Мұнай көмірсутек шикізатын бөлудің негізгі әдістері

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Химия және химиялық технология факультеті

 

 

 

 

 

 

 

 

СОӨЖ

Тақырыбы: Мұнай көмірсутек шикізатын бөлудің негізгі әдістері

 

 

 

 

Орындаған: ОЗХТ 308

Чокенова Баян

       Тексерген:  Халменова З. Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2015

   

         

 

            Мұнай көмірсутек шикізатын бөлудің негізгі әдістері

 

 

  Химиялық өнеркәсіптің өнімдері бастапқы зат (шикізат) аралық  өнімдер (жартылай өнімдер) және дайын өнімдер дер бөлінеді.Өндірісте өте көп мөлшерде шикізатты өңдейді және осындай көлемде су, отын, энергия жұмсайды.  Көптеген химиялық өндірісте 1т. өнімге шаққанда шикізаттың жұмсалу коэффициенті 3-4 т.ға жетеді, ал кейбір жағдайда 6 т. құрайды.

    Шикізат келесі талаптарды қанағаттандыру керек;

-соңғы өнімге өңдеу  сатыларының санын азайту;

-шикізатты химиялық өзгеріске  дайындауға және процесті жүзеге  асыруға энергетикалық, материалдық  шығындарды аз жұмсау;

-бастапқы энергияның  максималды шығынсыз жұмсалуы;

-әрекеттесуші заттардың  агрегаттық күйінің өзгеруіне  төмен температура, аз қысым және энергия жұмсау;

-реакциялық қоспада мақсатты  өнімнің концентрациясын арттыру;

    Дүние жүзінде Қазақстан минералдық шикізат ресурстарының мөлшері және әртүрлілігі бойынша  алдыңғы қатардан орын алады. Республиканың отын-энергетикалық комплексінің шикізат базасы минералды шикізат экономикасының сұранысын толық қанағаттандырады. Қара және түсті металдардың,мұнай,көмір, газдың жеткілікті қоры болғандықтан  минералдық шикізатқа деген сұраныстың проблемасы түбегейлі шешіліп,өндірістің салаларының тұрақты дамуына толық негіз бар. Химиялық өндірістің шикізатты пайдалану тұрғысынан ерекшеліктері;

-әр түрлі химиялық  өнімдер алу үшін шикізаттың  бір түрін комплексті пайдалану  мүмкіндігі;

-бір шикізаттан әр  түрлі химиялық өнімдер алуға  мүмкіндік беретін химиялық өнімдер алуға мүмкіндік беретін химиялық өңдеу әдістерінің көптүрлілігі;

-шикізат базасының көп  варианттылығы, ауыл шаруашылық  өнімдері, ауа және су, химиялық  өнеркәсіпте өңделген шикізаттың  және аралас салалардың өнімдері;

 

 

   

   

 

 

   Шикі мұнайда қанықпаған қосылыстар болмайды, болғанның өзінде өте аз мөлшерде ғана кездеседі. Олар мұнай өңдеу процестерінде түзіледі де мұнай химиялық және негізгі органикалық синтезде маңызды шикізат болып табылады. Мұнайдан қанықпаған қосылыстар алу процесінің екі түрі бар:

- олар қосалқы өнім (олефиндер  мен диолефиндер) болып табылатын  процестер, термиялық және каталитикалық  крекинг, риформинг және негізгі  бағыты отын және мұнай коксын  өндіру болып табылатын мұнай  қалдықтарын кокстеу

- оларды белгілі бір мақсатта алуға бағытталған арнайы процестер – пиролиз, төмен молекулалы алкендерді полимерлеу, алкандарды сутексіздеу және металлорганикалық катализаторлар қатысында жоғары алкендерді синтездеу. 

Сұйық фазалы термиялық крекинглеу (470-520 0С; 2-5 МПа) кезіндегі газдардағы қанықпаған қосылыстардың мөлшері шамамен 10%, пиролиз газдарында (670-9000С; 0,1 МПа) 30-50% құрайды. Алкендердің ішіндегі термиялық процестерде этилен мен пропилен көп болады; аз мөлшерде бутендер мен бутадиендер болады. Каталитикалық крекинг газдарындағы алкендер негізінен пропилен мен бутендерден тұрады.

Мұнайды термиялық және каталитикалық өңдеу процестерінің сұйық өнімдерінің құрамында олефиндердің біраз мөлшері болады. Термиялық крекинг бензиннің құрамында 30-35% олефиндер, каталитикалық крекинг бензинінде 10%-ға дейін олефиндер болады. Мұнай өнімдерінің құрамында болатын қос байланысты көмірсутектерді мынадай топтарға бөлуге болады:

1. Қалыпты және изоқұрылысты олефиндер;
2. Циклоолефиндер (циклогексен);

   3)Бүйір тізбегінде қос байланыс болатын ароматты көмірсутектер (стирол, инден).

Мұнай көмірсутектерінің негізгі массасын құрайтын жалпы формуласы CnH2n (n>3) циклоалкандар нафтендер деп аталады. Циклоалкандар – көміртек көміртек байланысынан тұратын циклді қанқалы қаныққан көмірсутектер.

Нафтендер барлық мұнайдың құрамында болады, барлық фракцияларға қатысады, жалпы мөлшері бойынша басқа көмірсутектерге қарағанда көбірек болады. Әдетте мұнайдың құрамында 40-70% циклоалкандар болады. Кейбір нафтенді мұнайдың құрамында көмірсутектердің мөлшері кейде 80%-ға жетеді.

 

Термиялық крекинг ароматты көмірсутектерді жəне бутилен, этилен алуда қолданылады.Жоғары қысым 2-4 МПа жəне температура 500-5400 С қалдық шикізатты немесе жоғары температурада қайнайтын дистиллятты термиялық крекингтеу арқылы газ жəне сұйық өнімдер алынады. Қазіргі кезде термиялық крекинг термогазойль өндірісі жəне кокстеу қондырғысы үшін шикізаттың дистилляттық түрлерін термодайындау процесі ретінде көбірек қолданылады. Қазіргі кезде мұнай өңдеуде, өндірістік мақсатта ауыр мұнай қалдықтарын өңдеуде процестің бір бағыты висбрекинг – төмен қысымда (1,5-3 МПа) жəне тмепературада қазандық отындардың тығыздығын төмендету мақсатында термолиз тереңдігі шектеулі жеңіл крекинг процесі қолданылады.

 Дистиллятты шикізатты термиялық крекингтеу қондырғысының принципиалдық-технологиялық сызба-нұсқасы

I-шикізат, II-тұрақтандыруға  жіберілетін бензин, III-К-4 колонкадан  бөлінетін ауыр бензин, IV-вакуумдық  дистилят, V-термогазойль, VI-крекинг ,VII- ГФҚ газдары, VIII-вакуумдық жүйедегі  газ және су буы, IX-су буы.

 

 

   Шикізатты (гудрон) сорғышпен  жылуалмасқыш арқылы  ректификациялық бағанның төменгі бөлігіне жəне бірмезгілде төмен қысымды буландырушының жоғарғы бөлігіне береді.Шикізат ауыр газойльді фракциямен сұйытылып бағанның төменгі бөлігіне бағытталады. Рециркулят пен шикізаттың біріккен ағынын сорғышпен реакциялық камераның шығатын жоғарғы бөлігіне ауыр шикізат пеші арқылы ден сорылып алынады. Газойльді фракциялар,бағанның «глухой» табақшасында жиналған, сорғышпен терең крекинг пеші арқылы  береді əрі жоғарғы бөлігіне түскен крекинг өнімі төмен қысымды буландырғышқа келеді да крекинг-қалдықтан газойль фракциясының буы бөлінеді. Осы будың ауыр бөлігі конденсацияланып жəне қоспаға шикізатпен крекингке қайта оралады, ал жеңіл бөлігі қондырғыдан  жоғарғы жағы арқылы шығарылады. Буланудан шыққан бу ағыны  бағанға бөлінуге келіп түседі. жоғарғы жағынан газдар мен бензин буы кетеді, ол мұздатқышта суытылып , газосепараторда бөлінеді. Газды ГФҚға ал бензинді тұрақтануға бағыттайды. Дистиллятты шикізат крекингінде келтірілген типті кескінді бірнеше рет өзгертеді: шикізат біркелкі ағынмен бағанның төменгі жағына  бағытталады. Буландырғыштың жоғарғы жағынан  керосинді фракцияны алады, ал «глухой» табақшадан  – термогазойль.

 

 

 

Каталитикалық крекинг–мұнайөңдеудің маңызды процесі. Бұл процестің шикізаты ретінде мазутты вакуммдық айдау арқылы алынатын қайнау температурасы 500°Свакуумдық газойль қолданылады. Шикізат 500°С температурада катализатор – синтетикалық алюмосиликат – цеолитпен жанасады. Каталитикалық крекинг нəтижесінде алынған бензиннің құрамында н-парафиндерге қарағанда антидетонациялық қабілеті жоғары тармақталған парафинді жəне ароматты көмірсутектердіңмөлшері жоғары болғандықтан октан саны жоғары болып келеді.

 

Г-43-107 каталитикалық крекинг қондырғысының технологиялық кескіні: I – гидротазаланған шикізат; II –АГФУға кетеін газ; III – тұрақтануға баратын тұрақсыз бензин; IV – жеңіл газойль; V – ауыр газойль; VI – декантат; VІІ – су буы; VІІІ – түтінді газдар; ІX – су; Х – ауа; ХI – катализаторлы шаң

Каталитикалық крекинг Г-43-107 жəне оның модификацияланған комбинирленген қондырғысын алу перспективасының негізгі дамуы. Оның құрамына каталитикалық крекинг қондырғысынан басқа крекинг шикізаты үшін ГО блогы мен газдыфракция жəне бензинді тұрақтандыру блогы кіреді. Мына суретте Г-43-107 принципті қондырғысы келтірілген. Гидрогенизациялық шикізатты алдын ала П пеште жəне жылуалмастырғышта қыздырғаннан кейін рециркулятпен жəне су буымен аралстырады да лифт-реактордың араласу түйініне енгізеді (Р-1). Регенерацияланған ыстық катализатормен түйісіп, шикізат буланады да лифт-реакторда катализге ұшырайды да одан ары Р-1 қайнаушы қабатының форсирленген аумағына түседі. Реакция өнімдерін екісатылы циклонда каталитикалық шаңнан бөледі де К-1 ректификациялық бағанның төменгі бөлігіне бөлінуге бағыттайды.

Р-1 отпорлы аумағынан кокстенген катализатор көлбеулі катализаторжүргізгіш бойымен Р-2 регенератордың қайнаушы қабатына беріледі онда кокс күюі жүзеге асады. Регенерацияланған катализатор төменгі көлбеулі катализаторжүргішгішпен одан ары лифт-реактордың араласу түйініне түседі .

 

  

  Каталитикалық риформинг – қазіргі кезде ароматты көмірсутектер бензол, толуол жəне ксилол алуда қолданылатын маңызды мұнайөңдеу процесі. Бастапқы кезде каталитикалық риформинг октан саны төмен бензиндерден октан саны жоғарлатуда қолданылды. Риформинг шикізаты ретінде қайнау температурасы 75 - 200°С (нафта) тікелей айдалған фракция, мұнайөңдеудің дестуктивті əдістері арқылы алынатын бензин фракциялары қолданылады. Катализатор ретінде платина, палладий и родий қолданылады. Каталитикалық риформинг процесі сутек тогында, 450 - 550°С температура аралығында и 10 - 35 атм. атмосфералық қысымда жүреді.

Стационарлы катализаторда жоғары октанды бензин алуға арналған риформинг қондырғысының принципиалдық сызба-нұсқасы 1 – құбырлы пеш; 2- гидротазалау реакторы; 3 – колоннаның сеперациялық ыдысы; 4,8 – ректификациялық колонна; 5-7 риформинг реакторы; 9 – салқындатқыш; 10 – газды тазалау секциясы; 11 – насос; 12 –жоғары қысымды сеператор; 13 – жылуалмастырғыш; 14 – компрессор; 15 – абсорбер.

 

Бұл қондырғы реакциялық секциядағы 2,6 МПа қысымда жеңіл мұнай шикізаты негізінде бензин алуға арналған. Алынатын риформинг бензинінің октан саны 97.

4. колоннада тұрақтанған гидротазаланған шикізат сутек құрамды газ қоспасымен бірге қыздырғыш-реакторлы блокқа келіп түседі. Реактор бойындағы конверсия теңдігін қамтамасыз ету жəне дезактивтелген катализатор мөлшерін төмендету мақсатында 3 реакторға катализатор 1:2:4 қатынасында салынады. Реакторға келіп түсетін шикізат алдымен 3 секциялы пештің 1 секциясында қыздырылады. Реакторлардағы температура 490-510°С. Катализаторлардың кокстелу дəрежесіне қарай температураны біртіндеп арттыру арқылы конверсия деңгейін қалыпты күйде ұстап тұрады. Негізгі дигидрлену жəне дегидроциклдену реакциялары үшін қысымның төмен болуы тиімді болып келеді. Ал полимерлену жəне конденсирлену реакцияларын басу мақсатында қысымды жоғарылатылады. Биметалдар қатысындағы процесс қысымы 1,8-2,0 МПа, платина катализаторлар қатысындағы қысым 3,0-3,5 МПа. Шикізатты беру жылдамдығы 1,3-2,0 сағ-1. Сутек құрамды газдардың циркуляциялану реті 6-10 моль/моль деңгейінде (1 м3 шикізатқа шаққандағы сутекқұрамды газдардың құрамы 900-1500 м3 ) ұсталады. Рециркуляциялану реттінің жоғары болуы жүйеде сутектің жоғары парциалды қысымын ұстап тұруға мүмкіндік береді. Осылайша тығыздалуға əкелетін қосымша реакциялардың жүруі тежеледі.

   

    Кокстеу. Төмен қысым жəне 470-5400 С температурада ароматталған жоғары температурада қайнайтын дистилляттарды немесе ауыр қалдықтарды ұзақ термолиздеу процесі. Кокстеу процесінің негізгі мақсаты өңделетін шикізат сапасына қарай əртүрлі маркалы мұнай коксін өндіру. Кокстеу процесінің жанама өнімдері – құндылығы аз газ, төмен спалы бензин, газойль. Кокстеу процесінің өнімінен таскөмір майы 63-бензол, 14- толуол, 7 ксилол. Бензол алу процестері каталитический риформинг, толуолды деалкилирлеу, толуолды диспропорицирлеу.

Кокстың құрамындағы күкірт мөлшері шикізат құрамындағы күкірт мөлшеріне сызықты тəуелді. Кокстегі күлдің мөлшері мұнайды өңдеу алдындағы тұзсыздандыру тереңдігіне байланысты. Баяу термині кокстеу процесінде құбырлы пештердегі реакциялық жəне реакторлардың жұмыс жасау ерекшелігіне байланысты. Шикізатты пешті жоғары температураға дейін қыздырып, сыртынан изолирленген, қыздырылмайтын кокстеу камерасына береді. Кокстеу шикізатпен келетін жылу нəтижесінде жүреді. Асфальтенге бай, полициклді ароматты көмірсутектер мөлшері аз ауыр шикізаттың агрегативтік тұрақтылығы төмен болғандықтан пеш иректерінде қабатталып, құбырларда кокстың жинақталуына əкеледі. Кокстеу қондырғыларында шикізаттың агрегативтік тұрақтылығын арттыру үшін арнайы ароматталған концентраттар: пиролиздің ауыр шайыры, крекинг газойлі секілді қолданылады.

I – шикізат; II – тұрақты  бензин; III – жеңіл газойль; IV – ауыр газойль; V – головка стабилизации; VI – құрғақ газ; VII - кокс; VIII – буландырғыш камера булары; IX – су буы. Сурет 3 - 2 блокты баяу кокстеу қондырғысының принципиалды-технологиялық сызба- нұсқасы.

Шикізат жылуалмастырғыштарда жəне пештердің конвекциялық иректерінде қыздырылып, К-1 колоннасының жоғарғы каскадтық тарелкасына келіп түседі. Шикізаттың бір бөлігі рециркуляция коэффициентін реттеу үшін каскадтық тарелканың төменгі жағынан беріледі. Сонымен қатар кокстеу камерасынан ыстық кокстеу өнімдерінің булары жəне газдар беріледі. Нəтижесінде шикізат кокстеу өнімдерінің булары жəне газдарымен жанасып, шикізат қыздырылып, тқмен температурада қайнайтын фракциялар буланып, жоғары температурада қайнайтын фракциялар конденсирленіп, екіншілік шикізатпен араласып екіншілік шикізатты құрайды. Екіншілік шикізат К-1 колоннаның төменгі жағынан колоннаның радиантты бөлігінде орналасқан пештің реакциялық иректеріне бағытталады. Пеште екіншілік шикізат 490-5100 С қыздырылып, 4 бағытты кран арқылы 2 параллельді ағынмен 2 жұмысшы камераға жіберіледі. Кокстеу өнімдерінің булары камерадан К-1 коллонасына жіреліп, ауыр қалдық камерада қалады. Сұйық қалдық біртіндеп кокске айналады. Баяу кокстеу қондырғысындағы фракционирлеуші блок ректификациялық колоннадан К-1, буландырғыш коллоналардан К-2 жəне К-3, фракционирлеуші абсорберден К-4 жəне бензинді тұрақтандырушы К-5 колоннадан тұрады. Ауыр жəне жеңіл газойль сəйкесінше К-2 жəне К-3 буландырғыш коллонасына жіберіледі. Газдар жəне тұрақсыз бензин С-1 сеператор арқылы К-4 фракционирлеуші абсорберге келіп түседі. К-4 жоғары бөлігіне құрғақ газ, төменгі жағынан тұрақсыз бензин бөлінеді. Тұрақсыз бензин К-5 коллонасында тұрақтандырылады.