Қазақстандағы жанармай өндірісі

 Октан саны дегеніміз – дүмпуге төзімділікті өлшеудің шартты бірлігі, ол сандық жағынан изооктан мен гептан қоспасындағы изооктанның (2,2,4-триметилпентанның) сынаудың стандартты жағдайлары кезінде сыналатын отынның дүмпуге төзімділігіне эквивалентті пайыз (көл.) мөлшеріне тең.

Изооктанның октан саны 100 тең деп, ал гептанның октан  саны 0-ге тең деп қабылданған. Егер сыналатын бензин мысалы, 70% изооктаннан  және 30% гептаннан тұратын қоспаны  сынаудың стандартты жағдайларына эквивалентті болса, онда оның октан саны 70-ке тең деп есептелінеді. Октьан саны – автокөлік бензиндері мен авиациялық жанармайдың дүмпуге төзімділікті қалпына келтіруге болатын көрсеткіші.

Авиациялық жанармайдың бай қоспалары мен үрлеу қолданылаты двигательдерімен жұмыс жасау кезінде қалпына келтіругге болатын көрсеткіші отынның сорттылығы болып табылады.

Бай қоспалардағы отының сорттылығы – сорттылығы 100 деп қабылданған эталонды изооктаннан алынатын қуатпен салыстырғандағы, сыналатын отында жұмыс істеу керзіндегі двигательдің қуатының шамасын (%-бен) көрсететін сипаттамасы.

Октан сандары қатаң  стандартты жағдайларда арнайы сынау  қондырғыларында анықталынады. Екі  стандартты сынау әдістері бар: моторлық және зерттеу. Моторлық әдіс бойынша  сынау жағдайлары өте қатаң (айналу жиілігі 900 айн./мин, карбюратордан кейін жұмысшы қоспаның температурасы 149°С). Сондықтан да, ол аз дәрежеде сығылған двигательдерде арналған отындарын ДТ бағалау үшін сәйкес келеді.

Зертеу әдісі бойынша сынау жағдайлары жұмсақтау (айналу жиілігі 600 айн./мин, карбюратор алдында жұмысшы қоспа қыздырылмайды). Бұл әдіспен жоғары біркелетін, клапандары жоғарыда орналасатын двтигательдерге арналған жоғарғы октанды компоненттермен отындар бағаланады. Зерттеу әдісі бойынша анықталған октан сандары, мотор әдісімен салыстырғанда, әрқашан біршама жоғары болады. Бұл айырмашылықты отынның «сезімталдығы» деп атайды. Сынау режиміне әсіресе, каталитикалық крекинг пен каталитикалық риформинг бензиндері сезімтал келеді. Октан сандарындағы айырмашылық бензиндегі ароматты көмірсутектердің мөлшеріне байланысты 5-10 пунктке дейін жетуі мүмкін. Сондықтан да, октан сандары бойынша мәліметтер келтірілген кезде әрқашанда оларды сынау әдісіде көрсетілуі тиіс.

Ұшқыннан от алатын двигательдерге арналған отындырдың дүмпуге төзімділігін арттырудың жолдарының бірі кері дүмпіткіштерді (антидетонаторларды) қолдану. Бұл заттарды бензиндерге 0,5 пайыздан артық емес мөлшерде кері дүмпіткіштік қасиеттерін едәуір жақсарту мақсатында қосады.

Жеке көмірсутектердің дүмпуге төзімділігін зерттеу бұл  маңызды қасиеттің көмірсутектердің химиялық құрылысына тәуелділігін анықтауға мүмкіндік береді және түрлі двигательдерге арналған жанар майлардың түрлі сұрыптарын тандау және жасауда мәні зор болады.

Жанармайдың құрамына кіретін көмірсутектердің жеке топтарыүшін олардың ДТ жөнінде төмендегідей қысқаша қорытындылар жасауға болады.

 

1.3 Жанармайды өндеу технологиясы

 

Айдау.Берілген мұнайды иректемеде 320ºС-де қызып, қыздырылған өнім аралық денгейлерге ректификациялық колонкаға барады.

Мұндай колонкада 30 – 60 –қа дейін поддон және желобтар болып, әрқайсысының астында сұйықтық болады. Осы сұйықтықтан көтеріліп бара жатқан парлар конденсация арқасында төмен түседі. Жылдамдығын түзету арқылы колонкаға фракция бойынша бөлінеді де, жоғарғы колоннада бензиндерді, керосиндерді нақты белгіленген қайнау аралықтардан төмендеу деңгейлерден  сұйық отындар алу. Ары қарай бөлу деңгейін жақсарту үшін, айдау кезінде ректификациялық колоннадан қалған затты вакумды дистиляцияға  ұшыратады.

Термиялық крекинг. Шикі мұнайдан ауыр фракцияларды  ары қарай бөлу. Температураны бұдан да жоғарылату крекинг процессіне әкеп соқтырады.

Мұнайдың ауыр фракцияларын жоғары температурада бөлгенде, көміртек және көміртек байланыстар, сутек молекуласы көмірсутек молекуласынан бөлініп  алғашқы шикі мұнайдан қарағанда, көп спектрлі өнімдер алуға болады.Мысалы: дистилятор, 290-400ºС интервалында қайнайтын, крекинг арқасында газ пайда болып, бензин және ауыр шайыр тәріздес қалдық өнімдер болады.[23] Крекинг процессі шикі мұнайдан деструкция арқылы бензиндерді ауыр дистилятор және қалдықтан алуға тиімді.

Каталитикалық крекинг. Катализатор – дегеніміз реакция жылдамдығын күшейтіп, бірақ реакция құрамына әсер етпейді.

Гудри процессі. Э . Гудридің зертеуінде отқа төзімді сазды катализатор ретінде қолдану арқасында 1936 жылы пәрменді катализатор дүниеге келді.

 Ол алюмосиликат  крекинг – процессіне арналған.

 Орташа қайнайтын мұнай дистиляттары, бұл процессте қайнап, бу күйге айналады. Реакция жылдамдығын жоғарлату үшін, (яғни крекинг-процесс) берілген сұйықтықты катализатор қабатынан өткізеді. Реакция бір қалыпты 430-480ºС температурада және атмосфералық қысымда өтеді (термиялық крекингте-атмосфералық қысымнан жоғары қолданады). Гури процессі ең алғашқы каталитикалық крекинг-процесс ретінде, өнер-кәсіпте кеңінен қолданылды.

Риформинг – бұл ароматты бензол сақинасында сызықты және цикльді емес көмірсутектің пайда болу процесі. Ароматты көмірсутектерде октан саны жоғары болып, сондықтан өнеркәсіпте жоғары октанды бензиндер алуда қолданылады.

Екі негізгі риформинг  түрі бар: термиялық және каталитикалық. Біріншісінде – бастапқы айдау кезіндегі пайда болған фракциялар, мұнай жоғарғы октан бензиндерге айналады(жоғарғы температура әсерінен). Ал екіншісінде – жоғарғы температурамен бірге катализатордың қатысымен жүреді. Ескіде, әрі пәрменсіз термиялық риформинг әліде қолданыста, бірақ дамыған елдерде термиялық риформинг қондырғылары каталитикалық риформинг қондырғыларына ауыстырылған.

Егер де бензин бағалы, кероекті өнім ретінде болса, онда бүкіл  риформингті платиналық катализаторда  алюминий оксидті немесе алюминий силикатты арқауда пайдалану қажет.

Каталитикалық риформингте октан санының көбею  реакциясына жататындар:

1. Нафтендерді дегидрлеу және олардың ароматты қосылыстарға айналуы;
2. Сызықты көмірсутек парафиндердің, оның шашыраңқы изомерлерге айналуы;
3. Ауыр парафинді гидрокрекинг көмірсутектердің, жеңіл жоғарғы октанды фракцияларға айналуы;
4. Ауыр парафиндерді сутекті бөлу арқасында раоматты көмірсутектің пайда болуы.[24]

Полимерлеу. Крекинг және риформингтен басқа, жанармайды өңдеу өнеркәсібінде тағы да басқа процестер бар. Біріншісі, өнеркәсіпте экономика жағынан тиімді, ол полимерлеу процесі. Крекинг газдарда олефин қатысымен сұйық жанармайды фракциялар алуға көмектеседі.

Пропиленді  полимерлеу – үш атомды көміртек олефиндер және төрт атомды көміртек бутилен – олефиндердің молекуласы сұйық өнім береді. Жанармайдың қайнау температурасына тең болып, октан саны 80-нен 82-ге тең. Мұнай өңдеу зауыттары полимерлеу –процестерін қорлданады. Крекинг газ фракциясында жұмыс істейді, үш және төрт атомды көміртегі бар олефиндерді қолданады.

Алкилдеу. Бұл процесте изобутан және газ тәрізді олефиндер катализатор арқасында сұйық, октан саны бар изопарафиндер пайда болады(изооктандарға сәйкес келеді). Изобутиленді полимерлеуден изооктенге, содан гидрогениздеу процесінде изооктанға ауысу. Бұл процесте изобутан изобутиленмен әрекеттесіп, изооктан пайда болады.

Барлық алкилдау процесінде мотор отындарын өндіруде, катализатор  ретінде қолданып, күкірт немесе фторсутекті  қышқыл ретінде – бастапқы температурасы 0-15ºС, содан 20-40ºС- де қолданады.[25]

Изомерлеу. Жоғарғы октанды шикізат алудың басқа жолдары, мотор отындарына қосу арқасында жүзеге асырудың изомерлеу процессі, ол алюминий хлоридін немесе басқа да ұқсас катализаторлар қосу арқылы жүреді.

Табиғи бензин және тура сызықты – тізбекті окиан санын көбейтуге изомеризация қолданады.

Антидетонациялық қасиеттерін  жақсарту үшін нормальді пентан және гексан, изопентан және изогексанға  ауысуын айтамыз.

Изомеризация процессі кейбір мемлекеттерде қарқынды дамып  келе жатыр, әсіресе каталитикалық крекинг жанармайды көп шығаратын елдер қолданады. Қосымша этилдеуде, яғни тетраэтилқорғасын қосқанда, изомерлердің октан саны  94 -тен 107-ге дейін өседі (қазіргі уақытта бұл әдістен бас тартты, өйткені олар улы және ұшқыш алкил қорғасын қосылыстарын  береді, олар қоршаған ортаны ластайды).

Гидрокрекинг. Гидрокрекинг процесінде қолданылатын қысым 70 атм. Онда шикі мұнай сұйытылған мұнай газына (LP- газ) өзгеріп 175 атм-ға өзгереді. Толық кокстау болғанда бу тәріздес мұнай бензин және реактивті отынға тез арада ауысады. Бұл процестерде қозғалмайтын қабатта көбірек, ал қайнау қабатында аз қолданады (катализатор қолданғанда). Қайнау қабатында тек қана мұнай қалдықтарын қолданады, олар – мазут, гидрон. Басқа да процестерде де қалдық отындарын қолданады, бірақ негізінен жоғарғы қайнауды мұнай фракцияларында қолданады, одан басқа жеңіл қайнйтын және орташа дистилятты тура фракцияларда да қолданады. Бұл процестерде катализатор ретінде: сульфидті никель – алюминий, кобальт- молибден – алюминий, вольфрам материалдары және қымбат металдар, платина мен паладий сияқты алюмосиликатты негізінде қолданады.

Гидрокрекинг, каталитикалық  крекинг пен бірге жүргенде және кокстағанда, аз дегенде 75 - 80% шикізат  бензин және реактивті отынға ауысады. Бензин және реактивті отындарды қолдануы мезгілге байланысты. Сутек шығыны жоғары болған кезде, қондырғыға енгізілген шикізат көлемінен өнім шығымы 20-30% -дан жоғары болады. Кейбір катализаторлармен қондырғылар пәрменді екіден үш жылға дейін жаңғыртусыз жұмыс істейді.

 

 2. Қазақстандағы жанармай  кешенінің жағдайы мен келешегі

 2.1 Жанармай комплексінің әлемдік экономикадағы маңызы

 

     Ғылыми техникалық және әлеуметтік жетістік әр уақытта пайдаланатын энергияның өсуімен және жаңа тиімдірек энергия қорларын қосумен анықталынады. Қазіргі  адамдардың өмірін жарықсыз, телерадиосыз, қазіргі тұрмысқа керекті техникасыз  және жол көлігінсіз ойға алу қиын. Энергиясыз кибернетиканың, автоматты жүйенің,  есептеу техникасының, атом энергиясын өндіру және космостық техниканың және т.б. өсуі мүмкін емес. 

     Сондықтан  энергияның және оның қорларының  пайдалануы күшті қарқынмен әсіресе  ХХ ғасырда өсті. Дүние жүзінде   энергияны  пайдалану әрбір  адамға есептегенде  1950ж. ғасырдың  басы мен салыстырғанда 2 есе  өсті. Келесі 2 есе өсу 1975 ж. болды. Осы кезде мұнай мен электр энергиясының  2 есе өсуі  10-12 жылдардың ішінде болды. Мұндай  өсу жер жүзі халқының тез өсуімен  және олардың сыбағалы энергия  қажет ететін  көздерінің өсуімен  байланысты болды. 1975 ж. дүние жүзінде әрбір адамға есептегенде  энергияның  орташа пайдалануы  2,2  шартты жанармай тонна (ШОТ) өлшемінде болды. Бірақ оның пайдалануы елдер арсында  бірдей емес.

      Көптеген  өркендеуші  елдерде ол 0,2 ШОТ  болса, ал АҚШ және ГФР –  12 және 6 ШОТ тиісінше. Келешек болжам бойынша, ХХ ғасырдың аяғында - 6 млрд адам шамамен 2,5,-3,0 ШОТ энергияны жылына әрбір адам басына шаққанда пайдаланады, немесе жер жүзіндегі адамдар жылына  15-18 млрд ШОТ пайдаланады. Осы жанармайның басым көпшілігі қатты органикалық жанғыш  заттардан тұрады. Бүкіл дүние жүзінде органикалық  жанғыш заттар қорының  90% астамы қатты жанғыш   заттарға жатады (тас және қоңыр көмірлер, антрацист, сланецстер, торф және т.б.) Олардың мәні маңызы және үлесі, сұйық пен газ түрінде жанғыш заттармен салыстырғанда, бұрын және ХХ ғасырдың жартысына дейінгі  уақытта, басымдау болды және қазір дүние жүзілік экономикада  жоғары деңгейде қала береді. Негізгі қазылымды қатты жанғыш  заттардың  негізгі мөлшері   энергетикалық жанармай есебінде пайдалануда. Көмірлерді химиялық өңдеуден ең көп қолданатын өнімі кокс-қара және түсті металургия негізінен құраған және құрай береді. Ал, оның сұйық бөлігінен – шайырдан  көптеген құнды коксхимиялық  өнімдер: бояулар, лактар, тыңайтқыштар,  қопарғыш заттар, дәрілер, антисептиктер, жұтылушы және байланыстырушы   материалдар, көміртекті және графитті заттар және т.б. алынады. Әсіресе мұнай мен газдың экономикалық маңызы өте жоғары.

     Мұнай және  газ-теңдесі жоқ өте құнды пайдалы  қазба. Оларды өңдеуден шыққан  өнімдері жәй  тұрмысқа да және мемлекетті қорғауға да  қажет. Олар өндірістің барлық саласында, көліктің барлық түрлерінде, соғыс және азаматтық құрлыста, ауыл шарушылығында, үй  қызыметінде, энергетикада және т.б. қолдалынады. Соңғы бірер онжылдықта  мұнай мен газдан көп мөлшерде  әртүрлі мынадай химиялық  материалдар ала бастады: пласмассалар, жасанды талшықтар,  жасанды каучук, лактар, жуғыш заттар, Минералды тыңайтқыштар және басқа. Мұнайды бекер «қара алтын» деп атамайды.

       Табиғи  газ - бұл тек қана электр энергия, жылу алу үшін  жоғары сапалы жанармай емес, сонымен қатар өндірісте,  оның ішінде  әсіресе химия өндірісінде көп қолдалынады. ХХ ғасырдың мұнай мен газдың дәуірі деп атайды. Бұл кездейсоқ емес, себебі  дүниежүзі мемлекеттерінде елді мұнай мен газ қорымен  қамтамасыз етуге баса көңіл аударылуда және солай береді. Мұнай мен газ мемлекеттердің тек қана экономикалық және техникалық потенцияларын анықтап қана қоймай, сонымен қатар саясатын да айқындайды.

     Қазіргі  кезге дейін  мұнайды пайдалануды  энергиялық  және көліктік бағыт негізгі және басым болып отыр (өндірістің шамамен 90% дейін ), былайша айтқанда оны энергетикада және көлікте қозғалтқыш жанармай түрінде қолданылуы (автобензин, реактив дизель және қазан жанармайы) басым. Бұл жағдайда мұнайдың  басқа жанғыш қазбалардың арасында арзандығымен, жоғары колориялығымен, ыңғайлылығымен, «тазалығымен» және жоғары концентрациялы  энергия қоры болуымен  және  іс жүзінде қозғалтқыштар жанармай  өндіруде жалғыз  көз екендігімен түсіндіріледі.

     Жалпы мұнайды  дүние жүзілік экономикада пайдалану  бағытында оның электр және  жылу энергетикада үлесін қазан-пеш  жанармай есебінде қолдануды  азайту,  ал оның  көліктік қозғалтқыш  жанармай және мұнай химиялық  шикізат есебінде көбейту (кестені  қара)  көзделген. Мұнайдың пайдалану құрылымының былай өзгеруі соңғы  жылдарда оның ішкі жану  қозғалтқыштары бар көлікте қолдалынуы,  энергетикадағы   қолдалынуының     өсуіне қарағанда,  жедел  болғандықтан,  былайша  айтқанда,  қозғалтқыштандырудың  электрлендіруден   көп ілгері болғандығынан  деп  түсіндіріледі.

  

1 кесте

     Дүние жүзі  экономикасында мұнайдың пайдалану  құрылымы, %

 

№		1980 ж.	1985 ж.	2010 ж.
1     2     3     4	Көлікте, сонымен бірге автомобиль көлігінде Электор және жылу энергетикада (қазан  – пеш жанармай) Мұнайхимия Энергетикадан бөлек пайдалану (майлар, битум, парафиндер, кокс және б.)	38,6 27,8     51,5   5,2       4,7	43,3 32,0     46,1   5,9       4,7	54 41     31   10       5,0