Мұнайды тұзсыздандыру

КІРІСПЕ

Қазіргі нарықтық жағдайдағы кәсіпорындардың бәсекелесуіндегі мәселелер шығарылатын өнімнің сапасының жоғары болуымен тікелей байланысты. Отын-энергетика саласындағы кәсіпорындар үшін инновациялық стратегияны дамыту – аз шығындалып, мақсатты өнім шығымын арттыру, ХТП қарқындандыру арқылы өнімнің неғұрлым сапалы түрлерін алу жолында жаңа технологияны ойлап табу және енгізу болып табылады.

Қолданыстағы  қондырғылардан алынатын өнім сапасын  және өндіріс әсерін айтарлықтай  арттыруға көмірсутекті шикізаттарға дәстүрлі емес әдістермен, әсіресе арасындағы айрықша әмбебап, әсерлі және техникалық жағынан қарағанда күрделі емес болып табылатын магнитті өңдеу қолдану арқылы жол табуға болады. [1-5]

Көмірсутек шикізатын қайта өңдеу процестерінде магнит өрісін қолдану жақын аралықта қолға алынды. Бұл аймақтағы зерттеулер көп емес, магнит өрісін қолдану әдістерінің бір-бірінен айырмашылығы бар, ал алынған нәтижелер көбінесе салыстырылатындық емес. Соған қарамастан, магнит өрісін қолдануда көмірсутекті шикізаттарды қайта өңдеуде пайдаланудың қарапайымдылығы, реагенттерді қолданбауы, экологиялық таза және жедел шығын орнының өтелуі сияқты жағымды жақтары мұнай технологиялық процестердің қарқындануына жаңа мүмкіндіктер ашады. [1 Пивоварова Сыркин]

Халық шаруашылығын дамытудағы басты мәселелердің бірі – еліміздің отын және энергия қажеттілігін қамтамасыз ету болып табылады. Энергетикалық ресурстар өндірісі құрылымында табиғи газ және мұнай өндіру үлесі күн санап қысқаруда. Мұндай жағдайда халық шаруашылығында мұнай қолданысының тиімділігін арттырудың негізгі факторы ретінде мұнай қайта өңдеу саласының басты мақсаты қайта өңдеуді тереңдету болып табылады. Есептеулер бойынша, мұнайды қайта өңдеу тереңдігін қазіргі деңгейге қарағанда 1,2-1,4 есе арттырсақ, мұнай шығынын 20-35%-ға кемітуге болады.

Мұндай міндеттің  шешімін термокаталитикалық процестерді  кеңінен қолдану негізінде мұнайды  терең қайта өңдеудің икемді технологиялық  жүйелерін дайындау арқылы табуға болады.

Қайта өңдеуге  түсетін мұнайдың құрамында хлоридтердің және судың болуы құрылғыны хлорсутекті коррозияға душар етеді, құрылғылардың ұзақ уақытқа тұрып қалуына, екіншілік процестерде қолданылатын қымбат катализаторлардың қызмет мерзімінің қысқаруына және тауарлық мұнай өнімдерінің сапасының нашарлауына әкеледі.

Мұнай құрамында қабатталған судың болуы оның құбыр өткізгіштерде тасымалдануын қымбаттатады. Судың мөлшері көп болған сайын оны буландыруға және конденсациялауға жұмсалатын энергошығын артады (бензинге қарағанда 5 есе артық). Тасымалдау шығыны сонымен қатар қабат суымен эмульсия түзетін мұнай тұтқырлығының артуымен де түсіндіріледі.

Мұнайдағы механикалық  қалдықтар су көпіршіктеріне адсорбцияланып, мұнай эмульсияларының тұрақты  болуына әрекет жасайды.

Тұрақты эмульсиялардың түзілуі сусыздандыру және тұзсыздандыру процестерінде пайдалану шығынын арттырады, сонымен қатар қоршаған ортаға зиянды әсерін тигізеді, өйткені қабат суын бөлгенде мұнайдың аз бөлігі эмульсия түрінде сумен бірге лақтырылады да, ағызынды суды ластайды. Механикалық қоспалардың артық мөлшерінде құбырлардың тозуы күшейіп, аппараттарда қабаттар түзіліп, ол жылу беру коэффициентін және құрылғылардың өнімділігін төмендетеді.

Сусыздандыру  және тұзсыздандыру процестерін  тереңдетуге бағытталған зерттеулерде мұнайды тұщы сумен шаймалау айтарлықтай  орын алады. Шаймалаудың рационалды схемасын қолдану – шаятын судың шығынын кемітеді, демек, канализацияға түсетін судың да мөлшерін азайтады.

1. Әдеби бөлім
1. Мұнай туралы жалпы мағлұматтар

Мұнай – жердің қалдық қабатына көп тараған сұйық, жанғыш материал. Мұнай және одан жер бетіне бөлінетін табиғи өнімдер – асфальттар және битумдар адам баласына көптен белгілі. XVIII ғасырдың соңынан бастап мұнай өңдеудің өнімі – керосинді үйлерді және көшені жарықтандыруда пайдалана бастады, ал XIX ғасырдан бастап ішкі жану қозғалтқыштарын ойлап табуға байланысты мұнай өнімдері әр түрлі жол көліктерінде негізгі отын болды.

Мұнай құрамы жөнінен  көміртегі мен сутегінен бөлек  оттекті, күкіртті, азотты қосылыстардың, көмірсутектердің (алкандар, циклоалкандар, арендер) қоспасы болып саналады.

Мұнай – сыртқы көрінісі бойынша май тәрізді  сұйықтық. Мұнайдың түсі ондағы шайыр  заттарының мөлшеріне және құрылымына байланысты: қара, қызғылт, бурыл, ашықтау  түсті және тіптен түссізі де белгілі. Мұнай судан жеңіл және онда іс жүзінде ерімейді. Онң тұтқырлығы оның құрамына байланысты, бірақ барлық жағдайда судың тұтқырлығынан жоғары. Мұнай – жанғыш зат, оның жану жылуы пайдалы қазбаларға қарағанда (көмір, торф) жоғары. Ол шамамен 42 МДж/кг құрайды. Мұнайдың қатты жанғыш қазбалардан айырмашылығы: күлі аз болады.

Мұнайдың орысша атауы нефть – ол нафат деген, ағын жиналушы, ағын шығушы мәнін беретін  парсы сөзінен шыққан.

Мұнайдың түзілуін анықтау қазіргі ғылымның ең күрделң  проблемасы болып табылады. Геологтер  мен химиктердің басым көпшілігі  мұнайдың түзілуінің органикалық теориясын жақтайды, бірақ кейбір ғалымдар мұнайдың бейорганикалық заттардың әр түрлі химиялық өзгерісінің нәтижесінде табиғатта абиогенді тәсілмен түзілуін жақтайды. Мұнайдың бейорганикалық түзілу теориясын алғашқылардың бірі болып Д.И.Менделеев 1877 жылы ұсынды. Оның жорамалы бойынша, мұнай көмірсутектері жер астында металл карбидтердің сумен әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі. Бірақ мұнай құрамындағы көптеген әр түрлі құрылымды көмірсутектердің пайда болуын карбид теориясымен түсіндіру мүмкін емес.

Мұнай түзілу –  өте күрделі, көп сатылы және көп  уақыт жүретін химиялық процесс. Мұнайдың дүниежүзілік барланған қоры – 306млрд.тонна. оның 95млрд. тоннасы  – өндірістік өндірілетіні. Мұнай  кен орындарының дүниежүзілік елдерде  және аймақтарда орналасуы біркелкі емес. Жер шарында барлығы 10мың мұнай және газ кен орындары бар. Оның ішінде 1500 мұнай және 400-ден астам кен орындары біздің елде ашылған. Мұнайды өндіру басқа жанғыш қазбаларға қарағанда жеңіл. Оны тасымалдау құбырмен іске асырылады және оны қарапайым өңдеп, әр түрлі бағытта пайдаланатын өте көп өнімдер алады. Кезөкелген мемлекет экономикасы мұнайға көбірек байланысты.

1. Мұнайдағы оттекті, күкіртті, азотты қосылыстар

Оттекті қосылыстар. Мұнайдың құрамындағы оттектің көп бөлігі смолалы заттардың құрамына кіреді, оның 10% - ы органикалық заттар – карбон қышқылдары мен фенолдар. Моноциклді қосылыстардың формулалары:

немесе

Мұнай құрамында  кездесетін нафтен қышқылдары болып  табылады. Физикалық қасиеттері бойынша  нафтен қышқылдары – сұйық немесе кристалды заттар. Олар сілтімен әрекеттесіп, тұз түзеді:

Бұл реакция  мұнай фракцияларынан қышқылдарды  бөлуге көмектеседі. Бұл қышқыл-сілті  металдарының тұздары суда жақсы  ериді. Нафтенді қышқылдардың металдарында тұздар түзіледі, мұндай жағдайда олар мырышты, мысты, темірді, ең аз мөлшерде алюминийді бұзады. Керосиндерден және майлы дистиляттардан бөлінетін техникалық нафтен қышқылы еріткіштер, каучук, анилинді бояулар және әр түрлі лактар шығаруда қолданылады. Мұнай фенолдары көп мөлшерде болса да толық зерттелмеген, олардың арасында ең белгілісі – төмен молекулалы (С₆-С₉) фенолдар. Нейтралды оттекті қосылыстарды негізінен кетондар құрайды. Олар орташа және жоғары фракциялардан анықталады. Нафтен қышқылдарының және олардың сілті металдары мен тұздары көптен бері сабын есебінде қолданып жүр.

Күкіртті  қосылыстар. Күкірт – мұнайларда және мұнай өнімдерінде ең көп тараған гетероэлемент. Мұнайдағы оттекті қосылыстар сияқты, күкірт те оның фракцияларында әркелкі таралған. Оттекті қосылыстар бензинде кездеспейді, керосинді фракцияларда жеңіл май фракцияларына қарағанда аз кездеседі. Күкіртті қосылыстар да фракциялардың қайнау температурасы көтерілумен өседі. Мұнайларда күкірттің еріген элементі күкірт және күкіртсутегі, меркаптандар, дисульфидтер, сульфидтер, тиофеннің туындылары күйінде және тағы басқа түрде кездеседі. Мұнайдың құрамында меркаптанда және меркаптансыз болады. Меркаптанды-метанды болып келеді. Олардың мөлшері мұнайда аз. Меркаптандар негізінен мұнайдың жеңіл фракцияларында кездеседі. Барлық меркаптандардың иісі жағымсыз, өте өткір. Осы қасиетін газ жүретін құбырлардың бүтіндігін, газ шығармайтынын білу үшін табиғи газға аз мөлшерде қосып, иісіне қарап анықтайды. Меркаптандар химиялық қасиеті жағынан спирттерге ұқсас. Меркаптандар өнімдерге өте зиянды қоспа болып саналады, себебі олар түсті металдарды коррозияға ұшыратады, крекинг бензинінде шайыр түзеді және мұнай өнімдерінде өте өткір, жаман иіс береді.

Сульфидтер  күкіртті қосылыстардың ішінде мөлдір дистиляттарда көп кездеседі. Тиофан және оның туындылары мұнайдың орта және жоғары қайнаушы фракцияларында болады.

Азотты  қосылыстар. Азоттың қосылыстары мұнайдың құрамында 2-3%, көп дегенде 10%-ға барады. Азоттың көпшілігі мұнайдың ауыр фракцияларында және қалдық өнімдерінде жиналады. Мұнайдағы азот қосылыстары негізді және нейтралды болып бөлінеді. Азотты негіздер мөлшері 30%-дай құрайды. Олар мұнайды айдағанда дистилятты өнімдерге ауысады. Мұнайда гетеросақиналы азот атомы бар өосылыстар да болады. Сақина саны 3-ке дейін болады. Олар – пиридин, хинолин, акридин. Мұнайдағы нейтралды азот  қосылыстары негізгі бөлікті құрайды (80%) және олар көбінесе жоғары температурада қайнайтын фракцияларда кездеседі. Нейтралды азот қосылыстарына: индол, карбозол, т.б. жатады: мұнай фракцияларының қайнау температурасы өскен сайын, оларда нейтралды азот қосылыстарының мөлшері көбейеді, негіздік азот қосылыстары азаяды. Азот қосылыстары қыздыруға тұрақты. Әсіресе, оттегісі жоқ болса, мұнай өнімдерінің пайдалану сапасына көп әсер етпейді, бірақ дизель отынын және мазутты көп сақтағанда, кейбір азот қосылыстары шайырға айналады. 

Өңдеуге түсетін  мұнай құрамында судың және тұздардың  болуы мұнай өңдеу зауыттарының жұмысына көп зиян келтіреді. Судың  мөлшері көп болса, мұнай айдау  қондырғысының аппараттарында қысым  көтеріледі, олардың қуаты кемиді, суды қыздыруға және буландыруға артық жылу шығарылады.

2. Мұнай дисперсті жүйелерінің қасиеттері мен құрылысы туралы

Мұнай және мұнай  өнімдерін мұнайлы дисперсті  жүйе ретінде қарастыру олардың  қозғалысын, химиясын, және оларда жүретін реакциялардың механизмін айқындайды. Солай жүйенің тәртібін және процестердің қарқындандыру жолдарын болжауға мүмкіндік береді. Соңғы үш онжылдықта МДЖ-ның табиғаты және қасиеттері, құрылысы жайында, мұнай, газ, конденматтар және және олардан өңдеп алынған өнімдер қандай болатыны жайлы қарқынды зерттеулер жүріп жатыр. Жан-жақты анализ және мұнай жүйелерінің компоненттерінің физикалық және химиялық әрекеттесулерін қарастыруларды біріктіріп, мұнай және мұнай өнімдерін өндіру, тасымалдау және өңдеу процестерін қарқындандыруға жаңа мүмкіндіктерге қол жеткізуге болады.

Мұнай және мұнай  өнімдері құрамында табиғаты, молекулалық  массалары әр түрлі көмірсутекті және көмірсутекті емес компоненттер болатыны мәлім. Мұнай және мұнай  өнімдерінің химиялық құрамын қарасатыра отырып, шартты түрде төрт құрамдас топты атап өтуге болады: төменмолекулалы және жоғарымолекулалы көмірсутектер, шайырлы-асфальтенді көмірсутекті емес заттар, гетероатомды қосылыстар. Мұнай және мұнай өнімдерінің физика-химиялық қасиеттері ондағы компоненттердің сандық құрамы және әрекеттесу дәрежесі мен сапалық характеристикаларына тәуелді болады.

Мұндай жүйеге магнит өрісімен әсер еткен кезде спиндер вектор бағытына қарай және оған қарсы бағытта  бағдарланады. Магнит өрісінің әсерінен магниттік бірыңғайлану жүреді. Ол ұжымдық қасиет көрсететін аса корреляцияланған жүйенің пайда болуына әкеліп соқтырады.

Сол кезде молекулалар  кеңістіктегі орындарын ауыстырады. Соқтығысудан болған ядроаралық қашықтық пен молекулалардың геометрияларының бұрмалануы жүреді. Содан ядролар арасында әрекеттесу энергиясының өзгеріс заңы жүреді, содан кейін электрондық ауысулардың кванттық секірісі болады. Ол диссоциациялық-ассоциациялық процестердің пайда болуына әкеледі.

Магнит өрісі әсерінен синглетті-триплетті ауысуулары нәтижесінде жаңа радикалдар немесе бирадикалдар түзіледі. Синглеті-триплетті ауысулардың магниттік әсері электрондар мен ядролардың поляризациясын туғызады. Радикалды реакциялардағы спиндік поляризация мен магниттік әсерлер – жалпы физикалық механизммен негізделген бір-бірімен тығыз байланысты екі құбылыс. Жүйеге магнит өрісімен әсер еткенде оның энергиясы емескі өзгереді. Энергетикалық тосқауылдың алдын алу үшін жүйеге өте аз әсер еткенде өзгеріске ұшырайтын активтілік энергиясы қажет. Ал ондай әсер ретінде магнит өрісін алуға болады.

Деэмульгирлеу әдістері

Мұнай эмульсияларын  деэмульгирлеудің негізі мұнайды өңдеуге  дайындауда екі процестің де негізінде  жатады: сусыздандыру және тұзсыздандыру. Сусыздандыру кезінде бастапқы мұнай  эмульсиясын, ал тұзсыздандырғанда  жасанды эмульсияны деэмульгирлейді. Жасанды эмульсияны мұнайды сумен араластырып жасайды.(промывная вода). Мұнай эмульсиясын бұзудың механизмін 3 үлкен кезеңге бөліп қарастыруға болады:

• су тамшыларының(глобулы) түйісуі;
• олардың  ірірек тамшыларға қосылуы;
• тамшылардың түсуі немесе олардың бірыңғай су фазасы түрінде бөлінуі.

Су тамшыларының соғысуының максималды мүмкіншілігін  қамтамасыз ету үшін, олардың мұнайда  қозғалыс жылдамдығын әр түрлі әдістермен арттырады: қыздыру, ультрадыбыс, электрлік майдан, ортадан тепкіш күштер көмегімен және т.б. араластырғыштарда, қоспалауыштарда араластырамыз. Алайда тамшылардың бірігуіне олардың түйісуі жеткіліксіз, деэмульгаторлардың көмегімен немесе басқа да әдістермен су тамшыларының сыртындағы қабаттардың құрылымдыөмеханикалық беріктігін әлсіретіп, оларды гидрофильді ету керек.

Сайып келгенде, мұнайдан ірі су тамшыларының тез  және толық тұнуына ең жақсы деген  жағдайларды жасау керек.

Стокс заңына сәйкес, түсіп жатқан бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы олардың радиусының квадратына, диспергерленген бөлшек пен ортаның тығыздық айырымына, ауырлық күшінің үдеуіне тура пропорционал, қоршаған бөлшектер мен ортаның тұтқырлығына кері пропорционал. Бөлшектердің өлшемдері кішкентай болған кезде тұну жылдамдығының аз болғаны сонша, тіпті ұзақ уақыт аралығында эмульсияның қабаттасуы байқалмайды. Сәйкесінше тамшылардың өлшемін, судың және мұнайдың тығыздықтар айырымын арттырып, мұнайдың тұтқырлығын кеміту арқылы тамшылардың түсу жылдамдығын арттыруға болады.