Мұнай өңдеу процесіндегі ректификациялық колонналар және олардың есебі

 

 

Сурет 4. Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың қалпақты табақшалар арқылы контактілеу

Табақшалар құрылымы сан  алуан келеді.Торлы,шарбақты, каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар қолданылады. Табақшалар құрылымын  нақты технологиялық талаптарға байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі ректификациялық колонналар (2.9-сурет)

Мұнайды өндеу бағытына қарай  өндірісте ректификация процесін күрделі  колонналардың әртүрлі комбинациялары  іске асады. Шикізаттардың және арадағы  өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады.(5 –сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (5 – сурет, а). Асылмалы колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген  көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (5 -сурет,б)

                                                   

  

 

5 – сурет. Асылмалы колонналар

а) колонналардың  тізбектелген және б) асылмалы схемалары

 

 

 

 

 

ІІ  Бөлім. Ректификация колонналары

2.1. Ректификация колонналары және олардың түйісу жабдықтарын жіктеу

 

Мұнай және газ өңдеуге  қолданылып жүрген ректификация колонналары бөлінеді:

1. Қолданылуы бойынша  арналады:

- мұнай мен газды атмосфералық  және вакуумда айыру үшін;

- бензинде қайталай айыру  үшін;

- мұнайды, газ конденсаттарын, тұрақсыз бензиндерді тұрақтандыру үшін;

- мұнайзауыттық, мұнай  және табиғи газдарды фракциялау үшін;

- майларды тазарту кезінде  еріткіштерді қайнату үшін; мұнай шикізаты мен газдарды және т.б. термодеструктивті және катализдік процестері өнімдерін бөлу үшін;

2. Сұйықтықтың сатыаралық  әдісі бойынша:

- қайта ағынды жабдықтарымен  бірге (бір, екі және одан да көп);

- құлау типіндегі ағынсыз  жабдықтармен;

3. Булы-газды және сұйық  фазалармен түйістіруді ұйымдастыру әдісі бойынша:

- тарелкалық;

- сұғындырмалық;

- роторлық.

Қолданылып жүрген түйістіру жабдықтарының ішінде тарелкалық, сұғындырмалық, ретификациялық колонналары кең таралған. Ректификация колоннапарында сипаты мен техникалық-экономикапық көрсеткіштері бойынша бір-бірінен өзгеше түйісу жабдықтарының жүздеген конструкциясы қолданылады. Қазір осы күнгі түйісу жабдықтары конструкциялары (мысалы, науа тәрізді тарелкалар) пайдаланылғанымен олар қажетті өнімдерді алуды қамтамасыз етсе де оларды қазіргі және келешек өндіріс үшін ұсынуға болмайды. Түйісу жабдықтарын таңдау кезінде мынадай негізгі көрсеткіштерді басшылыққа алады:

- өнімділігі  жоғары;

- гидравликалық  қарсыластығы бар;

- пайдалы әрекөт  коэффициенті;

- жұмыс күшін  түсіру диапазоны;

- шайырлы және  басқа да қалдықтардың түзілуіне  бейімділігі;

- материалды  кеп қажетсінуі;

- конструкциясының  қарапайымдылығы;

- жасалу, монтаждау  және жөндеу ыңғайлылығы.

Конструкциялардың көп түрлілігі бойынша дұрыс бағдар жасау үшін төменде (6 – сурет) тек тазартуда ғана емес, сондай-ақ қоспаларды бөлудің абсорбциялық және экстракциялық процестерінде қолданылатын түйісу жабдықтарының жіктелуін береміз. Осы жіктелуге сәйкес тарелкалы түйісу жабдықтары былай бөлінеді:

- түйісу фазаларының  ағын қозғалысын кері ағу, тура  ағу, айқаспалы ағу және қималы тура ағуды ұйымдастыру тәсілдері бойынша; фазаларының қиылуын реттөу бойынша. Сұғындырмалы түйісу жабдықтарын екі типке: жүйесіз және жүйелі деп беле қабылданған.

Ағынға қарсы тарелкалар сұйықтық бойынша жоғары өнімділігімен, конструкциясының қарапайымдылығымен, металдың аз жұмсалуымен сипатталады. Олардың негізгі кемшіліктері - тиімділігінің төмендігі, қалыпты жұмыс аясының тарлығы, колонналардың бөліктері бойынша ағындарды біркелкі бөлі алмайтыны - оны пайдалануды елеулі түрде шектейді.

Тура ағын тарелкалар жоғары еңбек өнімділігімен ерекшеленеді, бірақ бөлу тиімділігі жоғары емес, гидравликалық жоғары қарсыластығы бар, жасағанда еңбекті көп тілейді, қысыммен бөлу процестерінде қолданылу мүмкіндігі зор.

 Тарелкалардың айқаспалы ағын типіне - олардың мұнай мен газды өңдеу технологиясында басым қолданылатын мына түрлері жатады:

1. түйісу фазаларының  реттелмейтін қимасы бар тарелкалардың

мынадай конструкциялары: тор  көзді, тор көзді уатқышы бар, дөңгелек, тік бұрышты, алты қырлы 3-тәрізді, науа тәрізді қалпақтары бар (7–а–д–суреттері);

2. реттелетін қимасы бар  мынадай конструкциялы тарелкалар: капсулды, дисклі, пластинкалы, эжекциялы жапқыштары бар; балласты жапқышы бар; біріктірілген-қалпақты-жапқышты (мысалы, 5-тәрізді, және тор көзді жапқышы бар).

 

 

6 – Сурет. Масса алмасу процестерінің түйісу жабдықтарының жіктелуі.

 

 

7 – Сурет. Кейбір қалпақшалар мен жапқыштардың типтері.

 

Қалпақшалар: а - дөңгелек; б - алты қырлы; в - тік бұрышты; г - науа тәрізді;

д - 8-тәрізді жапқыштар; е - тік бұрышты; ж - дөңгелек, төменгі шектеуі бар;

з - сондай жоғары шектеуі бар; и - балласты; к - дискілі эжекциялы айқаспалы ағынды; л - пластинкалы айқаспа - тура ағынды; м - 8-тәрізді жапқышы бар қалпақша; 1 - тарелка дискілі; 2 - жапқыш; 3 - шектегіш; 4 - балласт.

 

Айқаспалы ағын тарелкалары  барынша жақсы бөлгіштік қасиетімен сипатталады, өйткені басқа тарелкаларға қарағанда онда сұйықтықтық көбірек  тоқталады. Қалпақшалы тарелкалардың  кемшілігі – олардың үлестік  енімділігінің төмендегі, гидравликалық  қарсыластығының жоғарлылығы, металдың кәп жұмсалатын, жасаудың қиындығы және бағасының жоғарылығы. Тор көзді уатқышы бар тарелкалардың гидравликалық қарсыластығы төмен, енімділігі жоғары, бірақ қалпақшалы тарелкаларға қарағанда жұмыс ауқымы тар. Көбінесе вакуумды колонналарда пайдаланылады.

Жапқышы бар және балласты тарелакалар кейінгі кезде әсіресе газ жылдамдығы тез өзгеретін жағдайларда кеңінен қолданыла бастады және түсістіру жабдықтарының ескі конструкцияларын бірте-бірте өндірістен ығыстыра бастады.

Жапқышы бар тарелкалардың жұмыс істеу приницпі сол, тарелка үстіңгі бос жатқан әр түрлі формадағы жапқыш тарелка мен жапқыш ортасындағы тесік аумағын газ бен будың мөлшеріне қарай автоматты түрде реттеп отырады, сөйтіп газ жылдамдығын яғни тарелкадағы гидравликалық қарсыласуды бірқалыпты (жапқыштың көтерілу деңгейінде) қамтамасыз етеді. Жапқыштың көтерілу биіктігі шектегіштің (кронштейн, аяқтары) биіктігімен шектеледі.

Балласты тарелкалар клапанды тарелкадан жасалуы бойынша жапқыш пен шектегіш арасында жапқыштан гөрі ауыр балластың орналасуымен өзгешеленеді. Газ бен будың аз ғана жылдамдығының өзінде жапқыш көтеріле бастайды. Газ жылдамдығының өсуімен жапқыш балластқа тақапады да сонымөн бірге көтеріледі. Клапанды тарелкаға қарағанда балласты тарелка осының нәтижесінде жұмысқа едәуір бұрын қосылады, жұмыс диапазоны аумақты ( 1 5 - 2 0 %-ға), бөлгіштік мүмкіндігі жоғары және гидравликалық қарсыласуы төмен (10 - 15 %). Қалпақшалыға қарағанда біріктірілген қалпақты-жапқышты тарелкалар озық әрі тиімді. Мысалы, 5-тәрізді жапқышы бар тарелка былай жұмыс істейді. Төмен жылдамдық жағдайында газ (бу) 5-тәрізді элементтердің ойығы арқылы барботтанады да, газ жылдамдығы едәуір ұлғайған кезде жапқыш жұмысқа қосылады. Тарелкалардың мұндай екі кезеңдік жұмысы тазарту колоннасының өнімділігін 25 - 30 %-ға көтереді және жұмыс күшінің елеулі көлемі жағдайында жоғары бөлгіштікті сақтайды.

Айқаспалы - тура ағынды тарелкалар айқаспалы ағын тарелкаларынан былайша ерекшеленеді. Ондағы газ (бу) қуаты сұйықтықтың тарелка бойынша қозғалуын үйлестіреді, сол арқылы тарелкадағы көлденең теңсіздік және сұйықтықтың кері алмасуы тоқтатылады, нәтижесінде колонна өнімділігі артады. Бірақ мұнда түйісудің тиімділігі айқаспалы тарелкаларға қарағанда елеулі түрде төмен. Жапқышы бар жаңа шыққан тарелкалар ішінде дискілі эжекционды (айқаспалы) және пластинкалы айқаспалы-тура ағынды тарелкаларды атап өту керек, өйткені оларды МӨЗ-да енгізу мұнай айыру қондырғыларының техникалық-экономикалық көрсеткіштерін жақсартты (8 -  к, л-суреттерді қараңыз)*.

Эжекционды жапқышты тарелка - тесіктері (0 90 мм) және ауыстырып құю жабдықтары бар полотно. Тарелка полотносындағы тесіктерге иілген диск іспетті жапқыштар орнатылады (0 110 мм), сұйықтықты эжекциялау үшін сүзу тесіктері (каналдары) бар. Олар эжекциялық каналдарға сұйықты бөріп тұрады. Жапқыштардың 4 шектегіш аяғы мен 12 эжекциялық каналы бар. Олар штамповка әдісімен тоттанбайтын болаттан қалыңдығы 0,8 - 1 мм шамасында әзірленеді.

Бір жапқыштық массасы - 80 - 90 г. (ал булы көңістігі бар капсулды жапқыш - 5,6 кг) тартады. Жұмыс көлемі аз кeзде булы жапқыштар динамикалық режімде жұмыс істейді. Күш көбірек түскенде жапқыштар шектегіштерге тақала көтеріледі де сұйықтық эжекциясы басталады, бұл жапқыш үстіндегі ортада сұйықтықтың жедел араласуын қамтамасыз етеді. Жапқыштағы бөлгіш тетік колонна тоқтаған кезде сұйықтықтың тарелкадан толық ағуына жағдай тудырады. Тәжірибөлік-өнеркәсіптік сынау оның жоғары тиімділігін көрсетті: күштің көп түсірілгеніне қарамастан сұйықтықтың ысырап болмауы, жұмыстың бірқалыптылығы сақталды; пайдалы әрекет коэффиценті ПӘК 80 - 100 % өтө жоғар болады, өнімділігі қалпақшалы тарелкаға қарағанда  20 % көтерілді және т.б.

Тарелкалы түйісі жабдықтарының  кейбір конструкцияларының тиімділігін салыстыру 8 – суретте келтірілген. Торлы және 3-тәрізді жапқышты тарелкаларда көрсеткіштер жоғары деңгейде.

Атап өту керек, әмбебап "барлық жерде, әрдайым" тиімді жұмыс  істейтін тарелкалар жоқ. Көптеген баламалы варианттар ішінен нақты бір тарелка  типін таңдап алу кезінде тазарту  колоннасының функционалдық қолдану  талаптарынан шығатындарына ғана назар аударған жөн. Мысалы, вакуумды колонналарда барынша гидравликалық қарсыластығы аз түйісу жабдығын пайдаланған дұрыс.

 

 

 

 

 

8 - Сурет . Тарелкалардың Ғ-факторы бойынша (Ғ- мұнда - бу

жылдамдығы, - бу тығыздығы) кейбір тарелка типтерінің ПӘК-ке (п) тәуелділігі мен гидравликалық қарсыластығы ( Р).

Тарелкалар: 1 - 5- тәрізді қалпақшалардан; 2 - торлы уатқышы бар; 5 – балласты жапқышты; 6 - құйынды. 

 

Сұғындырмалы колонналар негізінен аз тоннажды өндірісті  және қысымның ауытқуы аз масса алмасу процестерінде қолданылады. Сұғындырмаларға  мынадай негізгі талаптар қойылады:

1. үлестік кең  беткей;

2. сұйықтықтың жақсы жұғыстығы;

3. аз гидравликалық  қарсыластық;

4. газ және  сұйық (бу) ағындарының біркелкі  бәлінуі;

5. жоғары химиялық бөріктік жәнө механикалық мықтылық;

6. құнының аздығы.

Барлық талаптарға сай келетін сұғындырмалар өмірдe жоқ, өйткені кейбір талаптар, мысалы 1 және 3 пунктер кереғар. Сұғындырмалы колонналарды қалыпты пайдалану кезінде массаның алмасуы сұғындырмалардың қабықшалы режімінде сұйықпен бүркіп алу жағдайында өтеді. Сұғындырмалы тетіктің беткей мөлшері жоғары болған сайын масса алмасу процесі тиімдірек жүреді. Бірақ сыбағылық беткейі үлкен сұғындырманың гидравликалық қарсыластығы жоғары болады. Химиялық өнеркәсіпте және мұнай-газ өңдеуде сұғындырмалы тетіктерді түрлі материалдардан жасалған формалары (керамика, фарфор, болат, пластмасса және т.б.) мен мөлшерлері қолданылады (9 – сурет).

9 - Сурет. Сұғындырма типтері: сақиналар:

а - Рашит; б - Лессинг; в - Палл; тоқымдар: г - Берль; д - "Инталлокс";

перфорирлі металл беттерден жасалған торлы: с - "Спрейпак", ж - Зульцер;

з - Гүдлоу; и - жиналмалы кубик; к - Перформ-Грид.

 

Жүйесіз үймек жасайтын сұғындырмалардың негізгі кемшілігі – көп тоннажды өндірісте шектеулі пайдаланылуы, аппарат  қимасы бойынша түйістіру ағындарын  біркелкі бөле алмауы болып табылады. Тордан, пефорлы металл беттерден, көп қабатты торлардан жасалған жүйелі сұғындырмалар дәстүрлі сақиналы мен тоқымдыларға қарағанда сұйықтық пен будың (газ) біртектес бөлінуін қамтамасыз етеді. Содан соң оның бір тиміділігі - гидравлика қарсыластығының төмендігі – яғни теориялық тарелкаға алғанда бұл көрсеткіш - 1-2 мм сынап бағ. (231 - 260 П) шамасында. Осы көрсеткіштері бойынша ол кез-келген тарелкалы түйісу жабдықтарынан алда. Осыған орай шет елдер мен біздің елімізде тиімді әрі болашағы зор реттелгіш сұғындырмалардың, оның ішінде мазуттарды вакуумдық және терең вакуумдық айыру процестерінде қолданатын жаңа констуркциясын жасауда зерттеу жұмыстары кеңінен теріс алуда. Бірқатар капиталистік елдердің МӨЗ-да мұнай айырудың вакуумды колонналары жүйелі сұғындырмалармен жарақтандырылған, бұл колонналарда терең вакуумды қамтамасыз етеді, вакуумды газойлды сұрыптауды арттырады және қайнаудың соңғы шегі температурасы 600°С-ға дейін жеткізуге мүмкіндік береді.