Ректификация нефти

 

1.2 Мұнай мен  газдарды айыру және ректификациялау  жөніндегі жалпы мәліметтер

 

Айыру (дистилляция) - бұл бастапқы қоспадан қайнау температуралары бойынша бір-бірінен ажыратылатын мұнай мен газдардың фракцияларға физикалық бөліну процесі. Процесті өткізу әдісі бойынша қарапайым және күрделі деп бөледі.

 

Қарапайым айыру біртіндеп, бір мәрте және көп мәрте буландыру арқылы жүзеге асырылады.

 

Біртіндеп буландыру арқылы айыру мұнайды бастапқы температурадан соңғы температураға дейін біртіндеп жылытудан тұрады және процесс кезінде пайда болған буды үздіксіз бөліп және конденсациялап отырады. Мұнайды айырудың бұл әдісі лаборатоиялық тәжирибеде оның фракциялық құрамын анықтау үшін қолданылады.

 

Бір мәртелік айыру кезінде сұйықтық (мұнай) тиісті температураға дейін жылытылады, пайда болған және теңестірілуге жеткізілген буды сұйық фаза - қалдықтан бір рет бөледі. Бұл әдіс біртіндеп булау арқылы айыруға қарағанда бірдей температура мен қысым жағдайында айырудың көп үлесін қамтамасыз етеді. Мұнай айыру тәжірибесінде бұл жақсы қасиетті, мұнай крекингін болдырмайтын шектеулі температурада буды барынша іріктеп алу үшін қолданылады.

 

Көп мәрте буландыру арқылы айырудың мәні – алдыңғы процестегі қалдық қатынасымен салыстырғанда бір реттік айыру процесін барынша жоғары температурада және төмен қысымда ұдайы қайталау болып табылады. Күрделі айыру процесін дефлегмациялық және ректификациялық процестерден ажырата қарайды [2].

 

Дефлегмациялы айыру кезінде пайда болған буды конденсациялайды да, конденсаттың бір бөлігін флегма түрінде бу ағынына қарсы береді. Бу мен сұйықтық ағынынның түйісуі нәтижесінде, жүйеден кеткен бу төмен қайнайтын компоненттермен қосымша байиды, сөйтіп қоспалардың ажыратылуы жақсарады.

 

Ректификациялы айыру - Ректификациялық колонна деп арнайы қондырғылармен-ректификациялық табақшалармен немесе насадкамен-қамтамасыз етілген вертикаль цилиндр тәріздес мұнайды айдап өндеуге арналған аппаратты айтады (1.1 сурет). Табақшалар мен насадка колоннаның бойымен көтерілген будын төмен қарай ағатын сұйықпен тығыз жанасуын қамтамасыз етеді. Ректификациялық колоннаның жоғарғы жағынан төмен жатқан тәрелкелерге үнемі сұйық (флегма) ағып түсіп жатады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 сурет - Мұнайдың ректификациясы

 

 

Дайын өнімнің бір бөлігі (ректификакт) конденсацияланғаннан кейін байытылған сұйық (суармалау) түрінде жоғарыдағы тәрелкеге қайтарылып отырады. Колоннаның төменгі жағынан бу үздіксіз жоғары қарай көтеріліп отырады. Колоннада бу ағымын үнемі тудырып отыру үшін колоннадан шығарылатын қалдықтың бір бөлігі қыздырылып буға айналдырылады да колоннаға кері қайтарылып отырады.

 

Қарапайым және күрделі қоспаларды ректификациялау периодты немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске асырылады. Мерзімді (периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімділігі төмен қондырғыларда қөп мөлшердегі фракцияларды алу және бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет болған жағдайларда қолданады (1.2 сурет). Шикізат айдаушы кубқа 1 оның диаметрінің 2/3 биіктігіне дейін түседі, онда тұйық газдың буымен қыздырылады. Ректификациялық қондырғының жұмыс атқарушының бірінші кезеңінде қоспасының ең ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы: бензолдық басты одан соң ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау температурасы жоғарырақ компонентті алады (бензол, толуол және т.б). Өте жоғары температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан кейін, ол қайтадан шикізатпен толтырылады және ректифиуациялау қайтадан басталады. Кезендік процесі жылудың көп шығындылығымен және қондырғының төмен өнімділігімен шартталады. Үздіксіз әрекеттегі қондырғыда (1.3 сурет) аталып өткен көп кемшіліктер жоқ. Мұндай қондырғының принципі схемасы суреттее көрсетілген. Шикізат жылу алмасу бөлімімен 1 қыздырушы 2 түседі және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3 әртүрлі деңгейіне түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады және содан соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді. Бұл жағдайда ең ауыр бөлік қайтнатушыдан тізбектің төменгі жағына түсіріледі, және сұйық тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр фракцияларды өндеуге жіберіледі. Ал жеңіл фракциялар жоғарыдан тоңазытқыш-конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6

 

аккумулятордан ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл фракцияларды әрі қарай өндеу үшін жіберіледі. Алынатын өнімнің санына байланысты, ректификациялау тізбектері қарапайымды және күрделі болып бөлінеді. Біріншіден, ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай және жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға бағытталады. Олар бір бірімен жалғас қосылған қарапайым тізбектерді сипаттайды, олардың әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі компонентке бөліп отырады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат қоректендіру ыдысы деп аталады. Айдап шығаратын секциясының мақсатты өнімі болып,сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту секциясы қоректендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның мақсатты өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына өткір су буын ендіру қажет болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-айдаушы кубы, 2-ректификациялық  қондырғы, 3-конденсатор-тоңазтқыш, 4-аккумулятор, 5-тоңазтқыш, 6-сораптар.

 

1.2 сурет – Периодты  жұмыс жасайтын қондырғының принципті  схемасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- жылуалмастырғыш, 2-қыздырғыш, 3-ректификациялық колонна, 4-қайнатушы, 5-конденсатор-тоңазытқыш, 6-аккумулятор.

 

1.3 сурет – Үздіксіз  әрекеттегі қондырғының принципті  схемасы

 

Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:

1. Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-флегма.
2. Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу.
3. Төменде орналасқан тарелкеге ағатын сұйық-флегма.
4. Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу.

 

Ректификациялық колоннаның құрылысы жоғары көтерілетін будың жартылай конденсациялауына, сөйтіп табақшаларда жиналуына мүмкіндік береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын арқылы төмен ағып кетеді. Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқылы өтіп,жоғары көтеріледі. Көтерілу булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасында жанасуды қамтамасыз ететін құрылымының ішкі құрылысына сәйкес ректификациялау тізбектері қондырылмалы, табақшалы, роторлы және т.б болып бөлінеді. Қысымға байланысты олар: жоғарғы қысымдық ректификациялау, атмосфералық және вакуумдық тізбектеріне бөлінеді.

 

Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және оларды крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидрогенизациялауда қолданылады. Атмосфералық және вакуумдық ректификациялау тізбектері негізінде мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай өнімдерін және дистилляторларды айдауда қолданылады. Бұларды және сұықтарды біркелкі бөлу үшін қондырмалы тізбектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар, пирамидалар, цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған)-әдетте тығыздалған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6-дан 70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден бастап жоғары. Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады, олардың бу және флегманың ағып өту үшін тесіктері болады. Қондырғыларды қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныстыру үшін флегма мен булардың

 

бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту болады. Қондырмалы тізбектің дұрыс жұмыс атқаруы үшін өте мәнді болып ағып түсетін флегма мен булардың тізбекті көлденең кесу бойынша біркелкі таралуы болады. Бұдан жақсы әсерді қондырғы денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі бөлінуі және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді. Тәжірибеде мүмкін болған булар мен флегмалардың алғашқы біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты тізбек қабырғасына шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи отыруға ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөлінеді, ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструкциясы болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әрбір қабатынан кейін біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондырмалы тізбектерді пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады, дегенмен де қолайсыздықтар да бар: қондырғыны кезең-кезенде тізбектен шайырлық бөлшектерден бірте-бірте оларды қамтып алатын және оның сулануын төмендететін тазарту үшін шығарып алып отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану будың белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру үшін өте қатаң талаптарды алға қояды [3]. Тізбекте будың қысымы төмендеуде флегманың ағып түсуі жылдамданады және бу мен сұйықтың бірімен-бірінің жанасу беті күрт төмендейді. Будың қысымының өсуінде флегманың ағып түсуі баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында жинақталуына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына келтіреді (тізбектің «булығуына»). Бұл бу қысымының тізбектің төменгі жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте бу флегма арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің «булығу» салдарынан бу мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын алады. Табақшалы тізбектерде (1.4 сурет) бу ағымымен флегманың жанасу бетін көтеру үшін қондырғының орнына арнаулы құрылымдағы көптеген табақшаларды қолданады. Флегма табақшадан табақшаға төмен жіберетін құбырлар арқылы ағып түседі, бұнда аралықтар, табақшадағы сұйық қабатының тұрақты деңгейін қамсыздандырып тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға салынған жағдайда ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін түсетін флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің әрекект принципі-бу мен флегманың бірін-бірінің қанықтыруы саналады бу қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір табақшаға өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде өтуі есебінен бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.

 

 

1.4 сурет - Ректификациялық  колоннадағы бу мен сұйықтықтың  қалпақты табақшалар арқылы контактілеу

 

Табақшалар құрылымы сан алуан келеді.Торлы,шарбақты, каскадты,клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақшалар қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық талаптарға байланысты тандайды. Қазіргі кезде мұнайды өндеу үшін пайдаланылып жүрген қондырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колонналардан құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секцияларлы күрделі ректификациялық колонналар (1.5 сурет).

 

Мұнайды өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация процесін күрделі колонналардың әртүрлі комбинациялары іске асады. Шикізаттардың және арадағы өнімдердің ауысуына байланысты күрделі ректификациялық колонналардың, мысалы тізбектелген және асылмалы түрлері болады (1.6 сурет). Тізбектелген колонналарда әрбір кейінгі колоннаның ауыр өнімі біржолы өткен колоннаның флегмасы болып келеді (1.6 сурет, а). Асылмалы колонналарда негізгі колоннаға оның әртүрлі деңгейлерінен тіркелген көмектес колонналарға қосымша тазалауға дистилляттар келеді. Көмектес колонналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі. (1.6 сурет, б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I - шикізат, II - ректификат, III, IV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,

 

VI - қалдық, VII - су буы.

 

1.5 сурет - Бүйірінен шығарылған  айдау секциялары күрделі ректификациялық  колоннаның сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) колонналардың тізбектелген схема; б) асылмалы схема. 1.6 сурет - Асылмалы колонналар

 

 

2 Бөлім. Ректификация  процесі

 

2.1 Ректификация  процесінің технологиясы

 

Ректификация – будың конденсациялануы салдарынан сұйықтық пен бу қоспаларының қарама-қарсы ағысты әсерлесуі нәтижесінде біртекті қоспаларды құрам бөліктеріне бөлу процесі. Ректификациялық бағана бойымен жоғары қарай қозғалған бу төмен қарай қозғалған сұйықтықпен түйісіп, будың жартылай конденсациялануы мен сұйықтықтың жартылай булануы жүреді. Бу құрамынан жоғары температурада қайнайтын компонент, ал сұйықтықтан төиенгі температурада қайнайтын компонент бөлінеді. Осы процестің нәтижесінде төмен қарай қозғалған сұйықтық жоғарғы температурада қайнайтын компонетпен, ал бу төменгі температурада қайнайтын компонетпен байытылады. Бағананың жоғарғы бөлігінде төменгі температурада қайнайтын сұйықтықтан тұратын бу конденсацияланып, ректификат түрінде бөлінеді. Ректификация процесінің принципиалды сұлбасы (2.1 суретте) көрсетілген.

 

Бастапқы қоспаны сыйымдылықтан-1 сорғы-2 арқылы жылуалмастырғышқа-3 жібереді мұнда қоспа қайнау температурасына дейін қайнатылып колоннаға жіберіледі. Колоннаның жоғарғы бөлігінде жеңіл қоспа болады. Ректификаця колоннасында-4 тарелкалар орналасқан. Қайнатқыштан-5 шыққан бу төменнен жоғары қарай көтеріледі. Әр бір тәрелкеде жеңіл қоспалардың жарым жартылай конденсациясы болады, соның әсерінен будыңда жарым жартылай конденсациясы болады. Қайнатқыштан шыққан бу таза жеңіл компоненттей, ол жоғары көтерілген сайын жеңіл компонентке байыйды да колонадан таза бу ретінде шығады. Дефлегматорда-6 бу сұйыққа айналады. Сұйықтықтын бір бөлігі дефлегматордан өнделген өнім ретінде тоңазытқышқа-7 келіп мұздатылып, сыйымдылыққа-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим

 

компонентом [4]. Колоннадан сорғы-9 арқылы өнделген ауыр сұйықтық сыйымдылыққа-10 келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,8,10 -сыйымдылық; 2, 9-сорғы; 3-жылу  алмастырғыш; 4-ректификациялық колонна; 5-қайнатқыш; 6-дефлегматор; 7-тоңазытқыш.

 

2.1 сурет - Ректификация процесінің  принципиалды сұлбасы

 

Процестің негізгі мақсаты мұнайды фракцияларға бөлу болып табылады. Электротермиялық қондырғысында (ЭТҚ) сусыздандырылған және тұссыздандырылған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда мұнай 220-230 температураға дейін қыздырылады да, ары қарай ректификациялық колоннаға жіберіледі. Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай өнімдер түзіледі:

 

1. Негізінен пропан мен  бутаннан тұратын сығылған (сұйыққа  айналдырған)газ. Құрамында газ мол мұнайды өндегенде пропан-бутан фракциясы айдау қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес, сонымен бірге газ түрінде де бөлініп шығады.

 

2. Бензин фракциясы 30-180С аралығында айдалады. Бензин фракциясын автобензиннің компоненті ретінде, каталитикалық риформинг қондырғысының қажетті шикізаты есебінде пайдаланады.

 

3. Керосин фракциясы 120-315С аралығында айдалады. Реактивті авиация двигательдердің жанармайлары, шарық шаммайларында, тракторлық карбюраторлық двигательдердің отыны ретінде қолданылады.

 

4. Дизель фракциясы 180-350С аралығында айдалады. Бұрындары дизель фракциясын атмосфералық газойль деп атаған. Бұл фракцияны автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда,теңіз және өзен кемелерде орнатылған двигательдерінің жанармайы ретінде пайдаланылады.