Cos'è un reattore in una raffineria di petrolio: scopo, tipi e come funziona

Che cos'è un reattore in una raffineria di petrolio: scopo, tipi e funzionamento

Rispondendo alla domanda fondamentale:Cos'è un reattore in una raffineria di petrolio?Un reattore è il recipiente a pressione in cui avviene la chimica, l'unico luogo in una raffineria in cui le molecole vengono deliberatamente smantellate o ricostruite piuttosto che semplicemente ordinate.Tutto il resto della pianta si separaUn idrotrattore funziona a 300-400°C e 30-100 bar.passando un flusso di distillati con idrogeno su un catalizzatore cobalto-molibdeno che elimina lo zolfoUn idrocracker funziona a 350-450 °C e 100-200 bar e va oltre, craccando il gas di petrolio pesante in diesel e carburante per aerei.Un riformatore catalitico passa a 480-525°C sul platino per convertire la nafta in riformato ad alto ottano- un risorgatore di cracking catalitico fluido funziona a 500-540°C con un tempo di contatto di soli 2-5 secondi.con spessore di parete di 100-300 mm e pesi fino a 1Infatti, la maggior parte delle raffinerie di petrolio è stata costruita nel Regno Unito, con una capacità di 200 tonnellate.

1Cosa succede realmente all' interno di un reattore di una raffineria

Quattro cose accadono in ogni reattore, e capirle spiega l'intero progetto:

• Il mangime incontra un catalizzatore:Quasi tutti i reattori delle raffinerie contengono un catalizzatore solido, un materiale poroso con un'enorme superficie interna, spesso da 150 a 400 m2 per grammo, su cui avviene la reazione.L'alimento viene pompato e riscaldato alla temperatura di reazione e quindi scorre attraverso il letto confezionato di pellet del catalizzatoreLa velocità è espressa come velocità spaziale, di solito 0,5-5 h-1, il che significa che l'alimentazione passa attraverso il volume del catalizzatore tra 0,5 e 5 volte all'ora,e questo numero indica la conversione ottenutaPoiché il catalizzatore è il luogo in cui il valore viene creato, tutto il resto nel reattore esiste per servirlo: distributori per distribuire uniformemente l'alimentazione, reti di supporto per trattenerla,termocoppie per leggere la sua temperatura e sistemi di spegnimento per controllarlo.
• Il calore viene rilasciato o assorbito:Questo è il fattore che maggiormente modella la progettazione meccanica.Quindi il reattore è costruito con diversi letti catalizzatori separati e l'idrogeno freddo viene iniettato tra loro per abbassare la temperatura, limitando l'innalzamento su ciascun letto a 20-40°C. La riforma catalitica è l'opposto: le reazioni che creano gli aromatici assorbono calore,Quindi i reattori sono disposti in tre o quattro stadi adiabatici con un forno tra ciascuno per rimettere il caloreIl cracking catalitico a fluido risolve il problema in modo diverso, facendo circolare il catalizzatore continuamente tra il reattore e un rigeneratore.dove il coke depositato durante la cracking viene bruciato a 650-730°C, e il catalizzatore rigenerato caldo trasporta il calore nel reattore per alimentare la reazione di cracking.
• Il catalizzatore muore lentamente:Ogni catalizzatore perde attività nel tempo, e il meccanismo dipende dal processo.il coke e i metalli come il nichel e il vanadio bloccano gradualmente i poriIn un processo di riforma catalitica, il coke si accumula per un periodo compreso tra i 6 e i 24 mesi.che ripristina la velocità ma accelera anche la disattivazione, quindi la corsa termina quando si raggiunge la temperatura massima ammissibile, la caduta di pressione sul letto o la specifica del prodotto.Il reattore viene quindi spento per la rigenerazione o la sostituzione del catalizzatore., che è la ragione più importante per una svolta della raffineria.
• Pressione, metallurgia e contenimento:Un reattore di raffineria è un recipiente a pressione di servizio eccezionale.e la ragione non è la pressione da sola ma la combinazione di idrogenoL'idrogeno atomico ad alta pressione parziale attacca il carbonio nell'acciaio ordinario e forma metano nel metallo.una modalità di fallimento chiamata attacco ad idrogeno ad alta temperatura, motivo per cui il materiale è selezionato in base alla curva API 941 Nelson.e è dotato di una temperatura di pressurizzazione minima, in genere a 90-150°C, sotto i quali non deve mai essere sottoposta a pressione perché l'acciaio diventa fragile dopo un lungo servizio.

2I reattori principali che troverai in una raffineria

Una moderna raffineria contiene da cinque a quindici reattori, ognuno dei quali ha un compito specifico nel sistema di flusso:

• idrotrattore:Il reattore piu' diffuso in ogni raffineria e quello che rende possibili le moderne specifiche di combustibile.metalli e olefine reagendo con idrogeno su un catalizzatore cobalto-molibdeno o nichel-molibdeno a 300-400°C e 30-100 barLa sua produzione è costituita da solforato di idrogeno e ammoniaca, che vengono separati e inviati all'impianto di zolfo, e da un prodotto pulito che soddisfa il limite di zolfo di 10 ppm per il gasolio a basso contenuto di zolfo.Quasi tutti i corsi d'acqua di una raffineria passano attraverso unaIl petrolio naturale prima del riformatore, perché lo zolfo avvelena il platino; il cherosene prima della miscelazione del carburante per aerei; il gasolio prima della vendita; il gasolio prima del FCC o dell'idrocracker; e il gasolio sotto vuoto prima della conversione.
• Fabbricazione a partire da:Il reattore di conversione più grave e prezioso, che opera a 350-450°C e 100-200 bar e fa due cose contemporaneamente:si spacca le molecole pesanti in molecole di diesel e combustibile per aerei utilizzando un componente zeolitico acidoPoiché la craccatura avviene in un ambiente ricco di idrogeno, i prodotti sono saturi e a basso contenuto di zolfo e olefine.Quindi, il petrolio e il getto di idrocracker sono tra i componenti di miscelazione di più alta qualità disponibili.Il reattore è un vascello massiccio con pareti spesse con da quattro a sei letti di catalizzatori.e una fase di idrotrattamento separata prima della fase di cracking per proteggere il catalizzatore di cracking da azoto e zolfo.
• Reattore e rigeneratore di cracking catalitico a fluidi:Il principale produttore di benzina nella maggior parte delle raffinerie e l'unica unità principale in cui il catalizzatore circola continuamente.L'olio viene iniettato nella parte inferiore di un riser verticale dove incontra il catalizzatore rigenerato a 500-540 °C e si spacca in 2-5 secondiIl catalizzatore e il vapore vengono separati in cicloni, il catalizzatore viene svuotato di idrocarburi con vapore, e quindi scorre verso il rigeneratore dove l'aria brucia il coke a 650-730 °C,ripristinare l'attività e produrre il calore che spinge il crackingIl catalizzatore rigenerato, caldo e pulito, ritorna nel rising.e l'apparecchiatura è rivestita con materiale refrattarie resistente all'erosione piuttosto che rivestita con acciaio, perché il catalizzatore è altamente abrasivo.
• Il riformatore catalitico e i reattori più piccoliUn riformatore catalitico prende nafta pesante con un ottano di 40-60 e la aumenta a 95-105 convertendo le naftene in aromatici e le paraffine in isomeri ramificati,su un catalizzatore platino-renio a 480-525°C e 5-35 barLa centrale è costituita da tre o quattro reattori in serie con forni tra di loro, che sono anche la principale fonte di idrogeno della raffineria.un reattore di isomerizzazione per la conversione di paraffine di nafta leggere in isomeri ad alta ottanza a 120-250°Cun reattore di alchilazione che combina olefine con isobutano a 5-20°C utilizzando acido solforico o fluoridrico;un reattore di idrodesolforizzazione o di idrogenazione selettiva che rimuove le diolefine dalla nafta craccata■ e, nell'impianto a zolfo, un reattore termico Claus a 1.000-1.300°C seguito da due o tre reattori catalizzati a 200-320°C che convertono l'idrogeno solforato in zolfo elementare.

Matrice di confronto dei reattori principali delle raffinerie

Domande frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra un reattore e una colonna di distillazione?

R: Una colonna di distillazione separa ciò che c'è già, un reattore crea ciò che non c'è.e nessun legame chimico viene rotto o formatoIn un reattore, i legami vengono spezzati e riformati, quindi il materiale che esce è chimicamente diverso dal materiale che entra.una colonna è piena di vassoi o di imballaggi e funziona con un gradiente di temperatura da basso a alto, mentre un reattore è pieno di catalizzatore e funziona a una temperatura attentamente controllata che è quasi uniforme o deliberatamente graduale.una colonna consuma calore e raffreddamento, un reattore consuma catalizzatore, idrogeno e, nel cracking, il coke che si forma sul catalizzatore.

D: Perché i reattori delle raffinerie sono così grandi e pesanti?

R: tre motivi: la pressione e la temperatura: un idrocracker a 200 bar e 450°C ha bisogno di una parete di 150-300 mm in acciaio a bassa lega,che da solo pone la nave vuota a diverse centinaia di tonnellate- volume: l'inventario del catalizzatore deve essere sufficientemente ampio da permettere al mangime di rimanere in contatto con esso per il tempo necessario;e ad una velocità spaziale di 1 h-1 un 300 m3 all'ora di alimentazione ha bisogno di 300 m3 di catalizzatoreE gli interni: distributori, reti di supporto, sistemi di spegnimento, pozzi termici e raccoglitori di uscita aggiungono complessità interna e altezza.I più grandi reattori di idrocracking superano 1,200 tonnellate, che è superiore alla capacità della maggior parte delle rotte di trasporto e spesso superiore alla capacità della gru di fabbricazione,quindi sono costruiti vicino a un corso d'acqua o trasportati in sezioni e finiti sul posto.

D: Quanto tempo dura il funzionamento di un reattore di una raffineria prima che venga chiuso?

R: Dipende interamente da quanto velocemente il catalizzatore si disattiva.Quindi l'unità dura da tre a cinque anni tra i turnarounds, limitato dalla condizione meccanica e refrattaria piuttosto che dal catalizzatore.mentre un idrotrattatore diesel su mangimi craccati può essere limitato a diciotto mesiGli idrocrackers funzionano da due a cinque anni, i riformatori catalizzati semi-regenerativi da sei a ventiquattro mesi prima di una rigenerazione in situ.mentre le unità con rigenerazione continua del catalizzatore funzionano in linea di principio per tempo indefinito e sono limitate da intervalli di ispezione meccanicaIn tutti i casi il fattore limitante è uno dei tre: aumento della pressione, diminuzione della pressione sul letto, raggiungimento della temperatura massima ammissibile del letto o mancato rispetto delle specifiche del prodotto.

D: Cosa rende pericolosi i reattori delle raffinerie?

R: Quattro pericoli, tutti gestiti dalla progettazione piuttosto che dalla sola procedura.il che significa che una perdita può rilasciare un grande inventario infiammabile eAttacco ad idrogeno ad alta temperatura, in cui l'idrogeno ad alta pressione parziale reagisce con il carbonio nell'acciaio per formare metano,causando fessure interne che non possono essere viste dall'esterno■ per questo motivo la selezione dei materiali segue la curva di Nelson API 941 e l'ispezione utilizza metodi ultrasonori avanzati.dove una perdita di flusso o una cattiva distribuzione crea un punto caldo che accelera ulteriormente la reazione, gestito da sistemi di spegnimento, termocoppie multiple e un sistema di pressione di emergenza di dimensioni API 521.che si forma all'interno dei recipienti in servizio di zolfo e si accende spontaneamente quando il recipiente viene aperto all'aria durante un giro, gestito mediante ossidazione controllata o mantenendo il recipiente bagnato durante lo scarico del catalizzatore.