Мазутты вакуммдық айдау

КІРІСПЕ

 

Біздің  республикамыздың жер қойнауы жердің маңызды пайдалы қазбалары –  мұнай мен газға бай екендігі мәлім.

Археологтар мұнайды пайдаланудың басталу уақытын  біздің заманымызға дейінгі 6 мың  жылдыққа байланыстырады. Біздің заманымызға  дейінгі 3 мың жылдықта Қосөзен мен  Мысыр мемлекеттерінде кірпіштен  және тастан салынған үйлердің, бөгеттердің, кеме тоқтайтын жерлердің және жолдардың  құрылысын салу үшін қолданылған  мастиканы дайындау үшін құммен және әкпен араластыра отырып, байланыстыратын  және су өткізбейтін зат ретінде  асфальтті пайдаланған [1].

Мұнай және газ – теңдесі жоқ өте құнды пайдалы қазба. Оларды өңдеуден шыққан өнімдерді жай тұрмысқа да және мемлекетті қорғауға да қажет. Олар өндірістің барлық саласында, көліктің барлық түрлерінде, соғыс және азаматтқ құрылыста, ауыл шаруашылығында, үй қызметінде , энергетикада және т.б. да қолданады. Соңғы бірер он жылдықта мұнай мен газдан көп мөлшерде әртүрлі мынандай химиялық материалдар ала бастады: пластмассалар, жасанды талшықтар, жасанды каучуктер, лактар, жуғыш заттар, минералды тыңайтқыштар және басқа. Мұнайды бекер «қара алтын» деп атамайды. Осы ғасырды мұнай мен газдың дәуірі деп атайды. Бұл кездейсоқтық емес, себебі дүние жүзі мемлекеттерінде елді мұнай мен газ қорымен қамтамасыз етуге баса көңіл аударылуда және солай бола береді.

Қазіргі кезге дейін мұнайды пайдалануды  энергиялық және көліктік бағыт негізгі  және басым болып отыр (өндірістің шамамен 90% дейін), былайша айтқанда оны энергетикада және көлікте қозғалтқыш отыны түрінде қолданылуы (автобензин, реактив,  дизель, және қазан отыны) басым. Бұл жағдайда мұнайдың басқа  жанғыш қазбалардың  арасында арзандығымен, жоғары колориялығымен, ыңғайлығымен, «тазалығымен» және жоғары концентрациялы энергия қоры болуымен және іс жүзінде  қозғалтқыштар отынын өндіруде жалғыз көз екендігімен түсіндіріледі.  Жалпы мұнайды дүниежүзілік экономикада  пайдалану бағытында оның электр және жылу энергетикада үлесін қазан  пеш отыны есебінде қолдануды  азайту, ал оның көліктік қозғалтқыш отыны  және мұнай химиялық шикізат есебінде көбейту көзделген.  Мүнайдың пайдалану  құрылымының былай өзгеруі соңғы  жылдарда оның ішкі жану қозғалтқыштары бар көлікте қолданылуы, энергетикадағы қолданылуының өсуіне қарағанда, жедел  болғандықтан, былайша айтқанда, қозғалтқыштандырудың электрлендіруден көп ілгері болғандығынан  деп түсіндіріледі [2].

1 Мұнайды алғашқы өңдеу

 

Мұнай өте күрделi парафиндер, нафтендер, ароматикалы және аралас көмірсутектердің бiр-бiрiнде еритiн, молекулалық массасы  және қайнау температуралары әр түрлi қоспалардан тұрады. Оны бiрегей жеке компоненттерге бөлу мүмкiн емес және ондай бөлу мұнай өнiмдерiн өндiрiсте пайдалануда қажет емес те. Іс жүзiнде мұнайды көмiрсутектерiнiң фракцияларына және топтарына бөледi де, олардың химиялық құрамын өзгерту мақсатында өңдейдi. Мұнайды өңдеу алғашқы (бiрiншi) және екiншi процестерне бөледi. Алғашқы процестерiне мұнайды, қайнау шектерiмен бiр бiрiнен айырмашылығы болатын, фракцияларға бөлудi, ал екiншiге- термиялық пен термокаталитикалық өңдеу процестерiн, тағы да мұнай өнiмдерiн тазалауды жатқызады.

Мұнайды алғашқы өңдеудегi негiзгi алғашқы немесе тура айдау  болып саналады, оны дитилляция мен  ректификация қолданып жүргiзедi [2].

1.1 Дистилляция

Дистилляция немесе айдау деп - сұйықтықтардың өзара  еритін қоспасын фракцияға, бiр бiрiнен  және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесiн  айтады. Айдау процесiне қоспа қайнағанға дейiн қыздырылады, осының нәтижесiнде  ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлiнiп конденсацияланады. Айдау  арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар, дистиллят және қалдық алады. Айдауды бiр қабат, көп рет  немесе бiртiндеп буландырумен жѕргiзедi.

Үздiксiз  жұмыс iстейтiн қондырғыларды өндiрiстiк  процестердiн негiзiн мұнайды бiр  қабат және көп рет буландыру  құрайды. Бiр қабат буландыру мен  айдауды мұнайды белгiлi температураға  дейiн қыздырады да, бу фазасына өткен  барлық фракцияны сұйық фазада бiр  рет сеператорда бөледi.

Фазаны  бөлу процесiн көп рет жүргiзуде бiр қабат буландыруды бiрнеше  рет қайталайды. Мысалы, мұнайды  көп рет буландыруды, ал алғашқысын одан жеңiл бензин фракциясын алатындай  температураға дейiн қыздырады  да, оны сұйық фазадан бөлiп  алады. Екiншi сатысында, қалған сұйық  фазаны жоғарылау температурада, мысалы, 350⁰С қыздырып, одан ауыр бензин, реактив және дизель отындарын бөледi. Мұның қалдығын гудрон дейдi. Яғни мұнайды бiртiндеп көп рет қыздырып, буландырып, әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады.Түзiлген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өндiрiстiк процестерi бiр рет пен көп рет буландыруымен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрi ректификациялауға негiзделген [2].

Бiртiндеп буландыруда қыздырудың нәтижесiнде  түзiлген бу айдау аппараттынан үздiксiз  шығарылып отырады. Бiртiндеп буландыруды  мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжiрибесiнде қолданылады, ал өндiрiсте мұнайды ертеректе  куб қондырғыларында қолданып келсе, қазiр оларды пайдаланбайды.

Бiр  рет буландыру процесiнiң бiртiндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бiр  рет буландыруда төменгi қайнаушы фракциялар буға айналып, аппарат iшiнде  қалады да, жоғары қайнаушы фракциялардың  сыбағалы қысымын төмендетедi. Бұл  айдауды салыстырмалы төмен температурада  жүргiзуге мүмкiндiк бередi.

Бiртiндеп буландыруда керiсiнше жеңiл фракцияларды алдымен бөлiп алады, ал ауырларын  соңынан бөледi. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлiнген жеңiл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына  әсер етпейдi. Жеңiл фракциялардың  әсерi арқасында бiр рет буландыруды  пайдалана отырып, бiртiндеп буландыруға  қарағанда, айдалатын шикi заттың температурасын 50-100⁰С төмендетуге болады. Қазiр мұнайды айдау қондырғыларында бiр рет буландыруды көп пайдаланады.

Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-500⁰С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-400⁰С дейiн -ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетедi. 450-500⁰С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтұғын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5кПа ) 200-250⁰С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжiрибесiнде қайнау температураны төмендету үшiн су буын да пайдаланады, мұнда оның әсерiмен көмiрсутектердiң сыбағалы қысымы төмендейдi [3].

1.2 Алғашқы айдау өнімдері

 Мұнайды атмосфералық қысымда алғашқы айдау нәтижесінде мынадай өнімдер алынады:

Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сұйытылған көмірсутекті газ (тұрақтандырушы басты  фракция). өнім мөлшері мұнайдың кен  орнындағы қондырғыларда қаншалықты терең тұрақталғанына байланысты болады. Бұл өнімді күкіртті қосылыстардан тазартылған соң, шаруашылықта отын, газдарды бөлу қондырғыларына, шикі зат есебінде пайдалануға болады.

Бензин фракциясы. 30-180⁰С аралығында айдалады. Каталитикалық риформинг қондырғыларында шикі зат есебінде қолданады, кейбір кездерде автобензин компоненті есебінде де пайдаланылады.

Керосин фракциясы. 120-315⁰С аралығында айдалады. Ауареактивті қозғалтқыштарда, жарық алуда, тракторлардың карбюратор қозғалтқыштарында отын есебінде пайдаланылады. Гидротазалау, сілтімен әрекеттеу немесе меркаптансыздандыру қондырғыларында күкіртті қосылыстардан бөлу және пайдалану сапасын жақсарту мақсатында қосымша әрекеттеуден өтеді.

Дизел фракциясы. 180-350⁰С аралығында айдалады. Бұрын дизел фракциясын атмосфералық газойл, соляр майы деп атап келді. Бұл фракцияны автомобилдерде, тракторларда, тепловоздарда, теңіз және өзен кемелерінде орналасқан дизел қозғалтқыштардың отыны есебінде пайдаланылады. Қажет болған жағдайда, оны гидрогенизациялық әдіспен күкірттен тазалайды.

Мазут. Бұл мұнайды атмосфералық айдаудың қалдығы. Қазан отыны есебінде пайдаланады, кейбір кездерде термиялық крекинг қондырғысының шикі заты бола алады.

Мазутта вакуумда айдаудан алынатын өнімдер  ассортименті, мұнайды өңдеу вариантына байланысты. Мазутты өңдеудің екі  жүйесі бар: май және отын алу.

Май алу жүйесінде мазутты өңдеуден 2-3 дистиллятты фракциялар алады, оның әрқайсысын одан әрі тазалаудан өткізеді; тазаланған өнімдерді әртүрлі қатынастарда араластырып, базалық майлардың  қажетті сорттардан дайындайды.

Отын  алу жүйесі бойынша, әдетте бір фракцияны, 350-500⁰С аралығында қайнайтұғын бөледі, оны каталитикалық крекинг немесе гидрокрекинг процестерінде шикі зат есебінде пайдаланады. Бұл фракцияны кейбір кезде вакуум газойлі деп те атайды.

Гудрон-мазутты  вакуумда айдаудан қалған қалдық; термиялық  крекинг, висбрекинг, кокстеу, битум  және майлар өндіру қондырғыларында  пайдаланады [3].  

 

 

 

 

2 Алғашқы айдау қондырғыларын кластарға бөлу

  Құбырлы қондырғылардың ректификациялау  колонналарындағы қысымға байланысты, олар атмосфералы (АҚ), вакуумды (ВҚ) және атмосфералы-вакуумды (АВҚ)  болып бөлінеді. Булану дәрежесінің  санына қарап, құбырлы қондырғыларды  бір, екі, үш және төрт рет  буланушы дер бөледі. Бір рет  буландырумен айдау қондырғыларында  мұнайдан бір ректификациялаушы  коллонада атмосфералық қысымда  барлық дистилляттарды – бензиннен  бастап тұтқыр цилиндр майына  дейін алады. 

Екі рет буландыру қондырғыларында  гудронға дейін айдауды екі сатыда жүргізеді: әуелі мұнайды атмосфералы  қысымда мазутқа, одан кейін оны  вакуумда гудронға дейін айдайды. Бұл  процестерді екі ректификациялаушы  коллоналарда іске асырады; оның біріншісінде атмосфералық қысым, екіншісінде –  вакуум ұсталынады. Мұнайларды мазутқа  дейін буландыруда атмосфералық қысымда екі ректификациялаушы  коллоналарда жүргізуге болады: біріншісінде ол бензинді ғана алады және бензинсізденген  мұнай айдаудың қалдығы болады; екінші коллонада бензинсізденген мұнай  жоғарылау температурада мазутқа  дейін айдалады. Мұндай екі коллоналы  қондырғылар атмосфералық құбырлы (АҚ) тобына жатады [2].

Үш  рет буландыру қондырғыларында  мұнайды айдауды үш коллоналарда жүргізеді: екі атмосфералық және бір  вакуум коллонасында. Мұнайды үш рет  буландыру қондырғысының басқа  түрі болып бір атмосфералық және екі вакуумды коллоналардан тұратын  АВҚ саналады. Екінші вакуум коллонасы  гудронды буландыра түсуге арналған, онда негізгі вакуум коллонасына  қарағанда, тереңдеу вакуум ұсынылады.

Төрт  рет буландыру қондырғысы, АВҚ  – ның бастапқы бөлігінде бензинсіздендіруші атмосфералық коллонасынан және соңғы  бөлігінде гудрон үшін буландыра  түсетін вакуум коллонасынан тұрады.

Қазіргі кезде мұнайды алғашқы айдауды  атмосфералық қысымда істейтұғын құбырлы  қондырғыларда (АҚ) жүргізіп, одан мөлдір өнімдер – бензин, керосин, дизел (газоил) фракцияларын алады. Мұнай  айдаудың қалдығын (өнімнің бастапқы қайнау температурасы 300-360⁰ С) мазут дейді. Егер мазутта қазан отынын көп алу қажет болған жағдайда, онда айдаушы атмосфералық қысымда жүргізумен шектейді. Мұнай шикі заты жеткіліксіз жағдайда, мұнай өңдеу бағыты тиімсіз болып саналады.

Мөлдір  мұнай өнімдерінің мөлшерін, оның мұнайдың бастапқы құрамындағыдан көп  өндіру үшін, мазутты әртүрлі термиялық  және каталитикалық процестерді  қолданып, те,рең химиялық өңдеуге  салады. Мазутты терең өңдеудің көп қолданып жүрген жүйесі бойынша, оны дистиллятты фракцияларға және бастапқы қайнау температурасы 490-520⁰ С жоғары тұтқырлы қалдыққа – гудронға алдын ала бөлу көзделеді. Мұндай бөлуді вакуумды құбырлы қондырғыларда (ВҚ), 5-8 кПа қалдық қысымда жүргізеді. Алынған дистиллятты фракциялар және гудрон дара ағым күйінде одан арғы өңдеу жіберіледі.

Гудронға  дейінгі айдауды, егер мазутта атмосфералық және мазутты вауумдық айдауды бір  құрастырма қондырғыда атмосфера-вакуумды құбырлы (АВҚ) қондырғыларда жүргізеді.

Көпшілік  зауыттарда мұнайды атмосфералық және мазутты вакуумдық айдауды бір  құрастырма қондырғыда атмосфера-вакуумды (АВҚ) қондырғыларда жүргізеді [2,3].

   

2.1 Мұнайды алғашқы айдау қондырғыларының технологиялық жүйелері

2.1.1 Атмосфералық құбырлы қондырғылар

  Олардың технологиялық жүйесіне  қарап, мұнайды бір рет және екі рет буландыру қондырғыларына бөледі.

Бір рет буландыру қондырғысында (1(а)-сурет.）мұнай жылу алмастырғыштармен құбырлы пеш арқылы ректификациялық колоннаға беріледі, оның эвапорациялық кеңістігінде бір рет булану жүреді. Одан кейін колоннаның консентрациялық бөлігінде булар ректификацтялаудың нәтижесінде мақсатты фракцияларға бөлінеді, ал айдаушы бөлігінде шикі заттың сұйық фазасынан тағы да ректификациялаудан тез қайнаушы фракциялар бөлінеді.

I—мұнай; II—газ; III—бензин; IV— керосин; V—дизельді фракция; VI— мазут; VII—су.

1-сурет. Мұнайды бір рет және екі рет буландырудың атмосфералық айдау жүйесі

Екі рет буландыру қондырғысында (2(б)-сурет.） жылу алмастырғыштарында қыздырылған мұнай бензинсіздендіруші деп аталатын коллонаға беріледі. Бұл коллонаның эвопорациялаушы кеңістігінде мұнайдың булануы жүреді. Мұнай 200-240⁰С дейін-ақ қыздырғандықтан, түзілген бу мөлшері аз және онда негізінен бензиін фракциялары болады. Концентрацияланушы бөліктің ректификациялаушы табақшаларында бензин ауыр фракциялардан бөдінеді де колонадан бу күйінде шығып кетеді. Бензинін бумен бірге мұнайды алғашқы айдаудан ілесіп келген су буы және газдар да бөлінеді.

Осылай  жартылай бензинсізденген мұнай  колоннаның түбінен құбырлы пеш  арқылы негізі атмосфералық колоннаға  беріледі, онда мұнайдың қайталап булануы  және булардың ауыр бензинге, керосин және дизел фраксияларына ректификацияланып бөлінуі орын алады. Қалдықта мазут қалады.

Бір рет буландырудың жетістігі жеңіл және ауыр фракциялар бірге буланады. Бұл әдіс мұнайды салыстырмалы төмен темпратурада қыздырумен ауыр компонеттерді тереңірек бөлуге мүмкіндік береді. Бір рет буландыру қондырғылары ықшамды, құбыр желісі қысқа, отынды басқа қондырғыларға қарағанда, аз қажет етеді.