Мұнай химиясы

 

 

 

 

Жоспары

І. Кіріспе

1.1 Мұнай туралы жалпы түсінік

ІІ. Негізгі бөлім

2.1 Мұнай фракциялары

2.2 ЭЛОУ – АТ (мұнайды алғашқы) айдау қондырғысы

2.3 ЭЛОУ–АВТ - атмосфералы және вакуумды айдау

ІІІ. Қорытынды

3.1 Мұнайды  алғашқы өңдеуге арналған құрама (комбинирленген)

қондырғыларының автоматтандырылу принциптері

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мұнай – бұл дисперсті орта мен дисперсті фазаға ие коллоидты жүйе. Дисперсті орта – бұл әртүрлі ұсақ аспалы бөлшектер болатын сыртқы орта (газ, сұйық), ал дисперсті фаза – бұл осы ортадағы аспалы бөлшектер. Мұнай жүйесінде дисперсті орта су мен сұйық төмен және орта молекулалық көмірсутектер, ал дисперсті фаза – шайырлы-асфальтенді заттар болып табылады.

Молекулааралық әрекеттесу күштері әсерінен шайырлы-асфальтенді заттар ассоциаттар – конденсацияланған ароматты көмірсутектер пакетін түзеді. Мұндай пакеттер сұйық көмірсутекті фазада орналасқан және мұнай бөлшектерінің ядроларын түзеді. Ядроға жақын оны сольватты қабыршақпен қоршаған шайырлар қабаты орналасады. Содан кейін орташа молекулалық массаға ие көмірсутектерден өтпелі қабат орналасқан. Бұл қабатта молекулаларды бір-біріне тартатын күштердің әсері жоқ. Молекуларалық әрекеттесулер әсерінен жинақталған мұндай жүйе термодинамикалық тұрақсыз және сақтаушы ыдыстар немесе құбырлар қабырғасы болып табылатын бөгде заттар немесе бұйымдар қатысуымен тез бұзылады. Сондықтан да мұнайды тасымалдағанда оның құрамына тұрақтандырғыш агенттер енгізу қажет.

Мұнай жүйесінің құрылымын зерттеу үшін оптикалық (рентгендік сәуле), электрондық (кондуктометрия) әдістерді және фракциялау әдістерін (бөлшектеп тұндыру, сатылы экстракция, гель-енуші хромотография) қолданады. Осы әдістер арқылы дисперсті бөлшектер өлшемдерін және өлшеміне қарай олардың орналасу мәндерін білу технологиялық процестерге шикі затты іріктеуде, тауарлық өнімдерді дайындағанда, сақталғандағы, пайдаланғанда және өңдегендегі мұнайдың дисперсті жүйелерінің бет-алысын болжауға қажет болады.

Мұнай – молекулалық массалары әр түрлі, қайнау температуралары да бірдей емес көмірсутектердің қоспасы болғандықтан, айдау арқылы оны жеке фракцияларға(дистиляттарға бөледі, мұнайдың құрамында С5 – Сn көмірсутектері бар және 40-200°С аралығында қайнайтын бензин құрамында С8-С14 көмірсутектері болатын 150-200°С аралығында қайнайтын лигроин, құрамында С12-С18 көмірсутектері болатын және 180-300°С аралығында қайнайтын керосин алады, бұлардан кейін газойль алынады. Бұның бәрі – ашық түсті мұнай өнімдері. Бензин ұшақ пен көліктердің поршенді двигательдері үшін жанармай ретінде қолданылады. Сол сияқты бензин майды, каучукты еріткіш ретінде, матаны тазартуға, т.б. қолданылады. Лигроин трактор үшін жанармай болады. Керосин – трактор, реактивті ұшақтар мен зымырандардың жанармайы. Ал газойльден дизель жанармайы өндіріледі. Мұнайдан ашық түсті өнімдерді бөліп алғаннан кейін қара түсті тұтқыр да қоймалжың сұйықтық қалады, ол – мазут. Қосымша айдау арқылы мазуттан автотрактор майы, авиация майы, дизель майы, т.б. жағармайлар алады. Мазутты өңдеп жағрмай алумен қатар оны химиялық әдіспен өңдеу арқылы бензинге айналдыруға болады, бу қазаны қондырғыларында сұйық отын ретінде пайдаланылады. Мұнайдың кейбір сорттарынан қатты көмірсутектер қоспасы – парафиндер алынады; Қатты және сұйық көмірсутектерді араластырып вазелин алады. Табиғи газ – жер қойнауында анаэробты органикалық заттарндың ыдырауынан пайда болған газдар қоспасы.

Майлар – мұнайдың қалдық фракциялары мен ауыр дистилляттарын арнайы тазартудан алынады. Ауыр көмірсутектерге парафиндер, церезиндер, озокериттер және олардың майлармен қоспасы жатады. Битумдер – гудронды ауамен тотықтыру арқылы немесе гудронды тереңдетіп айдау арқылы алынған май фракцияларынан кейін қалатын жартылай қатты және сұйық күйдегі өнімдер.

Әр түрлі мұнай өнімдеріне мұнай коксы, күйе, мұнай пиролизінің әр алуан өнімдері(бензол, толуол, ксилол,т.б.), асидолдар, деэмульгаторлар, хлорпарафиндер, т.б. жатады. Мұнай өнімдерінің сапасы физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты бағаланады.

Мұнай сапасының маңызды көрсеткіші фракциялық құрамы болып табылады. Оны біртіндеп буландыру әдісін қолданып зертханада айдау арқылы анықтайды. Анықтау барысында біртіндеп көтерілетін температурада мұнайдан бір-бірінен қайнау шегімен ерекшеленетін бөліктер – фракциялар айдалады. Әрбір фракция қайнаудың басталу және аяқталу температураларымен сипатталады.

Мұнайды өнеркәсіптік айдау бір ретті буландыру және одан әрі ректификаттау деп аталатын схемаларға негізделеді.

350оС дейін қайнайтын фракцияларды атмосфералықтан шамалы жоғары қысымда алады, олар ашық дистилляттар (фракциялар) деп аталады. Фракцияларды оларды одан әрі қолдану бағытына қарай атайды. Негізінен атмофералық айдауда келесі ашық түсті дистилляттарды алады: 140оС (қайнаудың басталуы) – бензиндік фракция, 140-180оС – лигроиндық фракция (ауыр нафта), 140-220оС (180-240оС ) - керосиндік фракция, 180-350оС (220-350оС, 240-350оС) – дизелдік фракция (жеңіл немесе атмосфералық газойль, солярлы дистиллят). 350оС жоғарыда қайнайтын фракция ашық дистилляттарды алғаннан қалған қалдық болып табылады және мазут деп аталады. Мазутты вакуумда айдайды және одан әрі мұнайды өңдеу бағытына байланысты келесі фракцияларды алады: отындар алу үшін - 350-500оС вакуумды газойль (дистиллят), >500оС вакуумды қалдық (гудрон); майлар алу үшін - 300-400оС (350-420оС) жеңіл май фракциясы (трансформаторлық дистиллят), 400-450оС (420-490оС) орташа май фракциясы (машиналық дистиллят), 450-490оС ауыр май фракциясы (цилиндрлік дистиллят), >490оС гудрон. Мазут және одан алынған фракциялар – қара түсті.

Демек, фракциялау – бұл компонеттердің күрделі қоспасын қарапайым қоспаларға немесе жеке құраушыларға бөлу.

Мұнайды біріншілік және екіншілік өңдеуден алынған өнімдерді, егер олар 350оС дейін қайнайтын болса ашық түстілерге жатқызады, ал олардың қайнау температурасы 350оС  және одан да жоғары болса, онда қара түстілерге жатады.

Әртүрлі кен орындары мұнайларының фракциялық құрамы, ашық және қара түсті фракциялар мөлшері әртүрлі болады. Мұнай және мұнай өнімдеріне берілетін техникалық шарттарда мыналар нормаланады:

қайнаудың басталу температурасы;

тиелген мөлшердің 10, 50, 90 және 97.5% айдалған температура, сондай-ақ пайыз түріндегі қалдық; кейде қайнаудың аяқталу температурасы лимиттеледі.

Мұнайды алғашқы өңдеудегі негізгі процесс алғашқы немесе тура айдау болып саналады, оны дистилляция мен ректификацияны қолданып жүргізеді. Қазір мұнай айдауды қондырғыларда бір рет буландыруды көп пайдаланады. Өндірісте бір рет буландырумен айдауды бумен сұйық фазаны ректификациялаумен жалғастырып жүргізу мұнайды фракцияларға бөлуде жоғары нәтижеге жетуге, процестің үздіксіз жүруіне және шикізатты қыздыруға отын шығынын үнемдеуге мүмкіндік туғызады.

Ректификациялау деп - қайнау температурасының бір – бірінен айырмашылығы бар сұйықтардың қарама – қарсы қайта – қайта жанасуының нәтижесінде, бөлінуінің диффузиялық процесін айтады.Булар мен сұйықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді құралдарда арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе

насадкалары бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы

сұйықтық арасында өте тығыз жанасуды қамтамасыз ететін - ректификациялық колонналарда іске асырылады.

Мұнай өңдеу зауытында мұнайды және мазутты айдау жүйелерінің

барлық түрлері қолданылады, өз алдына тұрған атмосфералық айдау қондырғылары, құрастырма атмосфералық-вакуумдық айдаудың құбырлы қондырғылары пайдаланылады. Ең алғаш біздің елде (1950ж) қуаты аз 0,5-0,6млн. т/ж АТ қондырғылар, соңғы жылдары олардың қуаты 1-6 (8) млн. т/ж өсті. АТ-да, АВТ-да алынатын бензин фракцияларында әдетте еріген газдар болады. Сондықтан оны ректификациялық колоннада тұрақтандыруға

ұшыртады. Тұрақты бензиннің сапасын оның құрамындағы изобутан мен нормалды бутанның суммалық мөлшеріне немесе тауарлық бензиннің рұқсат етілген қаныққан булар қысымына байланысты бақылайды.

Бензинді тұрақтандыру мен оны жеке фракцияларға бөлуге бірнеше ректификациялық колонналар қажет. Олардың саны алынатын фракциялар санынан бірге аз болады. Әдетте тұрақтандыруды 0,8-1,4МПа қысымда өткізеді, ол газдардың толық немесе бір бөлігінің конденсациясын қамтамасыз етеді. Алдын ала бензинсіздендіру колоннасы мен негізгі атмосфералық колоннасы және бензинді екіншілік айдау торабы бар ЭЛОУ-АВТ – бензинді екіншілік айдау комбинирленген схема жобаланған.

2. ЭЛОУ – АТ (мұнайды алғашқы) айдау  қондырғысы

ЭЛОУ-АТ қондырғысының технологиялық схемасы берілген шикізаттан

өнімдердің таңдалған ассортиментін қамтамасыз ететін ең экономикалық

жағынан тиімдісі болуы керек.

ЭЛОУ-АТ қондырғысы схема таңдау кезінде қондырғының оптималды

қуатын, АТ-ны басқа қондырғыларымен комбинирлеу мүмкіндігін, қондырғы

аумағында жабдықтардың орналасу схемасын анықтау керек. Таңдалған схема айдалу тереңдігін, фракциялау дәлдігін, процесс икемділігін, үлкен жөңдеу аралық мерзім мен жоғары техникалық экономикалық көрсеткіштерді қамтамасыз етуі керек.

Қазіргі заманғы зауыттарда технологиялық байланысты схемаларды

комбинирленген қондырғыларда біріктіру қолданылады. Мұндай комбинерленудің келесідей артықшылықтары бар: жеке қондырғылар саны, құбырлар желісі ұзындығы және аралық сыйымдылықтар саны азаяды, процестердің өзінің энергитикалық қорлары эффективті қолданылады; электр қуатының, бу мен салқындатуға, ысытуға және аралық өнімдерді тасымалдауға жұмсалатын су шығыны едәуір төмендейді; қазіргі заманғы бақылау құралдары мен автоматика құралдары кеңінен қолданылады; металл шығыны, өндіріс ауданы күрт азаяды. Комбинирлеу нәтижесінде капиталдық шығындар мен өнімнің өзіндік құны күрт төмендейді, еңбек өнімділігі артады.

Мұнай өңдеу өнеркәсібінде неғұрлым жие келесі комбинациялар

қолданылады: ЭЛОУ-АТ; АТ-бензиндерді екіншілік айдау және ЭЛОУ-АТ

бензиндерді екіншілік айдау. Осы процестерді комбинирлеу технологиядағы

ұқсастығымен және бірдей жөндеу аралық ұзақтылықпен түсіндіріледі.

ЭЛОУ -АТ қондырғысының атмосфералық торабы схемасын таңдау

АТ атмосфералық торабында мұнай айырудың үш схемасын қолданады:

атмосфералық блокта бір күрделі ректификациялық колоннасы бар схема (нұсқа 1), алдын ала буландырғышы және ректификациялық колоннасы бар схема (нұсқа 2) және алдын ала бензинсіздендіру колоннасы мен негізгі ректификациялық колоннасы бар схема (нұсқа 3). Нұсқа 1 құрамындағы бензин фракцияларының мөлшері 2-10% дан артық емес тұрақтандырылған мұнайлар үшін қолданады. Қондырғы қарапайым және компактті. Колоннада жеңіл және ауыр фракцияларды бірге буландыру мұнайды пеште қыздыру температурасын төмендетуге мүмкіндік береді. Нұсқа 2-ні пайдаланумен пеш құбырларындағы қысым құламасы төмендейді. Бұлар буландырғыштан атмосфералық колоннаға бағытталады, сондықтан суландыру беруге жеке конденсацияланушы жабдықтар мен насостар орнату қажет емес болады. Бір колоннада жеңіл және ауыр фракцияларды бір уақытта ректификациялау пеште қыздыру температурасын төмендетеді. Бірақ бензин фракциялары мен еріген газдар мөлшері жоғары болған жағдайда, атмосфералық колонна булар бойынша артық жүктеліммен жұмыс істейді, бұл аппарат диаметрін арттыруды талап етеді. Барлық коррозиялық агрессивті заттар сутегі хлориді,күкірт сутек,меркаптандар және басқа булармен бірге буландырғыштан колоннаға келіп түседі, яғни буландырғыш атмосфералық колоннаны коррозиядан қорғамайды. Ең кеңінен тарағаны нұсқа 3 ол неғұрлым икемді және бензин фракциялары мен еріген газдар мөлшерінің елеулі өзгерулері кезінде жұмыс істей алады. Коррозиялық агрессивті заттар бірінші колоннаның үстіңгі бөлігі арқылы шығарылады, сонымен негізгі колонна коррозиядан қорғалған. Бензиннің бір бөлігінің алдын ала шығарылуына байланысты пеш пен жылуалмастырғыштардың имек құбырларында жоғары қысым жасалмайды,бұл өз алдына беріктілігін өсірмей неғұрлым арзан жабдықтар орнатуға мүмкіндік береді.

ЭЛОУ-АТ қондырғысының технологиялық жүйесі. ЭЛОУ-АТ

қондырғысының жүйесі бойынша екі рет буландыру принципі іске асырылған.Бұл жүйе бойынша, шикі мұнай сорап арқылы, жылуалмастырғыштардан, электродегидраторлардың шоғырынан өтіп, бензинсіздендіру колоннасына түседі. Колоннаның жоғарғы жағынан шығатын өнім – жеңіл бензин фракциясын ауамен және сумен суытатын тоңазытқыштарда суытылады да, рефлюкс ыдысына түседі, одан бензиннің бір бөлігі сорап арқылы ағын есебінде беріледі де, ал негізгі балансты мөлшері өзінің қысымымен ыдысқа түседі. Колоннаның астынан шығатын өнім жартылай бензинсізденген мұнай –сораппен алынып құбырлы пешке жіберіледі. 360 ºС дейін қыздырылған мұнайдың екі ағымының біреуі колоннаға қосымша ректификациялауға қажетті жылу беру мақсатында беріледі де, ал екінші ағымы атмосфера колоннасына жіберіледі (сурет 5.1). Ортаңғы – негізгі атмосфералық колоннада мұнай бірнеше фракцияларға бөлінеді.

Колоннаның астынын температурасын төмендету және мазуттан мөлдір өнімдерді толығырақ алу үшін, ондағы ректификациялауды су буының қатысуымен жүргізеді. Буды колоннаның төменгі бөлігіне береді. Колоннаның төменгі жағынан шығарылатын мазут мұнайды қыздыратын жылу алмастырғыштар және тоңазытқыштар арқылы қондырғыдан шығып кетеді.Колоннаның жоғарғы жағынан қайнау шегі 80 ºС болатын бензин

фракциясының буы және су буы шығарылады. Булар ауамен және сумен салқындатылатын конденсатор-тоңазытқыштарға келіп түседі, одан конденсациялаудан өткеннен кейін, өнім су бөлгіш сыйымдылыққа беріледі. Судан бөлінген ауыр бензин сыйымдылыққа келіп түсіп, бензиннің бір бөлігі сыйымдылықтан салқын ағын (флегма) есебінде қайта колоннаға беріледі. Бұл колоннадан екі бүйірлік өнім - керосин (180-230 ºС) және дизель (230-350 ºС) фракцияларын алады. Өнімдер әуелі буландырушы колоннаға түседі де, су буының қатысуымен жеңіл фракцияларға бөлінеді. Жеңіл

фракциялардан арылған мақсатты өнім жылуалмастырғыштар мен тоңазытқыштар арқылы қондырғыдан шығарылады, ал жеңіл фракциялар колоннаға қайта беріледі.

Қайнау басы (қ.б.)-180 ºС бензин фракциясы сыйымдылықтан сораппен

жылуалмастырғышқа беріледі, онда 230-350 ºС фракциямен 170 ºС-ге дейін қыздырылады, одан кейін тұрақтандырушы колоннаға беріледі. Колоннаның жоғарғы өнімі тұрақтандыру басы конденсатор-тоңазытқышқа жіберіледі де, конденсацияланады. Фракцияның бір бөлігі колоннаға ағын есебінде беріліп, ал оның балансты мөлшері қондырғыдан шығарылады. Тұрақтандырушы колоннаның төменгі өнімі - тұрақты қ. б.-180 ºС бензин фракциясы бензинді екіншілік айдау бөліміне беріледі, онда ол қайнау температурасы жақын фракцияларға бөлінеді. Колоннадағы жылу режимін ұстап тұру үшін бензин фракциясының бір бөлігі сораппен пештен қыздырылып, буға айналып, бу фазасы күйінде колоннаға қайта беріледі.