Мунай курамы

Мұнайларда оттек құрамды  қосылыстардың мөлшері 10%-ға (масс.) дейін жетеді. Мұнайлардың бұл компоненттері негізінен карбон қышқылдарынан, фенолдардан және күрделі эфирлерден, кетондардан, лактондардан, ангидридтерден және фурон қосылыстарынан құралады. Нафтен қышқылдарының өнеркәсіптік маңызы бар. Бұл қышқылдардың жерсілті металдар тұздары суда жақсы ериді және техникалық сабын ретінде қолданыс табады (мылонафт).

Мұнайдағы күкірт құрамының  мөлшері 0,002-ден 7,0%-ға (масс.) дейін болуы мүмкін, ол күкіртті қосылыстардың 0,2-70%-дың құрамына сәйкес келеді. Химиялық құрамы бойынша мұнайдың күкіртті қосылыстары әр түрлі болып келеді. Мұнайларда меркаптандар, сульфидтер, полисульфидтер, тиофен туындылары, сульфондар, сульфоксидтер және сульфон қышқылдары кездеседі. Мұнайдың шайыр – асфальтенді бөлігінде күкірт, азот және оттек атомдары болатын одан да күрделі қосылыстар кездеседі. Қазіргі уақытта 250-ден астам күкіртті қосылыстар анықталған. Олардың барлығы негізінен жеңіл және орта дистилятты фракциялардан бөлініп алынған.

Азотты қосылыстар, оттекті  және күкіртті қосылыстарға қарағанда, мұнайда өте аз мөлшерде кездеседі. Химиялық қасиеттері бойынша мұнайдың азотты қосылыстары мұнайдан жеңіл  бөлініп алынатын (анилин, пиридин, хинолин, акридин, фенантридин, т.б.) азотты негіздерге және бейтарапты азотты қосылыстарға анық түрде бөлінеді. Мұнайдың бейтарапты азотты қосылыстары негізінен пиррол, индол және карбозол туындыларынан, сонымен қатар қышқылдар амидтерінен құралған. Ауыр мұнай қалдықтарында молекула құрамында төрт пиррол сақинасы бар порфириндер (II) кездеседі. Мұнай генезисі тұрғысынан қызғылықты мұнай порфириндері, хлорфил немесе гем молекулаларына кіретін порфириндік комплекске ұқсас бірақ магний (хлорофил) немесе темір (гем) орнына мұнай порфирин комплекстерінде ваннадий немесе никель кездеседі.

                            

Шайыр-асфальтенді  заттар. Шайыр-асфальтенді заттар белгілі органикалық қосылыстар класстарына жатпайды. Олар молекула құрамында азот, күкірт, оттек және кейбір металдар кіретін гибридті құрылымды жоғары молекулалар қосылыстарының күрделі қоспасы болып табылады. Мұнайдағы  олардың құрамы жеткілікті кең диапазонда пайыздың ондық үлесінен пайызға дейін кездеседі. Шайырлы-асфальтенді қосылыстар мұнай құрамында едәуір көп мөлшерде кездеседі (25% және одан көп). Бұл көміртек (82-87,4%) және сутегіден (10,3-12,5%) басқа оттегі (2,5%-ға дейін), күкірт (0,8-7%) және азот (1%-ға дейін) құрамында болатын күрделі жоғары молекулалық заттар. Төмен молекулалы шайырлы қосылыстар нафтенді дистилляттарымен бөлшектеп айдалады, ал жоғары молекулалыққа жақын қосылыстар мазутта және мұнай айдауынын қалдығында-гудрон әсіресе концентрленеді. Мұнай өнімдерінің шайырлы құрамдас болуы оған қою түс береді және қозғалтқыш целиндрлерінде кокс пен күйе түзілуіне себепші болады. Ашық мұнай өнімдері және майлардың шайырлы-асфальттен құрамдас болуы зиян, бірақ битум, кокс сақтандырушы және сіңіргіш материалдар секілді өнімдері үшін олар қажетті компоненттер болып табылады. Әдетте шайырлы-асфальтенді қосылыстарды келесідей түрге бөледі: бейтарапты шайырлар-жеңіл бензинде; асфальттендер (бейтарап шайыр мен оксиқышқылдардың полимеризация өнімдері) – жеңіл бензинде ерімейтін; бірақ бензол, хлороформ және күкіртті көміртекте ериді; асфальтенді қышқылдар және олардың ангидридтері-қышқылдық қасиет көрсететін, жеңіл бензинде ерімейтін, бірақ спиртте еритін компоненттер. Н.И.Черножуков және С.Э.Крейн зерттеулері бойынша мұнай көмірсутектері бір уақытта, екі бағытта тотығады:

Көмірсутектер:1)қышқылдар; оксиқышқылдар; асфальттігенді                                                           қышқылдар.                

                          2)шайырлар; асфальтендер; карбондар; карбоидтер.

Шайырлы-асфальтенді  қоспалардың барлық үш түрі де жоғары молекулалы көміртек, кейде күкірт құрамдас қанықпаған қосылыстар болып табылады. Қалыпты температурада өте қою, ауыр және қатты, тығыздығы 1см³-тан жоғары. Неғұрлым мұнайдың тығыздығы және құрамында күкірт мөлшері жоғарылаған сайын, соғұрлым шайырлы-асфальтенді қосылыстар көбейеді.

 Қазақстанда шайыр-асфальтенді заттардың құрамына 10-50%-ға (масс.) дейін жететін ауыр шайырлы мұнайлар кездеседі. Бұл мұнай компонентерінің құрылыстары әлі аз зерттелінген.

Әр түрлі еріткіштерде шайыр-асфальтенді заттардың әр түрлі ерігіштігіне сүйеніп, оларды келесі фракцияларға бөлу қабылданған: карбоидтер – күкіртті көміртекте еріп, бензолда (және ССI₄) ерәмейтін заттар: асфальтендер – аталған еріткіштерде еритін, бірақ С₅-С₈ қаныққан көмірсутектерде ерімейтін заттар; мальтендер – С₅-C₈ қаныққан көмірсутектерде еритін заттар. Өз кезегінде мальтендер шайырлар мен майлардан құралады, олар силикагельде адсорбциялық хромотографиямен бөлінеді.

Генетикалық тұрғыдан шайырлар майлар мен асфальтендер арасында тұр. Майлардан шайырларға және шайырлардан асфальтендерге көшкенде циклді құрылымның конденсациялану дәрежесі және ароматтану дәрежелері өседі. Асфальтендер мұнайлардың ең жоғары молекулалық заттары болып табылады.

Мұнайдың минералдық компоненттері. Мұнайдың минералды компоненттеріне металдар және қышқылдардан түзілген тұздар, металл комплекстері, сонымен қатар коллоидті дисперленген минералдық заттар жатады. Бұл заттардың құрамына кіретін элементтерді көбінесе микроэлементтер деп атайды. Олардың жалпы құрамы 0,02-0,03%-дан (масс.) сирек асады.

Қазіргі уақытта мұнайларда 40-тан астам әр түрлі элементтер табылған: 1) валенттілігі ауыспалы металдар (V, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cu, Mn, Pb, Ca, Ag, Ti); 2) сілтілік және жерсілтілік металдар (Na, K, Ba, Cu, Si, Mg); 3) галогендер және басқа элементтер (CI, Br, J, Si, AI және т.б.). Басқа элементтерге қарағанда мұнайда ваннадий және никель айтарлықтай көп мөлшерде кездеседі.

Мұнай өңдеуде оның құрамындағы  микроэлементтер құрамын және мөлшерін білудің көп маңызы бар. Көптеген металлдар, ең алдымен, ваннадий және никель катализаторлардың улары болып есептеледі. Сондықтан католизаторларды дұрыс таңдауға және оларды уланудан қорғау шараларын анықтау үшін бұл элементердің құрамын білу шарт.

 Мұнайдың  құрамындағы тұздар. Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында:

• серіктес газдар,
• қаттық (жер қыртысы) сулары,
• минералды тұздар,

 әр түрлі механикалық  қоспалар (құм, топырақ және т.б). 

Мұнай өңдеу зауыттарындағы мұнайды дайындау және өңдеу  процесі  МЕСТ  9965 - 76 бойынша жүргізіледі. Мұнай құрамындағы хлоридтер мен суға байланысты шикі мұнайды үшке бөледі: 1)Құрамында 0,5 % су және 100 м/л тұз бар мұнай; 2) Құрамында 1 % су және 300 м/г тұзы бар мұнай; 3) Құрамында 1 % су және 1800 м/г тұзы бар мұнай. 

Мұнайда судың  болуы олардың тотығуына бейімділігін күшейтіп, технологиялық құрал – жабдықтардың коррозиясын туғызады және тұрақты су – мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды өндіру және тасымалдау кезінде 100 ˚С – қа дейін қайнайтын жеңіл фракциялар (метан, этан, пропан және т.б бензин фракциясымен бірге ) біраз шығынға ұшырайды – шамамен фракцияның 5% - і. Сондықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын - ала өңдеу – оны даярлау жұмыстары жүргізіледі.

Өндірілетін мұнайдың әр тоннасына – 50 – 100 м  серіктес газдар, құрамында еріген тұздар бар 200- 300 кг су, 1,5 масс. % - ке дейін ерімеген қатты қоспалар сәйкес келеді. Кейбір көп мезгіл жұмыс істеп жатқан ұңғымаларда қаттарының аса суландыру нәтижесінде суларының мөлшері – 90% - ке дейін жетеді, ал талап бойынша өңдеуге жіберілетін мұнайдың құрамында судың үлесі 0,3% -тен төмен болу керек.

Тасымалдау  алдында мұнай мен мұнай өнімдерінің  сапасына қойылатын МЕСТ– тің  талабы мынандай:

• судың массалық үлесі, W ≤  0,5%
• Тұздың массалық үлесі, Р ≤ 200 мг/л.

 Тұзсыздандырудың  әдістерін айтпас бұрын, олардың пайда болу себептерін, тұздардың мұнайды өңдегенде, тасымалдағанда,қолданғанда тигізетін зиянды әсерлерін айту маңыздырақ.

Оттегінің мұнайдағы  құрамы көп емес (0,1 – 2 %). Мұнайда  келесідей оттекті қосылыстар болады: мұнай қышқылдары мен фенолдар. Мұнайдағы оттегінің негізгі үлесін құрамында С,Н,О элементтерінен басқа N және S болатын заттар – шайырлар құрайды.

Мұнай қышқылдар  мұнайдың орта (250 С температурада  қайнайтын) фракцияларында бірнеше  пайыз мөлшерін құрайды. Мұнай қышқылдары - құрамында алифатты және нафтен қышқылдары негізіндегі органикалық қышқыл қоспасы.

Алифатты (май) қышқылдары мұнайда түзу тізбекті немесе изоқұрылымды қышқылдарды құрайды.

Ароматты  қышқылдар мұнайда бензол және полициклды арендердің туындылары болып табылады.

Мұнайдан  бөлініп алынған шикі мұнай қышқылдары иісі жағымсыз, қою түсті майлы  сұйықтықтар.

Мұнайдағы күкірттің  құрамы 0,05 – 3 % аралығында болады. Дегенмен жоғары күкірттенген мұнайлар да кездеседі.

Күкірт мұнайдың құрамында жай зат, күкіртсутек және органикалық қосылыстар мен шайырлы заттар ретінде кездеседі.

Жай зат ретінде  күкірт мұнайда еріген күйде кездеседі. Мұнайды қыздыру барысында (айдау  кезінде) күкірт КС шартты түрде әрекеттеседі.

Қазіргі кезде  мұнайдың керосин және май фракцияларынан тұздарды бөліп алып тастау қиын міндет болып табылады.

Өндірісте бұл  заттардан арылу мақсатында гидротазалау үрдісін 300 – 450 С пен 1,7 – 7 МПа қысымда  өткізеді. Бұл тазалау негізінде  күкірт қоыслыстары күкіртсутегіге дейін жүріп, оларды газдармен оңай бөліп алуға болады. Мұнайды айдағанда алынатын заттар  2кестеде көрсетілген.                                                   

 

Кесте 2

Мұнайды айдағанда алынатын заттар

 

Мұнайдан  алынатын заттар	Көмірсутек саны	Мөлшері (%)
Бензин	С4 – С10	31%
Керосин	С11 – С12	10%
Дизельді отын	С13 – С20	15%
Жанар жағар  май	С21 – С40	20%
Қалдық - мазут	С40 бастап және жоғары	24%

1.4 Мұнайды өңдеу 

 

Мұнайды өңдеудің біріншілікті және екіншілікті процестері қалыптасқан.

Мұнай өңдеудің негізгі (біріншілікті) процесі (стабилизацияланғаннан, сусызданғаннан және тұзсыздандырғаннан кейін) – оны айдау. Мұнайды айдау – мұнайдан оны құрайтын бөліктерін немесе фракцияларын термиялық айырып алу процессі, оның нәтижесінде қойылған мақсатқа тәуелді келесі мұнай өнімдері алынады: авиациялық және автокөлік бензині, лигроин, реактивті және газтурбинді отындар, керосин, дизельді отын және мазут. Мұнайды осылай айдағаннан кейін қалған қалдықты – мазут – майлағыш майлар (дистиллятты және қалдықты) парафинді, гудронды, коксті және басқа мұнай өнімдерін өндіруге шикізат ретінде қолданады.

Мұнай айдаудың алынған  дистилляттар және қалдықтар мұнай өндеудің екіншілікті процестерінде шикізат ретінде қолданылады. Мұнай өндеудің екіншілікті процестеріне, оның құрамына кіретін, көмірсутектердің құрылымының өзгеруіне байланысты, термиялық және каталитикалық крекинг, риформинг, гидроформинг, платформигн, алкилдеу, мұнай өнімдерін ароматтау, изомерлеу, полимерлеу, деструктивті гидрогендеу, пиролиз, кокстаулар жатады. Мұнай өндеудің біріншілікті және екіншілікті процестерінде алынған мұнай өнімдері тазарту процестерінен өтеді. Алынған мұнай өнімдерінің сапаларын әрі қарай көтеру үшін оларға әр түрлі енгізбелер (присадкалар) қосылады.

Осылайша каталитикалық  крекинг мұнай өндеудің екіншілікті  процесіне жатады. 300-500ºС аралығында айдалатын мұнайдың жоғары қайнайтын фракцияларынан жоғары октанды бензинді алу – процестің негізгі мақсаты болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Бензин

 

Бензин мұнай өңдеудегі  төмен детонациялық көрсеткіштеріне  ие мұнай өнімі. Мұнайдан 50%-ке дейін бензин алынады. Оларға табиғи бензин, крекинг бензин, полимеризация өнімі, төмендетілген мұнай газдары және барлық өнімдер жатады. Олар мотор жанармайы ретінде қолданылады. Бензин ішкі жану пошеньді қозғалтқыштарға арналады. Онда сыртқы күштің әсерінен тұтанады. Қазіргі заманғы бензиндер келесі көрсеткіштерге жауап беру керек: қозғалтқыштың тиімді және сенімді жұмыс жасауына, ұшқыштығы, яғни кез келген температурада тұрақты құрамды жанармай алынуы, көмірсутектрдің болуы. Қазіргі кезде бензиннің экологиялық қасиеттерін басты мәселеге айналдырып зерттеуде.

 

 

2.1 Бензин құрамы

 

Бензин құрамына қаныққан  көмірсутектер 25-61%, қанықпаған 13-45%, 9-17% нафтенді қосылыстар, ароматты қосылыстар 4-16%. Көмірсутек молекулаларының ұзындығы С₅ тен С₁₀ дейін, және көміртегі молекулаларының саны 4-5-тен 9-10-ға дейін. Молекулалық массасы 100Д. Сонымен қатар бензин құрамына  күкірт, азот, оттек қосылыстары кіреді.

Бензин мұнай фракцияларының ішіндегі ең жеңіл фракция. Бұл фракцияны  мұнайды көптеген айдау процесстері негізінде алады. Бензин құрамына қозғалтқыштың жеңіл жұмыс жасауы, сенімді жасауы, толықтай жануы, жану ұзақтығы, қозғалтқыш бөлшектеріне әсерінің төмен болуы байланысты. Бензиннің фракциялық құрамы МЕСТ 2177-82 бойынша анықтайды.

Бензиннің жеңіл фракциялары жанармайдың тұтану қасиетін сипаттайды, қайнау температурасы төмен болған сайын тұтану қасиеті жоғары болады. Салқын қозғалтқышты іске қосу үшін бензиннің 10% -ы 55 ⁰С қайнау керек (қысқы кезде) және 70⁰С (жазғы кезде). Қысқы бензиннің құрамында жазғыға қарағанда жеңіл фракциялар көп болады. Жеңіл фракциялар қозғалтқышты іске қосқан кезде және қыздыру үшін қажет. Жанармайдың басты бөлігі жұмыс фракциясы деп аталады. Оның ұшқыштығына әр түрлі режимде жанғыш қоспаның түзілуі, қызу ұзақтығы, бір режимнен екінші режимге тез ауысуы тәуелді. Айдаудан бөлінген фракцияның құрамында 50% жұмыс фракциясы болу керек. 90% -тен бастап қайнау температурасына дейінгі аралықта жанармайдың сапасы артады және конденсацияға қарсы болады. Бұл қасиеттер экономикалық тиімді және қозғалтқыштың бөлшектерінің ұзақ пайдалануға мүмкіндік береді.

Октан саны.Бензиннің эксплуатациялық қасиетін арттыру үшін олардың октан санын арттырады. Ол үшін бензинге жоғарыоктанды компонент қосады. Октан саны жанармайдың детонациялық қасиетінің көрсеткіші. Детонация дегеніміз жану цилиндрдің бірнеше нүктесінде немесе барлық көлем бойынша жүреді. Октан саны бензиннің басты қасиеттерінің бірі. Егер октан саны 95 болса, ол 95% изооктанның және 5% гептанның детонациялануы. Мұнайды біріншілік өңдеуден кейін алынған бензинің октан саны 70-тен аспайды. Сол үшін октан санын арттыру үшін компаудирлеу немесе антидетонаторлар қолданылады.