واحد هیدروتریتمنت در بالادست فرآیندهایی قرار می‌گیرد که کمترین تحمل را نسبت به ناخالصی‌ها دارند. توصیف وظیفه آن ساده است: تماس یک جریان هیدروکربنی با هیدروژن روی کاتالیست در دما و فشار بالا، به‌گونه‌ای که هترواتم‌ها به ترکیبات قابل حذف تبدیل شوند. گوگرد به سولفید هیدروژن، نیتروژن به آمونیاک، اکسیژن به آب تبدیل می‌شود و گونه‌های آلی‌فلزی به‌صورت سولفیدهای فلزی روی کاتالیست رسوب می‌کنند. بسته به نوع سرویس، ممکن است الفین‌ها و بخشی از محتوای آروماتیک نیز هیدروژنه شوند که کیفیت جریان را فراتر از حذف آلاینده‌ها تغییر می‌دهد.
نکته جذاب هیدروتریتمنت همان همسوسازی است. دو پالایشگاه می‌توانند واحدهای مشابهی را با خوراک مشابه به کار بگیرند و باز هم به کاتالیست‌های متفاوت، محدوده‌های عملیاتی متفاوت و راهبردهای چرخه متفاوت نیاز داشته باشند. انتخاب کاتالیست هیدروتریتمنت، مقایسه‌ای است میان آنچه خوراک در واقع در بر دارد، آنچه واحد از نظر فیزیکی می‌تواند تحمل کند، و آنچه فرآیند پایین‌دستی از جریان تصفیه‌شده انتظار دارد.
هیدروتریتمنت برای دستیابی به چه چیزی طراحی می‌شود
بیشتر واحدها هم‌زمان چند مورد از اهداف زیر را دنبال می‌کنند:
- رعایت مشخصات. رسیدن به هدف گوگرد در یک محصول یا جریان میانی، چه این هدف بر پایه مشخصات سوخت تعیین شده باشد، چه بر پایه سبد محصول یا حد تحمل کاتالیست پایین‌دستی.
- حفاظت از پایین‌دست. ریفرمینگ، ایزومریزاسیون و سایر فرآیندهای حساس، با گوگرد، نیتروژن و فلزات مسموم یا غیرفعال می‌شوند. پیش‌تصفیه از کاتالیست‌هایی که در ادامه قرار دارند محافظت می‌کند.
- کیفیت و پایداری محصول. رنگ، بو، پایداری در برابر اکسایش، نقطه دود و محتوای آروماتیک، همه به میزان پیش‌روی واکنش پاسخ می‌دهند.
این اهداف بر یکدیگر اثر می‌گذارند: دسولفوریزاسیون عمیق‌تر، هیدروژن و دما می‌طلبد؛ بنابراین واحدی که برای بیشترین طول چرخه بهینه شده است، ممکن است سخت‌گیرانه‌ترین مشخصات را برآورده نکند. انتخاب کاتالیست تعیین می‌کند که بهره‌بردار در طول یک دوره، چه میزان آزادی عمل برای جابه‌جایی میان این اهداف دارد.
چرا ترکیب خوراک و اهداف عملیاتی اهمیت دارد
انتخاب با خوراک آغاز می‌شود؛ خوراکی که به‌ندرت به همان سادگی که نامش نشان می‌دهد است.
- گونه‌شناسی گوگرد. مرکاپتان‌ها، سولفیدها و ترکیبات تیوفنی در شرایط یکسان، پاسخ متفاوتی به یک کاتالیست می‌دهند؛ بنابراین گوگرد کل به‌تنهایی اطلاعات کافی نیست.
- میزان و نوع نیتروژن. گونه‌های نیتروژن بازی، فعالیت هیدرودسولفوریزاسیون را بازمی‌دارند و اغلب تعیین می‌کنند که در دمای مشخص، چه میزان دسولفوریزاسیون قابل دستیابی است.
- محدوده جوشش و نقطه انتهایی. نفتای سبک، سنگین و تمام‌محدوده، مسائل متفاوتی در زمینه نفوذ و زمان ماند ایجاد می‌کنند و در بستر ثابت رفتار متفاوتی دارند.
- فلزات و ریزدانه‌ها. سیلیسیم، آرسنیک و آهن روی کاتالیست تجمع می‌یابند و اگر پیش‌بینی نشوند، می‌توانند چرخه را زودتر از موعد پایان دهند.
- دسترسی به هیدروژن. فشار جزئی و خلوص گاز برگشتی، اغلب محدودکننده‌تر از خود کاتالیست بر شدت قابل دستیابی اثر می‌گذارند.
از منظر عملیاتی، پرسش‌ها کاربردی‌اند: واحد به‌طور ایمن چه دما و فشاری را می‌تواند تحمل کند، هدف، ظرفیت عبوری است یا طول چرخه یا بیشترین عمق دسولفوریزاسیون، و آیا امکان احیا وجود دارد یا کاتالیست در هر چرخه تعویض می‌شود؟ هر پاسخ، پیش از آنکه مقایسه میان تأمین‌کنندگان آغاز شود، دامنه گزینه‌ها را محدودتر می‌کند.
فعالیت، گزینش‌پذیری، پایداری و چرخه عمر
در ارزیابی یک کاتالیست، چهار ویژگی در برابر یکدیگر سنجیده می‌شوند.
فعالیت یعنی حجم مشخصی از کاتالیست در شرایط اعلام‌شده چه میزان تبدیل ایجاد می‌کند. کاتالیست فعال‌تر می‌تواند برای نتیجه یکسان در دمای پایین‌تر کار کند — که معمولاً سرعت غیرفعال شدن را کاهش می‌دهد — یا در حجم ثابت، تبدیل بیشتری به دست دهد. فعالیت همیشه در برابر یک شرایط آزمون اعلام می‌شود، پس باید در کنار دما و سرعت فضایی مبنای آن خوانده شود.
گزینش‌پذیری یعنی علاوه بر واکنش هدف، چه اتفاق دیگری می‌افتد. کراکینگ بیش از حد، بازده مایع را کاهش می‌دهد و هیدروژناسیون بیشتر از نیاز محصول، مصرف هیدروژن را بالا می‌برد. گزینش‌پذیری مانع می‌شود که یک واحد هیدروتریتمنت با ایجاد مشکل جدید، مشکلی را حل کند.
پایداری یعنی رفتار در طول زمان. رسوب کک، تجمع فلزات و انسداد حفره‌ها فعالیت را به‌تدریج کاهش می‌دهند و شکل این افت تعیین می‌کند که آیا می‌توان چرخه را برنامه‌ریزی کرد یا باید واکنش‌گرا آن را مدیریت کرد. رشد افت فشار، در واحدهایی که خوراک آلوده یا کراک‌شده دریافت می‌کنند، اغلب حد واقعی را تعیین می‌کند.
چرخه عمر بُعد تجاری موضوع است. هزینه شامل مواد، دستمزد بارگیری، برنامه راه‌اندازی و سولفیداسیون، ارزش هیدروژن مصرفی و در نهایت احیا، تعویض و دفع است. کاتالیستی که ارزان‌تر است اما چند روز توقف تولید را به همراه دارد، ممکن است انتخاب گران‌تری باشد.
در یک نگاه کلی، خانواده‌های صنعتی شناخته‌شده‌اند: کبالت-مولیبدن برای دسولفوریزاسیون متعارف، نیکل-مولیبدن برای جاهایی که حذف بیشتر نیتروژن یا شدت بالاتر لازم است، و نیکل-تنگستن برای جاهایی که اشباع آروماتیک‌ها یا دسولفوریزاسیون بسیار عمیق اهمیت دارد. ساختار حفره، پایه و روش شکل‌دهی، محصولات را درون این خانواده‌ها از یکدیگر متمایز می‌کنند.
همسوسازی کاتالیست با کاربرد
کاربردهای مختلف بر ویژگی‌های مختلفی تأکید می‌کنند.
هیدروتریتمنت نفت سفید (KHT)
هیدروتریتمنت نفت سفید بر حذف گوگرد و بهبود کیفیت در محدوده جوشش نفت سفید و جت متمرکز است؛ محدوده‌ای که در آن نقطه دود، رنگ و پایداری حرارتی در کنار عدد گوگرد اهمیت دارند. کنترل نقطه انتهایی مهم است، زیرا حضور مواد سنگین‌تر در خوراک، شدت مورد نیاز را بالا می‌برد و چرخه قابل دستیابی را کوتاه می‌کند.
هیدروتریتمنت بنزین (GHT)
هیدروتریتمنت بنزین، هم ارتقای جریان تقطیر مستقیم و هم تصفیه جریان‌های کراک‌شده را در بر می‌گیرد. حفظ الفین‌ها اغلب یک ملاحظه است، زیرا هیدروژنه کردن الفین‌ها عدد اکتان را کاهش می‌دهد و همین، گزینش‌پذیری را به‌اندازه فعالیت مهم می‌کند.
هیدروتریتمنت نفتا (NHT)
هیدروتریتمنت نفتا معمولاً مرحله‌ای از پیش‌تصفیه است که از کاتالیست‌های ریفرمینگ یا ایزومریزاسیون در پایین‌دست محافظت می‌کند. خوراک، نوع گونه را تعیین می‌کند:
- LNHT (هیدروتریتمنت نفتای سبک) با سبک‌ترین برش سروکار دارد؛ جایی که هدف، رسیدن به گوگرد و نیتروژن باقیمانده بسیار کم است و مواد برای ایزومریزاسیون در نظر گرفته شده است.
- HNHT (هیدروتریتمنت نفتای سنگین) روی برش سنگین‌تر کار می‌کند؛ جایی که دماهای بالاتر لازم است و وظیفه حفاظت از ریفرمینگ حیاتی است.
- FRNHT (هیدروتریتمنت نفتای تمام‌محدوده) کل محدوده جوشش نفتا را در یک واحد تصفیه می‌کند و هم‌زمان مشخصات بخش سبک و وظیفه بخش سنگین را برآورده می‌سازد. این کار معمولاً به بارگیری کاتالیست با دقت بررسی‌شده و تصویری روشن از پروفیل دما نیاز دارد.
هیدرودسولفوریزاسیون (HDS) و هیدرودسولفوریزاسیون بنزین و نفت سفید (GKHDS)
هیدرودسولفوریزاسیون، چارچوب کلی موضوع است: حذف گوگرد از یک جریان مشخص در شرایطی که کاربرد تعیین می‌کند. GKHDS یک وظیفه ترکیبی را توصیف می‌کند که محدوده‌های جوشش بنزین و نفت سفید را در یک مسیر فرآورشی پوشش می‌دهد. در هر دو، توازن میان فعالیت و گزینش‌پذیری، طول چرخه قابل دستیابی و حساسیت به تغییر خوراک، پرسش‌هایی هستند که در زمان انتخاب اهمیت دارند.
بارگیری، راه‌اندازی و پایش
عملکرد تنها با مواد تعیین نمی‌شود. شیوه بارگیری و راه‌اندازی، اغلب تعیین می‌کند که نتایج آزمون در واحد بازتولید می‌شوند یا نه.
بارگیری به پرکردن یکنواخت، متراکم و یکدست نیاز دارد. جداشدگی کاتالیست و مواد بی‌اثر، کانال‌سازی در جداره، یا واکنش‌پذیری نامتقارن میان بالای بستر و پایین آن، همگی پروفیل‌های دمایی ایجاد می‌کنند که تغییر شرایط عملیاتی نمی‌تواند آن‌ها را اصلاح کند. گریدینگ ورودی، آلودگی را پیش از رسیدن به کاتالیست اصلی جذب می‌کند.
راه‌اندازی جایی است که بیشترین آسیب‌های قابل پیشگیری رخ می‌دهد. پیش از اعمال دمای بالا باید رطوبت و دی‌اکسید کربن حذف شوند، و فعال‌سازی — که معمولاً با سولفیداسیون به کمک عواملی مانند DMDS انجام می‌شود — به دماهای کنترل‌شده، فشار جزئی هیدروژن کنترل‌شده و گردش کافی نیاز دارد. برنامه سولفیداسیون شتاب‌زده، خطر کاتالیست کم‌فعال‌شده و چرخه نخست کوتاه‌تر را به همراه دارد.
پس از راه‌اندازی، پایش تعیین می‌کند که چرخه تا چه اندازه خوب مدیریت می‌شود. پروفیل دمای راکتور، دمای میانگین وزنی بستر، فشار جزئی هیدروژن، غلظت سولفید هیدروژن در گاز برگشتی، افت فشار و آنالیزهای محصول، در مجموع نشان می‌دهند که کاتالیست مطابق انتظار عمل می‌کند یا نه و آیا می‌توان واحد را تحت فشار بیشتری برد یا باید آن را محافظت کرد.
چرا مشاوره فنی اهمیت دارد
انتخاب کاتالیست هیدروتریتمنت پاسخ ساده‌ای در قالب کاتالوگ نمی‌پذیرد، زیرا داده‌های ورودی مخصوص هر پالایشگاه است. آنالیز خوراک ماه گذشته ممکن است سبد امروز را توصیف نکند، و کاتالیستی که مشکل یک واحد را حل کرده است، ممکن است در واحد دیگری ضعیف عمل کند، چراکه تأمین هیدروژن، سازه‌های داخلی راکتور یا فلسفه عملیاتی متفاوت است.
یک بررسی فنی ساختارمند — شامل ارزیابی داده‌های خوراک و فرآیند، تعریف اهداف، انتخاب کاتالیست و گریدینگ، و سپس تدوین برنامه بارگیری، راه‌اندازی و پایشی که تیم پالایشگاه بتواند آن را اجرا کند — معمولاً این مسائل را پیش از آنکه به کاهش طول دوره بهره‌برداری تبدیل شوند آشکار می‌کند و مستنداتی تولید می‌کند که تیم بهره‌برداری بتواند در تمام مراحل راه‌اندازی به آن اتکا کند.
کاتالیست سرو، کاتالیست‌های هیدروتریتمنت را برای این کاربردها عرضه می‌کند، از جمله وظایف KHT، GHT، NHT در گونه‌های سبک (LNHT)، سنگین (HNHT) و تمام‌محدوده (FRNHT)، و همچنین HDS و GKHDS. انتخاب کاتالیست با مشاوره فنی، برنامه‌ریزی بارگیری و تخلیه، کمک در راه‌اندازی و پایش در طول چرخه پشتیبانی می‌شود که در یادداشت ما درباره خدمات چرخه عمر کاتالیست توضیح داده شده است. برای پالایشگاه‌هایی که واحد تبدیل اصلی‌شان راهبرد کاتالیست را تعیین می‌کند، ملاحظات کاتالیست FCC و RFCC سمت پایین‌دستی همین موضوع را پوشش می‌دهد.
مجموعه محصولات را در بخش مجموعه محصولات در صفحه اصلی ببینید، یا شرایط فرآیندی خود را از طریق مسیر مشاوره فنی با تیم فنی در میان بگذارید.
