Мазутты вакуммдық айдау

КВЖ АВТ қондырығысының биіктігі 10м кем емес барометрлік құбырды қосады, ал қоршаған ортамен вакуум колоннасының арасында гидробітеуіш рөлін атқарады.

Соңғы жылдары МӨЗ-дің вакуумды колонналарында жаңа жоғары эффективті, экологиялық таза КВЖ сұйық ағынды қондырғының вакуумды гидроциркулияциялық агрегатты (ВГЦ) қолдануымен енгізеді және эксплуатацияланады. ВГЦ агрегатында будың конденсациясы және газдың суытылуы сумен емес, ол суытылатын жұмыстық сұйықпен жүзеге асырылады. Булы эжекторды вакуум түзу үшін дәстүрлі қолданысы ВГЦ агрегаттық базасы негізінде келесі артықшылықтарға ие:

- өзінің жұмысы үшін су мен будың шығымын қажет етпейді;

- экологиялық қауіпсіздікті, төмен  су деңгейімен жұмыс істейді,  ластанған ақаба суларды түзбейді;

- терең вакуум түзеді;

- вакуумның жоғары жағынан шығатын  мұнай және газ жоғалымын толығымен алп тастайды;

- энергияны тұтыну мен шикізат  колоннасына эксплаутациялық шығындарды  әлдеқайда төмендетеді;

- газдарды айырғанға дейін сығуға  мүмкіндік береді [6,7,8].

 

3 Шикізат пен өнімдер сипаттамасы

 

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 [4,7,8].    

1-кесте

Вакуумды колоннаың шикізаты мен өнімдері  

Аталуы	Қайнау интервалы	Қайдан алынады	Қолданылуы
Мазут	ҚБ – 3600С	Атмосферлық айдалым (қалдық)	Вакуумды айдалым, гидрокрекинг, мазуты араластыруда.
Вакуумды газойль	360-5200С	Вакуумды  айдалым	Каталитикалық крекинг, гидрокрекинг, тауарлы өнімдер, мазуты араластыруда.
Гудрон	5200С - ҚС	Вакуумды  айдалым (қалдық)	Кокстеу, гидрокрекинг, мазуты араластыруда.

 

4 ЭЛОУ-АВТ-6 қондырғысының мазутты вакуумда айдау блогының принципиалды схемасы

 

Отын  профильді мазутты вакуумды айдау  қондырығысының (блогының) негізгі  қолданысы – кең фракциялы  құрамды (350-500⁰С) вакуумды газойль алу, ол каталитикалық крекинг, гидрокрекинг немесе пиролиз және кейбір жағдайларда дистилятты крекинг алудағы термиялық крекинг қондырғыларында шикізат ретінде қолданылады да, содан кеін жоғары сапалы мұнай коксын алу мақсатында кокстеуге жіберіледі.

Мазуттың тура (дәл) бөлінгенін (ажыратылғанын) вакуумды газойльдің фракциялық құрамы мен түсі бойынша біледі. Соңғы көрсеткіш шайырлы-асфальтенді  заттардың болуын қосымша айқындайды, яғни кокс дәрежесін және металл құрамын  көрсетеді. Металдар, сның ішінде никель мен ванадий гидроасылдандыру мен  газойльді каталитикалық қайта  өңдеу процестерінің катализаторларының активтілігіне, талғамдылығына және жұмыс  істеу мерзіміне кері әсерін тигізеді. Сондықтан да ВТ өндірістік қондырғыларының  эксплутациясында, сұйықтың (гудрон) вакуумды колоннаның концентрациясы секциясына көбік, тұман, шашыратуыш және т.б. түрінде  шығаруын төмендету маңызды. Осы  байланысты отын варианты бойынша вакуумды колонна өзінің аздаған табақша  санында дамыған секциясына ие: торланған  отбойниктер мен жуылғыш табақшалар, онда қараланған өнімнің рециркуляциясы ұйымдастырылады. Вакуумды газойльге  металорганикалық қосылыстардың түспеуін болдырмас үшін, кейбір кезде шикізатқа  аздағанмкөлемде антикөбікті присадка-силоксанды қосады [4,5].

3-сурет. ЭЛОУ-АВТ-6. Ортасында – атмосфералық колонна, оң жағында – вакуумдық колонна.

Вакуумды  айдау процестерінде сұйықты  шығару проблемасымен қатар, мақсатты өнімді максималды алу үшін оған жағымды  жағдай жасауға жоғары көңіл аударады. ВТ өндірістік қондырғысының эксалутациясында көп жылғы тәжірбиелер көрсеткендей, пештегі мазуттың қызуы 420-425⁰С температурадан жоғары болуы, газ айырылуының интенсивті түзілуіне, пештердің кокстелуіне, құбырдың бірігіп қалуына, вакуумды газойльдің шайырлануына әкеледі. Соның өзінде мұнай ауыр болған сайын, газ түзілу мен шикізаттың жоғарымолекуласы қосылыстарының термодеструкциясына өте қарқынды түрде әкеледі. Соның арқасында мазутты максималды шекті температураға дейін қыздырғанда, оның көп ағынды имекқұбырды (төртке дейін) құрып, екіжақты сәулелі пештерді қоданып, пеш имекқұбырына сулы буды беріп және трансферлі құбырдың (пеш пен вакуумды колоннаның арасында) ұзындығын, пеште болу уақытын төмендетеді. Колоннаның төменгі жағындағы температурасын төмендету үшін бөліктеп суытылған гудронның рециклін (квенчинг) ұйымдастырылады. Қысымыды төмендету мақсатында буландыру аймағындағы пештердің соңғы имекқұбырлары үлкен диаметрлі және мазуттың колоннаға кіруі мен оның пештен шығуының арасындағы биіктік өзгерісін төмендетеді. Вакуумды колоннада гидравликалық кедергісі төмен шектелген табақшалар мөлшерін немесе насадкаларын қолданады; вакуум түзетін жүйені, терең вакуумды қамтамасыз ететіндерді қолданады. Айдалым секциясындағы табақшалар мөлшері белгілі бір шекте болуы керек, қыздырылған гудронның аз болуын қамтамасыз ету үшін колоннаның куб диаметрінде төмендетеді [6].

Отын варианты бойынша  мазутты вакуумды айдау процестерінде  негізінен бір ретті булану сұлбасын қолданады, оның біреуін күрделі  ректификациялық колонна ретінде буландырғыш колоннадан шығарылатын дистиллятты фракциялардың болуы немесе болмауында қолданады. Негізгі вакуум колоннаның биіктігі бойынша қолданылған буландырғыш колонналарында бірнеше циркулияциялау бүріккішті ұйымдастырады. 

1-ВК; 2-вакуумды пеш; 3-буэжекторлы вакуумжы сорғыш; I-АТ төменінен шыққан мазут; II-жеңіл ВГ; III-ВГ; IV-қараланған фракция; V-гудрон; VI-ыстық сулы бу; VII-айырылу газдар; VIII-конденсат (су немесе мұнай өнімі).

4-сурет. ЭЛОУ-АВТ-6 қондырғысының мазутты вакуумда айдау блогының принципиалды схемасы

Атмосфералы колоннаның АТ блогының төменінен алынатын мазут пеш (2) арқылы параллельді  ағындармен айдалып вакуумды колоннаға (1) барады. Мұнай және су буының қоспасы, айырылу газдары (және сығылған ауа) вакуумды колоннаның жоғарынан, вакуумтүзуші жүйеге (3) келіп түседі. Содан кейін конденсатор-тоңазытқышта суытылғаннан кейін ол газосеператорға сұйық немесе бу (газ) фазасына ажыратылады. Газдар үшсатылы булыэжекторлы вакуумды насоспен сорылады, ал конденсаттар мұнай өнімдерін сулы конденсаттан бөлу үшін тұндырғышқа келіп түседі. Вакуум колоннасының жоғарға шет жағынан жеңіл вакуум газойль фракциясын (соляр) алады. Жылуалмастырғышта суытылғаннан кейінгі бір бөлігі колоннаның жоғарғы жағына жоғары циркулияциялық бүріккіш ретінде қайтарылады.

Екінші  шет жағынан кең газойльді (майлы) фракциясын алады. Суытылғаннан кейінгі  бір бөлігі вакуум колоннасының орташа циркулияциялық бүріккіші сияқты қолданылады. Жылуалмастырғыштан және тоңазытқыштан  кейінгі мақсатты өнім вакуум газойлінің балансты мөлшері қондырғыдан шығарылып, қайтадан қайта өңдеуге жіберіледі.

Колоннаның  концентрациялы бөлігінің төменгі  табақшасынан қараланған фракция шығарылады, оның бір жартысы төменгі циркулияциялық бүріккіш ретінде, ал бір жартысы қондырғыдан шығарылады немесе рециклдің вакуумды пешпен қосылуы сияқты қолданылады.

Вакуум  колоннасының төменгі жағынан гудрон алынады және жылуалмастырғышта  суытылғаннан кейін колоннаның төменіне квенчинг ретінде қайтарылады. Вакуум колоннасының төменіне және пеш имегіне  сулы бу жіберіледі [4,6,9,10].

Вакуумды айдау блогының материалдық  балансы [4,10]:

Түскені,  % мұнайға

Мазут - 52

Алынғаны, %  мұнайға

Жеңіл вакуумды газойль – 1,2

Вакуумды  газойль – 22,0

Гудрон  – 28,8

Вакуумды колоннаның технологиялық  режимі:

Температура, ⁰С

Қоректендіру - 395

Жоғарғысы - 125

Төменгісі - 352

Жеңіл вакуумды газойль - 195

Ауыр  вакуумды газойль - 260

Қараланған  фракция  - 300

Жоғарға жағының қысымы (абс), кПа   - 8,0

Вакуумды колоннаның сипаттамасы:

Тарелка саны:

Жоғарғы жағы   20

Төменгі жағы    14

 

5 Колоннаның технологиялық есебі

5.1 Колоннаның материалдық балансы

Вакуумды  колоннасының материалдық балансын есептеу үшін шыққан өнімдердің массалық үлесін білу қажет.

Колоннаға 2694000т/ж. шикізат (мазут) түседі. Айдалым  өнімдері:

1) ҚБ – 350⁰С (ауа және айырылған газдар);

2) 350 – 500⁰С (вакуумды айдалымдар: ЖВГ мен ВГ және сулы бу);

3) 500⁰С – ҚС (гудрон).

Жұмыс істеу күні:

Т_ЭФ = Т_Г – Т_КАП – Т_ТЕК = 365 – 15 – 10 ≈ 340күн ≈ 8160 сағат.

Колоннаның  материалдық балансын кестеге енгіземіз:

2-кесте

Колоннаның материалдық балансы

Өнім	Масс, %	т/ж.	т/күн	кг/сағ.
Түскені:
мазут	100	2694000	7923,5	330147
Шыққаны:
ҚБ-3500С:
ауа	0,01	269	0,8	33
айырылған газ	0,19	5119	15	627
350-5000С:
ЖВГ	2,12	57113	168	6999
ВГ	41,3	1112622	3272	136351
сулы бу	0,8	21552	63,4	2641
Қараланаған фр.	1,2	32328	95	3962
5000С-ҚС:
гудрон	53,38	1438057	4230	176232
Жоғалым
	1	26940	79,3	3302
Барлығы	100	2694000	7923,5	330147

Әрі қарай есептеу жүргізу үшін әр фракцияның орташа молекулалық массасын табамыз:

Орташа  молекулалық массаны есептеуге  Войновтың парафинді көмірсутектер  үшін арналған  формуласын қолданамыз [11,12]:

                          ₍₁₎

1) ҚБ – 350⁰С фракциясы үшін ҚБ ретінде 240⁰С  деп қабылдаймыз. Оның ораташа қайнау температурасы 295⁰С, осы фракцияның молекулалық массасын табамыз:

М_ҚБ-350 = 60 + 0,3 ∙ 295 + 0,001 ∙ 295² = 234г/моль

М=234г/моль сәйкес келетін көмірсутекті анықтаймыз:

                                          (2)

14 ∙ n ≈ 234 → n ≈ 16

ҚБ – 350⁰С фракциясына сәйкес келетін көмірсутек н-гексадекан (С₁₆Н₃₄ ).

2) (1) формуласы бойынша 350 – 500⁰С фракциясының молекулалық массасын анықтаймыз. Бұл фракцияның орташа қайнау температурасы 425⁰С.

М_350-500 = 60 + 0,3 ∙ 425 +0,001 ∙ 425² = 368г/моль

М=368г/моль сәйкес келетін көмірсутекті (2) формуласымен анықтаймыз:

14 ∙ n ≈ 368 → n ≈ 26

350–500⁰С фракциясына сәйкес келетін көмірсутек н-гексакозан (С₂₆Н₅₄ ).

3) (1) формуласы бойынша 500⁰С – ҚС фракциясының молекулалық массасын анықтаймыз. Бұл фракцияның орташа қайнау температурасы 511⁰С.

М_500-ҚС = 60 + 0,3 ∙ 511 +0,001 ∙ 521² = 488г/моль

М=488г/моль сәйкес келетін көмірсутекті (2) формуласымен анықтаймыз:

14 ∙ n ≈ 488 → n ≈ 35

500⁰С – ҚС фракциясына сәйкес келетін көмірсутек н-пентатриаконтан (С₃₅Н₇₂)

4) Әр фракцияның моль санын есептеу үшін мына формуланы қолданамыз [11,12]:

                                                     (3)

а) ҚБ – 350⁰С фракциясы үшін моль саны:

 

б) 350 – 500⁰С фракциясының моль саны:

 

в) 500⁰С – ҚС фракциясының моль саны:

 

Сонда барлық моль саны мынаған тең болады:

 

5) Қоспа компонеттерінің мольдік концентрациясы мына формуламен есептеледі [11,12]:

                                                            (4)

а) ҚБ – 350⁰С фракциясы үшін мольдік концентрациясы:

 

б) 350 – 500⁰С фракциясының мольдік концентрациясы:

 

в) 500⁰С – ҚС фракциясының мольдік концентрациясы:

 

Алынған мәлімет бойынша шикізаттың құрамына кесте құрамыз:

3-кесте

Шикізат құрамы

Атауы	М, кг/моль	N, кмоль/сек
ҚБ – 3500С фр.	234	8,5	3,6 ∙ 10-3
350 – 5000С фр.	368	1234	0,53
5000С – ҚС фр.	488	1094	0,47