28 сентября, 2018 13:42
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада каталитикалық крекинг қондырғысының
фракциялаушы бөлігіндегі технологиялық процесті айқын емес жиындар
теориясын қолданып реттеу мәселесі қарастырылған.
Технологиялық бөлімде каталитикалық крекинг технологиясы,
ерекшеліктері мен жұмыс жасау принципі сипатталды.
Арнайы бөлімде фракциялаушы бөліктегі технологиялық процестің
айқын емес жиындар теориясын қолданып, АРЖ құрылымы және
математикалық моделі құрылды.
Экономикалық негiздеу бөлімінде жүйені айқын емес жиындар
теориясын қолдану арқылы реттеу кезіндегі экономикалық тиімділіктер
анықталды.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде санитарлы қорғаныс аймағының
шекарасы және жоспары анықталып, желдер розасы тұрғызылды.
Мазмұны
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері мен ерекшеліктері, жіктелуі
1.2 Мұнай өңдеу процестері
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
1.4 Каталитикалық крекинг қондырғысының технологиялық сұлбасы
1.5 Есептің қойылымы
2 Арнайы бөлім
2.1 Каталитикалық крекинг қондырғысының фракциялаушы бөлігінің
технологиялық сұлбасы
Фракциялаушы бөліктегі колонна
температурасын реттеу
жүйесінің функционалдық сұлбасы
2.3 Жүйенің математикалық үлгісі
2.4 Колонна температурасын реттеп отыратын контурда өтетін
технологиялық процестің дәстүрлі математикалық үлгісін құру
2.5 Айқын емес жиын теориясы туралы түсінік
Айқын емес жиындар теориясын қолдану арқылы бас
фракциялаушы колоннаның ауыр газойль алынатын контурының
температурасын автоматты реттеу жүйесін құру
2.7 Айқын емес реттеуішті қолданып жүйенің реттеу жүйесін құру
2.8 Жүйенің технологиялық процесінің реттеу жүйесін Fuzzy Logic
Toolbox пакетінің көмегімен MatLab ортасында құру
2.9 Дәстүрлі және айқын емес жиындар теориясы бойынша жүйені
реттеудің өтпелі сипаттамаларын салыстыру
3 Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімі
3.1 Мұнайды қайта өңдеу кәсіпорнының табиғатты қорғау жұмысын
бағалау
3.2 Зиянды және қауіпті факторлардың пайда болуы және олардың
адам организміне әсері
3.3 Санитарлы — қорғаныс аймақты анықтап және зиянды
қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу
3.4 Санитарлы қорғаныс аймағының шекарасын анықтау
4 Техника — экономикалық негіздеме бөлімі
4.1 Жобаның бейнеленуі
4.2 Өндірістік жоспар
4.3 Анықталмаған модель негізіндегі басқару жүйесін енгізгеннен
кейінгі техникалық — экономикалық тиімділігі
Қорытынды
Қолданылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
Қазақстан мемлекеті мұнай өндіру саласымен ертеден айналысып келе
жатқан елдердің бірі болып саналады. Еліміздің экономикасын жетілдіруде
мұнай мен газ қорлары өте маңызды рөлге ие. Сапасы жағынан жоғары
деңгейдегі мұнай өнімдерін алу елімізге айтарлықтай пайда әкелетіні сөзсіз
түсінікті.
Бүгінгі таңда еліміздің Атырау, Павлодар және Шымкент өңірлерінде
үш мұнай өңдейтін зауыттар орналасқан. Олар жылына 19,4 млн.т мұнай
өңдейді. Бұл мұнай өңдеу зауыттарында мұнай өңдеу процестерінің бірнеше
түрі жүргізіледі. Солардың ішінде қазіргі таңда дүниежүзілік мұнай өндіру
саласында кең тараған каталитикалық крекингтеу әдісіне тоқталсақ.
Крекинг — мұнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин
фракциясын кұрайтын кіші молекулаларға ыдырату процесі. Кез келген мұнай
өңдеу процесі барысында саны жағынан да, сапасы жағынан да жоғары бензин
алуға тырысады. Бұл әдіс те мұнай өңдеу процесінің дамуына өз үлесін қосты.
Каталитикалық крекинг қондырғысының фракциялаушы бөлігінен ауыр
газойль, жеңіл газойль, тұрақты бензин және т.б. сапасы жоғары фракциялар
алынады.
Адам қатысуымен жүретін мұнай өңдеу процестері көптеген
қиындықтар туғызады. Атап айтсақ, процестерді анықтайтын параметрлердің
әртүрлілігі, параметрлердің өзара байланыстарының үлкен саны, олардың
өзара ықпалын етуі және де реттеп отыратын адамның іс әрекеті, ой — өрісі.
Объекттерді дәстүрлі математикалық әдіспен реттеу және олардың
математикалық модельдерін құру жағдайларында зерттеліп жатқан объектті
модельдеу үшін жиналған барлық бастапқы ақпараттар жеткіліксіз немесе
айқын болмауына байланысты, айқын емес мәселесі туады. Мұндай есептерді
шешуге айқын емес жиындар теориясы мүмкіндік береді.
Тақырыптың өзектілігі:
модельдеудің әрбір қадамында нақты
заңдылықтарды қажет ететін дәстүрлі математикалық әдісіне қарағанда айқын
емес жиындар теориясы санаулы заңдылықтар жиынын пайдалана отырып,
моделдеу процесін жоғары деңгейде өткізетін ойлау өрісінің жаңа бір деңгейін
ұсынады. Аталған теорияның қуаты мен қарапайымдылығы оның әсіресе
мұнай өңдеу өндіріс саласында еркін қолданылуына және көздеген
мақсаттарға қол жеткізуге кепілдік береді.
Дипломдық жобаның мақсаты – айқын емес жиындар теориясын
қолдану арқылы бас фракциялаушы колоннаның ауыр газойль алынатын
контурының температурасын реттеудің автоматты жүйесін құру болып
табылады.
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері мен ерекшеліктері, жіктелуі
Мұнай — көмірсутектер қоспасы болып табылатын, жердің тұнбалық
қабатында орналасқан ең маңызды пайдалы қазбалардың бірі. Мұнайдың
сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және химиялық
сипаттамалармен анықталады. Оның тығыздығын, тұтқырлығын, химиялық
құрамын осы және басқа да көптеген касиеттерінің өзгеру заңдылықтарын
білмейінше мұнайдың сапасын, сәйкесінше оның бағасын және өңдеу
сұлбасын анықтау мүмкін емес.
Мұнай жанғыш майлы сұйықтық күйде, судан жеңіл, өзіне тән иісі бар,
көбінесе қара түсті болады. Мұнайдың түсі жоғары молекулалы шайырлы
заттардың құрылысы мен санына тікелей байланысты, ашық сары түстен
қараға дейін, кейбір мұнайлар жарыққа шағылысқанда жасыл немесе пурпур
түске өзгереді, кейде түссіз түрлері де кездеседі. Мұнай түрлері келесі
қасиеттері бойынша бір
—
бірінен ерекшеленеді: түсі, тығыздығы,
ұшқыштығы, қайнау температурасы. Дегенмен кез келген мұнай — суда
мүлдем ерімейтін, құрамы бойынша — көп компонентті (бірнеше мың әртүрлі
химиялық қосылыстар) көміртек атомдарының саны 100 дейін және одан да
көп гетероорганикалық қосылыстар мен кейбір металдардың коспасынан
тұратын көмірсутектердің күрделі коспасы.
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның
элементік құрамы бес химиялық әлементтің — көміртек, сутек, оттек, күкірт,
азот міндетті түрде болуымен сипатталады (1.1 сурет).
Мұнай мен мұнай өнімдерінің көп бөлігін көміртек (83 – 87 %) және
сутек (12 – 14 %) құрайды (1.2 сурет). Гетероатомдық қосылыстардың
мөлшері мұнайдың жасы мен шығу тегіне байланысты. Гетереатомды
гетероорганикалық қосылыстар — құрамында күкірт, азот және оттек, сонымен
қатар барлық мұнайда болатын минералды қосылыстар.
Шикі мұнай мынадай фракциялардан тұрады (1.1 кесте).
Құрамына байланысты мұнай жеңіл және ауыр мұнай болып бөлінеді.
Жеңіл мұнайдың кұрамында аз мөлшерде май фракциясы болады, бірақ ол өте
сирек кездеседі. Жеңіл мұнайда әдетте бензин, нафталар мен керосин, ал ауыр
мұнайда газойль мен мазут көп болады. Бензин мөлшері шамамен 20 – 30 %
болатын мұнай көп кездеседі.
Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар ретіндегі сапасы әртүрлі
технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл көрсеткіштер өте
әралуан. Фракциялық және химиялық құрамынан басқа негізгі көрсеткіштері:
— тығыздығы;
— молекулалық массасы;
— тұтқырлығы;
— температуралық
сипаттамалары (тұтану, өздігінен лаулау,
қату
температурасы және басқалары).
Оптикалық қасиеттері. Мұнай мен мұнай өнімдеріне флуоресценсия
мен оппаласценсия (жарықтың шашырау) құбылыстары тән.
9
|
|
|
Ерігіштігі. Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосылыстар,
шайырлар, өсімдіктер мен жануарлар майлары, ауа, көміртек оксидтері, газды
алкандар және т.б. жақсы ериді. Мұнай мен мұнай өнімдері суда іс жүзінде
ерімейді.
Жылулық қасиеттері. Мұнайдың жылу өткізгіштік, жылусыйымдылық
және басқа да жылулық — физикалық қасиеттері оның құрамындағы
көмірсутектердің молекулалық массасына және молекулалық құрамына,
жылуөткізгіштік температураға,
жылусыйымдылық
тығыздық пен
температураға байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік алкандарға, екі және үш
циклды тармақталған кұрылымдарға тән. Алкандардың жылуөткізгіштігі ең
жоғары, ал ароматты көмірсутектердікі ең төмен болып саналады.
Сұйықтар мен газдардың энтальпиясы. Сұйықтың энтальпиясы деп
массасы 1 кг сұйықтың температурасын 0 0С — тан берілген температураға
дейін қыздыру үшін жұмсалатын жылудың кДж алынған мөлшерін айтады.
Будың энтальпиясы деп сұйықты қайнау температурасына дейін қыздыруға
қажетті жылудың мөлшерін айтады.
Жану жылуы деп 1 м2 сұйық немесе қатты отын толығымен жанғанда
бөлінетін жылудың (кДж) мөлшерін айтады.
1987 жылы мұнайдың тығыздығы бойынша жалпы жіктелу I схемасы
қабылданған:
— жеңіл мұнайлар — 870,3 кг/м3;
— орта — 870,3 — 920,0 кг/м3;
— ауыр — 920,0 — 1000 кг/м3;
— өте ауыр — 1000 кг/м3 жоғары, тұтқырлығы 10000 мПа/с кем емес;
— табиғи битумдар — 1000 кг/м3, тұтқырлығы 10000 мПа/с жоғары.
Сонымен қатар түрлі классификациялары нәтижесінде кұрастырылған
мұнайдың шифрі арқылы оның жалпы сипаттамалары, ең тиімді өндеу
әдістері, мұнай өнімдерін жақсарту қажеттілігін негіздеу туралы ұсыныс
жасауды жеңілдетеді.
Химиялық классификация мұнай құрамында бір немесе бірсыпыра
көмірсутектер кластары басым болуына негізделген. Бұл классификация
бойынша мұнайды келесі түрлерге ажыратады:
— парафинді;
— парафин – нафтенді;
— нафтенді;
— парафин – нафтен – ароматты;
— нафтен – ароматты;
— ароматты.
Генетикалық жіктелуі мұнайлар құрамында жоғары және төмен
өсімдіктер қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит
—
сапропелді,
сапропелді және сапропелді
—
гумитті болып үш типке бөлінеді.
Компонеттердің анаэробты ортада өзгеру дәрежесіне қарай типтер кластарға
және топтарға бөлінеді.
10
Технологиялық жіктелу. Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге
сәйкес мұнайды былай жіктейді (1.2 кесте):
— құрамыңдағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт класқа бөледі
(I < II < III < IV);
— 350 °С дейін айдалатын фракциялардың шығымына қарай үш түрге
бөледі (Т1 > Т2 > Т3);
— базалық майлардың үлес салмақтарына қарай үш топқа бөледі (М1 >М2
> М3);
— тұтқырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі (И1 > И2 > Из > И4);
— қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге бөледі (П1 <
П2 < П3).
Күкірттің массалық үлесі бойынша аз күкіртті мұнай — I класқа, күкіртті
— II класқа, жоғары күкіртті — III класқа, аса жоғары күкіртті — IV класқа
жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұнай – П1 түрі,
парафинді мұнай — П2 түрі, жогарыпарафинді — П3 түрі болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түрлердің
көрсеткіштерімен жүйелі құрастырылған шифрімен сипатталады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай нөмірі төмен топқа жатса,
ал екінші көрсеткіш арқылы нөмірі жоғары топқа сәйкес келетін болса, онда
мұнайды нөмірі жоғары болатын топқа жатқызады.
1.2 Мұнай өңдеу процестері
Мұнай мен газды өңдеу процестері өздерінің дамуында сапалық және
сандық өзгертулерге ие болды. Қазіргі таңда мұнай өңдеу және мұнай
химиялық өндірістерде жылу мен масса тасымалдау реакцияларының
кезеңдерінің бір уақытта ағуымен көп функционалды аппараттарды қолдану
сай келетін біріккен процестер көп қолданылады. Әсіресе, бүтін өнімнің сапа
көрсеткіштерін стандарт талаптарына дейін жеткізу үшін көміртекті
шикізатты өңдеудің аз габаритті қондырғыларындағы көп функционалды
аппараттар кең қолданыс табуда.
Мұнайды өңдеудің тереңдігін ұлғайту үшін екіншілік процестердің
үлесін ұлғайту, прогрессивті қондырғылар мен тиімді катализаторды жасап,
енгізу керек.
Бүгінгі таңда мұнайды бірінші ретті өңдеу қондырғыларының өнімділігі:
мұнай 8,5 – 9 млн. т/жыл және газ 5 млрд. м3/жыл дейін жетіп отыр. Екінші
ретті өңдеу процестері жүретін қондырғылар (бензинді екіншілік айдау,
каталитикалық крекинг, пиролиз және т.б.) қуаты бірнеше есеге өсті.
Техниканың қарқынды дамуына байланысты мұнай өнімдерінің сапасын
ұлғайту үшін мұнай мен газды өңдеудегі химиялық технологиялар
процестерінің көп түрлерін қолдану қажеттілігі туындады. Бұл жерде
ректификация, абсорбция, экстракция, адсорбция, кептіру, тұндыру, сүзгілеу
және т.б. сияқты процестер, сонымен қатар әртүрлі химиялық және
каталитикалық процестер: пиролиз, каталитикалық крекинг, риформинг,
гидротазалау және т.б. процестер туралы айтылған.
Мұнай мен газды өңдеуде осынша әртүрлі процестерді жүргізу жұмыс
параметрлерінің өзгеруі үлкен аралықта жұмыс істейтін аппараттарды
қолдануды қажет етеді. Мұнай өңдеудегі негізгі немесе типтік процестер
негізінен зат пен энергияның алмасуы есебінен кіріс қоспаны бөлу үшін
оларды қолдануға қарастырылған.
Негізгі процестердің жіктелуінің негізіне әртүрлі принциптер
қарастырылуы мүмкін, бірақ бұл процестердің әртүрлілігіне қарап, оларды
процестің жүргізу күшін тудыру мүмкіндігі бойынша жіктеу дұрыс болып
келеді. Осыған байланысты химиялық технологияның негізгі процестерін
келесідей топтарға бөлуге болады:
Массаалмасу немесе диффузиялық процестер диффузия есебінен заттың
бір фазадан екінші фазаға алмасуына байланысты жүреді. Массаалмасу
процестерінде әрқашан екі фаза болады, мысалы, сұйық және бу, сұйық және
газ тәрізді, екі сұйық фаза, қатты және сұйық және т.б.. Процестердің бұл
тобына айдау, ректификация, абсорбция, адсорбция, экстракция, кептіру,
кристалдандыру және т.б. жатады. Массаалмасу процестерінің жүргізуші күші
болып берілген фазадағы құраушының нақты концентрациясы мен басқа
фазамен теңгеруінің арасындағы концентрация градиенті немесе
концентрация айырымы есептеледі. Ал үрдіс жылдамдығы массаалмасу
12
заңдылықтарымен анықталады.
Гидромеханикалық процестер онда өлшенген қатты бөлшектердің
немесе сұйықтық тамшысы бар біртекті емес жүйе – сұйықтық пен газды
(буды) өңдеумен байланысты. Мұндай процестерге тұндырудың (ауырлық
күш өрісінде, центрге тартқыш күш өрісінде, электрлік және магнитті өрісте),
сүзгілеудің, араластырудың, газ бен сұйықтықтың сусымалы материал арқылы
ағудың және т.б. әртүрлі түрлері жатады. Гидромеханикалық процестердің
жүргізуші күші болып өңделетін материалдардың тығыздығының
әртүрлілігімен немесе басқа да себептермен келісілген қысым градиенті
немесе қысым айырымы табылады. Процесс жылдамдығы біртекті емес
жүйелердің гидродинамика заңдылықтарымен анықталады.
Механикалық процестер қатты материалдарды өңдеумен байланысты.
Оған ұсақтау, шашырату, тасымалдау, дозалау, араластыру процестері
жатады. Бұл процестің жүргізуші күші болып күш, қысым айырымы немесе
кернеу (сығу, ығысу, созу) градиенті табылады. Процесс жылдамдығы қатты
денелердің механика заңдылықтарымен анықталады.
Жылу процестері бір денеден екінші денеге жылудың берілуімен
байланысты. Оларға келесідей негізгі процестер жатады: жылыту, суыту,
булану, конденсациялау, қату (кристалдану). Жылу процестерінің жүргізуші
күші болып температура айырымы немесе температура градиенті есептеледі.
Ал процесс жылдамдығы жылу беру заңдылықтарымен анықталады.
Химиялық процестер
өңделетін
материалдарды, мақсаты жаңа
байланыстарды табу болып келетін түрлендірумен байланысты. Бұл процесс
тобына термокаталитикалық процестер тобы: каталитикалық крекинг,
пиролиз, риформинг, гидротазалау және т.б. жатады. Процестің жүргізуші
күші болып әсер беретін заттардың концентрацияларының айырымы
табылады. Процесс жылдамдығы химиялық кинетика заңдылықтарымен
анықталады.
Кіріс жүйенің құраушы бөліктері өзгермей бір фазадан екінші фазаға
өтетін массаалмасу процестеріне қарағанда химиялық процестерде кіріс
қоспаның құраушылары кіріс заттарының құрамынан құрамдары бойынша
ерекшеленетін жаңа заттардың жүйеде пайда болуына алып келетін түбірлі
өзгерістер өтеді.
Көп жағдайларда бір қондырғыда бір уақытта бірнеше типтік процестер
жүруі мүмкін. Мысалы, химиялық процесс масса мен жылудың
тасымалдауымен, ректификацияның диффузиялық процесі жылуалмасумен
және т.б. жүреді.
Мұнай өндеу заводтардың технологиялық процестерін екі топка бөледі:
физикалық және химиялық.
Физикалық процестер арқылы мұнайды құрамындағы компоненттерді
химиялық өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция,
абсорбция, кристалдану және т.б процестер жатады.
Химиялық өзгерістердің түріне байланысты үш топқа бөлінеді:
13
- Деструктивті
процестерде шикізатгағы косылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалык көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі.
- Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің өзінде
түзілетін сутектің катысуымен жүреді.
- Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы
оттегімен, су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксидтерімен және т.б.)
көміртек оксидтерін, сутегі, әлементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.
Атмосфералық айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жақсартуға
ұшыратады: гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық
риформинг арқылы — бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның
шикізаттарын — жеке ароматты көмірсутектерді (бензол, толуол, ксилолдар
және т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазуттан (ВТ
—
вакуумдық айдау
қондырғысында) мотор отындар компоненттерін алатын шикізаты — ауыр
газойльдің кең фракциясын (350 — 500 °С), немесе кейінгі тазалау процестеріне
жіберілетін (селективті тазалау, депарафиндеу және т.б.)
— жіңішке
дистиллятты май фракцияларын алады.
Мұнай құрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге түрлі
әдістерді қолданады. Оларға айдау, ректификация, вакуумдық айдау,
адсорбция, абсорбция, экстракция, крекинг әдістерін жатқызуға болады.
Айдау. Көмірсутектердің қайнау температурасы құрамындағы көміртек
атомдарының саны арткан сайын жоғарылайды. Керісінше, бензолдың буын
қайнау температурасынан төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа
айналады. Мұнайды айдап құрам бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйықтың температурасы 80
°С асқанда одан бензол ұшып шығады. Онымен бірге қайнау температурасы
бензолдікіне жақын басқа да көмірсутектер ұшады, яғни мұнайдан қайнау
температурасы 80 °С жуық фракция бөлінеді. Аппараттағы температураны
тағы 25 °С градусқа көтерсек, мұнайдан қайнау температурасы 80 – 105 °С
аралықта жататын келесі фракция құрамында С7 бар көмірсутектер ұшып
шығады. Осылай температураны 350 °С дейін көтере отырып мұнайды басқа
да құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Вакуумдық айдау. Атмосфералық қысымда айдағанда қалдық ретінде
мазут бөлінеді. Мазут 350 °С жоғары температурада айдалады. Вакуумдық
айдаудың негізі болып мына қағида саналады: қысым азайған сайын
сұйықтықтың кайнау температурасы төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350 – 500
°С аралығында жататын фракциялар алынады.
Пиролиз. Пиролиз деп затты тотықтармай-ақ термиялық жолмен
ыдырату және өзгеріске ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы
қаныкпаған көмірсутектер алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді
көмірсутектер колданылады. Пиролизге табиғи, қосалқы газдар және мұнай
14
өнімдері ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компоненттердің
әркелкі еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүргізеді. Сонда
бөлініп алынған әрбір фракцияның құрамында критикалық температуралары
бір-біріне жуық, олай болса құрылысы өзара ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалық еріткіш арқылы ерітінді құрамындағы
бір компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.
Крекинг. Бұл термин ыдырату деген мағынаны білдіреді. Ол мұнайдың
ауыр фракцияларын жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады.
Мұнайдың бу қоспаларын жеке компоненттерге немесе техникалық
фракцияларға одан әрі өңдеу үшін мынадай процестер қолданылады:
конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. Газ
фракциялау қондырғыларында бұл процестерді әртүрлі құрамда біріктіреді.
Конденсация – газдарды бөлудің бірінші сатысы, конденсациялау
көмегімен газ екіфазалы жүйеге ауысады, одан кейін оны механикалық
жолмен газ бен сұйыққа бөледі. Суытқыш есебінде суды немесе ауаны
пайдаланады. Конденсацияланатын компоненттердің санын көбейту үшін
конденсациялау температурасын төмендету қажет.
Компрессия – газдарды бөлу жүйелерінде конденсациялаумен бірге
қолданылады. Газдар қысымын өсіргенде көмірсутектердің
конденсациялануына қолайлы жағдай туады. Компрессияланған (сығылған)
газдан бірінші кезекте ең ауыр компоненттер конденсацияланады.
Адсорбция — фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші
компонснтке сіңуі. Адсорбент (адсорбтеуші зат) — өзінің сыртқы бет қабатына
баска затты сіңіріп алатын зат (әдетте катты немесе сұйық заттар). Бұл әдіс
мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір сорбенттің бетіне таңдамалы
түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде компоненттердің сорбиялану
энергиялары да әр түрлі болады. Мұнайды адсорбент арқылы өткізгенде оның
бетіне белгілі бір компоненттер жақсы адсорбцияланады да, қалғандары
сұйықта қалады. Осылай мұнайды кұрам бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі
кездегі адсорбциялық қоңдырғылар хроматографияға негізделген.
Газдарды бөлуде өндірісте көп қолдау таппады. Ол кейбір қатты
заттардың (активтелген көмір, силикагель, т.б.) газдың әртүрлі
компоненттерін талғамды жұту қабілетіне негізделген. Сұйық жұтқыштар
(абсорбенттер) сияқты қатты адсорбенттер ауыр көмірсутектерді жақсы
жұтады. Адсорбция режимін жұрыс таңдап алып құрғақ газ алуға болады.
Адсорбцияны қоспалардан бөлінетін көмірсутектер мөлшері 50 мг/м3
аспайтын, құрамында ауасы бар газдардан мақсатты компоненттерді бөліп
алуда қолданады.
Абсорбция
–
газдардың кейбір компоненттерінің сұйықпен
(абсорбентпен) жанасуында жұтылу процесі. Абсорбция тиімділігі процесті
жүргізу температурасына, қысымына, газдың және қолданылатын
абсорбенттің физика — химиялық қасиеттеріне, абсорбцияланатын газдың
15
жүру жылдамдығына, берілетін абсорбент мөлшеріне байланысты.
Температураны көтеруден газдың сұйықтықта еруі кемиді, абсорбция
бәсеңдейді және тіптен жүрмеуі мүмкін. Технологиялық қондырғыларда
газдан пропан мен бутанды бөлуде температура 35 ˚С жоғары болмауы керек.
Абсорбентті таңдау абсорбцияланатын газ қасиетіне тікелей
байланысты. Көмірсутекті газдар құрылымы мен молекулалық массалары
жағынан жақын жеңіл бензиннің сұйық көмірсутектерімен жақсы бөлінеді.
Жеңіл абсорбенттің бу қысымы жоғары болатындықтан, ол абсорберден
шығушы газбен көп мөлшерде ілесіп кетеді. Абсорбция қондырғыларында,
әдетте, екісатылы абсорбцияны қолданады: негізгі абсорбент есебінде бензин
фракциясын, ал одан кейін абсорберден шығушы газ ауыр фракциялық
құрамды сұйықпен, мысалы, керосин – газойль фракциясымен, газдан ілесіп
кеткен бензинді бөлу үшін жуады.
Газдың сұйықпен жұтылуы жылу бөлумен жүреді. Осындайда
абсорбцияны бәсеңдетпес үшін технологиялық қондырғыларда арнайы
шаралар қолданады.
Абсорбциялауда жұтылған газ абсорбенттен буландырушы колонна
десорберде бөлінеді. Десорбциялауға абцорбцияға қарама-қарсы жағдай
қажет, яғни жоғары температура және төмен қысым. Десорбция — адсорбцияға
кері процесс. Хемосорбция — адсорбент және адсорбат (адсорбентке сіңетін
зат) молекулалар арасында химиялық әреккеттесу аркылы жүретін адсорбция
процесі.
Ректификация — газ қоспаларын бөлудің соңғы сатысы болып саналады.
Оны өте таза жеке көмірсутектерін алу үшін қолданады. Газдар қоспасын
компоненттерге бөлу қиын болғандықтан, жұмыс істеп тұрған жүйелерінде
ректификациялауға газдан конденсациялау
–
компрессиялау немесе
абсорбциялау әдістерімен бөлінген сұйықтықты береді. Сұйытылған газдарды
ректификациялаудың мұнай фракцияларын ректификациялаумен
салыстырғандағы ерекшелігі – қайнау температуралары өте жақын өнімдерді
бөлу және өте жоғары деңгейлі таза тауарлы өнімдер алу қажеттігі.
Сұйытылған газдарды ректификациялауда колонналардағы қысым жоғары
болуымен ерекшеленеді, себебі ағын жасау үшін ректификациялау
колонналарының жоғарғы өнімдерін кәдімгі ауа мен су тоңазытқыштарында
жасанды тоңазытуды қолданбай конденсациялау қажет. Мысалы, изобутанды
40 ˚С конденсациялау үшін бутан колоннасы рефлюкс сыйымдылығында,
яғни колоннаның өзінде 0,52 МПа төмен болмайтын қысымда ұстап тұруы
қажет.
Ректификациялау қондырғысының жүйесі және әрбір компоненттердің
бірінен кейін бірінің бөлінуі бастапқы қоспа құрамына, өнімдердің қажетті
тазалығына және алынатын фракциялар мөлшеріне байланысты.
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
Мұнай өндіру өндіріс саласында каталитикалық крекинг әдісі кең
қолданысқа ие.
Крекинг — мұнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин
фракциясын кұрайтын кіші молекулаларға ыдырату. Мұнай өндеуде бензин
фракцияларына үлкен көңіл бөлінеді. Саны жағынан да, сапасы жағынан да
жоғары бензин алуға тырысады. Крекинг процесінде катализаторды колдану
жоғарыоктанды отынның шығу мөлшерін арттырды және технологиялық
параметрлерді одан әрі жетілдірді.
Термиялық процеспен салыстырғанда, каталитикалық крекинг тезірек
өтеді. Крекинг процесі кезінде көмірсутек сымдары үзіледі және қарапайым
шектеулі және шектеусіз көмірсутектер пайда болады.
Тотығу және полимеризациялану процестері катализ нәтижесінде пайда
болған көмірсутектер бойында жүрмейді. Себебі катализ нәтижесінде осы
процестер тән болып келетін шектеусіз көмірсутектер мөлшері азаяды.
Мұндай бензин сақтауда тұрақты болады.
Катализдік крекингтің термиялық крекингпен салыстырғандағы негізгі
артықшылықтары:
- Процесті каталитикалық жылдамдатудың нәтижесінде, процесті
төменірек температурада және төменірек қысымда жүргізуге болады.
- Катализатордың селективтік әсері жинақталуға алып келетін
процестерді жеделдетеді — хош иісті, изопарафиндік жәнс изоолефиндік үлкен
октандық саны бар крекинг — бензиндерде анықталған.
Каталитикалық крекингтің негізгі мақсаты — тек сапалы отынның
қосымша мөлшерін алу ғана емес, сонымен қатар мұнайды пайдалану
мүмкіншіліктерін ұлгайту. Каталитикалық крекинг ары қарай химиялық
өндеуге түсетін ароматты көмірсутектер алуға мүмкіндік береді. Бәріміз
білетіндей, химиялық өнімнің 25 % көбі мұнай өңдеу өндірісінен алынады.
Крекинг процесіңде катализаторлар ретінде алюмосиликаттар, хром,
алюминий оксидтері және т.б. сияқты кышқылды функциялы заттар кең
қолданылады.
Каталитикалық крекинг катализаторларының ерекшеліктері болып
олардың тез дезактивизациясы саналады. Катализатордың қуыстары 10 — 15
минут жұмыс арасында кортқы көмірмен толтырылып отырады. Сондықтан да
крекинтті катализатордын регенерация процесімен кезектестестіріп отыру
қажет. Жұмыс циклін және регенерацияны жиі ауыстырып отыратын
катализдік процесстер циклдық деп аталады.
Регенерация — катализатор бетінен ауамен қортқы көмірді және шайыр
жинағын жандыру құбылысы. Катализаторды жергілікті қызып кетуден корғау
үшін ауаны инерттік газдармен араластырады.
Катализдік крекингтің вакуум — дистилятта жұмыс атқаруындағы типтік
параметрлері:
17
— температурасы 450 – 480 °С;
— қысымы 0,14 — 0,18 МПа.
Қорытындылағанда көмірсутегі газдар (20 %), жанармай фракциясы (50
%), дизель фракциясы (20 %) алынады. Қалғандары ауыр газойльға немесе
крекинг-калдыққа, қортқы көмір және шығындарға кетеді. Катализатор
бетінде әр 10 — 15 минут сайын қортқы көмір жиналып отырады. Сондықтан
крекингті катализатордың регенерация процесімен алмастырып отырады.
Термиялық крекингтегідей каталитикалық крекингте температураны
көтеру газ тәріздес көмірсутектер шығымының артуына және соған сәйкес
сұйық көмірсутектердің шығымының төмендеуіне алып келеді. Бұл жағдайда
заттар салмағының газдық және сұйықтык фазасының орташа молекулярлық
салмағы төмендейді, сонымен қатар қортқы көмірдің пайда болуы өседі.
Сондықтан процесс катализаторларына ерекше көңіл бөлінеді.
Крекингтік бірінші «қолдан жасалған» катализаторы болып
алюмосиликатты формаланатын диаметрі 3 мм жуық түйіршек түріндегі
катализаторлар болды. Оның негізі болып табиғи қуыстығы, алдымен мұнай
өңдеушілерді қанағаттандыратын аморфты алюмосиликат болды. Оның
орнына бөлшектері микрондармен өлшенетін микросфералы алюмосиликатты
катализатор келді.
Қолданылатын катализаторлардың түрі, оларды регенерациялау әдісі
технологияны анықтайды, яғни катализдік крекингтің жабдығын
да
анықтайды. Бірінші кондырғылар таблеткалы катализаторларда кезеңдік
тәртіпте жұмыс атқарған. Оларда жүктелген жылжымайтын
катализаторлардың реакциясы және регенерациясы бір кұралда кезекпен іске
асырылатын. Содан соң жетілген түйіршік катализаторлар және үздіксіз
әрекеттегі кондырғылар пайда болды.
Мұндай қондырғының реакторы бағаналық (колонналық) типтегі құрал
болып саналады (1.3 сурет).
Оған жоғарыдан арнаулы жабдық арқылы 1 — 2 мм түйіршіктер түріндегі
катализатор түседі. Түйіршіктер тығыз кабатталып, төменге түсіріледі және
бірте — бірте реакция аумағынан, крекинг өнімін беліп шығару аумағынан
және бумен қанықтыру аумағынан өтеді. Катализатор мен шикізат контактінің
орташа уақыты 5 секунд.
Бумен өңдеу әдісі катализаторға жабысып қалған көмірсутектерін жою
үшін колданады. Бумен өңдеуді міндетті түрде жүргізу қажет, себебі содан
соң катализатор баска аппарат — регенераторға түседі, мұнда одан қортқы
көмір жандырылады. Бұл жағдайда жойылмаған көмірсутектері жанып кетіп,
пайдалы өнімнің шығуы төмендейді.
Автор публикации
