Vetykäsittelyreaktorin paine-eromittausjärjestelmän ongelmanratkaisu ja kehittäminen

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Neste Oil Oyj:n Porvoon jalostamolle. Aiheena oli selvittää kiintopeti-reaktoreiden paine-eroilmiötä ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Kokeellisen osuuden aiheena olivat jalostamon tuotantolinja 4 MHC-yksikön kiintopetireaktoreiden paine-eromittaukset, niiden ongelmat sekä mittausjärjestelmän kehittäminen.

MHC on korkeapaineinen kaksireaktorinen hydraus- ja krakkausyksikkö, joka käynnistyi vuonna 2008. Yksikön päätuote on korkealaatuinen rikitön diesel. Katalyyttiset reaktiot tapahtuvat reaktoreissa, joihin katalyytti on lastattu useampaan kerrokseen. Syötön mukana tulevat epäpuhtaudet voivat tukkia katalyyttikerroksia aiheuttaen virtausvastusten nousua, joka havaitaan mittaamalla paine-eroa yksittäisten katalyyttikerrosten tai koko reaktorin ylitse. Luotettava mittausten toiminta on tärkeää, jotta yksikön käyntijakso voidaan optimoida rajoitteita vasten.

Reaktorien paine-eroihin vaikuttavia tekijöitä havaittiin yleisesti olevan paljon. Tutkimuksia matemaattisen mallin kehittämiseksi on tehty lukuisia, mutta useista muuttujista johtuen ei paine-eron ennustamiseen ole pystytty kehittämään toimivia matemaattisia malleja, jotka toimisivat useammassa prosessin toimintapisteessä tai erilaisilla reaktoreilla.

MHC-reaktoreiden paine-eromittausten ongelmien havaittiin johtuvan mittausjärjestelyssä käytetyn pursutuskaasun ja siihen liittyvien takaiskuventtiilien sekä RO-levyjen ongelmista. Työn tuloksena saatiin useampi vaihtoehto mittausten korjaamiseksi.

Hydroprocessing units with trickle bed reactors are common process units in a modern oil refinery. Hydroprocessing can mainly be separated to hydrotreating and hydrocracking where the feed oil's value is increased by removing contaminants or cracking it to lighter and more valuable products such as naphtha or middle distillates. Also todays strict fuel quality regulations and more difficult feed oils force refiners to use more hydroprocessing.

Trickle bed reactors operate in high pressure and use high pressure hydrogen in catalytical reactions between feed oil and catalyst. One important measured process variable is the pressure drop over the catalyst bed. Catalyst bed plugging is present to some degree in all hydroprocessing units and it is caused by different contaminations in feedstock. Severe plugging can lead to short unit run length and early catalyst replacement. Reliably working pressure drop measurements are important factors in unit monitoring.

This Bachelor's thesis was done for Neste Oil Porvoo refinery's production line 4. The purpose of thesis was to study pressure drop in general and how different variables in the trickle bed reactor affect the measured pressure drop in theoretical part. Production line 4 has a two stage mild hydrocracker with unreliably working pressure drop measurements and this problem was studied in the applied part of the thesis.

Root causes of the measurement problems were found to be in the pressure drop measurement system's gas lines and equipment. Unevenly working non-return valves and plugging of the restriction orifice in gas lines were the biggest reasons. A new design for a measurement system was made and the system can be modified during unit shutdown to overcome current problems.