Мұнайды алғашқы өңдеу

1. Мұнайды алғашқы  өңдеу

Мұнай, аталып өткендей өте  күрделі парафиндер, нафтендер, ароматты және гибридті көмірсутектердің бір-бірінде еритін молекулалық массасы және қайнау температурасы әр түрлі қоспалардан тұрады. Оны бірдей жеке  компоненттерге бөлу мүмкін емес және ондай бөлу мұнай өнімдерін өндірісте  пайдалануға қажет емес. Іс жүзінде мұнайды көмірсутектердің фракцияларына және топтарына бөледі де, олардың химиялық құрамын өзгерту мақсатында өңдейді. Мұнай өңдеуді алғашқы және екіншілік процестерге бөледі. Алғашқы өңдеу процестеріне мұнайды қайнау шектерімен бір-бірінен айырмашылығы болатын фракцияларға бөлуді, ал екіншілікке термиялық пен термокаталитикалық өңдеу процестерін, сонымен қатар мұнай өнімдерін тазалауды жатқызады. Мұнайды алғашқы өңдеудегі негізгі процесс алғашқы немесе тура айдау болып саналады, оны дистиляция мен ректификацияны қолданып жүргізеді.

Дистилляция. Дистилляция немесе айдау сұйықтықтардың өзара еритін қоспасын фракцияға, бір-бірінен және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесін атайды. Айдау процесінде қоспа қайнағанға дейін қыздырылады, осының нәтижесінде ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлініп конденсацияланады. Айдау арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар дистиллят және қалдық алынады. Айдауды бір рет, көп рет немесе біртіндеп буландырумен жүргізеді. Бір рет буландырумен айдауда мұнайды белгілі температураға дейін қыздырады да бу фазасында өткен барлық фракцияны сұйық фазадан бір рет сеператорда бөледі. Фазаны бөлу процесін көп рет жүргізуде бір рет буландыруды бірнеше рет қайталайды.Ректификациялау деп - қайнау температурасының бір – бірінен айырмашылығы бар сұйықтардың қарама – қарсы қайта – қайта жанасуының нәтижесінде, бөлінуінің диффузиялық процесін айтады. Булар мен сұйықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді құралдарда арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе 51насадкалары бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы сұйықтық арасында өте тығыз жанасуды қамтамасыз ететін - ректификациялық колонналарда іске асырылады.

2. Мұнайды бір рет және біртіндеп буландыру арқылы айдау

Үздіксіз жұмыс істейтін қондырғылардағы өндірістік процестердің негізін  мұнайды бір рет және көп рет буландыру құрайды. Бір рет буландырумен  айдауда мұнайды белгілі температураға дейін қыздырады да бу фазасына өткен барлық фракцияны сұйық фазадан бір рет сепараторда бөледі. Фазаны бөлу процесін көп рет жүргізуде бір қабат буландыруды бірнеше рет қайталайды. Мысалы, мұнайды үш рет буландыруда алғашқысын одан жеңіл бензин фракциясын алатындай температураға дейін қыздырады да оны сұйық фазадан бөліп алады. Екінші сатысында қалған сұйық фазаны жоғарылау температураға, мысалы, 350⁰ С дейін қыздырып, одан ауыр бензин, реактивті және дизель отындарын бөледі. Бұның қалдығын гудрон дейді. Мұнайды біртіндеп үш рет қыздырып, буландырып әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады. Түзілген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өңдеудің өндірістік процестері бір рет пен көп рет буландырумен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрі ректификациялауға негізделген. Біртіндеп буландыруда қыздырудың нәтижесінде түзілген бу айдау аппаратынан үздіксіз шығарылып тұрады. Біртіндеп буландыруды мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжірибесінде қолданады, ал өндірісте  мұндай айдауды ертеректе куб қондырғыларында қолданып келсе, қазір оларды пайдаланбайды. Бір рет буландыру процесінің біртіндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бір рет буландыруда төмен қайнайтын фракциялар буға айналып аппарат ішінде қалады да, жоғары қайнайтын фракциялардың қажетті қысымын төмендетеді. Бұл айдауды салыстырмалы төмен температурада жүргізуге мүмкіндік береді. Біртіндеп буландыруға керісінше жеңіл фракцияларды алдымен бөліп алады, ал ауырларын соңында бөледі. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлінген жеңіл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына әсер етпейді. Жеңіл фракциялардың әсері арқасында бір рет буландыруды пайдалана отырып, біртіндеп буландыруға қарағанда айдалатын шикізаттың соңғы температурасын 50-100⁰ С төмендетуге болады. Қазір мұнай айдау қондырғыларында бір рет буландыруды көп пайдаланады.Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-500⁰С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтын көмірсутектер бар және бұл көмірсутектердің термиялық тұрақтылығы тек 380-400⁰С дейін сақталады. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесі көмірсутектердің крекингі басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнайтын көмірсутектерінің термиялық жағынан тұрақтылығы көп төмен. Көмірсутектердің ыдырауын болдырмау үшін олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетеді.

3. Буландырғыш  агент қосу арқылы айдау. Ауасыз  кеңістікте айдау

450-500⁰С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5кПа) 200-250⁰С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжірибесінде қайнау температурасын төмендету үшін су буын да пайдаланады, бұл жағдайда су буының әсерімен көмірсутектердің қажетті қысымы төмендейді. Вакуум аппараттан газды сорғызып алу арқылы жасалады. Вакуумдалған аппараттағы қысым қалдық қысым деп аталады да ол атмосфералық қысымнан (760мм сын.бағ) әрдайым төмен болады. Вакуум атмосфералық қысым (760мм сын.бағ.) және қалдық қысымның айырмасы болып есептеледі. Мысалы, егер қалдық қысым 100мм сын.бағ. болса, вакуум 760-100=660мм сын.бағ. болады. Сонымен қатар су буының қайнау температурасын төмендетудегі әсері келесідей: шексіз бу көпіршіктері мұнайдың ішінде үлкен бос бет құрайды, сол бетте мұнайды сол көпіршіктер ішіне буландыру жүреді. Мұнай буларының қысымы өздігінен, атмосфералық қысымнан төмен болғандықтан атмосфералық қысымды өтуге жеткіліксіз, демек қайнау мен айдаудың пайда болуына жеткіліксіз. Бірақ мұнай буларының қысымына су буының қысымы қосылатындықтан атмосфералық қысымнан жоғары және айдауға жеткілікті қысым жасалады.

Вакуум көмегімен айдау  температурасын күрт төмендету өте төмен қалдық қысымды талап етер еді, бұл өз алдына вакуумдық қондырғыны  қымбаттатып оны пайдалануды қиындататын еді. Ал вакуумсыз бумен айдауды пайдалану будың көп шығынын талап етер еді, ол да өз алдыфна көп шығын талап етер еді. Сондықтан жоғары молекулалы мұнайларды айдаудың ең тиімді нұсқасы болып вакуум пайдаланумен қатар мұнай өніміне бір уақытта өткір буды беру болып саналады. Бұл тәсілді мазутты айдауда пайдаланады, соның ішінде майлар алуға қажетті дистилляттар мен катализдік крекинг пен гидрокрекингке қажетті шикізат алуда қажетті мазут айдауда. Сонымен қатар айдауды инертті газдармен өткізуге болады (СО2, N2 және т.б.). Олардың әсері су буының әсерімен бірдей. Дегенмен оларды пайдалану өндірістік пайдалану таппады, өйткені олардың болуы мұнай фракцияларының конденсациясын қиындатады.

Алғашқы айдау  қондырғыларын кластарға бөлу.

 Құбырлы қондырғылардың ректификациялау колонналарындағы қысымға байланысты, олар атмосфералық (АҚ), вакуумдық (ВҚ), атмосфералы - вакуумды (АВҚ)  болып бөлінеді. Булану дәрежесінің санына қарап, құбырлы қондырғыларды бір, екі, үш және төрт рет буланушы деп бөледі. Бір рет буландырумен айдау қондырғыларында мұнайдан бір ректификациялаушы колоннада атмосфералық қысымда барлық дистилляттарды, бензиннен бастап тұтқыр цилиндр майына дейін, алады. Мұнайларды мазутқа дейін буландыруда атмосфералық қысымда екі ректификациялаушы колонналарда жүргізуге болады: біріншісінде тек бензинді ғана алады және бензинсізденген мұнай, айдаудың қалдығы болады; екінші колоннада жартылай бензинсізденген мұнай жоғарылау температурада мазутқа дейін айдалады. Мұндай, екі колонналы, қондырғылар атмосфералық құбырлы қондырғылар (АҚ) тобына жатады.Қазіргі кезде мұнайды алғашқы айдауды атмосфералық қысымда істейтін құбырлы қондырғыларда (АҚ) жүргізіп, одан мөлдір өнімдер: бензин, керосин, дизель (газойль) фракцияларын алады. Мұнай айдаудың қалдығын (өнімнің қайнау басы температурасы 300-360⁰ С) мазут дейді. Егер зауытта көп мөлшерде қазандық отын алу қажет болған жағдайда, онда айдауды атмосфералық қысымда жүргізумен шектейді. Мұнай шикізаты жеткіліксіз жағдайда, мұндай өңдеу бағыты тиімсіз болып саналады. Алғашқы айдау өнімдері. Мұнайды атмосфералық қысымда айдау нәтижесінде келесі өнімдер алынады:

- негізінен пропан мен бутаннан тұратын сұйытылған көмірсутекті газ (тұрақтандыру басы) өнімді күкіртті қосылыстардан тазалаған соң, шаруашылықта отын, газдарды бөлу қондырғыларына, шикізат ретіндеқолданады, кейбір кездерде автобензин компоненті ретінде де пайдаланады.

- бензин фракциясы: 30-180ºС аралығында айдалады. Автобензин компоненті ретінде пайдаланады. Кейбір жағдайларда каталитикалық риформинг қондырғыларының шикізат ретінде қолданылады,

- керосин фракциясы: 120-135ºС аралығында айдалады. Реактивтік қозғалтқыштарда, жарықтандыруға, тракторлардың карбюратор қозғалтқыштарында отын ретінде пайдаланады. Сапасын жақсарту мақсатында гидротазалау, сілтілік тазалау немесе меркаптансыздандыру қондырғыларында күкіртті қосылыстардан қосымша тазалаудан өтеді.

- дизель фракциясы: 180-350ºС аралығында айдалады. Бұрын дизельдік фракцияны атмосфералық газойль, соляр майы деп атап келді. Бұл фракцияны автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда, теңіз және өзен кемелерінде орналасқан дизельдік қозғалтқыштардың отыны ретінде пайдаланады. Қажет болған жағдайда, оны гидрогенизациялық әдіспен күкірттен тазалайды.

- мазут. Бұл мұнайды  атмосфералық айдаудың қалдығы.  Қазандық отын ретінде пайдаланады,  кейбір жағдайларда термиялық крекинг қондырғысының шикізаты ретінде қолданылады.

ЭЛОУ-АВТ-екіншілік айдаудың қондырғысында  мұнайды атмосфералық айдау қондырғысы

Технологиялық кескін мен атмосфералық айдау режимін таңдау мұнай сапасынан  тәуелді болады.

Еріген газдың мөлшері азғантай мұнайды өңдеу (1,2% дейін С₄ бірге кіреді), салытырмалы түрде жоғары емес бензин құрамы (12-15% фракциялар 180°С дейін) және фракция шығымы 350°С дейін 45% көп емес энергетикалық тиімді АТ жүзеге асыруға болады яғни бір күрделі бүйірлі отпорлы секциясы бар ректификалық бағанмен.

Еріген газының құрамы жоғары жеңіл  мұнайды айдау үшін (1,5-2,2%) және бензинді фракциялар (20-30% дейін) әрі 350°С дейінгі  фракциялар (50-60%) АТ блогында қолданған  дұрыс яғни алдын ала бензинденген бағанамен және күрделі бүйірлі  отпорлы секциясы бар ректификалық бағанмен. Бұл қондырғылар біршама  технологиялық тиімді, фракциялық құрамы әртүрлі мұнай өңдейтін қабілеті бар, себебі бірінші баған потенциалдан 50-60% бензин алынатын, тұрақтандырғыштың  функциясын атқарады, мұнайдың фракциялық құрамындағы тербелісті реттейді және  негізгі ректификациялық бағанның тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

Екібағанды атмосфералық трубчатканың блогының принципті кескінімен танысайық (4сурет). ЭЛОУ тұзсызданған және сусызданған  мұнайды қосымша жылуалмастырғышта  қыздырып, бөлшекті отбензинденген бағанға  береді (1). Осы бағанның жоғарғы жағынан  кеткен көмірсутекті газ бен жеңіл  бензин конденсацияланып, ауа және сумен суыту аппаратында суытылады  да орошения ыдысына бағытталады. Конденсат  бөлігін баған 1 бас жағына орошения ретінде қайтарады.  Отбензинденген мұнай бағанның төмен жағынан 1 құбырлы  пешке беріледі, онда қажетті температураға  дейін қыздырылып, атмосфералық бағанға 2 бағытталады, мұнайдың отбензинденген бөлігі 4 пештен  1 бағанның төмен  жағына ыстық струя түрінде қайта  оралады. 2 бағанның бас жағынан ауыр бензинді алады да, бүйірінен отпорлы 3 баған арқылы отынды фракцияларды шығарады 180-220 (230), 220 (230)-280°С және 280-350°С. Атмосфералық баған, өткір орошениядан  бөлек, екі циркуляциялық орошениясы болады.

 

4 сурет. ЭЛОУ-АВТ-6 қондырғысында мұнайды атмосфералық айдау блогының қондырғысының принципиалды кескіні: 1 – отбензинденген баған; 2 – атмосфералық баған; 3 – отпарлы баған; 4- атмосфералық пеш; I – ЭЛОУ бірге мұнай; II – жеңіл бензин; I I I – ауыр бензин; IV – 180-220ºС фракциялары; V – 220-280ºС фракциялары; VІ – 280-350ºС фракциялары; VІІ - мазут; VІІІ – газ; ІХ – сулы бу

 

ЭЛОУ-АВТ-екіншілік айдау қондырғысында  мазутты вакуумды айдау блогы

Блоктың негізгі мақсаты –фракциялық  құрамы кең (350-500°С) вакуумды газойль  алу, ол каталитикалық крекинга, гидрокрекинг қондырғысында шикізат ретінде  қолданылады. Мазутты вакуумды айдау  процесінде отындық нұсқа бойынша  бірреттік булану кескінін қолданған  дұрыс. Блоктың принципті технологиялық кескіні келесідей (5 сурет):

 

 

5 сурет. ЭЛОУ-АВТ-екіншілік айдау қондырғысында мазутты вакуумды айдау блогы қондырғысын принципті технологиялық кескіні:

1 –  вакуумды баған; 2-вакуумды пеш; 3-пароэжекторлы  вакуум сорғыш; І-АВТдан мазут;  ІІ-жеңіл вакуумды газойль; ІІІ  – вакуумды газойль; IV-қараңғыланған  (затемненная) фракция; V-гудрон; VI-су  буы; VII-ыдырау газы;  VIII-конденсат  (су мен мұнайөнімі)

 

АТ блогының атмосфералық бағанынан  төмен жағынан алынған мазут, 2 пеш арқылы паралельді ағынмен  вакуумды бағанға сорылады 1. Мұнай  мен су буының қоспасы, ыдыраушы газдарды жоғарғы жағынан  1 вакуум құрушы жүйеге береді. Конденсатор-мұздатқышта  суып, конденсацияланғаннан кейін оны  газосепараторда газды және сұйық  фазаға бөледі. Газды үшсатылы булыэжекторлы  вакуумды сорғышпен сорады, ал конденсатты  сулы конденсаттан мұнайөнімін бөліп  алу үшін тұндырмаға бағыттайды. Вакуумды бағанның жоғарғы бүйірлі погонына жеңіл вакуумды газойльді тартып алады (соляр). Оның бір бөлігі суығаннан  кейін жылуалмастырғышқа бағанның бас жағына жоғарғы айналдырушы  орошения ретінде қайтарады.

Екінші бүйірлі погонды кең  газойльді (майлы) фракциясын алады. Оның бөлігін суығаннан кейін орталық  айналушы вакуумды бағанның орошениесі түрінде қолданады. Жылуалмастырғыш пен мұздатқыштан кейін вакуумды газойльдің балансты мөлшерін қондырғыдан шығарады.

Бағананың концентрленген бөлігінің  төменгі табақшасынан  қоюланған (затемненную) фракцияны шығарады, оның бір бөлігін төменгі циркуляциялаушы  орошение ретінде ал екінші бөлігін  рецикл түрінде вакуумды пешке қолданады.

 Вакуумды бағанның төмен  жағынан гудронды алады да  суығаннан кейін қондырғыдан  шығарады. Гудронның бөлшегі суығаннан  кейін жылуалмастырғышқа бағанның  төмен жағына квенчинт (рецикл) ретінде  келеді. Вакуумды бағанның төменгі  жағына және пеш змеевигіне  сулы бу беріледі.

Вакуумды бағанның технологиялық режимі:

  Температура, °С

          қоректену – 395;  жоғарғысы – 125;  төменгісі – 352

шығысы:

л.в.г – 195;   ш.в.г – 260;  қараңғыланған фракциялар – 300

Қысым (абс.), кПа – 8,0