Ауыр мұнай шикізатының висбрекингі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МАЗМҰНЫ

 

І. Кіріспе...................................................................................................................3

ІІ. Негізгі бөлім......................................................................................................4

2.1. Ауыр мұнай шикізатының  висбрекингі.........................................................4

2.2. Шикізат және оның  термиялық крекинг кезінде түрленуі...........................5

2.3. Термиялық крекинг  процесінің негізгі факторлары.....................................9

2.4. Висбрекинг процесіне  арналған қондырғылар............................................12

2.5. Висбрекинг процесінің өнімдері...................................................................16

ІІІ. Қорытынды......................................................................................................19

ІV. Пайдаланылған  әдебиеттер тізімі..................................................................20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Мұнай және газ - қазіргі заманда негізгі қуат көзі болып отыр. Олардан алынған отындар негізінде құрлық, әуе және су транспорттары, жылу электр станциялары жұмыс істейді. Қазіргі уақытта мұнай өндеудің біріншілей және екіншілей 150-ден астам процестері белгілі. Өнімдерді жақсарту және технологияны жаңарту мақсатында жаңа, болашақты зерттемелерді өнідіріске енгізу жоспарланған.

Мұнай өнімдерін  және мұнайдан химиялық шикізатты өндіру мұнай өндеу зауыттарында (МӨЗ) ұйымдастырылған. МӨЗ-да мұнайды өңдеу әртүрлі технологиялық процестер, біріншілік және екіншілік процестер арқылы жүзеге асады. Біріншілік процестерді мұнай өндеудің алғашқы процестері ретінде қолданады. Бұл процестер дайын мұнай өнімдерін алу үшін жеткіліксіз процестер болып табылады. Сондықтан сапалы дайын мұнай өнімдерін шығару үшін, термиялық (термиялық крекинг, пиролиз, кокстеу), термокаталитиклық (каталитикалық крекинг, каталитикалық риформинг, изомеризация, алкилдеу) және гидрогенизациялау (гидрокрекинг, гидротазалау) процестерін қолданады.

Термиялық процестер  жоғары температурада өтеді. Олардың  қатарына: термиялық крекинг және висбрекинг; кокстеу; пиролиз; битумды  өндіріс; техникалық көміртек өндірісі жатады.

Жоғары қысымдағы  термокрекинг (2-4 МПа) екіншілік немесе ауыр дистилляттарды фракциялардың және олардың қоспаларының қалдық өнімдерінен, жеңіл көліктер жанармайларын өндіру үшін арналған.

Висбрекинг (ағылшын  тілінен аударғанда «тұтқырлықты төмендету») – төмен қысымдағы және 500°C температурадағы  жеңіл термокрекинг процесі болып табылады. Бұл процесс ауыр мұнай қалдықтарынан қазанды отындардың құрауыштарын (мысалы, гудронның) немесе арнайы көміртекті материалдардың өндірісі үшін қажет шикізат - дистиллятты өнімдерді алу үшін арналған. Висбрекинг термокрекингке қарағанда қатаң жағдайларда жүргізіледі, бұл, біріншіден, крекингіленетін шикізат жеңіл, ал висбрекинг кезінде ауырырақ шикізат өнделетіндіктен; екіншіден, крекингтің мүмкін тереңдігі кокс түзілумен шектелетіндіктен (температура 440 - 500°C, қысым 1,4 – 3,5 МПа). Висбрекинг процесі ең жақсы дамитын процестер қатарына жатады, себебі, бірқатар маркетинг мәселелерін шешуге мүмкіншілік береді.

 

2.1. Ауыр мұнай шикізатының висбрекингі

Висбрекинг - ауыр мұнай шикізатынан тауарлы қазанды отынды алу үшін, олардың тұтқырлығын төмендету мақсатымен салыстырмалы түрде жұмсақ шарттарда өтетін (5 мПа-ға дейін қысымның астында және 430-490°С температурада) мұнай қалдықтарының (мазуттар мен гудрондардың) терең емес айырылуы жүретін термиялық крекинг процесінің жеңілдетілген процесі, сондай-ақ, сұйық фазада өтетін эндотермиялық процесс болып табылады. Висбрекингтің жарық мұнай өнімдерін өндіруді арттыру мүмкіншіліктері алынатын қалдықтың сапасына қойылатын шарттарға байланысты шектеулі. Бұл процесте айналу дәрежесі минималды болады, гудроннан жарық мұнай өнімдерін алу 5 - 10%-дан, ал мазуттан - 16 - 22%-дан аспайды.  Бұл кезде 75%-дан асатын шартты түрде айналмайтын қалдық - қазанды отын алынады. Қазіргі заман талаптарына сай келетін мұнай өңдеу зауыттарында висбрекинг келесі мүмкіншіліктерді береді:

• ауыр қазанды отында өндіруді кемітеді;
• ауыр, жоғарытұтқырлықты отындарды (гудрондарды) араластыру үшін қазанды отын ретінде қолданылатын тура айдаулы дистилляттардың мөлшерін азайтады;
• каталитикалық крекинг пен гидрокрекинг процестері үшін қолданылатын шикізат көзін кеңейтеді;
• моторлы және пешті отындардың компоненттері ретінде қолданылатын, жеңіл және орташа дистиллятардың қосымша мөлшерін өндіреді.

Басқа процестер алдында  висбрекинг процесінің артықшылықтарына жатады: процестің икемділігі, бұл тікелей ауыр мұнай қалдықтарын өндеуге мүмкіндік береді, салыстырмалы жеңіл технология, төмен капиталды және эксплуатациялық шығындар. Висбрекинг мұнай қалдықтарының жоғары емес конверсиясымен сипатталады, бірақ стандартты қазандық отының алу мақсатында бастапқы қоспа тұтқырлығын он және одан да көп есе төмендетеді, бұл сатуға арналған тура айдалған газойльдің көп бөлігін босатып алуға мүмкіндік береді.

Гудрон висбрекингінің процесі МӨЗ технологиялық схемасында маңызды рольге ие, өйткені  ол мұнай  өңдеу тереңдігіне және мұнай өнімдерін өндірудің жалпы экономикалық көрсеткіштеріне күшті әсер етеді. Нарық қажеттіліктеріне толықтай сай болу және келесідей мақсаттарға жету үшін өнімдер шығымының құрылысын түзетуге мүмкіндік береді:

• мұнай өңдеу тереңдігін 16 – 18 %-ға өсіру және 70 – 72 % дәрежеге жету;
• сатуға арналған вакуумды газойльдің қосымша көлемін босатып алу;
• құнды от жағуға арналған мазут өндірісін жоғарлату;
• автомобильді бензин өндірісін 1,4 – 2 % мұнайға өсіру.

 

 

2.2. Шикізат және оның термиялық крекинг кезінде түрленуі

Висбрекингтің негізгі шикізаты болып гудрон табылады. Одан басқа да ауыр мұнайларды, мазуттарды, деасфальтизация процесінің асфальттарын және басқа да мұнай қалдықтарын  өңдеуге болады. Висбрекинг шикізатының  тұрақты ауырлау тенденциясы байқалуда, бұл оның құрамында асфальтты шайырлы заттардың, тұтқырлығының және кокстенуінің жоғарлауымен байланысты.

Мұнай қалдықтары коллоидты жүйе болып табылады, ондағы дисперсті фаза жоғары молекулярлы  органикалық және гетероорганикалық  қосылыстардың мицеллары мен ассоциттарынан тұрады. Мицелла мальтенді фракциядан жоғары молекулярлы ароматты көмірсутектердің адсорбцияланған асфальтенді ядродан тұрады. Тұрақты қалдық фракцияда адсорбцияланған мальтендер жүйесі мынадай, ондағы барлық адсорбциялық күштер теңестірілген және мицела көмірсутектік фазамен (дисперсті ортамен) физикалық тепе-теңдікте орналасқан. Сонымен қатар шайырлар және ароматты көмірсутектер пептизациялаушы агенттер қызметін атқарады. Тепе-теңдік жүйеге сутегі мөлшері жоғары көмірсутектерді қосу салдарынан немесе температураны көтеруден бұзылуы мүмкін.

Температуралық  әсерді жоғарлату шамасына қарай  және висбрекинг процесінде конверсияның жоғарлауына қарай қалдықтың  қабаттануына тұрақтылығы төмендейді (кесте 1).

 

Кесте 1 – Конверсияның әртүрлі тереңдігінде қалдық қасиеттерінің өзгеруі

Көрсеткіштер	Бастапқы шикізат	Конверсия тереңдігіндегі қалдық
		15 % масс	25 % масс
Тығыздық, кг/м3	925	934	946
Тұнба мөлшері, % масс.	Іздер	0,02	0,04
Асфальтендер  мөлшері, % масс	0,7	6,5	10,0
Асфальтендердің салыстырмалы ерімейтіндігі	1,0	3,3	4,4

 

Термиялық әсері  кезінде реакцияның екі типі жүреді: крекингтің өзі және тығыздалу (полимеризация, конденсация).

Көмірсутектердің  термиялық тұрақтылығы келесі тәртіппен  төмендейді: н-парафиндер, изопарафиндер, циклопарафиндер, ароматты, нафтен-ароматты, полициклды ароматты көмірсутектер.

Көмірсутектердің  және реакцияның қосылыстарының бейімділігін сипаттау үшін активтену энергиясы  түсінігі қолданылады, ол реакцияға  түскен молекулалар ие артық энергиямен анықталады. Активтендіру энергиясы жоғары болған сайын жай молекулаларды активтіге түрленуі үшін өту керек энергетикалық кедергі береді. Орташа алғанда термиялық крекинг кезінде ыдырау рекакциясы үшін активтендіру энергиясы 210 – 250 кДж/моль құрайды және тығыздалу реакциясы үшін 125 кДж/моль.

Парафиндер  крекингі кезінде молекулалық массасы  төмен парафинді және олефинді көмірсутектер  түзіледі. Парафиндер ыдырауының жылдамдығының  молекулалық массасының және молекуладағы көміртек атомдарының саны өсуімен  өзгеруі график түрінде жақсы көрсетіледі (сурет 1).

 

Крекинг жылдамдығының  константасы, Кх105
	Көміртек атомдарының  саны

Сурет 1 – Нормальды парафинді көмірсутектер крекингінің жылдамдық константасының көміртек атомдарының санына

(425°С  температурада) тәуелділігі

 

Графиктен көретініміз, бірдей 425°С температурада термиялық  крекингке ұшырайтын парафинді  көмірсутек молекуласының көміртек атомдарының саны мен крекинг  жылдамдығының константасы арасында тура сызықты тәуелділік байқалады. Бастапқы көмірсутектің молекулалық массасының жоғарлауы салдарынан оның термиялық тұрақтылығы төмендейді.

Ұзын қосымша  тізбегі бар нафтенді және ароматты көмірсутектер висбрекинг жағдайында крекингіленгенде соңғысында метил  және этил топтары қалады (нафтен сақиналары 490 °С температурадан жоғары болғанда ажырайды). Біруақытта нафтен сақиналарының ароматтануы (дегидрлену) жүреді.

Крекинг кезінде  циклді көмірсутектердің алкилдену  реакциялары айтарлықтай дәрежеде жүреді. Шайырлар молекулаларының крекингі C – S, C – N, C – O және басқа да гетероатомдардың әлсіз байланыстары бойынша жүреді. Шайырлар мен асфальтендер шикізаттың негізгі кокстүзуші компоненттеріне жатады.

Кокс түзілуіне  әкелетін тығыздалу мен конденсацияның екіншілей реакцияларының активтендіру энергиялары 251 - 377 кДж/моль және тмпература өскен сайын көріне бастайды.

Салыстырмалы  жұмсақ жағдайларда (түрлену дәрежесі 4 – 6 %) крекингтің біріншілей реакциялары  жүреді; қатаң  жағдайларда (түрлену  дәрежесі 6 – 7 %) екіншілей реакциялар да активтенеді.

Конверсия жоғарлаған сайын висбрекинг қалдығының шығымы төмендейді, ал оның кокстенуі және оның құрамындағы асфальтендер мөлшері жоғарлайды.

Қалдықтағы H/С, S/С, N/С атомдық қатынастарының өзгеруі  көп емес, бірақ асфальтендерде айтарлықтай (H/С және S/С шамаларының висбрекинг қатандығы жоғарлаған сайын төмендейтіні, бір уақытта N/С өсуі байқалады). Бұдан висбрекин кезінде асфальтендерде сутегі мөлшері азаятының көреміз. С – S байланысының энергиясы С - С байланыстарына қарағанда аз болғандықтан S/С қатынасының шамасының айтарлықтай төмендеуі жүреді.

Висбрекинг  өнімдерінде конверсия жоғарлаған сайын қанықпаған және ароматты көмірсутектер  мөлшері өседі. Бірдей тұнбатүзуші  сипаттамалары бар қалдықтар  алу арқылы жүргізілетін мүмкін конверсия  тереңдігінің кейбір кен орындарының  мұнайынан алынатын қалдық шикізат үшін көрсетілген көрсеткіштерден тәуелділігі келесі кестеде көрсетілген (кесте 2).

 

Кесте 2 – Әртүрлі мұнай қалдықтарының қасиеттері мен мүмкін айналу тереңдігі

Көрсеткіштер	Кен орындары
	Солтүстік теңіз	Парсы шығанағы	Оңтүстік Америка
Тығыздығы, кг/м3	925	971	986
Мөлшері, % масс.
Күкірт	0,4	3,4	2,8
Асфальтендер	0,7	4,8	11,6
Мүмкін тереңдігі	30	19	12

Крекинг тереңдігінің өсуіне байланысты крекинг-қалдықтың  тұтқырлығы экстрималды өзгереді: алдымен  минимумға жетіп интенсивті төмендейді, сонынан жоғарлайды. Айналудың аздаған тереңдігінде тұтқырлықтың төмендеуі төмен молекулалы массалы кішірек қозғалмалы екіншілей асфальтендердің түзілуімен сипатталады. Крекинг-қалдығынын өсуі тығыздалу өнімдері – тұтқырлық  тасымалдаушылары болып табылатын карбендер мен карбоидтардың түзілуімен түсіндіріледі. Соңғылары асфальтендер сияқты тұрақты колоидты ерітіндіде белгілі бір конверсия шамасына дейін сақталады, ол жоғарлағанда сақтау резервуарларында, жағуға арналған құрылғыларда немесе висбрекинг қондырғысында шөгінділер түзіледі.