Impianto industriale

Conclusa la panoramica sulle principali reazioni di hydrotreating, è opportuno introdurre una breve descrizione dell’impianto industriale nel quale tali reazioni hanno luogo.

Questa tipologia di impianto è solitamente costituita da due sezioni principali:

  1. Una sezione, in cui hanno luogo le reazioni di hydrotreating, che comprende in genere uno o due reattori catalitici aventi dimensioni variabili da poche decine a poche centinaia di metri cubici,

  2. Una sezione di frazionamento nella quale il derivato petrolifero viene depurato dai gas (H2S e NH3) prodotti durante le reazioni.
Il processo industriale prevede che la miscela liquida, proveniente dalla distillazione primaria del greggio, venga preliminarmente miscelata con il flusso di gas ricco di idrogeno e quindi inviata a un treno di scambiatori, in modo che si preriscaldi prima dell’ingresso nel forno.
Una volta introdotta all’interno del forno, la frazione raggiunge la temperatura di reazione prevista e può quindi essere inviata al reattore.

In figura è mostrato un esempio di reattore verticale a due letti: [6]
Il letto catalitico, presente all’interno dei reattori, viene solitamente suddiviso in diverse zone di reazione, tra le quali sono interposti dei sistemi di ridistribuzione del flusso, in modo da garantire una distribuzione uniforme del liquido all’interno dei letti catalitici. Inoltre, essendo le reazioni di hydrotreating a carattere esotermico, tra una zona e l’altra è prevista l’introduzione di correnti di gas di quench (costituiti da gas di riciclo e di reintegro), al fine di contenere gli aumenti di temperatura all’interno dei reattori e ripristinare l’idrogeno consumato dalle reazioni.

Per i processi di hydrotreating in generale, e di idrodesolforazione in particolare, si usano normalmente reattori a letto fisso e flusso verticale, con uno o più letti di catalizzatore.

[1] La corrente di idrogeno che alimenta l’impianto è in genere costituita da una componente di gas fresco proveniente dall’impianto di produzione di idrogeno (steam reforming) e da una componente di gas di riciclo.

Il gas di riciclo subisce in genere uno o più trattamenti per separare l’H2S e gli idrocarburi leggeri, così da aumentare la pressione parziale dell’idrogeno e migliorare l’efficienza del processo.
La separazione di H2S e H2 dai prodotti di reazione in uscita dal reattore catalitico può essere realizzata, dopo il loro raffreddamento, in due stadi:

  1. Il primo è eseguito ad alta pressione e comporta la separazione dell’idrogeno che viene aspirato dal compressore di riciclo e rinviato al reattore insieme al gas di reintegro;

  2. Il secondo stadio, svolto a pressione minore, prevede la separazione di H2S che viene inviato all’impianto per il recupero dello zolfo (processo Claus).

L’eliminazione di H2S (e NH3) è eseguita facendo passare la miscela liquida in una colonna di stripping attraverso una corrente di vapore d’acqua a media pressione.

In figura è riportato uno schema a blocchi semplificato del processo di hydrotreating che include sia la sezione di reazione che la sezione di frazionamento: