Мұнай өңдеу процесіндегі ректификациялық колонналар және олардың есебі

 

2.2. Ректификация колонналарындағы температуралық режімді реттеу әдістері

 

Ректификация колонналарының қалыпты жұмысы мен айыру өнімдерінің сапасы жылу режімін реттеу жолдарымен – жылуды концентрациялық колонна секциясына бөлумен, жылуды колоннапардың қайнату секциясына бұрумен, сондай-ақ шикізатты қолайлы температураға дейін жылытумен қамтамасыз етіледі. Өнеркәсіптік процестерде мұнайды айырар кезде колонналар биіктігі бойынша температура режімін реттеудің мынадай әдістері қолданылады. Жылу концентарциялық секцияға мына жолдармен беріледі:

- парциалды  конденсаторды пайдалану;

- буланатын (салқын) бөктіруді ұйымдастыру;

- буланбайтын  (айналмалы) бөктіруді ұйымдастыру;

Жылу қайнату  секциясына мына жолдармен беріледі:

- ректификация  қалдығын булы кеңістігі бар  қайнатқышта жылыту;

- құбырлы пеш  ішінде ысытылған қалдық бөліктерін  айналдыру.

Парциалды конденсатор - колоннаның жоғарғы жағына көлбеу немесе тік орнатылған, сырты қапталған құбырлы жылу алмастырғыш аппарат (10 - а-суретті қараңыз). Суытқыш агент ретінде су немесе бастапқы шикізат пайдаланылады. Құбыраралық кеңістікке келген бу ішінара конденсацияланып, жоғары тарелкаға бөктіру түрінде қайта келеді, ал ректификат буы конденсатордан бұрып жіберіледі. Монтаждау мен әр түрлі қызмет көрсетудің қиындығынан бұл әдіс шектеулі қолданылып жүр (бу түрінде ректификат алу жағдайында және шағын тоннажды қондырғыларда).

 

 

      а)                                 б)                                                    в)

 

                  г)                                                  д)

10 – Сурет. Ректификация колоннасында температуралық режімді реттеу

әдістері: парциалды  конденсатормен жылуды бүрып жіберу (а); булы салқын

өткір бөктірумен (б); буланбайтын айналмалы бөктірумен (в); және жылуды -

жылытқыш - қайнатқыш  арқылы жеткізумен (г); ыстық бүрқақпен (д).

 

Салқын (өткір) бүктіру (10. б-суретті қараңыз). Колоннаның жоғарғы жағынан жылуды бұрып жіберудің бұл әдісі мұнай өңдеу тәжірибесінде кең қолданылады. Колонна үстінен шығатын, бу ағыны конденсатор - тоңазытқышта (сулы немесе ауалы) толық конденсацияланады да ыдысқа немесе сепараторға барады, ол жерден ректификаттың бір бөлігі насоспен салқын булап бүктіру ретінде қайтадан ректификация колоннасына беріледі, ол оның баланстық мөлшері мақсатты өнім ретінде бөлек алынады.

Айналмалы буланбайтын  бүктіру (10. б-суретті қараңыз). Жылуды концентрациялау секциясына жіберетін бұл вариант мұнай өңдеу технологиясында тек қана жоғарғы жақтың емес, сонымен бірге күрделі колоннаның ортаңғы қимасындағы температураны реттеу үшін қолданылады. Алмасатын бүктіруді жасау үшін колоннаның кейбір тарелкасынан флегманың немесе жақтаудағы дистилляттың бір бөлігін шығарып тастайды да жылу алмастырғышта суытады, ал ол жылуды бастапқы шикізатқа береді, бұдан соң насос арқылы жоғарыда орналасқан тарелкаға қайтарылады.

Мұнайды өңдеудің қазіргі  қондырғыларында біріктірілмелі бүктіру схемасы қолданылады. Аралық бүктіру ішінде қыр жақ погонды іріктеуге немесе айналмалы бөктіруді жасау үшін жақтаулық погондарды іріктеуге қолданылатын, соңғысын қайнату секциясындағы буды қайтару нүктесіне беретін айналмалы бүктіруді жиі пайдаланады. Ол әдетте жақтаудағы погондар астына орналасқан. Концентрациялық секциядағы мазуты вакуумдық айыру кезінде жылу негізінен айналмалы бүктіру арқылы жүзеге асырылады. Ректификация колонналарында бір ғана өткір бөктіруді пайдалану тиімсіз, өйткені жоғары погонның потёнциалы төмен жылуының жылу алмастырғышпен регенерациялау үшін жарамдылығы шамалы. Мұндай кезде флегмалық көрсеткішті колонна биіктігі бойынша тиімді бөлу қамтамасыз етілмейді. Өйткені оның жоғарғы жағы жоғарыға, ал төменгі жағы колоннаның теменгі тарелкасында. Тиісінше колоннаның үстінен астына қарай тарелкалардың ПӘК (пайдалы әрекет коэффициент) мәні, сондай-ақ шартты ұшпалылық коффициенті төмендейді; демек, колоннаның концентрациялық секциясының төменгі тарелкаларының бөлгіштік қабілеті төмендейді; осының салдарынан белудің көңілдегідей дәлдігі қамтамасыз етілмейді. Айналмалы бүктіруді пайдалану кезінде мұнайды жылыту барысында іріктелген дистилляттарды жылыту ұтымды пайдаланылады, колонна биіктігіне қарай күштің түсуі реттеледі, соның нәтижесінде колонна өнімділігі артып, концентрация секциясында түйісу жабдықтарының ыңғайлы жұмысы қамтамасыз етіледі.

Жылуды колонна  астына қарай қайнатқышпен бүру кезінде (10. г-суретті қараңыз) булы кеңістігі (рибойлер) бар сынақ қайнатқышта кубты өнімнің қосымша жылытылуы қамтамасыз етіледі, бұл жерде ол ішінара буланады. Пайда болған бу колоннаның төменгі тарелкасына қайтарылады. Бұл әдістің өзіне тән сипаты сол, қайнатқышта бір деңгейде сұйықтық және осы сұйықтық үстінде булы кеңістік болады. Өзінің бөлгіштік әрекеті бойынша қайнатқыш бір теориялық тарелкаға бапанады.

Құбырлы пешпен колонна  астына жылу жіберу кезінде (10. д-суреті) кубты өнімнің бөлігі құбырлы пеш арқылы сорылады да жылытылған булы сұйықтық қоспасы (ыстық бұрқақ) қайтадан колонна астына барады. Бұл әдіс кәдімгі жылу көздерін (су буы және т.б.) пайдалану мүмкін емес, тиімсіз кезде (мысалы, мүнайдан бензин бөлу колоннасында), колоннаның төменгі жағын жоғары температурамен қамтамасыз ету қажет жағдайында қолданылады.

 

2.3. Ректификация колоннасында қысым мен температура режимін таңдау

 

Флегма саны, тарелкалар саны мәндерінің және тарелкалар типінің  қалыпты жағдайында айыру процестерінің  экономикалық көрсеткіштеріне колоннадағы  қысым мен температуралық режім  барынша елеулі ықпал етеді. Бұл екі жұмыс параметрлері өзара тығыз байланысты: қажетті температуралық режімсіз қысымды шектен тыс пайдалануға болмайды және керісінше. Колоннаның технологиялық параметрлерін тиімдірек ету үшін мынадай қысым мен температураны таңдап алған дұрыс, егер олар:

1. қауіпті жағдайдан  алыс бөлу жүйесі жағдайын (әйтпесе  ректификацмя процесін жүзеге  асыруға болмайды) және шартты  ұшпалылық коэффициентінің жоғарғы  мәнін қамтамасыз етсе;

2. айыру шикізаты  мен өнімдердің жылулық деструктивтік  ыдырауын немесе олардың аппараттарда және коммуникацияларда кристалдануын болдырмаса;

3. ректификат  буын (су, ауа) конденсациялау үшін  арзан және қолайлы салқын  агенттерді, куб сұйықтығын жылыту  мен булау үшін жылу жеткізгіштерді  пайдалануға, сондай-ақ талап  етілетін тоңазытқыштар, конденсаторлар шегін азайтуға мүмкіндік берсе;

4. ректификация  колоннасымен, материалдық және  жылу ағындарымен байланысты  аппараттардың және процестердің  қалыпты жұмысын қамтамасыз етсе;

5. ірі және  пайдапану шығындарына сәйкес  еңбек өнімділігінің тиісті деңгейін қамтамасыз етсе. Мұнай шикізатын айырудың өнеркәсіптік қондырғыларында қолданылатын ректификация колонналарын қысымдық өлшемдері бойынша мынадай:

- атмосферапық, атмосферапық қысымынан жоғары  деңгейде жұмыс істейтін (0,1 - 0,2 МП), қалыптасқан немесе бензині алынған мұнайларды отын фракцияларына және мазутқа  айыру үшін қолданылатын;

- вакуумды (терең  вакуумды), қоректендіру аймағында,  қалдықты қысым кезінде (100 және 30 гПа) вакууммен жұмыс істейтін (немесе терең вакуумды) мазутты  вакуумды газойлға немесе майлы фракцияға және гудронға фракциялайтын;

- колоннапар, жоғарғы  қысымды ( 1 - 4 МП), мұнайды тұрақтандыру  немесе мұнайдан бензин алу  үшін қолданылатын, газды бензиндерді,  мұнайдан айырып алатын бензиндерді  және мұнайзауыттық немесе ілеспелі мұнай газдарын тұрақтандыру үшін қайталама процестер және фракциялау кезінде жұмыс істейтін типтерге бөлуге болады.

Ректификация колоннасындағы қысымның жоғарылау мен төмендеуі, әдетте температуралық режімнің тиісінше жоғарылауынан және төмендеуінен болады. Мысалы, пропан ректификатын алу үшін колоннаның 0,1 және 1,8 МП қысымы кезінде қажетті температура тиісінше 42 және + 55° С болуы керек. Ректификациялаудың екінші вариантының қажеттілігі айқын, өйткені конденсациялау үшін арнайы салқындату агенттерін және бағасы қымбат төменгі температуралық салқындату жүйелерін емес, пропан буы орнына суды пайдалануға мүмкіндік береді. Вакууммен айыру шикізаттың ысыту температурасынан__100 - 150°С астам температурада қайнайтын мұнай фракцияларын елеулі ыдыратпай-ақ іріктеуге мүмкіндік береді. Қысым сияқты температуралық режім процестің елеулі параметрі болып табылады, өйткені оның өзгеруімен ректификация өнімдерінің сапасына өзгерістер жасалады. Реттеу кезінде мән берілетін жәйт жеткізілген шикізат пен колоннадан шығарылған ректификация өнімдерінің температурасы болып табылады. Өнеркәсіпте қондырғыларды пайдалану тәжірибесі мұнайды айырған кезде атмосфералық қысымның қоректендіру жүйесі аймағында 320-360° С болуы, ал мазутты вакуумдық айыру кезінде пештен алынатын температураның 430° С болуы керектігін көрсетіп отыр.

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

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.

Ректификация  колонналарының қалыпты жұмысы мен  айыру өнімдерінің сапасы жылу режімін реттеу жолдарымен – жылуды концентрациялық колонна секциясына бөлумен, жылуды колоннапардың қайнату секциясына бұрумен, сондай-ақ шикізатты қолайлы температураға дейін жылытумен қамтамасыз етіледі.

Мұнайды өңдеудің қазіргі  қондырғыларында біріктірілмелі бүктіру  схемасы қолданылады. Аралық бүктіру  ішінде қыр жақ погонды іріктеуге  немесе айналмалы бөктіруді жасау  үшін жақтаулық погондарды іріктеуге қолданылатын, соңғысын қайнату секциясындағы буды қайтару нүктесіне беретін айналмалы бүктіруді жиі пайдаланады. Ол әдетте жақтаудағы погондар астына орналасқан. Концентрациялық секциядағы мазуты вакуумдық айыру кезінде жылу негізінен айналмалы бүктіру арқылы жүзеге асырылады. Ректификация колонналарында бір ғана өткір бөктіруді пайдалану тиімсіз, өйткені жоғары погонның потёнциалы төмен жылуының жылу алмастырғышпен регенерациялау үшін жарамдылығы шамалы. Мұндай кезде флегмалық көрсеткішті колонна биіктігі бойынша тиімді бөлу қамтамасыз етілмейді. Өйткені оның жоғарғы жағы жоғарыға, ал төменгі жағы колоннаның теменгі тарелкасында. Тиісінше колоннаның үстінен астына қарай тарелкалардың ПӘК (пайдалы әрекет коэффициент) мәні, сондай-ақ шартты ұшпалылық коффициенті төмендейді; демек, колоннаның концентрациялық секциясының төменгі тарелкаларының бөлгіштік қабілеті төмендейді; осының салдарынан белудің көңілдегідей дәлдігі қамтамасыз етілмейді. Айналмалы бүктіруді пайдалану кезінде мұнайды жылыту барысында іріктелген дистилляттарды жылыту ұтымды пайдаланылады, колонна биіктігіне қарай күштің түсуі реттеледі, соның нәтижесінде колонна өнімділігі артып, концентрация секциясында түйісу жабдықтарының ыңғайлы жұмысы қамтамасыз етіледі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер

 

1. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива.Учебное пособие.- СПб.: Недра, 2007.- 312с.
2. Бишімбаев Г.Қ., Букетова А.Е. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы.- Алматы: Бастау,2007. 242б.
3. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти природного газа: Учеб.пособие. М.: Химия ,2001.-586с.
4. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М.- Расчет процессов  и  аппаратов  нефтеперерабатывающей  промышленности. Л.: Химия. 1974.-388c.
5. Фарамазов С.А. Оборудование НПЗ и его эксплуатация.- М.: Химия. 1984.-428с.
6. Сарданашвили А. Г., Львова А.И. Примеры  и  задачи по технологии  нефти и  газа. -М.: Химия. 1986.-280с.
7. Бухаленко Е.И. Нефтепромысловые оборудование: Справочник – 2-е изд. М. Недра, 1990 г.
8. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти природного газа: Учеб.пособие. М.: Химия ,2001.-586с.
9. Омаралиев Т.О. Мұнай мен газды өңдеудің химиясы және технологиясы. – Алматы,2001.278б.
10. Эрих В.И., Расина М.Г. Химия технология нефти и газа. – М.:

Химия, 1985. 256 с.

11. Сарданашвили А.Г., Львова Л.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. – М.: Химия, 1980. 136 с.
12. Ластовкин Г.А., Радченко Е.Д., Рудина М.Г. Справочник нефтепереработчика. – Л.: Химия,1986.648с.