O que é um reator de processamento de petróleo: deveres de refinaria, aspectos internos e envelope operacional

Respondendo à questão central:O que é um reator de processamento de petróleo?A petroleum processing reactor is a thick-walled pressure vessel containing a solid catalyst bed through which a refinery stream passes at controlled temperature and pressure to be converted or purifiedOs hidrotratadores funcionam a 300-400 °C e 30-100 bar para remover enxofre,nitrogénio e metaisOs hidrocrackers funcionam a 350-450 °C e 100-200 bar para converter óleo de gás em destilados. Os reformadores catalíticos funcionam a 480-525 °C e 5-35 bar para aumentar o octano.Um elevador FCC funciona a 500-540°C com o catalisador circulando continuamenteA vida útil do catalisador varia de segundos em cracagem a cinco anos em hidrotratamento, e toda a concepção mecânica, desde o distribuidor de entrada até ao colector de saída,existe para tornar esse catalisador acessível, uniformemente umedecido e controlado termicamente durante todo o ciclo.

1Onde os reatores se encontram no esquema de fluxo da refinaria

Uma refinaria é uma sequência de etapas de separação e conversão, e cada reator ocupa uma posição específica nessa sequência:

• Preparação e hidrotratamento de alimentos para animais:O petróleo bruto é primeiro separado por destilação atmosférica e vácuo em nafta, querosene, diesel, gás e resíduos.que protege todas as unidades a jusanteO hidrotratamento com nafta elimina o enxofre e o nitrogénio para menos de 0,5-1 ppm antes de o fluxo passar para um reformador catalítico, porque ambos são venenos para o catalisador de platina;Funciona a 300-340 °C e 20-40 bar sobre o catalisador de cobalto-molibdênioO hidrotratamento do diesel é o "cavalo da mão" da produção de diesel ultra-baixo teor de enxofre, reduzindo o enxofre de 5 000 a 15 000 ppm para menos de 10 ppm a 330-380 °C e 40 a 80 bar,com a gravidade determinada pelo teor aromático do alimento para animais, porque os dibenzotiofenos esterilizados exigem um níquel-molibdênio de alta atividade ou um catalisador de metais nobres numa segunda fase.
• Conversão: Cracking e Reforma:Os fluxos mais pesados que valem menos do que os produtos em que podem se transformar são encaminhados para a conversão.Conversão de 30 a 90% do óleo de gás a vácuo em diesel, combustível para aviões e nafta a 350-450°C e 100-200 bar, com o exoterm gerido por apagamento a hidrogénio frio entre os leitos.Um craqueador catalítico de fluidos quebra óleo de gás e resíduos num reservatório a 500-540°C com 2-5 segundos de contactoO reforço catalítico eleva o octano da nafta pesada de cerca de 40-60 para 95-105 convertendo naftenas e parafinas em aromáticos a 480-525 °C.A coque retardada converte termicamente resíduos de vácuo em produtos mais leves e coque de petróleo a 480-510 °C em barris de coque emparelhados que operam num ciclo de 12-24 horas.
• Reatores de tratamento e acabamento:Após a conversão, os produtos necessitam de um tratamento final. Os fluxos de nafta e gasolina podem passar por uma unidade de hidrogenação seletiva para converter diolefinas em olefinas a 80-200°C e 20-40 bar,Prevenção da formação de gengiva a jusanteO querosene e o combustível a jato são hidrotratados para obtenção de enxofre e para remoção de mercaptano.e, em algumas configurações, através de um reator merox ou de um reator de cobalto-molibdénio para remoção de enxofreUma unidade Claus converte sulfeto de hidrogénio de todos os regeneradores de aminas em enxofre elementar, usando um reator térmico a 1000-1,300°C seguidos de reatores catalíticos a 200-320°C sobre alumina ou titânioNão são reatores de hidrocarbonetos, mas partilham a mesma disciplina de conceção mecânica e refratária.
• Reatores de hidrogénio e de serviços públicos:Todas as unidades de hidrotratamento e hidrocraqueamento dependem do hidrogénio,que é produzido num reformador de metano a vapor onde os tubos do reformador primário operam a 800-900°C e 20-35 bar sobre um catalisador de níquel, seguido de uma mudança de alta temperatura a 320-450 °C sobre o ferro-cromo e de baixa temperatura a 200-250 °C sobre o cobre-zinco-alumínio,e, finalmente, metanização a 280-350°C ou adsorção por oscilação de pressãoO reformador é um reator tubular a combustão, em vez de um recipiente, e os seus tubos são os itens mais cuidadosamente monitorizados na refinaria porque a ruptura de fluxo é o mecanismo de fim de vida,com uma temperatura de metal do tubo e uma medição periódica do fluxo por laser ou ultra-som.

2- Serviços internos, metalurgia e área de actividade

A concha do recipiente chama a atenção, mas os componentes internos e a metalurgia determinam quanto tempo a unidade realmente funciona:

• Distribuidor de entrada e suporte do leito:Cada problema de desempenho num reator de leito fixo, eventualmente, remonta à distribuição.porque uma alimentação mal distribuída cria canalizaçãoOs projetos modernos usam uma bandeja de elevação de vapor.uma bandeja com tampa de bolha ou um distribuidor de chaminé perfurado com uma profundidade de líquido de 50-150 mm acima do convés da bandeja, dimensionados para permanecerem estáveis no mínimo de deslocamento. armadilhas de escala e um leito graduado de anéis inertes maiores no topo captar ferrugem e escala da linha de alimentação,que é a maior causa única de queda prematura da pressãoO suporte do catalisador é constituído por uma grelha ou por uma tela de arame de cunha do tipo Johnson, coberta por camadas graduadas de bolas de cerâmica,e o suporte deve suportar o peso total do catalisador mais o diferencial de pressão no final do curso sem desviar.
• Sistemas de apagamento e medição de temperatura:Porque o processamento hidráulico é exotérmico,A temperatura do reator é controlada por injecção de hidrogénio frio ou líquido de reciclagem frio entre os leitos através de um distribuidor de apagamento que redistribui e mistura o fluxo antes do próximo leito.Cada leito é permitido um aumento de 20-40°C, e todo o reator é monitorizado por dois números derivados: a temperatura média do leito em peso,que é a média ponderada de todas as temperaturas do leito e é o melhor indicador único da atividade do catalisador, e a temperatura máxima do leito ou da pele, que é o limite de segurança; múltiplos termopares por leito, frequentemente de seis a doze dispostos num padrão com várias posições radiais em cada nível;Detectar uma má distribuição como uma variação radial da temperaturaUma variação superior a 10-20°C indica um canal ou um distribuidor com falhas, e uma tendência ascendente é o primeiro aviso de problemas.
• Mecanismos de metalurgia e degradação:Os reatores de hidroprocessamento operam onde o ataque de hidrogênio, a friação do temperamento e a corrosão por sulfeto são aplicados.selecionados em função da curva API 941 Nelson para a pressão e temperatura parciais de hidrogénio de projeto, com uma camada de soldadura austenítica inoxidável de 347 ou 309/308L em todas as superfícies molhadas para resistência à corrosão por sulfeto de hidrogénio.A fragilidade a temperatura do aço cromo-molibdênio no intervalo 350-575°C é controlada especificando um baixo fator J e baixo silício, através de ensaios de resfriamento por etapas dos calores de produção e, operacionalmente, nunca pressurizando o recipiente abaixo da sua temperatura mínima de pressurização, tipicamente 90-150°C após um período de serviço.O sulfeto de hidrogénio úmido requer conformidade com a NACE MR0175 / ISO 15156, incluindo limites de dureza e tratamento térmico pós-soldas.
• Gestão do ciclo, arranque e desligamento:Um ciclo de hidroprocessamento termina quando a queda de pressão, a temperatura máxima do leito ou as especificações do produto são alcançadas, consoante o que ocorrer primeiro.o catalisador é regenerado oxidativamente com oxigénio e vapor controladosO arranque é regido pela temperatura mínima de pressurização: o recipiente deve ser aquecido acima desse limiar antes de aumentar a pressão.,ou uma fratura frágil é possível num vaso frágil. A presulfidagem do catalisador converte os óxidos metálicos na forma sulfuro ativo,quer in situ com dissulfeto de dimetilo quer ex situ antes do carregamentoA carga do catalisador em si é uma especialidade: a carga densa aumenta a quantidade de catalisador no mesmo volume em 10-20% e melhora a distribuição, mas requer equipamento e habilidade,Enquanto o carregamento de meias é mais barato e mais toleranteAs inspecções de reviravolta procuram distorções da rede de suporte, contaminação do colector de saída, desligamento da camada e rachaduras na camada de soldagem e nos bicos.

Funções dos reatores de refinaria Matriz de comparação

Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre um reator de processamento de petróleo e um recipiente de pressão comum?

R: Em termos legais e mecânicos, um reator é um recipiente sob pressão, construído de acordo com a divisão 1 ou 2 da ASME VIII e estampado em conformidade.um reator contém um inventário quimicamente ativo que muda ao longo do tempoUm separador ou um tambor mantém um inventário estático em condições estacionárias, enquanto um reator mantém um catalisador cuja actividade decai, gera calor,e impõe um perfil de temperatura crescente ao longo do cicloEssa diferença é que impulsiona tudo: distribuidores e colectores internos em vez de simples bocal, múltiplos termopares em várias posições radiais em vez de um,um sistema de apagamento que injeta fluido frio entre as camas, uma metalurgia selecionada em função da curva API 941 Nelson para o ataque de hidrogénio em vez de apenas sob pressão,e um envelope de funcionamento que inclua uma temperatura mínima de pressurização abaixo da qual o recipiente não pode ser pressurizadoOs intervalos de inspecção e a avaliação da vida residual são correspondentemente mais exigentes.

P: Quanto tempo dura um catalisador de reactor de refinaria?

R: Depende inteiramente da função. O catalisador de craqueamento catalítico fluido é desativado pelo coke em segundos e circula continuamente através de um regenerador.Assim, seu inventário é mantido por adição diária em vez de substituiçãoOs catalisadores de hidrotratamento duram de um a cinco anos.com um hidrotratador de nafta normalmente a 3-6 anos e um hidrotratador a diesel a 1-3 anos, dependendo do ponto final de alimentação e da gravidadeO catalisador de hidrocracagem tem uma duração de 2 a 5 anos. O hidroprocessamento de resíduos com um leito de ebulição substitui 0,5-2% do inventário todos os dias precisamente porque a vida do catalisador é tão curta.O catalisador de reforma catalítica funciona de 6 a 24 meses em serviço semi-regenerativo e efetivamente indefinidamente em unidades de regeneração contínua em que a circulação é contínua.O fim da execução é definido pela temperatura máxima do leito, pela queda de pressão no leito ou pelas especificações do produto.

P: Qual é a causa mais comum de desligamento prematuro do reator?

R: A acumulação de queda de pressão é a principal causa no hidroprocessamento, e quase sempre começa no topo do primeiro leito.Coke de forno, e em resíduos de serviço, as asfaltenas e os sólidos em suspensão se acumulam no espaço vazio, e porque a queda de pressão escala inversamente com o quadrado da fração vazia,Uma quantidade modesta de depósito provoca um aumento desproporcionalA segunda causa é um limite de temperatura: uma má distribuição de fluxo ou um distribuidor contaminado produz uma difusão radial de temperatura, o canal quente acelera a desativação localmente,e a temperatura máxima do leito é atingida antes de se gastar o catalisador médioAmbos são tratados por filtragem de alimentação, uma armadilha de balança devidamente concebida e um leito graduado, arranque cuidadoso para evitar choques térmicos que espalham o catalisador,e monitorando a propagação radial como um alerta precoce em vez de esperar a temperatura do volume.

P: Que metalurgia é utilizada para reatores de hidroprocessamento e porquê?

R: O padrão é de aço de liga baixa 2.25Cr-1Mo ou 3Cr-1Mo com uma sobreposição de solda de aço inoxidável austenítico.que define as combinações de pressão parcial de hidrogénio e temperatura na qual o hidrogénio atômico reage com o carbono no aço para formar metano, causando fissuras intergranulares e descarbonização conhecidas como ataque de hidrogénio a alta temperatura; a adição de cromo e molibdênio forma carburos estáveis e eleva o limite.3Cr-1Mo com vanádio, ou 2,25Cr-1Mo-0,25V, foi adotado para o hidrocraqueamento severo, porque permite temperaturas mais elevadas e dá uma melhor resistência à friação temperada.normalmente 309L como primeira camada seguida de 347 ou 308L, resiste à corrosão por sulfeto de hidrogénio e protege contra a formação de escamas de ferro que de outra forma bloqueariam o leito.e em separadores de alta pressão onde o bissulfeto de amónio e o hidrosulfeto de amónio estão concentrados, são utilizados revestimentos de liga 825 ou interiores sólidos Inconel.