¿Qué es un reactor en una refinería de petróleo: propósito, tipos y cómo funciona

¿Qué es un reactor en una refinería de petróleo?

Respondiendo a la pregunta central:¿Qué es un reactor en una refinería?Un reactor es el recipiente a presión en el que ocurre la química, el único lugar en una refinería donde las moléculas se rompen o reconstruyen deliberadamente en lugar de simplemente clasificarse.Todo lo demás en la planta se separa, calienta, enfría o mueve el material; el reactor cambia el material.Pasando un flujo de destilado con hidrógeno sobre un catalizador de cobalto-molibdeno que elimina el azufreUn hidrocraqueador funciona a 350-450 °C y 100-200 bar y va más lejos, quebrando el gasóleo pesado en diesel y combustible para aviones.Un reformador catalítico se ejecuta a 480-525 °C sobre el platino para convertir la nafta en reformato de alto octanoUn catalisador fluido de crecimiento del crack funciona a 500-540°C con un tiempo de contacto de sólo 2-5 segundos.con espesor de pared de 100-300 mm y pesos de hasta 1En el caso de las refinerías, la rentabilidad de las mismas se decide en ellas.

1Lo que realmente sucede dentro de un reactor de una refinería

Cuatro cosas suceden en cada reactor, y entenderlas explica todo el diseño:

• El alimento se encuentra con un catalizador:Casi todos los reactores de refinería contienen un catalizador sólido, un material poroso con una enorme superficie interna, a menudo de 150 a 400 m2 por gramo, en el que tiene lugar la reacción.La alimentación se bombea y se calienta a la temperatura de reacción y luego fluye a través del lecho lleno de pellets del catalizadorLa velocidad se expresa como una velocidad espacial, generalmente 0,5-5 h-1, lo que significa que la alimentación pasa a través del volumen del catalizador entre 0,5 y 5 veces por hora,y este número establece la conversión obtenidaDebido a que el catalizador es donde se crea el valor, todo lo demás en el reactor existe para servirlo: distribuidores para distribuir la alimentación uniformemente, redes de soporte para mantenerlo,termopares para leer su temperatura y sistemas de apagado para controlarlo.
• El calor se libera o se absorbe:Este es el factor que más moldea el diseño mecánico.Así que el reactor está construido con varias camas de catalizadores separados y hidrógeno frío se inyecta entre ellos para bajar la temperatura de nuevo, limitando la elevación en cada lecho a 20-40°C. La reforma catalítica es lo contrario: las reacciones que crean los aromáticos absorben calor,Así que los reactores están dispuestos en tres o cuatro etapas adiabáticas con un horno entre cada uno para poner el calor de nuevoEl crujido catalítico de fluidos resuelve el problema de manera diferente, circulando el catalizador continuamente entre el reactor y un regenerador.donde el coque depositado durante el craqueo se quema a 650-730 °C, y el catalizador regenerado caliente lleva ese calor de vuelta al reactor para suministrar la reacción de agrietamiento.
• El catalizador muere lentamente:Cada catalizador pierde actividad con el tiempo, y el mecanismo depende del proceso.el coke y metales como el níquel y el vanadio bloquean gradualmente los porosEn la reforma catalítica, el coque se acumula durante seis a veinticuatro meses.que restaura la velocidad pero también acelera la desactivación, por lo que el ciclo termina cuando se alcanza la temperatura máxima admisible, la caída de presión a través del lecho o la especificación del producto.El reactor se apaga para la regeneración o reemplazo del catalizador., que es la razón más importante para un cambio de refinería.
• Presión, metalurgia y contención:Un reactor de refinería es un recipiente a presión de uso excepcional.y la razón no es la presión sola sino la combinación de hidrógenoEl hidrógeno atómico a alta presión parcial ataca el carbono en el acero ordinario y forma metano en el metal.un modo de fallo llamado ataque de hidrógeno a alta temperatura, por lo que el material se selecciona en función de la curva API 941 Nelson. El recipiente está construido según la división 2 de ASME VIII con una superposición de soldadura de acero inoxidable en todas las superficies mojadas,y está equipado con una temperatura mínima de presurización, normalmente entre 90 y 150 °C, a los que nunca se debe presionar porque el acero se vuelve frágil después de un largo servicio.

2Los principales reactores que encontrará en una refinería

Una refinería moderna contiene de cinco a quince reactores, y cada uno tiene un trabajo específico en el esquema de flujo:

• Hidrotratador:El reactor más común en cualquier refinería y el que hace posibles las especificaciones de combustible modernas.metales y olefinas mediante su reacción con hidrógeno sobre un catalizador de cobalto-molibdeno o níquel-molibdeno a 300-400°C y 30-100 barSu producción es de sulfuro de hidrógeno y amoníaco, que se separan y envían a la planta de azufre, y un producto limpio que cumple el límite de azufre de 10 ppm para el diésel ultrabajo en azufre.Casi todos los arroyos de una refinería pasan por unoEl gasóleo antes de la FCC o el hidrocraqueador y el gasóleo de vacío antes de la conversión.
• - ¿Qué es eso?El reactor de conversión más severo y valioso, que funciona a 350-450°C y 100-200 bar y hace dos cosas a la vez:se rompe moléculas pesadas en moléculas de la gama de diesel y combustible de avión utilizando un componente ácido de zeolitaDebido a que el craqueo ocurre en un ambiente rico en hidrógeno, los productos están saturados y bajos en azufre y olefinas.Así que el hidrocracker diesel y el chorro están entre los componentes de mezcla de más alta calidad disponibles.El reactor es un recipiente masivo de paredes gruesas con cuatro a seis lechos de catalizadores, apagado de hidrógeno frío entre ellos,y una etapa de hidrotratamiento separada antes de la etapa de craqueo para proteger el catalizador de craqueo del nitrógeno y el azufre.
• Reactor y regenerador de craqueo catalítico de fluidos:El principal productor de gasolina en la mayoría de las refinerías, y la única unidad principal donde el catalizador circula continuamente.El aceite se inyecta en el fondo de un elevador vertical donde se encuentra con el catalizador regenerado a 500-540 °C y se agrieta en 2-5 segundos.El catalizador y el vapor se separan en ciclones, el catalizador es despojado de hidrocarburos con vapor, y luego fluye hacia el regenerador donde el aire quema el coque a 650-730 °C,Restaurar la actividad y producir el calor que impulsa el agrietamientoEl catalizador regenerado, caliente y limpio, vuelve al elevador.y el equipo está revestido con material refractario resistente a la erosión en lugar de revestido con acero, porque el catalizador es muy abrasivo.
• El reformador catalítico y los reactores más pequeños:Un reformador catalítico toma nafta pesada con un octano de 40-60 y lo eleva a 95-105 mediante la conversión de naftenas en aromáticos y parafinas en isómeros ramificados,sobre un catalizador de platino-renio a 480-525 °C y 5-35 barLa refinería dispone también de tres o cuatro reactores en serie con hornos entre ellos, además de varios reactores más pequeños:un reactor de isomerización que convierte las parafinas de nafta ligeras en isómeros de mayor octanaje a 120-250 °C; un reactor de alquilación que combina olefinas con isobutano a 5-20 °C utilizando ácido sulfúrico o fluorhídrico;un reactor de hidrodesulfuración o hidrogenación selectiva que elimina las diolefinas de la nafta agrietadaEn la planta de azufre, un reactor térmico Claus a 1.000-1.300 °C seguido de dos o tres reactores catalíticos a 200-320 °C que convierten el sulfuro de hidrógeno en azufre elemental.

Reactores de las principales refinerías Matriz de comparación

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la diferencia entre un reactor y una columna de destilación?

R: Una columna de destilación separa lo que ya está allí; un reactor crea lo que no estaba. En una columna, las moléculas se mueven entre vapor y líquido hasta que se clasifican por punto de ebullición,y no se rompe ni se forma ningún enlace químicoEn un reactor, los enlaces se rompen y se reforman, por lo que el material que sale es químicamente diferente del material que entra.una columna está llena de bandejas o embalaje y funciona con un gradiente de temperatura de abajo hacia arriba, mientras que un reactor está lleno de catalizador y funciona a una temperatura cuidadosamente controlada que es casi uniforme o deliberadamente escalonada.una columna consume calor y enfriamiento, un reactor consume catalizador, hidrógeno y, en el craqueo, el coke que se forma en el catalizador.

P: ¿Por qué los reactores de las refinerías son tan grandes y pesados?

R: Tres razones compuestas: presión y temperatura: un hidrocraqueador a 200 bar y 450 °C necesita una pared de caparazón de 150-300 mm en acero de baja aleación,que por sí sola pone el buque vacío en varios cientos de toneladas- volumen: el inventario de catalizadores debe ser lo suficientemente grande como para que el alimento pase el tiempo adecuado en contacto con él,y a una velocidad espacial de 1 h-1 a 300 m3 por hora de alimentación necesita 300 m3 de catalizadorY los componentes internos: distribuidores, redes de soporte, sistemas de apagado, pozos térmicos y colectores de salida añaden complejidad interna y altura.Los reactores de hidrocraqueo más grandes superan el 1,200 toneladas, que supera la capacidad de la mayoría de las rutas de transporte y, a menudo, la capacidad de las grúas de las fábricas,Por lo tanto, se construyen cerca de una vía fluvial o se transportan en secciones y se terminan en el sitio..

P: ¿Cuánto tiempo dura el funcionamiento de un reactor de una refinería antes de cerrarlo?

R: Todo depende de la velocidad de desactivación del catalizador.Así que la unidad se ejecuta de tres a cinco años entre los cambiosLos hidrotratadores tienen una duración de uno a cinco años; un hidrotratador de nafta en piensos limpios puede alcanzar los seis años.mientras que un hidrotratador diesel en piensos agrietados puede limitarse a dieciocho mesesLos hidrocrackers funcionan de 2 a 5 años, los catalisadores semirregenerativos de 6 a 24 meses antes de la regeneración in situ.mientras que las unidades con regeneración continua del catalizador funcionan indefinidamente en principio y están limitadas por intervalos de inspección mecánicaEn todos los casos, el factor limitante es uno de los tres: aumento de la caída de presión en el lecho, alcanzar la temperatura máxima admisible del lecho o no cumplir con las especificaciones del producto.

P: ¿Qué hace peligrosos a los reactores de las refinerías?

R: Cuatro peligros, todos gestionados por el diseño más que por el procedimiento solo.lo que significa que una fuga puede liberar un gran inventario inflamable yEl ataque de hidrógeno a alta temperatura, en el que el hidrógeno a alta presión parcial reacciona con el carbono en el acero para formar metano.causando fisuras internas que no se pueden ver desde el exteriorPor lo tanto, la selección de los materiales sigue la curva de Nelson API 941 y la inspección utiliza métodos ultrasonidos avanzados.donde una pérdida de flujo o una mala distribución crea un punto caliente que acelera aún más la reacción, gestionado por sistemas de apagado, termopares múltiples y un sistema de presión de emergencia de tamaño API 521.que se forma en el interior de los recipientes en servicio de azufre y se enciende espontáneamente cuando el recipiente se abre al aire durante un giro, gestionado mediante una oxidación controlada o manteniendo el recipiente húmedo durante la descarga del catalizador.