Мұнайды өңдеу процестері

    1888 жылы барлық жаңғыш қазбалар каустобиолиттер деп аталған.

   Олар 2 топқа бөлінген: көмірлер және битумдар. Битумдарға (лат. «битумен» -шайыр) мұнайды және жанғыш газдарды да, сонымен қатар мұнайға тектес қатты заттар да жатыстырылған.

   1987 жылы Хьюстон қаласында XII дүниежүзілік мұнай конгресінде мұнайлардың тығыздығы бойынша жалпы жіктелу схемасы қабылданған:

1. жеңіл мұнайлар-870,3 кг/м3

2. орта-920,0 кг/м3

3. ауыр-920,0-1000 кг/м3

4. өте ауыр-1000 кг/м3 жоғары, тұтқырлығы 10000мПа/с кем емес.

5. табиғи битумдар-1000 кг/м3, тұтқырлығы жоғары.

Құрамындағы майлар бойынша табиғи битумдардың жіктелу схемасы:

1. Мұнай - майлардың үлесі 65%-тен жоғары.
2. Мальталар - 40-65%, бұл қара түсті, өте қою шайырлы мұнайлар. Олар күкірт пен оттекке бай болады.
3. Асфальттар – 25-40%, қоңыр-қара түсті немесе қара, тұтқырлы, аздап созылымды немесе қатты аморфты заттар.
4. Асфальтиттер - 25 %-тен төмен деп қабылданған қатты заттар.

Мұнай өндірісі дамуына байланысты алғашқы кезде мұнайларды тек тығыздығы бойынша ажыратқан. Олар жеңіл, орта және ауыр болып тығыздығы бойынша бөлінген. Табиғи күрделілігіне байланысты мұнайдың зерттелуі әр түрлі аспектілері бойынша жүргізіледі. Бүгінгі күні мұнайдың жіктелу 3 тобы белгілі: химиялық, геохимиялық (генетикалық), технологиялық (өндірісті,тауарлы). Мұнайдың қасиеттері құрамына, ал құрамы генезисіне байланысты болғандықтан оның жіктелуі сипаттамасы да шартты болып келеді.

   Сонымен қатар түрлі классификациялары нәтижесінде құрастырылған мұнайдың шифрі арқылы оның жалпы сипаттамалары, ең тиімді өңдеу әдістері, мұнай өнімдерін жақсарту қажеттілігін негіздеу туралы ұсыныс жасауды жеңілдетеді.

    Технологиялық сипаттама. Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар ретіндегі сапасы әр түрлі технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл көрсеткіштер әр алуан. Фракциялық және химиялық құрамынан басқа көрсеткіштері:

• Тығыздығы;
• Молекулалық массасы;
• Тұтқырлығы;
• Температуралық сипаттамалары ( лап ету, тұтану, өздігіне тұтану, лайлану температурасы және т.б)

 Көптеген сипаттамалары зертханалық  бақылау және технологиялық процестерді реттеу үшін қолданылады, сонымен бірге мұнай көрсеткіштерінің мәндері мұнай зауыттарындағы аппараттарды есептеу үшін қажет. Мұнайдың техникалық сипаттамаларының біразы жіктеуде пайдаланылады. Осындай көрсеткіштер шамаларының анықтаудың стандартты әдістері, сонымен бірге олардың есептеуге мүмкіндік беретін жартылай эмпирикалық әдістер болады.

   Тығыздық. Мұнай өнімдерін тиеу, тасымалдау, сақтау және тұтыну процестеріне әсер ететін негізгі сипаттамаларының бірі. Тығыздық мәні бойынша оның сапасын және бағасын айтуға болады. Мұнай өнеркәсібінің дамуының алғашқы кезеңінде шикі мұнайдың сапа көрсеткішін тек тығыздығы арқылы анықтаған. Әдетте, мұнайдың экологиялық жасы үлкен болса, оның орналасу тереңдігі үлкен, тығыздығы аз болады. 

    Мұнай фракцисының тығыздығы оның химиялық және фракциялық құрамына байланысты.

    Құрамында арендер көп болатын мұнай фракциясына қарағанда парафинді мұнайдан алынған фракциясының тығыздығы аз болады.

   Мұнайдың қайнау температурасы  жоғарылаған сайын және онда ароматты көмірсутектер қатарының болуымен тығыздығы жоғарылайды. Бұған бензин фракциясындағы көмірсутектер мөлшерін анықтаудың өлшемдік тәсілі негізделген. Берілген температурада тығыздықты анықтау-мұнай құрамын анықтау процесіндегі кең таралған әдістердің бірі. Бірақ әдетте, көмірсутектердің молекулалық массасының жоғарылауымен және парафиндерден олефиндерге, нафтендер мен ароматты қатардың көмірсутектеріне ауысқанда тығыздықтың артатынын есте ұстаған жөн.

      Мұнай фракциясының тығыздығы қысымға да байланысты. Көбінесе мұнай фракциясы қоспаларының тығыздығын, әсіресе араластырылатын өнімдердің тығыздығы өзгеше болса, бұл ереже әрдайым сақталмасада аддетивті шама ретінде табылады.

    Тығыздықты анықтау резервуарлардағы мұнай мөлшерін есептеуде өте маңызды. Мұнайды галлон, баррель, куб метр, тонна, экзаджоуль мен (1018 Дж) сондай-ақ Британдық жылу бірлігімен ( БЖБ немесе ВТИ ) өлшейді.  

   Молекулалық масса. Молекулалық масса (М.М) бірнеше құрамынан тұратын мұнайды талдау үшін қолданылады. Мұнай және мұнай өнімдері үшін молярлық массаның орташа мәні алынады да, ол қоспадағы компоненттердің құрамы мен сандық қатынастарына байланысты болады.

    Мұнайдың сұйық көмірсутектерінің 1- ші өкілі пентанның молярлық массасы 72-ге тең. Мұнайдың шайырлы заттарында оның мәні 1500-2000-ға дейін жетуі мүмкін. Мұнайдың біразы үшін орташа молекулалық масса 250-300 аралығында болады. Мұнай фракцияларының қайнау шегін арттырған сайын олардың молекулалық массасы біртіндеп 90-нан ( 50-100˚С фракциясы үшін) 480-ге дейін ( 550-600˚С фракциясы үшін) артады.

    Осы тәуелділікті ескере отырып Б.П. Воинов мұнай фракциясының молекулалық массасының формуласын ұсынды:

                    М=60 + 0,3*tорт+0,001* tорт.м*

   Мұндағы, tорт.м – фракциялардың орташа молярлық қайнау температурасы. Бірақ бұл формула тек көміртек атомдарының саны 4-тен 15-ке дейін болатын алкандарға бай фракцияларға қолданылады. 

Тұтқырлық. Сыртқы күштердің әсерінен бөлшектерінің орын ауыстыруына қарсы тұратын сұйықтардың қасиеті- тұтқырлық немесе іштей үйкелу деп аталады.

    Мұнай өнімдерінің тұтқырлығы двигательдерді, машиналар мен механизмдерді пайдалану кезінде сұйықтықтармен газдардың қозғалуын анықтайды, оны тасымалдауда энергия шығынына зор әсер етеді және т.с.с.

    Басқада сипаттамалары тәрізді тұтқырлық химиялық құрамына байланысты және жоғарылаған сайын тұтқырлығы артатын молекула аралық әсерлесу күштерімен анықталады.

    Тұтқырлықтың шамасына температураның тигізетін әсері зор. Төменгі температурада, әсіресе қатаю температурасына жақын температурада көптеген мұнай өнімдерінің тұтқырлығы дереу жоғарлайды. Жоғары температурада мұнай өнімдері сұйылады. Көптеген майлар мен басқа мұнай өнімдері температураның кең диапазонында қолданылатын болғандықтан тұтқырлықтың температураның қисығының сипаты олардың маңызды сапалық сипаттамасы болып табылады. 

    Температуралық қасиеттері. Мұнай өнімдерінің температуралық қасиеттерін сипаттау үшін лап ету, тұтану температурасы, өздігінен тұтану, лайлану температурасы т.б сияқты көрсеткіштер енгізілген.

Лап ету температурасы. Білгілі бір стандартты жағдайда мұнай өнімдері буының ауамен қоспасы қопарылғыш зат болып келетін және отты жақындатқанда лап ете түсетін температураны айтады.

Тұтану температурасы. Қыздырылған мұнай өніміне жалынды жақындатқанда5 секундтан кем емес уақыт бойы жанатын температураны айтады. Тұтану температурасының лап ету температурасынан әрдайым жоғары болатындығы белгілі.

Өздігінен тұтану температурасы. Мұнай өнімін қыздырғанда оның ауамен қоспасы отты жақындатпасада өздігінен тұтана алатын температураны айтады.

Лайлану температурасы. Парафинді көмірсутектер мен мұз кристалдарының түзілуі салдарынан лай пайда болу температурасы. Лайлану температурасы отындардың төмен температурада ауадан ылғалды жұту қабілетін көрсетеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. 2.1 Мұнайды өңдеу процестерінің жіктелуі. 

    Мұнай өңдеу заводтардың технологиялық процестерін екі топқа бөледі: физикалық және химиялық.

   Физикалық процестер арқылы мұнайды құрамындағы компоненттерді химиялық өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция, абсорбция, кристалдану және т.б процестер жатады. Химиялық процестерде мұнайдың өңдеуіне бастапқы шикізаттың құрамында болмайтын жаңа өнімдерді химиялық өзгерістер арқылы алады.

    Химиялық процестерді активтендіру әдістері бойынша термиялық және термокаталитикалық процестерге бөледі. Химиялық өзгерістердің түріне байланысты үш топқа бөлінеді:

1. Деструктивті процестерде шикізаттағы қосылыстардың ыдырауы арқылы төмен молекулалық көмірсутектер және тығыздану процестер нәтижесінде жоғары молекулалық өнімдер түзіледі;
2. Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің өзінде түзілетін сутектің қатысуымен жүреді;
3. Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы оттегімен, су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксидтерімен және т.б) көміртек оксидтерін, сутегі, элементті күкірт битумжәне т.б түзе жүреді.

   Мұнай өңдеудің басты процесі- (ЭТҚ- электр тұссыздандыру және сусыздандыру қондырғыдан кейін) атмосфералық айдау (АТ атмосфералық айдау қондырғыларда) процесі болып табылады. АТ-да отын фракцияларын (бензин, шам керосині, реактивті және дизель отындары) және қазандық отынның компоненті немесе терең өңдеу шикізаты ретінде қолданатын мазутты бөліп шығарады.

    Атмосфералық айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жақсартуға ұшыратады: гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық риформинг арқылы- бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның шикізаттарын-жеке ароматты көмірсутектерді (бензол, ксилолдар және т.б) бөліп алу.

    Мұнайды МӨЗ- да « арналы схема» деп аталатын технологиялық процестердің белгілі тізбегі бойынша өңдейді. Шартты түрде бұл процестерді мына топтарға бөледі:

• біріншілік өңдеу (тұссыздандыру және сусыздандыру, мұнайдың атмосфералық және атмосфералы-вакуумды айдау, бензиндердің дизельді  және  май  фракцияларының екіншілік айдау);
• термиялық процестер (термиялық крекинг, висбрекинг, кокстеу, пиролиз);
• термокаталитикалық процестер (каталитикалық крекинг және риформинг, гидротазалау, гидрокрекинг);
• мұнай газдарын өңдеу процестері (алкилдеу, полимерлеу, изомерлеу);
• майлар мен парафиндерді өндіру процестері (деасфальттау, депарафиндеу, селективті тазалау, адсорбциялық және гидоргендеу қосымша тазалау);
• битумдар, жағармайлар, присадкалар мұнай қышқылдарын, техникалық көміртектің шикізатын алу процестері;
• ароматты көмірсутектерді алу процестері (экстракция, гидродеалкилдеу, деалформинг, диспропорциялау). 

   Мұнай өңдеуінің  негізгі жолы бар: отын алу, отын және май алу, мұнайхимиялық жолы.

Отын алу варианты бойынша мұнай негізінен моторлы және қазандық отындарға өндіріледі.

   Терең емес өңдеуінде мотор отындардың яғни мөлдір фракциялардың шығымы 60%-тен аспайды және қазандық отынның шығымы жоғары болады. Мұнайдың терең емес отын алу варианты өңдеуге қатысатын технологиялық қондырғылардың саны ең аз және капиталдық қаржы бөлу жағынан ең арзан болып табылады. Негізгі кемістігі мұнай өңдеу тереңдігі төмен (50-55%) болуы.

    Егер өңделетін мұнай немесе мұнайлар қоспасының құрамына қарай жоғары сапалы автомобильді  және реактивті бензиндер, дизель отынды алуға мүмкіншілік болса, онда мұнайды терең өңдеу процестерін ұшыратып қазандық отындардың шығымын минимумға түсіреді. Мұнай өңдеу тереңдігін 90%-ке дейін жеткізуге болады. Бұл жағдайда екіншілік процестер-әдетте каталитикалық крекинг, каталитикалық риформинг, гидрокрекинг, гидротазалау арқылы-ауыр фракцияларынан жоғары сапалы отындар алады. 

   Отын және май  алу жолы. Мұнайды отын және май алу мақсатында шикізат ретінде тікелей айдау қалдығы (мазут) (>350˚С) қолданылады. Оны вакуумдық айдау нәтежесінде шыққан вакуумдық газойль фракциясын-отын алу схемасы,ал май фракцияларын-май алу схемасы бойына өңдейді.

   Мұнайхимиялық (комлексті) варианты бойынша мұнайдан жоғары сапалы отындар жағармайлар мен бірге ауыр органикалық синтездің шикізаттарын, азотты тыңайтқыштар, синтетикалық каучук, пластмассалар, жасанды талшықтар, жуғыш заттар, майлы қышқылдар, фенол, ацетон, спирттер, эфирлер және т.бхимиялық заттар алатын күрделі физико-химиялық процестер жүргізеді.

    Сондықтан өңдеудің мұнайхимиялық жолы күрделі технологиялық схемалардың тіркесімдерінен тұрады және өте үлкен капиталдық қаржылылығымен сипатталынады.

     Төменде мұнай өңдеуінің отын және отын-май варианттары және арнаулы жалпы схемалары келтірілген.

    Біріншілік айдау және мөлдір фракцияларын жақсарту қондырғылармен қатар МӨЗ-дің құрамын әдетте гидрокрекинг, каталитикалық крекинг және кокстеу қондырғылары кіреді. Каталитикалық  крекинг және кокстеу арқылаы түзілген жеңіл қанықпаған көмірсутектердің негізінде автомобиль бензиндердің жоғары октанды комопненттері –алкилат немесе метил-трет-бутил эфирін алады (МТБЭ).

   Майлардың өндірісінен гудронды деасфальттау, май дистиляттарын және деасфальтизаттарын селективті тазалау, рафинаттарды депарафиндеу, гидротазалау, тазартылған дистилятты және қалдық майларды присадкалармен  араластыру.                                                                        

 

   Мұнайды өңдеу процестерінің жіктелуі: