिए एक हाइड्रोट्रीटर रिएक्टर एक अत्यधिक इंजीनियर दबाव वाला बर्तन है जिसकी सामग्री का चुनाव हाइड्रोजन आंशिक दबाव और तापमान से तय होता है, न कि तेल रसायन शास्त्र से, और HTHA के खिलाफ इसका योग्यता डिजाइन का एक अनिवार्य हिस्सा है।
• Fouling, कोक और आंतरिक सुरक्षा:कच्चा तेल गंदा होता है, और अवशेष सबसे गंदे होते हैं, इसलिए fouling और कोकिंग लगातार खतरे हैं। नमक और तलछट हीटर ट्यूब और ट्रे पर जमा होते हैं, एस्फाल्टेन अवक्षेपित होते हैं और रिएक्टर या भट्ठी को कोक करते हैं, और धातु उत्प्रेरक पर प्लेट करते हैं। रिएक्टर और उसके आंतरिक भाग को प्रतिरोध करने और साफ करने के लिए डिज़ाइन किया गया है: वितरक प्लेटें जो खुली रहती हैं, उत्प्रेरक परिवर्तन के लिए हटाने योग्य आंतरिक भाग, और दुर्दम्य या क्षरण-प्रतिरोधी लाइनिंग जहां प्रवाह घर्षण या बहुत गर्म होता है। कोकिंग रिएक्टर जानबूझकर कोक का प्रबंधन करते हैं, एक ड्रम भरते हैं फिर उसे डीकोक करते हैं, जबकि फिक्स्ड-बेड इकाइयों को गार्ड रिएक्टरों द्वारा संरक्षित किया जाता है जो मुख्य बिस्तर तक पहुंचने से पहले धातुओं और ठोस पदार्थों को पकड़ते हैं। उजागर सतहों पर 0.5-3 मिमी प्रति वर्ष की Fouling दरें सामान्य हैं, इसलिए डिजाइन में मार्जिन और पहुंच शामिल है, क्योंकि एक fouled रिएक्टर रूपांतरण खो देता है और एक प्लग किया हुआ वितरक चयनात्मकता खो देता है।
• विश्वसनीयता, निरीक्षण और टर्नअराउंड:क्योंकि एक रिफाइनरी रिएक्टर की विफलता प्रति दिन लाखों डॉलर की इकाई को रोक देती है, बर्तन निरीक्षण क्षमता और लंबे जीवन के लिए बनाए जाते हैं। वे व्यापक आंतरिक पहुंच ले जाते हैं, रेडियोग्राफिक और अल्ट्रासोनिक परीक्षा के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं, और टर्नअराउंड पर निरीक्षण किए जाते हैं, आमतौर पर हर 3-5 साल में, दीवार की पतली होने, हाइड्रोजन हमले, रेंगने और टूटने के लिए। उत्प्रेरक अपने स्वयं के चक्र पर बदला जाता है, 1-5 साल, बड़े मैनवे और कभी-कभी एक शीर्ष-माउंटेड क्रेन के माध्यम से, इसलिए बर्तन का सिर और आंतरिक भाग तेजी से टर्नअराउंड के लिए व्यवस्थित होते हैं। आधुनिक अभ्यास विफलता बनने से पहले गिरावट को पकड़ने के लिए हाइड्रोजन प्रवाह और धातु के तापमान की ऑन-लाइन निगरानी जोड़ता है। इसलिए रिएक्टर को एक विश्वसनीयता संपत्ति के रूप में निर्दिष्ट किया गया है: इसकी सामग्री, लाइनिंग और पहुंच को चुना जाता है ताकि इकाई अगले नियोजित टर्नअराउंड तक सुरक्षित रूप से चले, बजाय इसके कि वह उनके बीच विफल हो जाए।

कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर ड्यूटी मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (एफएक्यू)

प्र: कच्चे तेल प्रसंस्करण में हाइड्रोट्रीटर और एफसीसी इकाई के बीच क्या अंतर है?

ए: वे अलग-अलग रसायन शास्त्र के साथ अलग-अलग कदम हैं। हाइड्रोट्रीटर एक हाइड्रोजन रिएक्टर है जो 300-450 डिग्री सेल्सियस और 30-150 बार पर हाइड्रोजन के साथ तेल की प्रतिक्रिया करता है ताकि सल्फर, नाइट्रोजन, धातुओं और ऑक्सीजन को हटाया जा सके और ओलेफिन को संतृप्त किया जा सके, 90-99% डीसल्फराइजेशन प्राप्त किया जा सके; यह स्ट्रीम की गुणवत्ता को अपग्रेड करता है। फ्लूइड कैटेलिटिक क्रैकिंग एक कैटेलिटिक क्रैकिंग इकाई है, कोई थोक हाइड्रोजन नहीं, जो 500-540 डिग्री सेल्सियस पर एक परिसंचारी उत्प्रेरक का उपयोग करके भारी अणुओं को गैसोलीन और ओलेफिन में तोड़ती है। महत्वपूर्ण रूप से, एफसीसी को अवशेषों में धातुओं और कोक अग्रदूतों द्वारा जहर दिया जाता है, इसलिए फीड को प्री-ट्रीट करने और कैट क्रैकर की रक्षा के लिए अक्सर इसके आगे एक हाइड्रोट्रीटर रखा जाता है। हाइड्रोट्रीटर गुणवत्ता कदम है; एफसीसी रूपांतरण कदम है; और प्री-ट्रीटर वह हाइड्रोट्रीटर है जो एफसीसी की सेवा करता है।

प्र: हाइड्रोट्रीटर रिएक्टर Cr-Mo स्टील से क्यों बने होते हैं?

ए: क्योंकि वे उच्च तापमान और उच्च हाइड्रोजन आंशिक दबाव के सटीक संयोजन पर काम करते हैं जो उच्च तापमान हाइड्रोजन हमले का कारण बनता है, जहां हाइड्रोजन कार्बन स्टील में फैल जाता है, अनाज की सीमाओं पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करता है, और फफोले और स्थायी शक्ति हानि का कारण बनता है। कम-मिश्र धातु क्रोमियम-मोलिब्डेनम स्टील्स, 1.25Cr-0.5Mo से 2.25Cr-1Mo और उससे ऊपर तक, इसका प्रतिरोध करते हैं, और वे एपीआई 941, नेल्सन वक्र के खिलाफ योग्य हैं, अक्सर हाइड्रोजन-सामना करने वाली सतह पर एक आंतरिक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस क्लैडिंग के साथ। सामग्री हाइड्रोजन आंशिक दबाव और तापमान से तय होती है, न कि तेल से, और पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट और स्टेप-कूलिंग टेम्पर एम्ब्रिटलमेंट को रोकते हैं। सादे कार्बन स्टील से बना एक हाइड्रोट्रीटर HTHA द्वारा विफल हो जाएगा, यही कारण है कि Cr-Mo इस ड्यूटी के लिए अनिवार्य है।

प्र: कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टरों में fouling और कोकिंग का कारण क्या है?

ए: कच्चा तेल स्वाभाविक रूप से गंदा होता है और अवशेष सबसे खराब होते हैं। नमक और तलछट हीटर और ट्रे पर जमा होते हैं; एस्फाल्टेन, भारी सुगंधित अंश, अवक्षेपित होते हैं और गर्म सतहों और रिएक्टरों में कोक बनाते हैं; और निकल और वैनेडियम जैसी धातुएं उत्प्रेरक पर प्लेट करती हैं, इसे जहर देती हैं। उजागर सतहों पर 0.5-3 मिमी प्रति वर्ष की Fouling दरें अवशेष सेवा में सामान्य हैं। रिएक्टर को वितरक प्लेटों के साथ इसके खिलाफ डिजाइन किया गया है जो खुले रहते हैं, उत्प्रेरक परिवर्तन के लिए हटाने योग्य आंतरिक भाग, दुर्दम्य या क्षरण-प्रतिरोधी लाइनिंग, और कोकिंग में, एक जानबूझकर कोक-ड्रम चक्र भरना और डीकोक करना। फिक्स्ड-बेड इकाइयों में मुख्य बिस्तर तक पहुंचने से पहले धातुओं और ठोस पदार्थों को पकड़ने के लिए गार्ड रिएक्टर जोड़े जाते हैं। Fouling को डिजाइन मार्जिन और पहुंच के साथ प्रबंधित किया जाता है, न कि समाप्त किया जाता है, ताकि रूपांतरण अगले टर्नअराउंड तक बना रहे।

प्र: कच्चे तेल प्रसंस्करण रिएक्टर कितना विश्वसनीय होना चाहिए?

ए: अत्यंत, क्योंकि इसकी विफलता प्रति दिन लाखों डॉलर की रिफाइनरी इकाई को रोक देती है और एक प्रमुख सुरक्षा घटना हो सकती है। बर्तन विश्वसनीयता संपत्ति के रूप में बनाए जाते हैं: उच्च तापमान हाइड्रोजन हमले के खिलाफ योग्य Cr-Mo या क्लैड सामग्री, रेडियोग्राफिक और अल्ट्रासोनिक परीक्षा के लिए डिज़ाइन किए गए, 1-5 साल में तेजी से उत्प्रेरक परिवर्तन और 3-5 साल में टर्नअराउंड पर निरीक्षण के लिए व्यवस्थित आंतरिक भाग के साथ। आधुनिक अभ्यास विफलता बनने से पहले गिरावट को पकड़ने के लिए ऑन-लाइन हाइड्रोजन-फ्लक्स और धातु-तापमान निगरानी जोड़ता है। विनिर्देश यह गारंटी देने के लिए उच्च सामग्री और डिजाइन लागत स्वीकार करता है कि इकाई अगले नियोजित टर्नअराउंड तक सुरक्षित रूप से चले, बजाय इसके कि वह उनके बीच विफल हो जाए, क्योंकि एक अनियोजित रिएक्टर आउटेज बर्तन में निर्मित मार्जिन से कहीं अधिक महंगा है।