Әдеби шолу

МАЗМҰНЫ

 

 

    Кіріспе                                                                                                                       5

    1 Әдеби шолу                                                                                                           7

   1.1 Гидрогенизациялық процестер тарихынан қысқаша мәлімет                       7

   1.2 Өнімді гидротазалаудың технологиялық әдістері                                        11

   1.3 Процестің физика-химиялық негіздері                                                          15

   2 Технологиялық бөлім                                                                                         16

    2.1 Шикізат, дайын өнім және реагенттер сипаттамасы                                    18

    2.2 Технологиялық  сызбаның сипаттамасы                                                        20

    2.3 Процесстің материалдық балансы                                                                 21

    2.4 Қондырғының материалдық  балансы                                                            22               

    2.5 Реактордың жылулық  балансы                                                                       26

    2.6 Реактордың негізгі  өлшемдерін есептеу                                                       27

    Қорытынды                                                                                                            28

    Пайдаланылған  әдебиеттер тізімі                                                                        30

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

   

    Әлемнің көптеген елдерінде мұнай өңдеу өнеркәсібі моторлы жанармайлардың күрделірек спецификацияларын енгізумен және оларға деген сұранысты өзгертумен байланысты мәселелерді шешу алдында тұр. Әсіресе, әлемде жанармай мен дизельді отынға спецификациялар тез өзгереді, бұл болса мұнай өңдеушілерді жаңа қондырғылардың құрылысына немесе істегі қондырғыларды қайта құрастыруға қаржыларды инвестициялауға мәжбүр етеді. 2005 жылдың 1 қаңтар айынан  бастап Еуроодақ елдерінде еуро 4 автомобильді техника үшін зиянды заттардың тасталымы бойынша нормалар іске асырылуда, олар дизельді отындағы күкірттің құрамы 50 ppm аспайтындай етіп регламенттейді. 2012 жылға қарай күкірттің құрамы ультра төмен, 10 ppm етіп барлық дизельді көлікті отынға ауыстыру жобаланады.

    Дизельді отындағы күкірт құрамының төмендеуі қатал жағдайларда жүргізілетін гидротазарту жолымен іске асырылуы мүмкін. Көрсетілген мақсатқа шикізаттың берілген типі үшін тиімді, жаңа катализаторды таңдаумен жетуі мүмкін.

    Бүгінгі күні пайдалануда тұрған мұнай шикізатын гидроөңдеу реакторларының көпшілігі 70 жылдардың ортасында жобаланып құрастырылған. Өнімдер шығарымы мен олардың сапасы өзгергендіктен көптеген мұнай өңдеушілер катализаторларды өңдеу прогресін пайдаланудан үстемдіктерге ие бола және өз қондырғыларына ірі қаржылай салымның алдын ала алды. Алайда, реакторлы жүйе потенциалын экономикалық жағынан тиімді етіп толығымен іске асыру үшін істегі реакторлы жүйелердің олардың жаңарту жолдарын қарастыра жұмыс сипаттамалары мен құрылыстарының толық бағалануы қажет.

    Дизельді отынның сапасын жетілдіру бойынша еуропалық елдер аянбау күш жұмсауда. Оларда отынның бұл түріне талаптарды қаталдандыру концепциясы қабылданған. Әсіресе, күкіртті қосылыстардың құрамы бойынша. Бүгінгі таңда әлемдегі мұнай өңдеуші зауыттардың шектелген саны ғана күкіртті қосылыстардың ультра төмен құрамды дизельді отын ала алады. Бұдан бөлек бұл отындарда арматты көмірсутектердің қатысуын, фракцияның 98%-қ қайнау нүктесін азайту және цетанды санды жоғарылату қарастырылады (бүгінгі таңда 52 пункт, ал перспективада 55-58 пунктке дейін).

    2000 жылдан бастап Еуропада цетанды сан бойынша “51-ден аз емес”, күкірт бойынша “0,035 массалық % аспайтын”, тығыздық бойынша полиароматты қосылыстардың құрамын “көлемнің 11%-дан аспайтындай” етіп нормалау кезінде “0,845 грамм/см³ аспайтын” талаптарын бекітетін Еуро-3 нормалары қолданылуда.

 

 

 

 

    1 Әдеби шолу

 

   

    1.1 Гидрогенизациялық процестер тарихынан қысқаша мәлімет

 

   

    Деструктивті гидрогенизациялау процесі өзінің бастапқы өнеркәсіптік безендірілуінде жеткілікті. Ертеректе қатты органикалық шикізаттарға – көмірге, сланец, және оның туындыларына есептеліп жасалынған. Алғашқы зерттеу жұмыстары  осы салада алғаш рет 1900 жылдары П. Собатье (Франция) және В.Н. Клотывпен (Ресей) жасалынды [1]. Көмірді және шайырларды деструктивті гидрогенизациялаудың алғашқы өнеркәсіптік қондырғылары алғаш рет 1927 жылы Германияда эксплуатациялауға енгізілді, бұл елде өз мұнай ресурстары болмағандықтан олар өз отындық өнеркәсібін қатты жанғыш қазбалар базасында дамытты. 

    Көмірлерді гидрогенизациялау саласындағы едәуір жұмыстар Германияда Ф.Бертусонмен жүргізілді, сондықтан көмірді каталитикалық емес гидрогенизациялаудың өнеркәсіптік процесі кейде бергинизациялау процесі деген атауға ие. Бірнеше кеш уақыттан соң деструктивті гидрогенизациялаудың қондырғылары Англияда салына бастады [1].

    Деструктивті гидрогенизациялау қондырғыларында сутегі жұмсалатын болған, себебі мақсатты өнім болып бензин есептелген, ал барлық аралық фракциялар циркуляциялауға қайтарылатын болған. Екінші жағынан алып қарағанда сутегіні қымбат және аз өнімділіктегі темірбулы әдіспен өндірілген, бұл кезде қазіргу уақыт сияқты тиімді ірісі болып газтәрізді көмірсутектерді каталикалық конверсиялау есептелген.  Деструктивті гидрогенизациялаудың қондырғыларының технологиялық безендірілуі күрделі, себебі процесс жоғары қысымда (30-70 МПа) және (420-500⁰С) температурада жүргізіледі. Гидрлеу 2 немесе 3 сатыда жүргізілуі қажет, гидрлеу процесі жүзеге асырылатын цех қымбат тұратын қондырғылар және жоғары қысымдағы аппаратуралар кешені орнатылған ғимарат болып келеді. 40-50 жылдары каталикалық крекинг және кокстеудің қарапайым және арзан процестер негізінде дамуы мұнайөңдеуші зауыттарда деструктивті гидрогенизациялау процестерін енгізуден  бас тартуға алып келді [2].

    Мұнай фракцияларын сутекпен тазалау 380-420⁰С температурада және 2,5-4,0 МПа қысымда АКМ катализаторлары қатысында жүргізіледі. Сутегінің шикізаттағы қатынасы әдетте (300 - 600):1 құрайды. Осы шарттарда гетероатомдардың металдардың толық аластатылуы және алкендердің гидрленуі жүреді: ауыр фракцияларда полициклды арендер аздап немесе жартылай гидрленеді. Гидротазалауға кез келген фракцияларды және сонымен қатар мұнай қалдықтарын да тартады.

    Осы жылдардағы орташа дистиляттардың процестерінің дамуына жоғары қызығушылық күкіртті және жоғары күкіртті мұнайларды өңдеу көлемінің артуымен және көлік құралдарының дизельденуінің артуымен байланысты. Қазіргі уақыттарда гидротазалауға дизель отындарының 80 пайыздан астамы тартылады, және мұндағы күкірт мөлшері 0,2-0,5 пайыз болатын дизель отындарының шығарылу көлемі 90 пайыз құрайды. Тікелей айдалатын фракцияларды гидротазалауға олардың топтық және фракциялық құрамдарын өзгертусіз АКМ катализаторлар қатысында 350-400⁰С температурада 3-4 КПа қысымда гидротазалауға ұшыратады,  мұндағы шикізатты берудің көлемдік жылдамдығы 2-5 сағ^-1  және сутекті газдардың циркуляциясы 300-600 м³/м³ шикізат құрайды [3]. 

    Гидрокүкіртсіздендіру дәрежесі 85-90 пайыз құрайды. Халық шаруашылығының дизель отынына деген қажеттілігінің өсуімен байланысты жоғары сапалы дизельді отындарды екіншілік табиғаттағы: каталитикалық крекинг өнімдері, баяу кокстеу өнімдері, висбрекинг өнімдерінен алу жоғары көкейкестілікке ие болып отыр. Бұл шикізаттар тікелей айдау өнімдерінен күкірттің, азоттың, шайырлардың, алкендердің және арендердің жоғары мөлшерімен ерекшеленеді. Олардың тазалануы үшін процесті төмен көлемдік жылдамдықта – шамамен 1с^-1 шамада жүргізіледі, және сутегі қысымы – шамамен 5 МПа шарттарында жүргізіледі. 

    Екіншілік табиғаттағы дизель отындары арендердің жоғары концентрациясының болуына негізделген цетандық сандармен сипатталады. Цетандық сипаттамаларды арттыру мақсатында 400⁰С температурада және сутегінің 10 МПа қысымда активті катализаторларда жүзеге асырылатын арендердің көп бөлігін гидрлеуді жүзеге асыру қажет.

    Шикізаттың берілуінің көлемдік жылдамдығы шикізаттағы гетероатомды қосылыстар типіне және мөлшеріне байланысты болады, сонымен қатар ол шикізаттарды алук технологиясына және тазалаудың қажетті тереңдігіне байланысты. Ол әдетте – 0,5 тен 10 с^-1 аралығында тербеледі. Соңғы жылдары гидрогенизациялық процестердің мәні өте жедел өсті. Алып қарайтын болсақ 1976 жылы 1 қаңтарда гидрогенизациялық процестердің АҚШ – тағы үлесі өңделуші мұнайдың жалпы мөлшеріне қатысты алғанда 42,2 пайыз құраған, соның ішінде 29,4 пайызы гидротазалауға, 7,2 пайызы қалдықтарды күкіртсіздендіруге, және 5,6 пайызы гидрокрекингке тиесілі. Осы мәліметтерге сүйене отырып бірінші орынды гидротазалау алады деп айтуға болады.

    Бұл негізінен гидрокрекингті кеш ендірумен, сонымен қатар гидрокрекингпен салыстырғанда гидротазалаудың технологиялық схемасының қарапайымдылығымен түсіндіріледі. 240-350⁰С аралығында дезиль фракцияларын гидротазалауда, гидротазаланған отын 96 пайыз құрайды, ал 2 пайыз айдама өнім және 0,75 пайыз көмірсутекті газдар және қалған пайыздар жоғалым болып табылады. Мұнда егер гидротазалауға екіншілік табиғаттағы дистиляттарды тартатын болса, сонымен қатар қанықпаған көмірсутектерді қанықтыру да жүргізіледі.   Көпшілік жағдайларда гидротазалауды 350-400⁰С температурада және 3-5 МПа қысымда жүргізеді [4].

 

 

    1.2 Өнімді гидротазалаудың технологиялық әдістері

    Гидрогенизациялық процестер мұнай өңдеуде және мұнайхимиясында кең қолданысқа ие. Оларды тұрақты жоғары октанды бензиндерді алу үшін, дизельді және қазандық отындарының, сонымен қатар майлау майларының сапасын арттыру үшін пайдаланылады. Мұнайхимиялық өнеркәсіпте гидрлеу реакциясының көмегімен циклогексан және оның туындылары, көптеген аминдер, спирттер және бірқатар мономерлер қатары алынады. Гидрогенизациялық процестердің соңғ ы жылдары жылдам қарқындармен дамуы тауарлық мұнай өнімдерінің сапасына қойылатын талаптардың жоғарылуымен, сутегі өндірісінің қолдану аумағының едәуір кеңеюімен, және жоғары тиімділікті катализаторды пайдаланумен түсіндіріледі [5].

    Мұнай өңдеуші өнеркәсіптерде гидрогенизациялық процестер өңделуші мұнай фракцияларының көмірсутекті және фракциялық құрамдарын реттеу үшін, олардан күкіртті және азотты қосылыстарды аластату, мұнайлы отындардың, майлардың, және мұнайхимиясы үшін арналған шикізаттардың эксплуатациялық сипаттамаларын жақсарту үшін қолданылады. Негізгі гидрогенизациялық процестер болып келесілер саналады:

мұнай фракциялардан күкіртті, азотты және оттекті органикалық қосылыстарды өнімдер сапасын жоғарылату мақсатында немесе одан ары өңдеу үшін дайындау үшін аластату;

мұнай фракциялардағы алкендер мен  арендерді гидрлеу;

мұнай фракцияларының гидрленуі;

    Гидротазалау – мұнай өнімдерінен гетероатомды, қанықпаған қосылыстарды және арендерді катализатор қатысында сутегі ортасында аластату болып табылады. Дизельді отындар 180-360⁰С температура аралығында айдалатын мұнай фракцияларының орташа дистиляттарынан, каталитикалық крекинг және гидрокрекинг жеңіл газойльдерінен тұрады. Қазіргі уақыттарда 380-700⁰С қайнау соңына ие отындарды қолдану үшін сынаулар жүргізіліп және қолдануға рұқсат етілді, және дизельді отындар құрамына кокстеу және термиялық крекинг газойлдерін тарту бойынша жұмыстар жүргізіледі [6].

    Гидротазалаудың термодинамикалық процесі төмен температуралы. Қазіргі қолда бар өнеркәсіптік катализаторларда реакцияның жылдам өтуі үшін 330-380⁰С температура жеткілікті. Себебі сутегінің қосылу реакциясы көлемнің төмендеуімен түзетіледі, ал реакциялық зонадағы қысым процестің тереңдігіне әсер етеді. Көбінесе  гидротазалау процесінде 2,5-5,0 МПа қысым пайдаланылады. Гидротазалаудың қосынды жылулық эффектісі оң және 1 кг тікелей айдау шикізаты үшін 20-87 кДж құрайды. Тікелей айдау шикізаттарына 30 пайызға дейін екіншілік табиғаттағы фракцияларды қосу реакция жылуын 125-187 кДж/кг (30 ккал/кг) дейін арттырады, ол шикізаттағы қанықпаған көмірсутектер мөлшеріне байланысты болады.

    Дизель деп аталатын, сығудан тұтынатын ішкі жану қозғалтқыштарда төрт тактылы жұмыс процесі ұшқыннан тұтынатын қозғалтқыштарға қарағанда, едәуір басқаша жүреді. Дизел қозғалтқышында бірінші екі тактыларда таза ауаны сорады және қысады. Ауаның температурасы қысу қозғалысының соңында 550-650⁰С жетеді, ал қысым 4 МПа дейін өседі. Қысу қозғалысының соңында, сығылған және қызған ауаға белгілі бір уакқытта жоғары қысыммен отын порциясы бүркіледі. Отынның  майда тамшылары бір қалыпқа келеді де ауа тарайды. Аз уақыт өткеннен кейін отын өзінен өзі тұтанады және толық жанады. Бастапқы бүрку мен отынның тұтану уақытының арасын өзінен-өзі тұтануды тоқтату кезеңі деп атайды. Қазіргі тез жүретін қщозғалтқыштарда бұл кезең 0,002 с көп болмайды. Отынның жануының нәтижесінде газ қысымы 6-10 МПа жетеді [7].

    Сала өндірісі жердегі және судағы техникаларының тез жүруші дизелдері және газтурбиналары қозғалтқыштары үшін Л (жазғы), 3(қысқы), А (арктикалық) тағы да орта айналушы және аз айналушы дизелдер үшін ДТ және ДМ маркалы матор отынын шығарады. Дизел отындары мұнайдың орта дистиллятты 180-360⁰С аралығында айдалатын фракцияларынан каталитикалық крекингтің және гидрокрекингтің жеңіл фракцияларынан тұрады. Қазіргі кезде, соңғы қайнау температурасы 380-400⁰С отындар сыналып, қолдануға жіберілуде, дизел отындарының құрамына кокстеу және термиялық крекингтің асылдандырылған газойлдерін пайдалану да алға тұрған мәселе.