Мұнайды біріншілік өңдеу

Дәрістер 3-5 –Мұнайды біріншілік өңдеу

 

Мазмұны:

 

1. Мұнайды өңдеу әдістері. Біртекті, көптекті және біртіндеп булау арқылы айдау.

 

2. Буландырғыш агент қатысында  айдау. Вакуумды айдау.

 

3. Азеотропты немесе экстрактивті ректификация.

 

1. Мұнайды айдаудың бірінші және екінші тектілігі ажыратылады.Біріншілк процесстерге мұнайды фракциядан айыру жатады, ол кезде оның ассортимент бойынша потенциальды мүмкіндіктері қолданылады, алынатын шикізат мен жартылай шикізаттың саны мен сапасы ажыратылады бұл— мұнайды айдау.

 

 Айдау біртекті, көптекті және біртіндеп булау арқылы айдау болып бөлінеді.

 

Біртекті булаумен айдау кезінде мұнайды белгілі температураға дейін қыздырып оны фракциядан бөліп алады, ол булы фазаға өтеді. Мұнайды алдын ала температурасы орнатылған имек түтікте (змеевике) қыздырады. Температураның жоғарлауына байланысты буда көбейе береді, ол сұйық фазамен тепе теңдікте болады және осы кезде берілген температурада бу сұйықтықты қоспа жылытқыштан кетіп адиабатты буландырғышқа түседі, ол өз кезегінде цилиндр онда булы фаза сұйықтан ажырайды. Булы және сұйық фазаларды температура бұл кезде бірдей. Мұнайды фракцияларға айдау кезінде тура бөлу бірінші текті айдауда ең нашар (1сурет).

 

 

 

1 сурет - Біртекті булы айдаудағы ЖТҚ қисығы: 1 –бастапқы фракция, 2,4,6 – булы фазаның жеңіл фракциялары; 3, 5, 7 – сұйық фазаның ауыр фракциялары

 

1суретте тарқатылған қисықтардың  суреті (ЖТҚ - жеке температуралық қисықтар) 40 — 285°С фракциясында бейнеленген. Суретте дайын болған өнімдердің температуралары бір бірінен аз ажырайтыны көрсетілген.

 

Көптекті булы мұнайды айдау мұнайды этапты қыздыру арқылы жүзеге асады және әрбір этапта мұнай фракция бойынша алынып отырады. Әрбір этапта температура жоғарылай береді.

 

 Егер мұнайды біртекті булауда пайда болған бу сұйық фазадан бөлініп отырса, ол ондай буланудың саны көбейе берсе онда ондай айдау біртекті булану арқылы айдау деп аталады.

 

Егер фракицяларды тура әрі нақтылы бөлу керек болмаса, онда біртекті булы айдау тиімдірек. Сонымен қатар мұнайдың максимальды қыздыру температурасы 350 — 370°С, ал одан көп болып кетсе көптеген өнімдер көптекті мен ақырын өтетін айдауға қарағанда булы фазаға өтіп кетеді. 350 — 370°С тан жоғарыда қайнайтын заттар үшін мұнайдан фракцияны бөліп алға вакуум немес су буын пайдаланады.

 

2. Ректификациялық колоннаға  буландырғыш агентті мұнайды айдаудан қалған жоғарықайнаушы компоненттердің концентрациясын жоғарылату үшін еңгізеді. Буландырғыш агент ретінде бензиннің, лигориннің, керосиннің булары және көп жағыдайда су буы қолданылады.

 

 Су буының қатысында  ректификациялық колоннада көмірсутектердің  парциальды қысымы азайады, сонымен бірге әлбетте қайнау температурасы да төмендейді. Нәтижесінде төменқайнаушы көмірсутектер біртекті буланудан кейінгі сұйық фазада қалған көмірсутектер булы жағдайға өтеді сосын сулы бумен колоннаның жоғары жағына көтеріледі. Су буы бүкіл ректификациондық колоннадан өтіп жоғарға өніммен кетеді ондағы температураны 10 — 20°Сқа азайтып кетеді. Тәжірибелерде қызып кеткен бу қолданылады оны колоннаға температурамен еңгізеді берілетін температурамен бірдей немесе одан біраз жоғарырақ болады (әдетте қанықпаған бу температурасы 350 — 450°С ,2 — 3ат қысымда болады).

 

  Су буының әсері  келесілермен көрсетіледі:

 

 Қайнап жатқан сұйық  қатты араласып азқайнайтын көмірсутектердің булануна әсер етеді;

 

 Көмірсутектердің булануында су буының ішінде көптеген көпіршіктер түзеді сондықтан ол буланудың үлкен аймағын түзеді;

 

 Су буының таралуы буланатын қоспалардан, оның табиғатына және колоннаның төменгі шарттарына тәуелді. Ректификация жақсы болу үшін төмендегі колоннадағы сұйық фаза жидкой мөлшермен 25% аймағы булы аймаққа айналуы керек.

 

 Буландырушы агент ретінде инертті газ қолданылса онда жылуға көп тиімділік болады, ол жылу қызып кеткен газ үшін қолданылады, сонымен қатар конденсацияға кететін суда аз қолданылады. Күкіртті шикізатты айдау кезінде көбінесе рациональды инертті газ қолданылады, өйткені күкіртті қосылыстар ылғал қатысында құрылғыда коррозия туғызады. Буландырушы агент ретінде мұнайдың жеңіл фракцияларын қолданған тиімді — лигроинды-керосинді-газды фракция, өйткені күкіртті шикізатты ашық су буында оны бөліп алады, вакуум және вакуумтүзуші құрылғы инертті газбен жұмыстың қиындықтарынан құтқарады.

 

 Буланатын агенттің қайнау температурасы төмен болған сайын оған қатысты айдау температурасы азаяды. Бірақ буландырушы агент жеңіл болған сайын оны айдау кезінде соншалықты жоғалтады. Сондықтан буандырушы агент ретінде лигроинды-керосинді-газды фракцияны қолдануға кеңес береді.

 

Вакуумда мұнайды айдау. Мұнайды айдаудың нәтижесінде атмосфеарлық қысымда350 — 370°С температурада мазут қалады оны айдау үшін арнай шарттар қарастырылуы керек ол шарттар крекинг және максимальды дистлятор мөлшерінен аспауы керек. Фракциялан мазутты бөліп алудың ең танымалы әдісі вакуум астында айдау. Вакуум көмірсутектің қайнау температурасын азайтады сонысымен 410 — 420°Ста дистиллятты алады, ал онда қайнау температурасы 500°С ( атмосфералық қысымға өлшенген).

 

3. Көмірсутектердің тазалығының жоғары болуы үшін айдаудың арнайы түрлері қолданылады: азеотропты немесе экстрактивті ректификация. Бұлар бөлініп алынатын көмірсутектердің ұшқыштығын және осы жүйедегі артық заттардың болмауын қарастыруға негізделген.

 

 Ұшқыштық (u1) булы және сұйық фазаларда көмірсутектердің мольдік үлесімен анықталуы мүмкін:

 

u1=y1/х1

 

мұндағы y1және  х1 — булы және сұйық фазаларда көмірсутектердің мольдік үлесі

 

 Көмірсутектерді бөлудің жеңілдігі оның ұшқыштығына салыстырмалы тәуелді. Екі көмірсутектің салыстырмалы ұшқыштығы (α) олардың ұшқыштық арақатынастарымен анықталады (u1 және u2), яғни

 

 α= u1/u2= y1х2/y2х1.

 

 Рауль мен Дальтон  заңдарына сәйкес

 

y1=P1x1/p     және     y2=P2x2/p,

 

 мұндағы P1және P2 — көмірсутектердің қаныққан буларының қысымдары, x1және x2 — сұйық фазадағы көмірсутектердің мольдік үлестері, p — жүйенің жалпы қысымы. Осыдан

 

 α=P1x1/px1 : P2x2/px2= P1/P2.

 

 Яғни идеалды ерітіндідегі көмірсутектің салыстырмалы ұшқыштығы ертітіннің қайнау температурасы кезіндегі таза заттардың қаныққан буының қатынасымен тең келеді, ол бірге жақын болған сайын ол көмірсутектерді айдау арқылы бөлу де қиындай береді.

 

 Бөлінетін көмірсутектердің  ұшқыштығын арттыру үшін еңгізілетін үшінші компонент алдынғы көмірсутектерге қарағанда ұшқыш болады, оны ректификациондық колоннаның жоғары жағынан еңгізіп еріткіш деп атап, төменгі жағынан тұнбамен бірге шығарады. Мұндай ректификация экстрактивті деп аталады. Ерітіндіге қойылатын шарттар: 1)қайнау температурасы жоғары болу керек, себебі бір фазамен алынған ерітінді компонентін айдау кезінде еркін ажырата алу үшін; 2) бөлінетін компоненттерді жақсы еріту керек, өйткені болар тарелкада екі сұйық фаза түзбеуі керек. Экстрактивті ректификацияда еріткіш ретінде фенол, крезолдар, фурфурол, анилин және алкилфталаттар қолданылады.

 

 Бастапқы затқа қарағанда  қосылған зат ұшқышырақ болса, онда оны ректификациондық колоннаға шикізатпен бірге еңгізіп жоғарыдағы өнімнің буымен бірге шығарады. Мұндай ректификацияны азеотропты деп атайды. Бұл жағдайда азеотропты қоспаны еңгізілген заттардың бірі шикізаттың бірімен түзеді. Оларды алып кетуші деп атайды.

 

 Оларға қойылатын талаптар: 1) Ол айдалынынатын бір немес бірнеше компоненттердің бірімен ылғи ұайнап тұратын қоспа түзуі керек. Азеотропты ректификацияда алып кетуші ретінде мелит және этил спирттері, метилэтилкетон (МЭК) қолданылады; 2) Айланынатын заттың температурасына жақын қайнау температурасын ие болуы керек. Бұл қоспа компоненттері мен азеотроп температурасы арасындағы айырмашылықты айқын көрсетеді; 3) Азеотропты қоспадан еркін ажыратылып көрініп тұруы керек.

 

 Көбінесе бөлу толықтай  болады, оны тек температурадан ажыратып алуға болады. Ол жүйенің идельды екенінен алыс екенін көрсетеді.

 

 Алыстатуды бағалау үшін тұзетуші коэффицент еңгізеді, ал ол фактикалық активтілік коэффиценті болып табылады, яғни

 

p1=j1P1x1.

 

 Активтілік коэффициентіj қоспаның басқа компоненттерінің және олардың концентрацияларының физико химиялық функциясының құрамы болып табылады. Әрбір компоненттің активтілік коэффициенті концентрациясының өсуіне қарай 0 ден 100%ға дейін өседі, бірақ әрбір қоспа компоненті үшін дәреже әртүрлі болады. Сөйтіп нақты қоспалар үшін салыстырмалы ұшқыштық будың қаныққан қысымы мен активтілік коэффицентіне тең:

 

a=j1P1/j2P2.

 

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

 

 Мұнайды және мұнай  өнімдерін өндеу әдістері қандай?

 

 Мұнайды біріншілік өндеудің физикалық-химиялық негізі қандай?

 

 Неліктен мазутты вакуумда айдайды?

 

 Азеотропты ректификация дегеніміз не? Қандай жағдайда оны қолданылады?

 

 Қолдануға ұсынылған әдебиеттер:

 

1. Технология переработки  нефти и газа. В 2-х ч. /Под редакцией  О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина. – М.:Колос, 2005. -400с.

 

2. Омаралиев Т.О. Мұнай және газ өндеу химиясы және технологиясы. Алматы: Білім, 2003. -399б.

 

3. Г.Қ. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. Алматы.: Бастау, 2007. -242б.

 

 

Дәріс 6 – Мұнай және газды біріншілік өңдеу процестерінің аппаратуралық рәсімдеуі

 

Мазмұны:

 

1. Ректификациялық колонналар. Құрылымдар.

 

2.Ректификациялық колонналар жіктелуі.

 

3.Ректификациялық колонналардың  материалдық және жылулық баланстары. Колоннаның температуралық режимі.

 

4. АВТ қондырғыларының күрделі колонналары.

 

1. Қарапайым және күрде  қоспалардың ректификациясы үздікті және үздіксіз жұмыс істейтін колонналарды жүзеге асырылады.

 

 Үздікті жұмыс істейтін колонналар аз өнімділікті өндірісте қолданылады керектігіне қарай жоғары айқындылықты бөлу мен үлкен санды фракцияны жүзеге асыруда да қолданылады. Ондай құрылғының классикалықсыз басы 1-суретте көрсетілген.

 

 

 

1сурет - Үздікті ректификация  құрылғысының сызбасы: 1 – куб, 2 – ректификациондық колонна, 3 – конденсатор-тоңазтқыш, 4 – аккумулятор, 5 – тоңазтқыш, 6 – сорғыш. Сызықтар: I – шикізат, II-булар, III – жоғарыдағы шикізат буы, IV – жоғарығы шикізат, V-суландырғыш VI-кубдық қалдық, VII-су, VIII-су буы 

2 сурет - Екі компонентті үздіксіз ректификациондық құрылғы сызбасы: 1- жылытқыш, 2-ректификациондық колонна, 3-жылуалмастырғыш, 4-конденсатор-тоңазтқыш, 5-қайнатқыш.Сызықтар: I – шикізат, II-изопентан, III-н-пентан

 

 

 

 Шикізат айдағыш куб 1ге жоғарыдан түседі оның диаметрі 2/3, ол жерде бумен жылыту жүреді. Ректификациондық құрылғының бастапқы жұмысы кезінде қоспа компонентінің ұшқыщ заттарын жинап алады, мысалға бензолды головка, сосын айдау температурамын жоғарылатып қайнау температурасы жоғарырақ компоненттерді (бензол, толуол т.б) айдауға кіріседі. Қайнау температурасы одан да жоғары компонент қоспалары кубта кубтық қалдық құрып қалады. Ректификация процессінің аяқталуымен ол ұалдықты суытып сорып алады. Процесстің үздіктілігі жылудың шамадан тыс жұмсалуы мен қондырғының өндіргіштігінің аздығымен түсіндіріледі.

 

 Үздіксіз жұмыс жасайтын құрылғы жаңа айтылған кемшіліктердің бәрінен ажыратылған. Құрылғының принципиальды сызбасы 2суретте көрсетілген. Шикізат жылуалмастырғыш 1 арқылы жылытқышқа 2 түседі одан соң ректификациондық колоннаның 3 әртүрлі деңгейіне өтеді. Төменгі фракциялар жытылқыш 4 те қызып қайтаданректификационды колоннаға лақтырылады. Осы кезде ең ауыр бөлігі қыздырғышқа колоннаның төменгі жағымен түсіп сұйық қалдықпен бірге ары қарай ауыр фракцияның өңделуіне жібіріледі. Ал жеңілфракция конденсатор-тоңазытқышқа 5 түсіп, одан ары аккумуляторға 6 түсіп бөліктерімен суландырушы колоннаға артқа қарай түсіп, қалған бөліктері жеңіл фракцияның өңделуіне жіберіледі.

 

 Ректификациондық колонналар алынатын заттың мөлшеріне қарай қарапайым және күрделі деп бөлінеді. Алғашқысында ректификация кезінде екі өнім алады. Екіншілері үш немесе одан да көп өнім алуға арналған. Олар өз кезегінде бірнеше қарапайым колонналар жиынтығын құрайды, әрбіреуі оған түсетін қоспаға екіден кем болмайды.

 

 Әрбір қарапайым колоннада итергіш және концентрациялық секциялар болады. Итергіш немесе қарсы тұрушы секция шикізат енгізілетін бөліктен төменірек орналасады. Бөлуге арналған шикізат түсетін тарелка, тамақтандырушы тарелка деп аталады. Итергіш секцияның негізгі шикізаты болып сұйық қалдық табылады. Концентрациондық немесе қатаңдатқыш секция тамақтандырушы секцияның астында орналасқан. Осы секцияның негізгі шикізаты ректификат булары болып табылады. Ректификациондық колонналардың дұрыс қалыпты жұмысы үшін конденсациондық секция колоннасынан су келу керек, жылуыды еңгізу арқылы және ыстық су буы арқылы итергіш секцияға түседі.

 

2. Ректификациондық колонналар тарелкалы, роторлы, насадкалы және т.б. болып бөлінеді. Қысымға тәуелділігіне қарай ректификациондық колонналар қысымы жоғары колонналар атмосфералық және вакуумды болып бөлінеді. Біріншілері мұнай мен бензиннің стабилизациясында, крекинг құрылғыларында газофракционирлеуде, гидрогенизация процесстерінде қолданылады. Атмосфералықжәне вакуумды ректификациондық колонналармұнай, мұнайқалдықтары мен дистилляторларды айдауда қолданылады.

 

Насадкалы колоннада бу мен сұйықты бірдей мөлшерді таратып орналастыру үшін— 1 (3сурет.) насадка ретінде — 2 әртүрлі материалдардан шарлар, призмалар, пирамидалар, цилиндрлар қолданылады.

 

 

 

3 сур. Насадкалы колонна сызбасы: 1- насадка қабаты, 2-бөлуші тарелка, 3-бөлуші сұйық, 4-жолкөрсетуші конус.

 

Насадканы арнайы тарелкаға шашыраптып орналастырады— 4 онда флегмамен будың өтуіне арналған ойық болады — 3. Насадқаны қолдану мақсаты флегмамен соғысу аймағы үлкен болғандықтан оған будың араласып кетпеуі үшін. Осыған байланысты насадқа бірнеше қабаттарға бөлінеді, ал насадкалар орналастырылатын тарелкалар келіп жатқан ағынды бөліп тұрушы арнайы конструкциялы болады. Насадкалы колоннаны қолдану тиімділігі өте жоғары. Кемшіліктері: 1) насадканы ылғи насадканы жауып жұмыс істеуін нашарлататын қалатын шайырлы бөлшектерден тазалап отыру үшін колоннадан алып шығып отырады. 2)бу қысымы мен флегмаға тусушінің санын арнайы мөлшерде қадағалап отыру.

 

 

 

4 сур. - Қалпақты құрылғы тарелкалары: 1-пластина, 2- стакан, 3-қалпақ , 4 бу патрубогы , 5-қалпақ кесінділері ,6-сақиналы аймақ , 7 бөгет 8- колоннаның қабырғасы.

 

Тарелкалық колонналарда 1 (4сурет ) флегма мен будың әсерлесу аймағын үлкейту үшін арнайы конструкиялы насадкалы тарелка қолданылады. Тарелка өз кезегінде формасын өзгерткен пластинаға ұқсайды 4 және жауып тұрушы қалпақ 3 сілтімен бірге 5 (кесінділері). патрублар, сақиналы аймақ арқылы 6 және тесіктер арқылы тарелкаға сұйық қабаты арқылы өткізіледі. Сұйық қабатының тұрақтылығын жерасты аралықпен тұрақты етеді (перегорордок) 7. Артық салмақты ағып кететін станканмен т-мен жатқан тарелкаға салады. Тарелкалы колоннаның жұмыс істеу негізі флегма мен газдың бірге байытылуымен тығыз бацланысты, газ қысым астында жүреді соның өтуі арқасында жоғарыдан төменгі қабатқа әрбір тарелкаға флегма өтеді. Соның арқасында бу флегмадан кішкентай көпіршік болып бумен сұйықтың араласу аймағына өтеді.