Мазутты вакуммдық айдау

Бірақ құрамында бензин фракциялары көп (15% жоғары ）мұнайларды осы типтес қондырғыларда айдалғанда, жылу алмастырғыштарда және пештегі иілген құбырлардағы қысым күрт көтеріледі. Бұл қолданылатын құрал-жабдықтардың жоғарғы төзімділігін және оларға қажетті металл шығынын көбейтуді талап етеді, шикі затты айдаушы сорап желісіндегі қысымды көтереді. Одан көбірек, егер айдауға, судан және тұздардан тазартылмаған мұнай берілсе, онда ол пештегі қысымды көтереді, иілген құбырлардың қабырғасының мүжілуіне алып келіп соғып, соның салдарынан авария болу қаупі пайда болады.

Екі рет буландыруда газ, су және бензиннің негізгі бөлігі мұнайдан пешке бармай жатып бөлінеді. Бұл жағдайда пештің де, негізгі ректификациялаушы колоннаның да жұмысын жеңілдетеді және ол екі қайтара буландыру желісінің негізгі жетістігі болып саналады. Екі қайтара буландыру жүйесі, әсіресе өңдеуге түсетін мұнай табиғаты қайта-қайта өзгеріп тұратын жағдайда, ыңғайлы.

Екі рет буландыру қондырғыларында, мұнайдан бір рет буландыру сияқты, дистилляттарды бөлу тереңдігінің дәрежесіне жету үшін, оны жоғары темпратураға дейін (360-370⁰С） қыздыруға тура келеді. Екі рет буландыру қондырғысында ректификациялау колонналарының, шикі зат сораптарының саны екі рет көбейеді, конденсацсиялаушы жабдықтар мөлшері өседі [2,3].

2.1.2 Вакуумды құбырлы қондырғылар

Вакуумда  айдау қондырғылары мен блоктарда  мазутты бір рет буландыру  жүйесі (2(а)-сурет）көп тараған. Бірақ тәжірибе көрсеткендей, мұндай блоктарда өте таза ректификациялаумен бөлінген айдалу шектері тиянақты вакуум дистилляттарын, жоғары сапалы майлар дайындауға пайдаланатын, алу өте қиын вакуум дистилляттарының орта қайнау темпратураларының бір-біріне ауысуы 70-130⁰С аралығында құрайды.

Вакуум  дистилляттарының таза бөлінуін жақсартуды, ректификациялаушы табақшалардың  санын көбейту арқылы жетуге болады. Бірақ мұндай шешім әр уақытта тиімді бола бермейді, себебі табақшалардың саны көбейген сайын вакуумм азаяды, төменгі табақшалардағы темпратура көтеріледі де бөлу тереңдігі және дистилляттарының сапасын көтерудің тағы басқа жолы – екі рет буландырумен айдаудың жүйесін қолдану (2(б)-сурет.）Бұл жүйе бойынша, бірінші вакуум колоннасында алшақ аралықта қайнайтұғын май фракциясын алу көздеген, ол пеште қыздырылған соң екінші колоннада тар аралықта қайтпайтұғын фракцияларға бөлінеді.

I—мұнай; II—сулы бу; III—конденсирленбеген газдар мен булар; IV, V, VI— майлы айдалымдар; VII— гудрон.

2-сурет. Мұнайды бір рет (а)  және екі рет (б) буландырудың  вакуумды айдау жүйесі

Екі баспалдақты вакуум айдауында айдауға қосымша отын, бу, электр энергиясы жұмсалады. Бірақ  бұл шығындар бөлінген май, дистилляттарының сапасының артуынан және ақырғы алынған  өнімнің сапасының жақсаруы өтеледі. Бір фракцияның екінші фракцияға ауысуының орта мәні 30-60⁰С дейін төмендейді [2,3].

2.1.2.1 Май варианты бойынша мазутты вакуумды айдаудың технологиялық ерекшелігі

Май варианты бойынша мазутты вакуумды айдаудың негізгі қолданысы –  берілген тұтқырлықтағы тар май  фракциясын алу. Ол тауарлы майды  алудың базалы негізі болып табылады, оны қажетсіз компоненттерден (шайырлы  – асфальтенді заттардан, полициклді ароматты  көмірсутектерден, қатты  парафиндерден) кезекті көпсатылы  тазалаудан өткізіп алады.

Тауарлы майдың көптеген сапасының, қасиетінің көрсеткіштері (тұтқырлық, тұтқырлық  индексі, газ түзілу қасиеті, тұтану температурасы және т.б.), сонымен  қатар майлы өндірістегі тазалау  процесінің техника-экономикалық көрсеткіштері  көбінесе бастапқы мұнай мен майлы  фракциялардың сапасымен анықталады. Сондықтан да ВТМ процестерінде  отын профилді вакуумды айдаумен салыстырғанда  шикізатты таңдау мен фракциясының тура бөлінуіне қатаң талаптар қойылады. Біздің еліміздегі май өндірудегі ең көп массалық шикізат батыс-сібір (сомотлор, усть-балык, сосникалық) және еділ-урал (туймазин, ромашкин, волгоград) мұнай қоспалары болып табылады. Мұндай мұнайдан жоғары сапалы май  алу үшін 50⁰С-тық минималды қайнау температурасының аралас диятиляттарының майлы фракцияларын алу керек. ВТМ ректификациялық колонналарындағы фракциялардың берілген тура бөлінілуін қамтамасыз ету үшін табақша санын (әр дистиллятқа 8-ге дейін) көбейтеді, буландырғыш секцияларды, бір колонналы мен екі колонналы айдау сұлбасын кең қолданады [3,4].

Айтып кететін жағдай, бір  колонналы ВТМ екі колонналы  ВТМ капиталды және эксплутациялық шығындарынан озады, бірақ фракцияларды дәл бөлуден: әдетте қайнау температурасының берілуі аралас диятиллят арасында 70-130⁰С-та, қалып қалады. Соның өзінде ректификацияның дәлдігін көтеру табақша санын арттырумен іске аспайды, өйткені колоннаның қоректендіру секциясында вакуумды тереңдіктің төмендеуіне байланысты. А суретіндегі ВТМ қондырғысының жұмысында колоннаның қоректендіру секциясындағы қысым 13-33кПа  ұсталып тұрады жоғарғы жағының қысымы 6-10кПа және мазутты қыздыру температурасы 420⁰С  жоғары емес болады. Колоннаның төменгі жағына 5-10%(гудронға) сулы бу жіберіледі. Б сурет бойынша ВТМ жұмысында екінші колоннада терең вакуумның болуы міндетті емес, ондағы  бөлудің жоғары эффектісі табақша санының көтерілуімен жүзеге асады. Бірінші колоннаға кіре берістегі мазуттың қызу температурасы 400-420⁰С және вакуумды айдаудың екінші сатысындағы кең май фракциясы – 350-360⁰С болады [4,5,6].

2.1.2.2 Насадкалы колонналардағы мазуттың вакуумды (терең вакуумды) айдалуы

Соңғы жылдары әлемдік мұнай өңдеуде  мазутты вакуумды айдауда регулярлы  типті насадкалы-контактілі қондырғылардың табақшалыға қарағанда теориялық  табақшаның бірлігіндегі гидравликалық  кедергісінің төмен болу сияқты маңыздарға қасиеттерге ие болғандықтан кең  қолданылады.

Регулярлы насадканың бұл артықшылығы вакуумды ректификациялық колонналарды конструктирлеуге мүмкіндік береді, олар 600⁰С дей3нг3 0айнау температурасының соңы газойльді (майлы) фракциялардың терең таңдалуын қамтамасыз ете алады  Немесе берілген таңдалу тереңдігіне май дистилляттарының фракционерлеуінің дәлдігін көтере алады.

Қазіргі кездегі жоғары өндірісті регулярлы  насадкасын қолдану вакуумды колонналар ұйымдастырылу әдісінде, сұйық пен  бу қозғалысының салыстырмалы контактісінде  келесі екі түрге бөлуге болады: қарама-қарсы ағынды және айқасқан [4].

Регулярлы насадкалы қарама-қарсы вакуумды колонналар дәстүрлі аз тонналы насадкалы  колонналардан конструктивті аз айырмашылықта болады: шашыратпалы  насадканың орнына колонна қимасында  біртекті сұйық бүріккіштің таралуын қамтмасыз ететін блок немесе регулярлы  насадка мен қондырғыдан тұратын  модульдер орналастырылады. Күрделі  колонналарда блок (модульдердің) саны алынатын мазут фракциясының санына тең.

Суретте гримма (ФРГ) фирмасының қарама-қарсы  ағынды вакуумды насадкалы колонна  конструукциясының принципиальді  сұлбасы көрсетілген. Ол терең вакуумды мазутты айдауды қайнау температурасының соңы 550⁰С дейін таңдалатын вакуумды газойль алуға арналған. Бұл процестің келесі артықшылықтары берілген:

- жоғары өнімділік мазут бойынша  4млн/т жылына;

- жоғары қайнау температурасы  550⁰С, төмен кокс дәрежесімен (0,3%-тен кем емес Конрядсон бойынша) және металл құрамы бойынша (V+10Ni + Na) терең вакуумды газойль алу мүмкіндігі;

- пештен кейінгі мазут қызуының  температурасының (10-15 °С-қа) төмендігі;

- колоннадағы қысым жоғалымының  екі есе төмендеуі;

- буландыруға кеткен сулы будың  шығының әлдеқайда төмендеуі;

Айқасқан  насадкалы колоннада (АНК) булы және сұйық фазалы контактың гидродинамикалық жағдайлары қарама-қарсы ағындыдан  әлдеқайда айырықшаланады. Қарама-қарсынасадкалы колоналардағы насадка колоннаның барлық көлденең қимасын алады, ал бу мен сұйық бір-біріне бір бағытта қозғалады. АНК насадкалы колоннаның көлденең қимасының тек бір бөлігін ғана алады (әртүрлі геометриялық фигуралар: сақина, үшбұрыш, төртбұрыш, көпбұрыш және т.б.) [5,6,7].

Айқасқан  регулярлы насадкалы қарама-қарсы насадкаға арналған дәстүрлі материалдардан жасалады: тоқылған немесе тігілген металл торынан (қос насадкалы деп аталады), пластан. Буға горизонтальді бағытта және сұйыққа вертикалды бағытта нәзік келеді. АНК биіктігі бойынша бірнеше сақинаға (модульге) бөлгіш плитамен ажыратылған, олар регулярлы насадканың сұйықты реттейтін бүріккіш элементінің бірегей қоспасын құрайды. Әр модульдің имегінде фазалардың айқасқан контактісі, яғни насадкадағы сұйықтың қозғалысы жоғарыдан төменге, ал будікі –горизотальді бағытта қозғалады. Яғни, АНК да сұйық пен булар тәуелсіз көлденең бағытында өтеді. Олардың ауданын реттеуге (ол жобалаушыға қосымша еркіндік дәрежесін береді), ал айқасқанда – тура сондай көлденең бағытында реттеуге болады. Сондықтан фазалардың айқасқан контактісі сұйық және бу бүріккішінің қалыңдығының өзгеруіне және насадкалы қабаттың көлденең қимасының ауданын оптималды жағдайда белгілі бір шектегі тығыздығын реттеуге мүмкіндік береді де, айқасу кезіндегі бу жылдамдығының (горизонтальді қимадағы есептеуінде) гидравликалық кедергісінің төмендекуінен және колоннаның тұрақты жұмысының кең диапозонында, аппараттың жалпы сақтау принципі мен айқасқан фаза артықшылығында бірнеше есеге көтеруін қамтамасыз етуге болады, ал сонымен бірге тұншығу, байпасты ағынның түзілуін, шашыратуын және де басқа дефектерді жоюға болады, олар қарама-қарсы насадкалы және табақшалы колонналарға сипатты.

Басқа жағынан қарағанда, насадкалы колоннадағы  процестерде жай вакуум айдау  режимінде жүзеге асыруға болады, бірақ фракцияға бөлінудің жоғары дәлдігімен, мысалы жай дистилляттардының  болуымен. Оегулярлы насадкалардың  төмен гидравликалық кедергісі  вакуумды колоннаға стандартты өлшемді  теориялық тарелкалардың санын  3-5есе көбірек «негізуге» мүмкіндік береді. Насадкалы колоннаның терең вакуумды эксплуатациясының тағы да бір нұсқасы, мұнда мазуттың айдалуы қызуы төмен температурада немесе сулы будың берілмеуі арқылы іске асады.

  АНК-ның жоғарыда көрсетілген тағы да бір артықшылығысұйықталған  бүріккіштің жоғары тығыздықты ұйымдастырылу мүмкіндігі –мазутты айдадың вакуумды және терең вакуумды қондырғысының жоғары өнімділікті эксплуатациясы үшін өте маңызды, олар диаметрі үлкен колонналармен жабдықталған. Салыстыру үшін қарама-қарсы және айқасқан вакуумды колонналарға диаметрі 8м (көлденең қима ауданы ≈ 50м²) алынған сұйық бүріккіштің мөлшерімен салыстырылады. Қарама-қарсы ағында бүріккіштің төменгі тығыздығы (≈20м³/м²сағ) қамтамасыз еткенмен, колоннадағы 50х20=1000м³/сағ сұйықтың бүріккуіне тосып қойылады, оны техникалық жүзеге асыру мүмкін емес. Соның өзінде колоннаның қимасы бойынша мұндай мөлшерде бірдей таралуын ұйымдастыру өте күрделі қиындық туғызып отыр.

АНК-да қарама-қарсы колонналарға қарағанда, оның насадкалы қабаты ауданның көлденең қимасының тек горизонтальді бөлігін алады. Осы жағдайда вакуумды АНК-да сұйықтың бүріккуін ұйымдастыру үшін қимадағы сияқты 25м³/м²сағ болас да керек болады, ал энергетикалық жағынан тиімді, ол ол техникалық жағынан қарапайым, суретте вакуумды айқасқан насадкалы колонна конструкциясының принципиальді сұлбасы көрсетілген, ол ПО «Салаватнефтеоргсинтез» АВТ-4 енгізген. Ол арлон мұнай мазутының кең вакуумды газойлін – каталитикалық крекинг шикізатының таңдалуына арналған [6,7,8]. 

2.1.2.3 Мазутты фракционирленуінің дәлдігі үшін майлы дистиллятты алуда айқасқан насадкалы колонналар

Айқасқан  насадкалы колонналар (АНК) оларда орналасқан насадкалы блоктың мөлшеріне  байланысты және қоректендіру зонасында  жететін вакуум тереңдігін келесі нұсқауларда  қолдануға болады:

а) терең таңдалған терең вакуумды айдаудың нұсқасы, бірақ вакуумды дистилляттың дәл фракционирленуінде, егер АНК  контактың теориялық сатысының  шектелген санымен жабдықталған болса;

б) жай вакуумды айдаудың нұсқасы, бірақ  таңдалған дистилляттың фракционирленуінің жоғары дәлдігі, АНК-ның контактісінің теориялық саты санының көп болып жабдықталуына байланысты болады.

Майлы дистилляттарды алуда  мазутты фракционирлеу үшін қайнаудың  өте тар температурасы интервалында аралас функцияның қайнау температурасында екінші нұсқа өте эффективті болып  саналады [6].

2.1.2.4 Вакуумды колоннаның конденсациялы-вакуум түзілу жүйесі

Вакуумды  колоннадағы берілген вакуум тереңдігі  конденсациялы-вакуум түзілу жүйесі (КВТ) АВТ қондырғысының бу конденсациясы жолымен, колоннаның жоғарғысымен кететін және газ бен будың конденсацияланбайтын эжектрленуі (сулы бу, H₂S, CO₂, шикізаттың термиялық бөлінуінің өнімдері және жеңіл фракциялар мен КВТ тығызсыздығынан өтетін ауа) түзіледі.

АВТ заманауи қондырығысының конденсациясы  – вакуум түзілу жүйесі конденсация жүйесінен, вакуумды сорап жүйесіне, барометриялық құбырдан, газосеператордан және конденсат жинағыштан тұрады.

Тәжірбиеде  будың конденсациясы үшін келесі екі әдісті қолданады:

1) вакуумды колоннаның секциясынан жоғары ректификациямен конденсациясы:

- жоғары циркулияциялық бірігу (ЖЦБ) немесе

- өткір бүріккіш (ӨБ);

2) колоннада емес конденсатор-тоңазытқыш шығаруындағы ректификациялық конденсация:

- сұйық немесе аумен жылуалмастырудың  беттік типі (ЖБТ);

- сумен немесе газойльмен араласатын  барометрлі типі (БКА) хладогент  және абсорбент рөлін атқарады;

- булы эжекторлардағы сораптарды (БЭК) судың саты аралық конденсаторларында орналасады.

Колоннада жеткілікті терең вакуумды құру үшін жоғарыда көрсетілген конденсация  әдістерінің барлығын бір кезде  қолдану міндетті емес. Сондықтан  КВЖ-ға екі конденсация булы әдісін колоннаның жоғарғы секциясына қосу міндетті емес, осы мақсатта екі әдістің біреуін қолдану жеткілікті. Бірақ та ЖЦБ тиімдірек және кең қолданысқа ие, өйткені ӨБ салыстырғанда бу конденсациясының жылуын толығымен утилизациялауға, вакуум колоннасының жоғарғы жағында төмен температураны 60-80⁰С шегінде оптималды ұстап тұрып, сонымен бу мен газдың көлемін біршама төмендетуге мүмкіндік береді. Колоннада емес АВТ қондырғысының екі түрінде ректификациялық булы конденсация әдісінде араластырудың барометрлік конденсаторы, төмен гидравликалық кедергісі мен газосеператорды қолдану қажеттігі керек емес болып қалады. БКА-ның кемшілігі – айдалымдағы судың мұнай өнімімен және күкртсутекпен хладогентті қолдануда ластанады. Соған байланысты хладогент және абсорбент ретінде суытылған вакуумды газойльді қолдану перспективті болыптабылады. КВЖ-ның экологиялық талаптары заманауи жоғары өнімділікті АВТ қондырғысының беттік конденсатор-тоңазытқыштың газасеператормен қоспасында енгізіледі.

Қазіргі кезде вакуум-сорап ретінде ағынды сораптарды – бір және екі немесе үшсатылы эжекторларды сулы будағы және оның конденсациясының аралығындағысын (АЭН) қолданады. Булыэжекторлы вакуумды сораптар бірнеше принципиалды кемшіліктерге ие (жағымды әректтің төмен коэффициенті, сулы бу мен оның конденсациясы үшін суытылған судың біршама  шығыны, суытылған судың және де т.б. ластануы).