Абсорбция

Кіріспе

 

Тақырыптың өзектілігі: Ұңғымадан алынған мұнай – қара-қоңыр түсті, өткір иісті, тез оталатын май тәрізді сұйықтық. Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында: серіктес газдар, қаттық (жер қыртысы) сулары, минералды тұздар, әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ, т.б.). Мұнайдың құрамындағы газ, судың және қоспалардың болуы оның тасымалдануын және өңдеуін айтарлықтай қиындатады. Мұнайда судың болуы олардың тотығуға бейімділігін күшейтіп, технологиялық құрал-жабдықтардың коррозиясын туғызады және тұрақты су-мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды өндіру және тасымалдау кезінде 100⁰С-қа дейін қайнайтын жеңіл фракциялар (метан, этан, пропан және т.б. бензин фракциясымен бірге) біраз шығынға ұшырайды – шамамен фракцияның 5%-і. Сондықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын-ала өңдеу – оны даярлау жұмыстары жүргізіледі.

Курстық жұмыстың мақсаты: Мұнай және мұнай өнімдерінің құрамындағы суды анықтау.

Қойылған мақсатқа жету үшін келесідей міндеттер қойылады:

1 Мұнайды даярлау туралы жалпы түсінік беру;

2 Мұнай және мұнай өнімдері құрамында түзілетін мұнай эмульсияларын сипаттау;

3 Мұнай және мұнай өнімдері  құрамындағы суды анықтау әдістерімен танысу;

4 Мұнай және мұнай өнімдері құрамындағы суды тәжірибе жүзінде зерттеу.

Тірек сөздер:, тұрақтандыру (стабилизация), сепарация, сусыздандыру, тұндырғыш, тоңазытқыш, конденсат, коррозия, эмульсия, дисперстік орта, дисперстік фаза, электродегидратор, массалық үлес, ұңғы, анион, катион, жалпы минерализация, су қаттылығы, рН концентрация көрсеткіші, Боме градусы, бейтарап су, тығыздық, жылусыйымдылық, эмульсия дисперстігі, инверсия, коагуляция, коалесценция, беріктік қасиеттері, фракция, Фишер реактиві, Клиффорд тәсілі, титрлеу, диэолькометрлік тәсіл, ИК-спектрофотометрлік әдіс, кондуктометрлік әдіс, колориметрлікәдіс.

Қысқартылған сөздер:

ГӨЗ – газ өңдейтін зауыт;

МӨЗ – мұнай өңдеу зауыт;

ЭТҚ – электртермохимиялық қондырғы;

ЭДГ – электродегидратор;

М/С – судағы мұнай;

С/М – мұнайдағы су;

ρ_қс – қабат суының тығыздығы;

μ _қс - қабат суының тұтқырлығы.

 

Курстық жұмыс  құрылымы: 4 бөлімнен, 3 кестеден, 6 суреттен, 25 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен, 28 беттен, қосымшадан тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мұнайды даярлау

 

1. Мұнайды тұрақтандыру

Ұңғымадан алынған мұнай  – қара-қоңыр түсті, өткір иісті, тез оталатын май тәрізді сұйықтық. Мұнай ірі резервуарларда сақталады, өңдеу заводтарында танкерлер немесе құбырлар арқылы жеткізіледі.

Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында:

• серіктес газдар;
• қаттық (жер қыртысы) сулары;
• минералды тұздар;
• әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ, т.б.).

Мұнайдың құрамындағы  газ, судың және қоспалардың болуы  оның тасымалдануын және өңдеуін  айтарлықтай қиындатады. Механикалық  қоспалар мұнай құбырларының ішкі бетінде  эрозияның пайда болуын күшейтеді. Олар өңдеу барысында жылуалмастырғыштардың  және пештердің құбырларында шөгіп, оларды жиі тазалау қажеттілігін туғызады, яғни артық энергия жұмсауға және өнімділігін азайтады [1].

Мұнайда судың болуыолардың тотығуға бейімділігін күшейтіп, технологиялық құрал-жабдықтардың коррозиясын туғызады және тұрақты су-мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды өндіру және тасымалдау кезінде 100⁰С-қа дейін қайнайтын жеңіл фракциялар (метан, этан, пропан және т.б. бензин фракциясымен бірге) біраз шығынға ұшырайды – шамамен фракцияның 5%-і. Сондықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын-ала өңдеу – оны даярлау жұмыстары жүргізіледі. Даярлау мынадай сатылардан тұрады:

• мұнайдан газды сепарация және тұрақтандыру арқылы бөлу;
• механикалық қоспалардан тазалау;
• сусыздандыру және жартылай тұзсыздандыру.

Тасымалдау алдында мұнай  мен мұнай өнімдерінің сапасына қойылатын ГОСТ-тың талабы мынандай:

• судың массалық үлесі, W_су < 0,5%;
• тұздың массалық үлесі Р_тұз< 20% мг/л.

Мұнайды ректификациялау  алдында қойылатын келесі талап мынандай:

• судың массалық үлесі, W_су < 0,05%;
• тұздың массалық үлесі Р_тұз< 20% мг/л.

Соңғы өнімге өте қатаң  талап қойылатындықтан кейде  қосымша айдау жүргізіледі. Мұнайдың құрамындағы тұздарды толық еріту  үшін, шикі мұнайға таза су қосып 2-3 сатымен сусыздандырады [11].

Өндірілетін мұнайдың әр тоннасына  – 50-100 м³ серіктес газдар, құрамында еріген тұздар бар 200-300 кг су, 1,5 масс. %-ке дейін ерімеген қатты қоспалар сәйкес келеді. Кейбір көп мезгіл жұмыс істеп жатқан ұңғымаларда қаттарының аса суландыру нәтижесінде суларының мөлшері – 90%-ке дейін жетеді, ал талап бойынша өңдеуге жіберілетін мұнайдың құрамында судың үлесі 0,3%-тен төмен болу керек.

Мұнайды өңдеуде шығынды  азайту үшін оны арнайы өңдеуден өткізеді. Мұнайдағы газды бөлу үшін сепарациялаужәне тұрақтандыру процестері жүргізіледі. Мұнайдағы механикалық қоспалар мен суларды тұзсыздандыру және сусыздандыру процестері арқылы кетіреді [7].

Мұнай қаттарында жоғары қысымның әсерінен газдар мұнай құрамында  ериді. Мұнайды жер бетіне бұрғылау арқылы шығарған кезде қысым күрт төмендейді де нәтижесінде құрамындағы еріген газдар бөлініп шығады. Осы сәтте бөлінген газды ұстап қалу маңызды.

Әдетте, ұңғымадан газ-мұнай қоспасы жеке газды ажыратқыш қондырғыға – сеператорға келіп түседі. Сеператорда газ бөлініп қоспа дегаздаланады. Қазіргі кезде құрылысы және тиімділігі бойынша түрлі сепараторларды қолданады. Дегаздау процестің негізгі мақсаты – газ-мұнай қоспадан мүмкіндігінше серіктес газдарды толығымен бөліп алу. Сонымен қатар газбен бірге мұнай тамшыларын алып кету процесін төмендету үшін сепарацияны әдетте бірнеше сатыда өткізеді.

Сепараторлар негізінде газбен бірге мұнай тамшылары ұшып кетуін болдырмайтын жабдықпен қамтамасыз етілген ыдыстан (трапа) және өлшегіштен тұрады. Сепарацияның көпсатылығы газ-мұнай қоспаның тізбекті сепаратор-траптары арқылы жіберіліп қысымның біртінді төмендеуінде. Қысым төмендегенде серіктес газдар мұнайдан ажыратылады. Газды бөліп алғаннан кейін арнайы газ қабылдағыштардан газ өңдеу зауыттарына жөнелтеді.

Газдан тазартылған мұнай  тұндырғыштарға құйылады, бұл жерде  шикі мұнайды қоспалардан және судан  бөледі. Осындай көпсатылы сепарацияға  қарамастан мұнайда көмірсутектер (С₁ – С₅) әлі де болса қалады. Сақтау мен тасымалдау кезінде бұл газдар ұшып кетуі мүмкін. Бұл газдармен бірге бағалы жеңіл бензин фракциялары да жоғалуы мүмкін. Мұның бәрі экологияға әсерін тигізеді. Сондықтан келесі процесс – тұрақтандыру (стабилизация) болып табылады. Стабилизация – физикалық процесс, мұнайдан С₁ – С₅ көмірсутектерді бөлу және күкіртсутектен тазалау. Бұл процесс мұнай өңдейтін жерден алыс емес жерде, арнайы қондырғыларда жүргізіледі.

Мұнайды тұрақтандыру қондырғысы 1-суретте келтірілген.

 

І – тұрақсыз мұнай; ІІ –  тұрақты мұнай; ІІІ – конденсацияланбаған  газ; ІV –газ конденсаты. Т – жылутасымалдағыш, П – пеш, Е – тұндырғыш, К  – коллонна.

Сурет1. Мұнайды тұрақтандыру қондырғысы.

 

Құрамында 1,5% масс. көп газы бар мұнайды тұрақтандыру үшін екі  колонналы қондырғы пайдаланылады. Екінші колонна газды бензинді тұрақтандыру үшін қолданылады. Шикізат тұрақтандырылған мұнаймен бірге Т-1 жылу алмастырғышта  жылытылып, бу жылытқышқа Т-2 жіберіледі. Ары қарай ректификацияның колоннаға  – яғни стабилизаторға К-1 түседі. К-1-де қысымды 0,2 –ден 0,4 МПа дейін ұстап  тұрады. Бұл бензин буының жақсы  конденсациялануына жағдай туғызады. Колоннаның К-1 төменгі жағындағы  температураны П-пеште қыздырылған  тұрақтандырылған мұнай реттеп отырады.

Жеңіл көмірсутектер С₁-ден С₅- ке дейін ХК-1 конденсатор-тоңазытқышта (салқындату) конденсацияланып, Е-1 тұндырғышқа жіберіледі. Конденсацияланбаған көмірсутектер тұндырғышта (отстойник) газ бен сұйыққа бөлінеді.

Газ Е-1-ден ары қарай  өңдеу үшін ГӨЗ-ға (газ өңдейтін зауытқа) жіберіледі. Сұйық өнім – газ конденсаты – мұнай химиясы өндірісіне жіберіледі.

Тұрақтандырылған мұнай  колоннаның төменгі жағы арқылы жылуын Т-1 жылуалмастырғышқа береді және салқындатқышта суытылады. Тұрақтандырылған мұнайда  газды көмірсутектердің мөлшері 1,5%-ке дейін болады [1].

 

2. Мұнайды сусыздандыру

 

Мұнайда әрқашанда қаттық (қыртыс) сулар болады. Әдетте қаттық судың құрамында 30-35% шамасында еріген тұздар – натрий, кальций, магний хлоридтері мен бикарбонаттары, ал карбонаттары мен сульфаттары сирек кездеседі. Оның ішінде хлоридтер өте зиянды. Суда еритін және ерімейтін тұздар жылуалмастырғыштар мен пештер құбырларының қабырғаларына отырады да, соның  нәтижесінде олардың жылубергіш коэффициентінің шамасы кемиді. Суда еритін хлоридтер (NaCl, КСІ) гидролизденбейді, олар электрохимиялық коррозияның ұйытқысы болып саналады. Керісінше, СаСІ₂-ның 10%-ті, ал МgСІ₂-ның 90%-ті гидролизге ұшырайды:

 

МgСІ₂ + Н₂О = МgОНСІ + НСІ.

 

Мұнай өңдейтін зауытқа түсетін мұнай құрамындағы тұздың мөлшері 50мл/л, судың мөлшері 1% шамасында болуға тиіс. Бірінші өңдеуге түсетін мұнайдың құрамындағы тұздың мөлшері 5 мл/л аспауға, ал судың мөлшері 0,3 масс. % аспауға тиіс [2].

Қаттық судың көбісі ерімейтін  қатты қоспалар мен бірге мұнайдан үлкен резервуарларда тұндыру арқылы бөлінеді. Соңғы сусыздандыру және тұзсыздандыру процесі арнайы қондырғыларда  жүргізіледі. Осы екі процестің  мәні – мұнай эмульсиясын бұзу болып табылады.

Эмульсия деп өзара  ерімейтін сұйықтарды немесе ерітінділерді  араластырғанда түзілетін жүйелерді  айтады. Эмульсияларда бір сұйық (ерітінді) екіншісінде ұсақ тамшылар (коллоидтық бөлшектер) түрінде таралған [4].

Мұнайдың құрамындағы  су мен тұздарды бөліп алу сусыздандыру және тұзсыздандыру деп аталады. Екі процесс те мұнай эмульсияларын бұзуға негізделген. Алайда сусыздандыру барысында мұнайды бұрғылау ерітіндісімен шапшаң түрде араластырғанда түзілген табиғи эмульсиялар бұзылады.

Тұзсыздандыру кезінде сусыздандырылған мұнайды тұщы сумен араластырады да, тағы эмульсия алады. Содан соң ол эмульсияны қайтадан бұзады. Мұнайды шапшаң түрде сумен араластырғанда тұрақты эмуьсиялар түзіледі [6].

Өндірісте мұнайдан су мен  тұзды бөлу үшін эмульсияларды бұзудың қосарланған әдістерін – термохимиялық, электрхимиялық және басқа да тәсілдері қолданылады.

Мұнайдан су мен тұздарды бөлудің электртермохимиялық қондырғысын  электртұзсыздандыру қондырғыларымен  біріктіріліп тұрғызылады да олардың бір бөлігін құрайды.

Қондырғының ең негізгі аппараты электродегидратор − электродтармен жабдықталған сыйымдылық, оларға жоғары кернеулі айнымалы ток

қосылады. МӨЗ-да 3 түрлі конструкциялы  ЭТҚ электродегидраторлары қолданылады:

1. ЭДГ шар тәрізді                              V = 600 м³Р = 6/7 атм;
2. ЭДГ цилиндрлі вертикальді          V = 30 м³Р = 16 атм;
3. ЭДГ цилиндрлі горизонтальды  V = 160 м³Р = 16 атм.

 

Тік цилиндр тәрізді электрогидраторлардың  қуаты көп емес (25 м³/сағ. дейін) және сондықтан оларды барлық жерлерде жаңа конструкциялы аппараттармен ауыстыруда.

Шар тәрізді электрогидраторлардағы есепті қысым – 1,0 МПа. Шар тәрізді  электрогидраторлар өте үлкен және оларды жаса көп металл шығымын талап  етеді.

Горизонтальды электродегидраторлар экономикалық жағынан тиімді, сондықтан ЭТҚ қазір барлығы тегіс осындай электрогидраторларды пайдалануда.

Горизонтальды электрогидраторлардың  жақсы жағы – мұнайдың жүру жолы ұзындау, аппараттардағы мұнайдың болу уақыты көптеу, себебі, шикі затты өндіретін жер басқа конструкциялы жабдықтарға қарағанда төмен орналасқан. Одан бөлек горизонтальды электрогидраторларда мұнайда тұнған тұз ерітіндісінің қабатынатөменгі электрод астына бергенде, мұнайдың осы ерітіндімен әрекеттесуі болады және судың үлкен бөлшектері, мұнай электродтар арасындағы электр кеңістігіне түспей жатып, тұнып бөліне бастайды.

Нәтижесінде қондырғыдан  шыққан тұзсызданған мұнайдың құрамында: су мөлшері W_су < 0,05%, ал тұз мөлшері Р_тұз< 20% мг/л болады.

Мұнай эмульсиясын бөлу әдісі  мұнайдағы дисперсті судың концентрациясына байланысты болады. Сондықтан судың мөлшеріне байланысты:

• терең тұзсыздандыру;
• өте терең тұзсыздандыру;
• су мөлшері өте жоғары мұнайды тұзсыздандыру жүргізіледі.

Мұнай өнімдерін терең  тұзсыздандыру деп судың бастапқы концентрациясының W_су≥ 0,1% соңғы концентрациясы W_су≤ 0,05% болатын өзгерісті айтады [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Мұнай кен орындарындағы қабат сулары мен мұнай эмульсиялары