O que é um reator de processamento de hidrocarbonetos: tipos, projeto e aplicações de refinaria

O que é um reator de processamento de hidrocarbonetos: tipos, projeto e aplicações de refinaria

Respondendo à questão central:O que é um reator de processamento de hidrocarbonetos?Um reator de processamento de hidrocarbonetos é um recipiente sob pressão no qual uma matéria-prima de petróleo ou petroquímica é convertida quimicamente em produtos de maior valor por craqueamento, reformagem, hidrotratamento,Alquilação ou isomerizaçãoAs principais classes são separadas pelas suas janelas de funcionamento.Contactos de craqueamento catalítico de fluidos óleo gasoso vaporizado com catalisador de zeolita durante 2-5 segundos a 500-540 °C num riserO hidrocracking é executado a 350-450 °C e 100-200 bar com um catalisador bifuncional e alta pressão parcial de hidrogênio.O tratamento hidrotratado remove o enxofreO sistema de reacção de combustível é constituído por dois tipos de reactores, o nitrogénio e os metais a 300-400°C e o 30-100 bar.Hidrogénio a pressão parcial e metalurgia no hidrocraqueamento, e queda de pressão da deposição de coque e metais no tratamento hidrotráfico.

1Rota de conversão e reatores necessários

Quatro vias são responsáveis pela maior parte da capacidade de conversão de hidrocarbonetos, e cada uma dita um projeto de reator diferente:

• Craqueamento catalítico de fluidos:O FCC é o processo de conversão a mais alta temperatura numa refinaria e o único importante em que o catalisador circula continuamente entre um reator e um regenerador.O óleo de gás é injetado num reservatório onde entra em contacto com o catalisador regenerado a 500-540°C e se rachou em 2-5 segundos na gasolinaO craqueamento é endotérmico e o calor é fornecido pelo próprio catalisador regenerado quente, que transporta o coke do ciclo anterior.5 wt% desativa o catalisador em segundos, o catalisador gastado é retirado com vapor e queimado no regenerador a 650-730°C, restaurando a atividade e fornecendo o calor do processo.O reactor não é, portanto, um recipiente no sentido habitual, mas um reservatório., um recipiente de desacoplamento com ciclones para separar o catalisador do vapor e um stripper, todos construídos com revestimento refratário resistente à erosão porque o catalisador é altamente abrasivo.
• Hidrocraqueamento e hidrotratamento:Trata-se de processos catalíticos de leito fixo, realizados sob alta pressão parcial de hidrogénio.oxigénio e metais a 300-400°C e 30-100 bar com um catalisador de cobalto-molibdênio ou níquel-molibdênio sobre alumínio, produzindo sulfeto de hidrogénio e amônia que devem ser limpos do gás de reciclagem.e adiciona uma função de craqueamento ácido para que os alimentos pesados sejam dessulfurados e convertidos em destiladosAmbos são fortemente exotérmicos, por isso o reator é construído com vários leitos de catalisadores e aquecimento a hidrogénio frio entre eles, limitando cada aumento de temperatura do leito a 20-40 °C.As duas restrições de concepção que regem são uma relação hidrogénio/óleo de 300-1.A concentração de coke é de cerca de 500 Nm3/m3 para suprimir a formação de coke, e uma queda de pressão que aumenta à medida que o coke e os metais se acumulam até que o leito deve ser substituído ou desnatado.
• Reforma catalítica:A reforma converte a nafta de baixo octano em reformato e aromáticos de alto octano sobre um catalisador de platina ou platina-rênio em um suporte de alumina clorada, a 480-525 °C e 5-35 bar.As reacções principais são a desidrogenação de naftenos em aromáticosOs reatores de hidrogénio são utilizados para a deshidrociclação de parafinas e para a isomerização, e são fortemente endotérmicos, de modo que os reatores estão dispostos em três ou quatro leitos fixos adiabáticos em série com interqueimadores.O hidrogénio é produzido como um subproduto valioso- duas variáveis de processo dominam: o equilíbrio cloreto-água no catalisador, uma vez que o cloreto é continuamente perdido no efluente e deve ser re-injetado para manter a acidez, e o coke,que é gerido por regeneração cíclica, por um projeto semi-regenerativo com um ciclo de 6 a 24 meses que termina numa regeneração de desligamento, ou por regeneração contínua do catalisador em que o catalisador circula lentamente através de um regenerador.
• Conversão térmica e cocção:Quando a alimentação é demasiado pesada ou demasiado contaminada para um catalisador, as refinarias utilizam a conversão térmica.A coque retardada aquece o resíduo de vácuo a 480-510°C num forno e mantém-no em grandes barris de coque durante 12-24 horas, onde se quebra para produtos mais leves e coke sólido que é posteriormente cortado com água de alta pressão.O visbreaking é uma versão mais suave que reduz a viscosidade por uma leve fissuração térmica a 450-500 °C com um curto tempo de residênciaEstes processos são de semi-batch ou de bobina, em vez de camadas fixas catalíticas, e os desafios do projeto do reator são térmicos, não catalíticos: metalurgia de parede de tambor sob tensão térmica cíclica,fiabilidade das válvulas de apagamento e de comutação, e a forte tendência de impureza e coque dos tubos de aquecimento, que é controlada por alta velocidade de injecção de vapor ou condensado para manter o tempo de residência curto.

2Configurações dos reatores e escolha

A escolha entre os modos de contacto decorre da duração do catalisador, da gravidade do exoterm e da contaminação dos alimentos:

• Reator de cama fixa:A configuração mais simples e mais utilizada: pellets de catalisador de 1-3 mm são carregados em um ou mais leitos apoiados por uma grade de grelha e uma camada graduada de bolas de cerâmica inerte.,Os limites definem onde os leitos fixos podem ser usados. A remoção de calor é pobre,Assim, as reações altamente exotérmicas precisam de um extinção multi-cama ou um projeto tubular.A queda de pressão aumenta com o depósito de coke e metais, forçando a desativação, e se a desativação do catalisador for rápida, o leito não pode ser alterado sem parar a unidade.Os leitos fixos são, por conseguinte, adequados para alimentos limpos com uma vida útil do catalisador de um a cinco anos., razão pela qual dominam o hidrotratamento, o hidrocraqueamento e o reformamento.
• Reatores de leitos fluidizados e ebulificados:Quando o catalisador desativa em segundos, como no FCC, o catalisador deve circular continuamente, e um leito fluidizado torna isso possível, proporcionando uma excelente uniformidade de temperatura e transferência de calor.A pena é o atrito do catalisador., atração que exige ciclones de alta eficiência e mistura de volta que reduz a conversão por passagem em relação ao fluxo do plugue.Suspende o catalisador num fluxo ascendente de líquido e gás de modo a expandir o leito em 30-50%, dando uma operação quase isotérmica, uma queda de pressão baixa e constante e a capacidade de adicionar e retirar o catalisador em linha todos os dias.Esta é a vantagem decisiva no tratamento de resíduos com 50-350 ppm de metais, porque os metais envenenam permanentemente o catalisador e só a substituição contínua faz a economia funcionar.
• Reatores de coluna de bolhas de lama e de tubulação:Um reator de lixiviação suspende o catalisador fino em líquido com o gás a borbulhar, proporcionando uma excelente remoção de calor e uma utilização muito elevada do catalisador,e é utilizado na síntese de Fischer-Tropsch e no hidrocraqueamento de resíduos de lodoO desafio consiste em separar o catalisador fino do produto, que impulsiona o desenvolvimento da filtração e separação magnética.coloca o catalisador dentro de milhares de tubos de pequeno diâmetro com um meio de transferência de calor no lado da cascaEsta é escolhida quando o controlo da temperatura é crítico, como no reformado a vapor, onde a reação é endotérmica e os tubos são queimados num forno a 800-900°C,ou em oxidações seletivas altamente exotérmicas, onde uma fuga deve ser fisicamente impossível.São típicos 200 a 1000 tubos e comprimentos de 6 a 13 m, sendo a folha de tubos e a junção tubo-tubo os detalhes de fabrico mais exigentes.
• Materiais, códigos e integridade:Os reatores de hidrocarbonetos operam no limite da capacidade metalúrgica e três mecanismos de degradação regem a selecção de materiais.manipulado pela curva API 941 Nelson, requer aços cromo-molibdênio: 1,25Cr-0,5Mo ou 2,25Cr-1Mo para hidroprocessamento,com uma camada de aço inoxidável de 347 ou um revestimento soldado de 321 ou 347 para resistência à corrosão contra sulfeto de hidrogénioA fragilidade de temperatura de 2,25Cr-1Mo no intervalo 350-575°C é controlada através da limitação do factor J, acompanhando a fragilidade de resfriamento por etapas dos calores de produção,e controlar o arranque e o desligamento para evitar a pressurização de um recipiente frio abaixo da sua temperatura mínima de pressurizaçãoO craqueamento por tensão de sulfeto do sulfeto de hidrogénio úmido é abordado através dos limites de dureza da NACE MR0175/ISO 15156 e do tratamento térmico pós-soldagem obrigatório.O alívio da pressão é abordado separadamente através da API 520 e API 521., com a metodologia DIERS aplicada onde uma reação descontrolada pode gerar vapor mais rapidamente do que um dispositivo de alívio convencional pode lidar.

Tipo de reactor de processamento de hidrocarbonetos Matriz de comparação

Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a principal diferença entre hidrotratamento e hidrocraqueamento?

R: Ambos usam hidrogênio e um catalisador sulfurado a pressão elevada, mas seu propósito e gravidade diferem.nitrogénio para amoníaco, e saturando ligeiramente as olefinas e os aromáticos, a 300-400°C e 30-100 bar, sem qualquer alteração na faixa de ebulição.A hidrocracagem quebra intencionalmente as ligações carbono-carbono para converter 30-90% do alimento pesado em destilados mais leves, a funcionar a 350-450 °C e 100-200 bar sobre um catalisador bifuncional que combina uma função de hidrogenação de metais com uma função de craqueamento ácido.Na prática, um hidrocraqueador é construído como um estágio de hidrotratamento seguido por um estágio de craqueamento no mesmo circuito de alta pressão, porque o catalisador de craqueamento está envenenado por enxofre e nitrogénio e o alimento deve ser limpo primeiro.

P: Por que a pressão parcial de hidrogénio é tão importante no hidroprocessamento?

A: A pressão parcial de hidrogénio suprime as reações de condensação e desidrogenação que formam coque na superfície do catalisador.e aumentar a pressão parcial de hidrogénio pode dobrar ou triplicar a vida do catalisador, permitindo um ciclo mais longo com a mesma intensidade ou um ciclo mais intenso com a mesma duração.Também conduz os equilíbrios de dessulfuração e desnitrogenação para os produtos e melhora a saturação aromáticaÉ por isso que as unidades de hidroprocessamento são concebidas com altas taxas de gás reciclado, tipicamente 300-1.500 Nm3/m3 de alimentação,com lavagem com aminas do gás de reciclagem para remover sulfeto de hidrogénio e amônia que, de outra forma, diluiriam o hidrogénio, e com a pureza do hidrogénio de composição mantida acima de cerca de 90-95% por purgação de um fluxo de deslizamento para evitar o acúmulo de inerte.

P: O que faz com que um reator de hidroprocessamento chegue ao fim de sua vida?

R: Três limites são alcançados, e o que chegar primeiro define o ciclo.e o reator é desligado quando a pressão diferencial atinge o limite mecânico dos componentes internos ou do compressor de reciclagemTemperatura: à medida que o catalisador se desativa, o operador eleva a temperatura média ponderada do leito para manter a conversão e a execução termina quando a temperatura máxima admissível do leito,normalmente 415-440°C para a metalurgia e para a seletividadeA qualidade do produto ou limite metalúrgico: quando o nível de enxofre do produto não pode mais ser atingido,ou quando a temperatura da saída do reator se aproxima de um limite fixado por considerações de ataque de hidrogénioCada um destes é gerido de forma diferente, razão pela qual a classificação dos leitos, as armadilhas de balança e um sistema de apagamento bem concebido têm um efeito tão grande na duração do ciclo.

P: Como é que um reator de hidrocarbonetos é protegido contra a fuga e a sobrepressão?

R: A proteção é em camadas, o design de apagamento de várias camadas e uma alta relação hidrogênio/óleo limitam o aumento de temperatura que qualquer exoterm pode produzir.e a metalurgia do reator é selecionada com uma margem acima da temperatura máxima de funcionamento credívelA protecção instrumentada utiliza termopares independentes de temperatura de leito com um alarme de alta altitude e um bloqueio que activa o aquecedor de alimentação e, em casos graves,Pressurizar a unidade através de um sistema de pressurizador de emergência de dimensão API 521, normalmente reduzindo a pressão de operação para 7 bar em 15 minutos para parar uma exotermia de propagação.A proteção mecânica é uma válvula de alívio de pressão definida de acordo com a API 520 e dimensionada para a carga de alívio credível, que para um hidrocraqueador pode ser o caso de evaporação total, onde uma reação descontrolada pode gerar vapor de forma não condensada e mais rápida do que o relevo pode lidar, 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.