Бб қисық сызықтары
Өндiрiсте бiр рет буландырумен айдауды бу мен сұйық фазаны ректификациялаумен жалғастырып жүргiзу мұнайды фракцияға бөлуде жоғары нәтижеге жетуге, процестiң үздiксiз жүруiне және шикiзатты қыздыруға отын шығынын үнемдеуге мүмкiндiк туғызады [3].
Ректификациялау. Бiр-бiрінде жақсы еритiн сұйықтарды бiр рет буландыруда және буларды одан кейiн конденсациялағанда, құрамында төмен температурада қайнайтұғын фракциялары көп жеңiл және шикiзатқа қарағанда құрамында тез қайнайтұғын фракциялары аз ауыр екi фракция алады. Сондықтан айдау процесiнде бiр фаза төмен қайнаушы компоненттермен байиды. Бiрақ мұнайдың компоненттердің қажеттi бөлiнуiне жету және айдау көмегiмен белгiлi бiр температура аралығында қайнайтұғын түпкiлiктi өнiм алу мүмкiн емес. Сондықтан мұнай фракцияларын бiр рет буландырудан кейiн ректификациялайды.
Ректификациялау деп қайнау температурасы бiр-бiрiмен айырмашылығы бар сұйықтардың, булар мен сұйықтардың қарама-қарсы қайта-қайта жанасуының нәтижесiнде, бөлiнуiнiң диффузиялық процесiн атайды.
Булар мен сұйықтардың жанасуы тiк цилиндр тәрiздi құралдарда-арнайы жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары бар, колонна бойымен жоғары көтерiлушi бу мен төмен ағушы сұйықтар арасында өте тығыз жанасуды қамтамсыз ететiн – ректификациялық колонналарда iске асырылғаны 3 суретте көрсетілген.
Колоннаның орта бөлiгiнде бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйiнде шикiзатты бередi, оны жоғары және төмен қайнаушы өнiмге бөлу қажет. Шикiзатты беретiн аймақты эвапарациялық аймақ дейдi, себебi онда эвапарация пеште немесе жылуалмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бiр рет буландыруы жүредi. Кейбiр жағдайларда эвапарациялық аймақ колоннадан бөлек болады да, эвапарация өз алдына тұрған аппаратта жүргiзiледi. Бiрақ көпшiлiк колонналарда, сонымен қатар алғашқы айдау қондырғыларында да бiр рет буландыруды және ректификациялауды бiрге жүргiзедi.
Iстеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбiр табақшадан төрт ағым өтедi:
жоғары табақшадан құйылатын сұйық-флегма;
төменгi табақшадан көтерiлетiн бу;
төменгi табақшаға түсетiн сұйық-флегма;
жоғары табақшаға көтерiлетiн бу.
Табақшаға түсетiн бу мен сұйықтық тепе-теңдiк жағдайда болмайды, бiрақ жанасу жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғары температура аумағында түскендiктен, одан кейбiр төмен температурада қайнаушы компонент буға айналады, осының нәтижесiнде сұйықтықта оның концентрациясы азаяды. Екiншi жағынан төменгi табақшадан көтерiлетiн бу ағымы температурасы төмендеу аумаққа түскендiктен, одан жоғары қайнаушы өнiмнiң бөлiгi осы аумақта конденсацияланып сұйылады.
Ректификациялау колоннасының жоғары жағын концентрациялау, ал төменгiсін -айдау бөлiгi деп атайды. Колоннаның екi бөлiгiнде де бiрдей ректификациялау процесi жүредi. Концентрациялау бөлiмiнiң жоғарғы жағынан бу фазасында қажеттi тазалықтағы мақсатты өнiм-қалдық алынады[3].
Колоннада ректифкациялау процесiн жүргiзу үшiн булар жоғарылаушы ағымын және сұйықтықтың төмендеушi ағымын iске асыру қажет. Жоғарылаушы ағым колоннаның айдау бөлiгiне жылу беру арқылы, екiншi- концентрациялау бөлiгiне берiлетiн ағынның көмегiмен жасалынады.
Ректификациялау колонналары жай (толық және толық емес) және күрделi болып бөлiнедi 3 суретте. Жай колоннаның толық жүйесi, концентрациялау мен айдау бөлiктерiнен тұратын және өнiмдердi екi жерден -жоғары мен төменнен шығаратыны көрсетiлген. Жоғары және төмен температураларда қайнайтұғын концентрациялаушы мен айдаушы бөлiктерi бар ректификациялау колоннасы пайдаланады. Концентрациялаушы колоннаға шикiзаттағы бу фазасы күйiнде төменгi табақшаның астына, ал айдаушы бөлiгiне жоғарғы табақшаға сұйық фаза ретiнде берiледi [ 4 ].
Егер көп компоненттi қоспаны бiр-бiрiнен қайнау температураларының шегiмен айырмашылық көрсететiнбiрнеше жеке компоненттерге немесе фракцияларғабөлу қажет болған жағдайда көп колонналы жүйенi қолданады, n компоненттер n-1 жай колонналар қажет. Көп колонналы ректификациялау жүйесi бензиндi екiншi ректификациялау, газды фракцияға бөлу қондырғыларында және т.б. қолданылады.
Егер өнiмдердiң тазалығына қойылытын талап аса жоғары болмаған жағдайда күрделi колонналарды қолданады. Күрделi колонна- ол бөлiнушi затты колоннаның бойымен бiрнеше жерден беретiн немесе өнiмдердi бүйiрден алатын аппарат. Күрделi колоннаны бiрнеше жай колоннаның құрамасы деп қарауға болады 4 - суретте. Аппараттың конструкциясын қарапайымдау мақсатында оның бiреуiне колоннаның концентрациялаушы бөлiгiн жинайды, ал айдаушы бөлiгiн (төменгi колоннаның айдаушы бөлiгiнен бөлек) өз алдына секция етiп бөледi.
Дайын өнiмдер айдаушы секциялардың төменгi жағынан алынады, ал айдалған жеңiл фракциялар негiзгi колоннаға жiберiледi, оның жоғарғы жағынан жеңiл дистиллят шығады.
Құбырлы қондырғылардың ректификациялау колонналарындағы қысымға байланысты, атмосфералы (АҚ), вакуумды (ВҚ) және атмосфералы- вакуумдық (АВҚ) болып бөлiнедi. Булану дәрежесiнiң санына қарап, құбырлы қондырғыларды бiр, екi, үш және төрт рет буланушы деп бөледi. Бiр рет буландыру мен айдау қондырғыларында мұнайдан бiр ректификациялаушы колоннада атмосфералық қысымда барлық дистилляттарды- бензиннен бастап тұтқыр цилиндр майына дейiн алады.
Екi рет буландыру қондырғыларында гудронға дейiн айдауды екi сатыда жүргiзедi: әуелi мұнайды атмосфералық қысымда мазутқа, одан кейiн оны вакуумда гудронға дейiн айдайды. Бұл процестердi екi ректификациялаушы колонналарда iске асырады; оның бiрiншiсiнде атмосфералық қысым, екiншiсiнде- вакуум ұсталынады. Мұнайларды мазутқа дейiн буландыруда атмосфералық қысымда екi ректификациялаушы колонналарда жүргiзуге болады: бiрiншiнде тек бензиндi ғана алады және бензинсiзденген мұнай айдаудың қалдығы болады; екiншi колоннада бензинсiзденген мұнай жоғарылау температурада мазутқа дейiн алады. Мұндай екi колонналы қондырғылар атмосфералы құбырлы (АҚ) тобына жатады.
Үш рет буландыру қондырғыларында мұнайды айдауды үш колоннада жүргiзедi: екi атмосфералық және бiр вакуум колоннасында. Мұнайды үш рет буландыру қондырғысының басқа түрi болып бiр атмосфералық және екi вакуумды колонналардан тұратын АВҚ саналады. Екiншi вакуум колоннасы гудронды буландыра түсуге арналған, онда негiзгi вакуум колоннасына қарағанда тереңдеу вакуум ұсталынады.
Төрт рет буландыру қондырғысы бастапқы бөлiгiнде бензинсiздендiрушi атмосфералық колоннасынан және соңғы бөлiгiнде гудрон үшiн буландыра түсетiн вакуум колоннасынан тұрады [ 4 ].
Қазiргi кезде мұнайды алғашқы айдауды атмосфералық қысымда iстейтұғын құбырлы қондырғыларда (АҚ) жүргiзiп, одан мөлдiр өнiмдер- бензин, керосин, дизель(газойль) фракцияларын алады. Мұнай айдаудың қалдығын (өнiмнiң бастапқы қайнау температурасы 300-3600С) мазут дейдi. Егер зауытта қазан отынын көп алу қажет болған жағдайда, онда айдаушы атмосфералық қысымда жүргiзумен шектейдi. Мұнай шикiзаты жеткiлiксiз жағдайда мұндай өңдеу бағыты тиiмсiз болып саналады.
Мөлдiр мұнай өнiмдерiнiң мөлшерiн, оның мұнайдың бастапқы құрамындағыдан көп өндiру үшiн мазутты әртүрлi термиялық және каталитикалық процестердi қолданып, терең химиялық өңдеуге салады. Мазутты терең өңдеудiң көп қолданылып жүрген жүйесi бойынша, оны дистиллятты фракцияларға және бастапқы қайнау температурасы 490-5200С жоғары тұтқырлы қалдыққа- гудронға алдын ала бөлу көзделедi. Мұндай бөлудi вакуумды құбырлы қондырғыларда (ВҚ), 5-8 кПа қалдық қысымда жүргiзедi. Алынған дистиллятты фракциялар және гудрон дара ағым күйiнде одан арғы өңдеуге жiберiледi.
Гудронға дейiн айдауды, егер зауытта мұнай майларын, коксты, битумды өндiру қажет болған жағдайда жүргiзедi.
Көпшiлiк зауыттарда мұнайды атмосфералық және мазутты вакуумдық айдауды бiр құрастырма қондырғыда атмосфера вакуумды құбырлы (АВҚ) қондырғыларда жүргiзедi.
Алғашқы айдау өнiмдерi. Мұнайды атмосфералық қысымда алғашқы айдау нәтижесiнде мынадай өнiмдер алады: негiзiнен пропан мен бутаннан тұратын сұйытылған көмiрсутектi газ (тұрақтандырушы басқы фракция). Өнiм мөлшерi мұнайдың кен орнындағы қондырғыларда қаншалықты терең тұрақталғанына байланысты болады. Бұл өнiмдi күкiрттi қосылыстардан тазартылған соң, шаруашылықта отын, газдарды бөлу қондырғыларына, шикiзат есебiнде пайдаланады.
Бензин фракциясы. 30-1800С аралығында айдалады. Каталитикалық риформинг қондырғыларында шикiзат есебiнде қолданады, кейбiр кездерде автобензин компонентi есебiнде де пайдаланады.
Керосин фракциясы. 120-3150С аралығында айдалады. Ауа реактивтi қозғалтқыштарында, жарық алуда, тракторлардың карбюратор қозғалтқыштарында отын есебiнде пайдаланады. Гидротазалау, сiлтiмен әрекеттестіру немесе меркаптансыздандыру қондырғыларында күкiрттi қосылыстардан бөлу және пайдалану сапасын жақсарту мақсатында қосымша әрекеттерден өтедi.
Дизель фракциясы. 180-3500С аралығында алады. Бұрын дизель фракциясын атмосфералық газойль, соляр майы деп атап келдi. Бұл фракцияны автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда, теңiз және өзен кемелерiнде орналасқан дизель қозғалтқыштарының отыны есебiнде пайдаланады. Қажет болған жағдайда, оны гидрогенизация әдiсімен күкiрттен тазалайды.
Мазут. Бұл мұнайды атмосфералық айдаудың қалдығы. Қазан отыны есебiнде пайдаланады, кейбiр кездерде термиялық крекинг қондырғысының шикiзаты бола алады.
Мазутты вакуумда айдаудан алынатын өнiмдер ассортиментi, мұнайды өңдеу тәсіліне байланысты. Мазутты өңдеудiң екi жүйесi бар: май және отын алу.
Май алу жүйесiнде мазутты өңдеуден 2-3 дистиллятты фракциялар алады, оның әрқайсысын одан әрi тазалаудан өткiзедi; тазаланған өнiмдердi әртүрлi қатынастарда араластырып, базалық майлардың қажеттi сорттарын дайындайды.
Отын алу жүйесi бойынша, әдетте бiр фракцияны, 350-5000С аралығында қайнайтұғын бөледi, оны каталитикалық крекинг немесе гидрокрекинг процестерiнде шикiзат есебiнде пайдаланады. Бұл фракцияны кейбiр кезде вакуум газойлi деп те атайды.
Гудрон-мазутты вакуумда айдаудан қалған қалдық; термиялық крекинг, висбрекинг,кокстеу, битум және майлар өндiру қондырғыларында пайдаланады.
Атмосфералық құбырлы қондырғылардың технологиялық жүйесiне қарап оларды мұнайды бiр рет және екiрет буландыру қондырғыларына бөледi.
Бiр рет буландыру қондырғысында 5а суретте мұнай жылуалмастырғыштар мен құбырлы пеш арқылы ректификациялық колоннаға берiледi, оның эвапарациялық кеңiстiгiнде бiр рет булану жүредi. Одан кейiн колоннаның концентрациялық бөлiгiнде булар ректификациялаудың нәтижесiнде мақсатты фракцияларға бөлiнедi, ал айдаушы бөлiгiнде шикiзаттың сұйық фазасынан тағы да ректификациялаудан тез қайнаушы фракциялар бөлiнедi.
Екi рет буландыру қондырғысында 5б суретте жылуалмастырғыштарда қыздырылған мұнай бензинсiздендiрушi деп аталатын колоннаға берiледi.Бұл колоннаның эвапарациялаушы кеңiстiгінде мұнайдың булануы жүредi. Мұнай 200-2400С дейiн-ақ қыздырылғандықтан, түзiлген бу мөлшерi аз және онда негiзiнен бензин фракциялары болады. Концентрациялаушы бөлiктiң ректификациялаушы бөлiктерiнде табақшаларында бензин ауыр фракциялардан бөлiнедi де, колоннадан бу күйiнде шығып кетедi. Бензин буымен бiрге мұнайды алғашқы айдаудан iлесiп келген су буы және газдар да бөлiнедi.
Осылай жартылай бензинсiзденген мұнай колоннаның түбiнен құбырлы пеш арқылы негiзгi атмосфералық колоннаға берiледi, онда мұнайдың қайталап булануы және булардың ауыр бензинге, керосин және дизель фракцияларына ректификацияланып бөлiнуi орын алады.Қалдықты мазут қалады [ 4].
Бiр рет буландырудың жетiстiгi жеңiл және ауыр фракциялар бiрге буланады. Бұл әдiс мұнайды салыстырмалы төмен температурада қыздырумен ауыр компоненттердi тереңiрек бөлуге мүмкiндiк бередi.Бiр рет буландыру қондырғылары ықшамды, құбыр желiсi қысқа, отынды басқа қондырғыларға қарағанда аз қажет етедi.
Бiрақ құрамында бензин фракциялары көп (15% жоғары) мұнайларды осы типтес қондырғыларда айдағанда, жылуалмастырғыштарда және пештегi иiлген құбырлардағы қысым күрт көтерiледi. Бұл қолданылатын құрал-жабдықтардың жоғары төзiмдiлiгiн және оларға қажеттi металл шығынын көбейтудi талап етедi, шикiзатты айдаушы сорап желiсiндегi қысымды көтередi. Одан бөлек, егер айдауға судан және тұздардан тазартылмаған мұнай берiлсе, онда пештегi қысымды көтередi, иiлген құбырларда тұздардың отыруына әкеліп соғады.Бұл құбырдың қабырғасының мүжiлуiне алып келiп соғып, соның салдарынан авария болу қаупi пайда болады.
Екi рет буландыру газ, су және бензиннiң негiзгi бөлiгi мұнайдан пешке бармай жатып бөлiнедi. Бұл жағдайда пештiң де, негiзгi ректификациялаушы колоннаның да жұмысын жеңiлдетедi және ол екi қайтара буландыру желiсiнiң негiзгi жетiстiгi болып саналады.Екi қайтара буландыру жүйесi, әсiресе өңдеуге түсетiн мұнай табиғаты қайта-қайта өзгерiп тұратын жағдайда ыңғайлы.
Екi рет буландыру қондырғыларында мұнайдан бiр рет буландыру сияқты дистилляттарды бөлу терендiгiнiң дәрежесiне жету үшiн оны жоғары температураға дейiн (360-3700С) қыздыруға тура келедi. Екi рет буландыру қондырғысында ректификациялау колонналарының, шикiзат сораптарының саны екi рет көбейедi, конденсациялаушы жабдықтар мөлшерi өседi[4].