Apa Itu Reaktor Pemrosesan Hidrokarbon: Jenis, Desain, dan Aplikasi Kilang

Apa itu Reaktor Pengolahan Hidrokarbon: Jenis, Desain dan Aplikasi Rafineri

Menjawab pertanyaan inti:Apa itu reaktor pengolahan hidrokarbon?Reaktor pengolahan hidrokarbon adalah wadah bertekanan di mana bahan baku minyak bumi atau petrokimia diubah secara kimia menjadi produk bernilai lebih tinggi dengan cara cracking, reforming, hydrotreatment,alkilasi atau isomerisasi, hampir selalu di atas katalis padat dan di bawah suhu dan tekanan terkontrol.Kontak retak katalitik cairan minyak gas menguap dengan katalis zeolite selama 2-5 detik pada 500-540 °C dalam riserHydrocracking berjalan pada 350-450 ° C dan 100-200 bar dengan katalis bifungsional dan tekanan parsial hidrogen yang tinggi. reforming katalitik beroperasi pada 480-525 ° C dan 5-35 bar untuk meningkatkan oktan.Pengolahan hidrogen menghilangkan belerang, nitrogen dan logam pada 300-400 °C dan 30-100 bar. Masing-masing dari mereka memberlakukan konfigurasi reaktor yang berbeda karena kendala dominan berbeda: keseimbangan panas di FCC,hidrogen tekanan parsial dan metalurgi dalam hidrokraking, dan penurunan tekanan dari deposit koks dan logam dalam pengolahan hidroterapi.

1Rute Konversi dan Reaktor yang Dibutuhkan

Empat rute menyumbang sebagian besar kapasitas konversi hidrokarbon, dan masing-masing menentukan desain reaktor yang berbeda:

• Fluid Catalytic Cracking:FCC adalah proses konversi suhu tertinggi di kilang dan satu-satunya yang utama di mana katalis beredar terus-menerus antara reaktor dan regenerator.Minyak gas disuntikkan ke riser di mana ia bersentuhan dengan katalis regenerasi pada 500-540 °C dan retak dalam waktu 2-5 detik ke dalam bensin, LPG dan produk ringan. Cracking adalah endotermik dan panasnya disediakan oleh katalis regenerasi panas itu sendiri, yang membawa kokes dari siklus sebelumnya.5 wt% mematikan katalis dalam hitungan detik, sehingga katalis yang habis dihilangkan dengan uap dan dibakar di regenerator pada 650-730 °C, mengembalikan aktivitas dan menyediakan panas proses.Reaktor oleh karena itu bukan wadah dalam arti biasa tetapi riser, sebuah wadah yang bisa dilepas dengan siklon untuk memisahkan katalis dari uap, dan stripper, semuanya dibangun dengan lapisan tahan erosi karena katalis sangat kasar.
• Hydrocracking dan Hydrotreating:Ini adalah proses katalitik tempat tidur tetap yang dilakukan di bawah tekanan parsial hidrogen yang tinggi.oksigen dan logam pada 300-400°C dan 30-100 bar dengan kobal-molibdenum atau nikel-molibdenum katalis pada alumina, menghasilkan hidrogen sulfida dan amonia yang harus dikeringkan dari gas daur ulang.dan menambahkan fungsi pencairan asam sehingga pakan berat disulfurisasi dan diubah menjadi distilateKeduanya sangat eksotermik, sehingga reaktor ini dibangun dengan beberapa tempat tidur katalis dan hidrogen dingin di antara mereka, membatasi kenaikan suhu tempat tidur masing-masing menjadi 20-40 ° C.Dua kendala desain yang mengatur adalah rasio hidrogen ke minyak 300-1.,500 Nm3/m3 untuk menekan pembentukan coklat, dan penurunan tekanan yang tumbuh sebagai coklat dan logam menumpuk sampai tempat tidur harus diganti atau dikupas.
• Catalytic Reforming:Reforming mengubah naphtha oktan rendah menjadi reformat oktan tinggi dan aromatik di atas katalis platinum, atau platinum-rhenium, pada dukungan alumina klorida, pada 480-525 °C dan 5-35 bar.Reaksi utama adalah dehidrogenasi naften menjadi aromatik, dehidrosiklikasi parafin dan isomerisasi, dan mereka secara keseluruhan sangat endotermik, sehingga reaktor diatur dalam tiga atau empat tempat tidur tetap adiabatik berturut-turut dengan interheater.Hidrogen diproduksi sebagai produk sampingan yang berhargaDua variabel proses mendominasi: keseimbangan air-klorida pada katalis, karena klorida terus-menerus hilang ke efluen dan harus disuntikkan kembali untuk mempertahankan keasaman,yang dikelola baik dengan regenerasi siklik, dengan desain semi-regeneratif dengan siklus 6-24 bulan yang berakhir dengan regenerasi mati, atau dengan regenerasi katalis terus menerus di mana katalis beredar perlahan melalui regenerator.
• Konversi termal dan coking:Di mana feed terlalu berat atau terlalu terkontaminasi untuk katalis, pemurni menggunakan konversi termal.Kokean tertunda memanaskan residu vakum hingga 480-510 °C dalam tungku dan menyimpannya dalam tong kokes besar selama 12-24 jam, di mana ia retak menjadi produk yang lebih ringan dan cokelat padat yang kemudian dipotong dengan air bertekanan tinggi.Visbreaking adalah versi yang lebih ringan yang mengurangi viskositas dengan retakan termal ringan pada 450-500 °C dengan waktu tinggal yang singkatIni adalah proses semi-batch atau coil daripada tempat tidur tetap katalitik, dan tantangan desain reaktor adalah termal, bukan katalitik: metalurgi dinding drum di bawah tekanan termal siklik,Keandalan katup pemadam dan switch, dan kecenderungan pembusukan dan coking yang parah dari tabung pemanas, yang dikelola oleh kecepatan injeksi uap atau kondensat yang tinggi untuk menjaga waktu tinggal singkat.

2Konfigurasi Reaktor dan Cara Memilih

Pemilihan antara mode kontak adalah akibat dari umur katalis, tingkat keparahan eksoterm dan kontaminasi pakan:

• Reaktor tempat tidur tetap:Konfigurasi yang paling sederhana dan paling banyak digunakan: pelet katalis 1-3 mm dimuat dalam satu atau lebih tempat tidur yang didukung oleh kisi dan lapisan bertingkat bola keramik inert.,yang memaksimalkan konversi per pass, dan tidak ada pelepasan katalis atau peralatan pemisahan. batas mendefinisikan di mana tempat tidur tetap dapat digunakan.Jadi reaksi yang sangat eksotermik membutuhkan pemadam multi-bed atau desain tabung. penurunan tekanan membangun sebagai cokelat dan logam deposit, akhirnya memaksa shutdown. dan jika katalis deaktivasi cepat, tempat tidur tidak dapat diganti tanpa menghentikan unit.Oleh karena itu tempat tidur tetap cocok untuk pakan bersih dengan umur katalis satu sampai lima tahun, itulah sebabnya mereka mendominasi pengolahan hidrotrating, hydrocracking dan reforming.
• Reaktor tempat tidur dengan cairan dan didih:Ketika katalis dinonaktifkan dalam hitungan detik, seperti dalam FCC, katalis harus beredar terus menerus, dan tempat tidur fluidisasi memungkinkan hal itu sekaligus memberikan seragam suhu dan transfer panas yang sangat baik.Hukuman adalah peledakan katalis., penarikan yang membutuhkan siklon efisiensi tinggi, dan pencampuran kembali yang mengurangi konversi per pass relatif terhadap aliran colokan.menghisap katalis dalam aliran naik cairan dan gas sehingga tempat tidur berkembang 30-50%, memberikan operasi hampir isothermal, penurunan tekanan rendah dan konstan, dan kemampuan untuk menambahkan dan menarik katalis pada garis setiap hari.Ini adalah keuntungan yang sangat penting ketika mengolah residu dengan 50-350 ppm logam, karena logam secara permanen meracuni katalis dan hanya penggantian terus-menerus membuat ekonomi bekerja.
• Kolom Bubble Slurry dan Reaktor Tubular:Reaktor bubur menghisap katalis halus dalam cairan dengan gas menggelembung melalui, memberikan penghapusan panas yang sangat baik dan pemanfaatan katalis yang sangat tinggi,dan digunakan dalam sintesis Fischer-Tropsch dan dalam residu slurry hydrocrackingTantangannya adalah memisahkan katalis halus dari produk, yang mendorong pengembangan filtrasi dan pemisahan magnetik.menempatkan katalis di dalam ribuan tabung berdiameter kecil dengan media transfer panas di sisi cangkangHal ini dipilih di mana kontrol suhu sangat penting, seperti dalam reforming uap di mana reaksi adalah endotermik dan tabung dibakar di tungku pada 800-900 ° C,atau dalam oksidasi selektif yang sangat eksotermik di mana melarikan diri harus secara fisik mustahilJumlah tabung 200-1.000 dan panjang 6-13 m adalah tipikal, dengan lembaran tabung dan sendi tabung-ke-tabung menjadi detail pembuatan yang paling menuntut.
• Bahan, Kode dan Integritas:Reaktor hidrokarbon beroperasi di batas kemampuan metalurgi, dan tiga mekanisme degradasi mengatur pemilihan bahan.ditangani oleh kurva API 941 Nelson, membutuhkan baja kromium-molibdenum: 1,25Cr-0,5Mo atau 2,25Cr-1Mo untuk pengolahan hidroponik,kadang-kadang dengan lapisan stainless steel 347 atau lapisan las 321 atau 347 untuk ketahanan korosi terhadap hidrogen sulfida. Kerapuhan suhu 2,25Cr-1Mo dalam kisaran 350-575 °C dikendalikan dengan membatasi faktor J, melacak kerapuhan pendinginan langkah panas produksi,dan mengontrol start dan shutdown untuk menghindari tekanan kapal dingin di bawah suhu minimum tekananDan retakan tekanan sulfida dari hidrogen sulfida basah ditangani melalui batas NACE MR0175 / ISO 15156 pada kekerasan dan perawatan panas pasca pengelasan yang wajib.Pengurangan tekanan secara terpisah ditangani melalui API 520 dan API 521, dengan metode DIERS diterapkan di mana reaksi kabur dapat menghasilkan uap lebih cepat daripada perangkat bantuan konvensional dapat menangani.

Jenis Reaktor Pengolahan Hidrokarbon Matriks Perbandingan

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

T: Apa perbedaan utama antara hidrotreatment dan hydrocracking?

A: Keduanya menggunakan hidrogen dan katalis sulfida pada tekanan tinggi, tetapi tujuan dan tingkat keparahan mereka berbeda.nitrogen menjadi amonia, dan jenuh olefin dan aromatik sedikit, pada 300-400 °C dan 30-100 bar dengan pada dasarnya tidak ada perubahan dalam kisaran didih.Hydrocracking sengaja memecah ikatan karbon-karbon untuk mengubah 30-90% dari pakan berat menjadi distilate yang lebih ringan, berjalan pada 350-450 °C dan 100-200 bar di atas katalis bifungsional yang menggabungkan fungsi hidrogenasi logam dengan fungsi retakan asam.Dalam prakteknya, hydrocracker dibangun sebagai tahap pengolahan hidrotreatment diikuti oleh tahap cracking dalam loop tekanan tinggi yang sama, karena katalis retak beracun dengan belerang dan nitrogen dan pakan harus dibersihkan terlebih dahulu.

T: Mengapa tekanan parsial hidrogen begitu penting dalam pengolahan air?

A: Tekanan parsial hidrogen menekan reaksi kondensasi dan dehidrogenasi yang membentuk cokek pada permukaan katalis.dan meningkatkan tekanan parsial hidrogen dapat menggandakan atau tiga kali lipat kehidupan katalis, memungkinkan baik siklus yang lebih lama dengan intensitas yang sama atau intensitas yang lebih tinggi dengan panjang siklus yang sama.Ini juga mendorong keseimbangan desulfurisasi dan denitrogenasi ke arah produk dan meningkatkan kejenuhan aromatikUntuk alasan ini, unit pengolahan air dirancang dengan tingkat gas daur ulang yang tinggi, biasanya 300-1.500 Nm3/m3 feed,dengan scrubbing amine dari gas daur ulang untuk menghilangkan hidrogen sulfida dan amonia yang sebaliknya akan mencairkan hidrogen, dan dengan kemurnian hidrogen makeup dipertahankan di atas sekitar 90-95% dengan membersihkan aliran slip untuk menghindari penumpukan inert.

T: Apa yang menyebabkan reaktor pengolahan air mencapai akhir jalan?

A: Tiga batas tercapai, dan mana yang pertama datang mengatur siklus. penurunan tekanan: cokelat, timbangan besi dan, dalam layanan residu, padatan gantung menutup ruang kosong di bagian atas tempat tidur,dan reaktor dimatikan ketika tekanan diferensial mencapai batas mekanis internal atau kompresor daur ulangSuhu: ketika katalis dinonaktifkan, operator menaikkan suhu rata-rata tempat tidur tertimbang untuk mempertahankan konversi, dan perjalanannya berakhir ketika suhu tempat tidur maksimum yang diizinkan,biasanya 415-440°C untuk metalurgi dan untuk selektivitasDan kualitas produk atau batas metalurgi: ketika produk sulfur tidak dapat lagi dipenuhi,atau ketika suhu outlet reaktor mendekati batas yang ditetapkan oleh pertimbangan serangan hidrogenMasing-masing dari ini dikelola secara berbeda, itulah sebabnya klasifikasi tempat tidur, perangkap timbangan dan sistem pemadam yang dirancang dengan baik memiliki efek yang sangat besar pada panjang siklus.

T: Bagaimana reaktor hidrokarbon dilindungi dari kebocoran dan tekanan berlebihan?

A: Perlindungan berlapis-lapis. Secara inheren, desain pemadam multi-bed dan rasio hidrogen-ke-minyak yang tinggi membatasi kenaikan suhu yang dapat dihasilkan oleh setiap exotherm,dan metalurgi reaktor dipilih dengan margin di atas suhu operasi maksimum yang dapat dipercayaPerlindungan instrumen menggunakan termokopel suhu tempat tidur independen dengan alarm tinggi-tinggi dan interlock yang memicu pemanas pasokan dan, dalam kasus yang parah,menekan unit melalui sistem menekan darurat yang berukuran sesuai dengan API 521, biasanya mengurangi tekanan dari operasi ke 7 bar dalam waktu 15 menit untuk menghentikan eksoterm yang menyebar.Perlindungan mekanik adalah katup tekanan yang diatur sesuai dengan API 520 dan ukuran untuk beban relief kredibel, yang untuk hydrocracker mungkin kasus total penguapan. di mana reaksi kabur dapat menghasilkan uap non-kondensasi dan lebih cepat dari bantuan dapat menangani, 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.