¿Qué es un reactor de procesamiento de petróleo?

Respondiendo a la pregunta central:¿Qué es un reactor de procesamiento 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 purifiedSe encuentra aguas abajo de la fracción y aguas arriba del tratamiento del producto, y la refinería suele contener de cinco a quince de ellos.nitrógeno y metalesLos hidrocraqueadores funcionan a 350-450 °C y 100-200 bar para convertir el gasóleo en destilados. Los reformadores catalíticos funcionan a 480-525 °C y 5-35 bar para aumentar el octano.Un elevador FCC funciona a 500-540 °C con el catalizador circulando continuamenteLa vida útil del catalizador varía desde segundos en el crack hasta cinco años en el tratamiento hidrotermal, y todo el diseño mecánico, desde el distribuidor de entrada hasta el colector de salida,existe para hacer que el catalizador sea accesible, húmedo uniformemente y controlado térmicamente durante todo el ciclo.

1. Donde se encuentran los reactores en el esquema de flujo de la refinería

Una refinería es una secuencia de pasos de separación y conversión, y cada reactor ocupa una posición específica en esa secuencia:

• Preparación y hidrotratamiento de los piensos:El crudo se separa primero por destilación atmosférica y al vacío en nafta, queroseno, diesel, gasóleo y residuos.que protege a todas las unidades aguas abajoEl hidrotratamiento de la nafta elimina el azufre y el nitrógeno a menos de 0,5-1 ppm antes de que el flujo pase a un reformador catalítico, ya que ambos son venenos para el catalizador de platino.funciona a 300-340 °C y 20-40 bar sobre el catalizador de cobalto-molibdenoEl hidrotratamiento del diésel es el caballo de batalla de la producción de diésel de bajo contenido de azufre, que reduce el azufre de 5.000 a 15.000 ppm a menos de 10 ppm a 330-380 °C y 40-80 bar,con la severidad establecida por el contenido aromático del pienso, ya que los dibenzotiofenos estéricamente impedidos requieren un catalizador de níquel-molibdeno de alta actividad o un catalizador de metales nobles en una segunda etapa.
• Conversión: agrietado y reformado:Las corrientes más pesadas que valen menos que los productos en los que pueden convertirse son enviadas a la conversión.conversión del 30-90% del aceite de gas al vacío en dieselEl combustible de reacción y la nafta a 350-450 °C y 100-200 bar, con el exotermo gestionado por el enfriamiento en hidrógeno frío entre camas.Un craqueador catalítico de fluidos hace agrietamientos de aceite de gas y residuos en un elevador a 500-540 °C con 2-5 segundos de contactoUn reformador catalítico eleva el octano de la nafta pesada de aproximadamente 40-60 a 95-105 mediante la conversión de naftenas y parafinas en aromáticos a 480-525 °C.El coqueado retardado convierte térmicamente residuos de vacío en productos más ligeros y coque de petróleo a 480-510 °C en bidones de coque emparejados que funcionan en un ciclo de 12-24 horas.
• Reactores de tratamiento y acabado:Después de la conversión, los productos requieren un tratamiento final. Los flujos de nafta y gasolina pueden pasar por una unidad de hidrogenación selectiva para convertir las diolefinas en olefinas a 80-200 °C y 20-40 bar,prevención de la formación de encías aguas abajoEl queroseno y el combustible para aviones son hidrotratados para el azufre y para la eliminación del mercaptán.y en algunas configuraciones a través de un reactor merox o de cobalto-molibdeno para la eliminación de azufreUna unidad Claus convierte el sulfuro de hidrógeno de todos los regeneradores de aminas en azufre elemental, usando un reactor térmico a 1.000-1,300°C seguido de reactores catalíticos a 200-320°C sobre alumina o titanioNo se trata de reactores de hidrocarburos, pero comparten la misma disciplina de diseño mecánico y refractario.
• Reactores de plantas de hidrógeno y de servicios públicos:Cada unidad de hidrotratamiento y hidrocraqueo depende del hidrógeno,que se obtiene en un reformador de metano a vapor donde los tubos del reformador primario funcionan a 800-900 °C y 20-35 bar sobre un catalizador de níquel, seguido de un desplazamiento de alta temperatura a 320-450 °C sobre el hierro-cromo y un desplazamiento de baja temperatura a 200-250 °C sobre el cobre-zinco-aluminio,y por último metanización a 280-350 °C o adsorción por oscilación de presiónEl reformador es más un reactor tubular que un recipiente, y sus tubos son los elementos más vigilados en la refinería porque la ruptura en el flujo es el mecanismo de fin de vida.seguido por la temperatura del metal del tubo y por medición periódica del flujo láser o ultrasónico.

2- Servicios internos, metalurgia y ámbito operativo

El caparazón del recipiente llama la atención, pero los componentes internos y la metalurgia determinan cuánto tiempo funciona realmente la unidad:

• Distribuidor de entrada y soporte de la cama:Cada problema de rendimiento en un reactor de lecho fijo eventualmente se remonta a la distribución.porque una alimentación mal distribuida crea canalización, puntos calientes locales y una parte del catalizador que nunca ve la alimentación.una bandeja con tapa de burbujas o un distribuidor de chimenea perforado con una profundidad de líquido de 50-150 mm por encima de la plataforma de bandejasLas trampas de escala y un lecho graduado de anillos inertes más grandes en la parte superior capturan el óxido y la escala de la línea de alimentación,¿Cuál es la principal causa de la caída prematura de la presiónEl soporte del catalizador consiste en una rejilla o una pantalla de alambre de cuña de tipo Johnson rematada por capas graduadas de bolas de cerámica,y el soporte debe soportar todo el peso del catalizador más el diferencial de presión al final del ciclo sin desviar.
• Sistemas de apagado y medición de temperatura:Debido a que el hidroprocesamiento es exotérmico,La temperatura del reactor se controla inyectando hidrógeno frío o líquido de reciclaje frío entre camas a través de un distribuidor de apagado que redistribuye y mezcla de nuevo el flujo antes de la siguiente cama.Se permite un aumento de 20-40 °C en cada lecho y se realiza un seguimiento de todo el reactor mediante dos números derivados: la temperatura media del lecho en peso,que es el promedio ponderado de todas las temperaturas del lecho y es el mejor indicador único de la actividad del catalizador, y la temperatura máxima del lecho o de la piel, que es el límite de seguridad.Detectar una mala distribución como una dispersión radial de la temperaturaUn descenso superior a 10-20°C indica que la canalización o el distribuidor está dañado, y una tendencia al alza es la primera advertencia de problemas.
• Mecanismos de metalurgia y degradación:Los reactores de hidroprocesamiento funcionan donde se aplican el ataque de hidrógeno, la fragilidad del temperamento y la corrosión por sulfuro.seleccionado según la curva de API 941 Nelson para la presión y temperatura parciales de hidrógeno de diseño, con una superposición de soldadura austenítica de acero inoxidable de 347 o 309/308L en todas las superficies mojadas para su resistencia a la corrosión por sulfuro de hidrógeno.La fragilidad a temperatura del acero cromo-molibdeno en el rango de 350-575 °C se controla especificando un factor J bajo y un bajo contenido de silicio., mediante ensayos de enfriamiento en etapas de los calores de producción, y en el funcionamiento nunca presionando el recipiente por debajo de su temperatura mínima de presurización, generalmente de 90-150 °C después de un período de servicio.El sulfuro de hidrógeno húmedo requiere la conformidad con la NACE MR0175 / ISO 15156, incluidos los límites de dureza y el tratamiento térmico posterior a la soldadura.
• Gestión del ciclo, arranque y apagado:Un ciclo de hidroprocesamiento termina cuando se alcanza la caída de presión, la temperatura máxima del lecho o la especificación del producto, lo que ocurra primero.el catalizador se regenera oxidativamente con oxígeno y vapor controladosEl arranque se rige por la temperatura mínima de presurización: el recipiente debe calentarse por encima de ese umbral antes de aumentar la presión.,o una fractura frágil es posible en un vaso frágil. El catalizador presulfidante convierte los óxidos metálicos en la forma activa de sulfuro,bien in situ con disulfuro de dimetil o bien ex situ antes de su cargaLa carga del catalizador en sí es una especialidad: la carga densa aumenta la cantidad de catalizador en el mismo volumen en un 10-20% y mejora la distribución, pero requiere equipo y habilidad,Mientras que cargar calcetines es más barato y más indulgenteLas inspecciones de vuelta buscan distorsión de la red de soporte, contaminación del colector de salida, desvinculación de la superposición y grietas en la superposición y las boquillas de soldadura.

Funciones del reactor de la refinería Matriz de comparación

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre un reactor de procesamiento de petróleo y un recipiente a presión ordinario?

R: Jurídicamente y mecánicamente, un reactor es un recipiente a presión, construido según la División 1 o la División 2 de la ASME VIII y estampado en consecuencia.un reactor contiene un inventario químicamente activo que cambia con el tiempoUn separador o un tambor contiene un inventario estático en condiciones estables, mientras que un reactor contiene un catalizador cuya actividad se descompone, genera calor,y impone un perfil de temperatura creciente a través del cicloEsa diferencia lo impulsa todo: distribuidores y colectores internos en lugar de boquillas simples, múltiples termopares en varias posiciones radiales en lugar de una,un sistema de apagado que inyecta líquido frío entre camas, una metalurgia seleccionada según la curva de API 941 Nelson para el ataque de hidrógeno en lugar de solo bajo presión,y una envolvente de funcionamiento que incluya una temperatura mínima de presurización por debajo de la cual el recipiente no puede presurizarseLos intervalos de inspección y la evaluación de la vida residual son, en consecuencia, más exigentes.

P: ¿Cuánto dura un catalizador de reactor de refinería?

R: Depende enteramente de la tarea. El catalizador de craqueo catalítico fluido se desactiva por coque en cuestión de segundos y circula continuamente a través de un regenerador.Así que su inventario se mantiene por adición diaria en lugar de por sustituciónEl catalizador de hidrotratamiento tiene una duración de uno a cinco años.con un hidrotratador de nafta generalmente a 3-6 años y un hidrotratador de diesel a 1-3 años, dependiendo del punto final de alimentación y la gravedadEl catalizador de hidrocracking tiene una duración de 2-5 años. El hidroprocesamiento de residuos con un lecho ebullido reemplaza el 0,5-2% del inventario todos los días precisamente porque la vida del catalizador es tan corta.El catalizador de reforma catalítica funciona de 6 a 24 meses en servicio semi-regenerativo y de manera efectiva indefinidamente en unidades de regeneración continua donde la circulación es continua.El final de la ejecución está determinado por la temperatura máxima del lecho, la caída de presión a través del lecho o la especificación del producto.

P: ¿Cuál es la causa más común de cierre prematuro del reactor?

R: La acumulación de caídas de presión es la causa principal en el hidroprocesamiento, y casi siempre comienza en la parte superior del primer lecho.coque de un horno, y en el servicio de residuos asfaltenos y sólidos en suspensión todos se acumulan en el espacio vacío, y debido a la caída de presión escalas inversamente con el cuadrado de la fracción vacía,una cantidad modesta de depósito provoca un aumento desproporcionadoLa segunda causa es un límite de temperatura: una mala distribución del caudal o un distribuidor contaminado produce una dispersión radial de la temperatura, el canal caliente acelera la desactivación localmente,y se alcanza la temperatura máxima del lecho antes de que se consuma el catalizador medio.Ambos se abordan mediante filtración de alimentación, una trampa de escala adecuadamente diseñada y un lecho graduado, una puesta en marcha cuidadosa para evitar choques térmicos que disparen el catalizador,y mediante el monitoreo de la propagación radial como una advertencia temprana en lugar de esperar la temperatura del bulto.

P: ¿Qué metalurgia se utiliza para los reactores de hidroprocesamiento y por qué?

R: El estándar es 2.25Cr-1Mo o 3Cr-1Mo baja aleación de acero con una soldadura de acero inoxidable austenítico superposición.que define las combinaciones de presión parcial de hidrógeno y temperatura a la que el hidrógeno atómico reacciona con el carbono en el acero para formar metanoEn la actualidad, el cromo y el molibdeno se encuentran en el nivel más bajo de los carburos, causando fisuras intergranulares y descarburización conocidas como ataque de hidrógeno a alta temperatura.3Cr-1Mo con vanadio, o 2.25Cr-1Mo-0.25V, se ha adoptado para el hidrocraqueo severo porque permite temperaturas más altas y da una mejor resistencia a la fragilidad del templado.generalmente 309L como primera capa seguida de 347 o 308L, resiste la corrosión por sulfuro de hidrógeno y protege contra la formación de escamas de hierro que de otro modo taparían el lecho.y en separadores de alta presión en los que se concentren bisulfuro de amonio e hidrosulfuro de amonio, se utiliza un revestimiento de aleación 825 o un interior sólido de Inconel.