С. Ж. Пралиев, Ш. Молдабеков Екі томдық оқу құралы I i том Түркістан 2008 ббк 35я7

1-мұнай жылытатын құбырлы пеш; 2-газ сепараторы; 3-атмосфералық қысымдағы ректификациялық колонна; 4-жылуалмастырғыштар- конденсатор;

5-мұздатқыштар; 6,7-буландырылатын құбырлы пеш; 9-вакуумдық ректификациялық колонна; I-бензин, II-лигроин; III-керосин; IV-дизель отыны; V-газойль; VI-мазут; VII-бу; VIII-IX-машина майы; X-жеңіл цилиндр майы;

XI-ауыр цилиндр майы; XII-газдар;

Мұнай ЭЛТҚ-дан біртіндеп, жылуалмастырғыш арқылы атмосфералық және вакуумдық дистилляттар жылуы есебінен қыздырыла өтеді және 1,5-2·10⁵ Па қысымда насоспен құбырғы пешке (1) беріледі, мұнда 350⁰С дейін қыздырылады. Пештен бу-сұйық қоспасы 1 сатылы ректификациялық колоннаға (3) түседі, мұнда қысым 0,1МПа дейін төмендейді және мұнайдың ұшқыш фракцияларының булануы және олардың буын мазуттан бөлу жүреді. Колонна биіктігі бойынша дәл анықталған температура интервалында буландыру колоннасының (6) секциясына түсетін дистилляттар алынады, бұл жерде ұшқыш көмірсутектерді қосымша бөлу үшін дистилляттар су буымен бірге колоннаға (3) қайтарылады. Алынған дистилляттар жылуалмастырғыштар (4) арқылы өтеді және мұздатқышта (5) салқындатқаннан кейін тауарлық өнім ретінде қондырғыдан бөліп алады. Бензинді дистиллят жылуалмастырғыш (4) арқылы газ сепараторына (2) түседі және газ бөлінгеннен кейін тауарлық өнім ретінде шығарылады, біразы колоннаны суаруға жібереді. 55%-ға дейінгі мөлшерде түзілген мазут колоннаның (3 төменгі бөлігінен пешке (8) беріледі және ол жерден 0,005-0,008 МПа қалдық қысымда жұмыс істейтін, ол жерде дистилляттарға бөлінетін 2-сатылы колоннаға түседі. Колоннаның төменгі бөлігіне (3) және (9) өткір бу беріледі, ол қайнау температурасын төмендетеді және жеңіл фракциялардың толық бөлінуіне мүмкіндік береді.

Мұнайды тікелей айдау және басқа мұнай өңдеу процестерінде қолданылатын аппарат жоғары температураға дейін шикізаттың қызуын қамтамасыз етуі қажет, мұнда процесс жеткілікті жылдамдықта және алынатын өнімдердің жеткілікті айқын өңдеу процесінің негізгі аппараттары құбырлы пештер мен ректификациялық колонналар болып табылады.

Құбырлы пештерде мұнай мен мазут пеш ішінде орналасқан құбырмен өтеді және сұйық пен газ түріндегі отынның жану жылуының есебінен қыздырылады. Пеш екі камерадан тұрады. Оттық пен радиациялық құбырлар орналасқан радиациялық, радиация камерасынан шығатын түтіндік газдармен жылытылатын құбырлар орналасқан конвекциялық камералар.

Құбырлы пештердің конструкциялары әр алуан. Олар жылу беру тәсілі бойынша (радиациялық, конвекциялық, радиациялы-конвекциялық), отынды жандыру тәсілімен (жалынды және жалынсыз жану), шыршық түтік орналастырумен бөлінеді: экономикалық тиімді сәуле беретін қабырғалы жалынсыз типтегі пештер болып табылады. АВТ қондырғысындағы құбырлы пештердің өнімділігі пайдалы әсер коэфициенті 80% кезінде (жылуды пайдалану коэфициенті) 100-1000 т/сағ құрайды.

Ректификациялық колоннаның көптеген конструкцияларынан тікелей айдау қондырғысында, негізінен тәрелке типті барботажды қалпақты колонналар пайдаланылады. Олардың құрамында қозғалмалы клапандары бар тіке ағымды әсері бар 30-дан 60-қа дейін тәрелке болады, бұл колонна жұмысының динамикалық режимін және ректификацияланатын өнімнің бу жылдамдығының тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Тікелей айдау өнімдерінің шығымы мен құрамы процестің типі және айдалатын мұнайдың құрамына байланысты. Процестің отын-май нұсқасы бойынша мұнайдың айдау дистилляттарының шығымы 9.1 кестеде келтірілген.

9.1 кесте. Тікелей айдау өнімдерінің құрамы.

Крекинг деп бензиннің жалпы шығымын арттыру мақсатында жүргізілетін мұнай өңдеудің екінші реттік процесі аталады. Мұнай өңдеудің екінші реттік процесін қолдану ашық түсті (мотор отыны) шығымын 30-35 пайызға арттыруға олардың детонацияға қарсы қасиеттері мен термиялық тұрақтылығын арттыруға, сондай-ақ химиялық шикізаттың мұнай өңдеумен өндірілетін өнімнің дипазонын кеңейтуге мүмкіндік береді. Мұнай өнімдерінің крекингі термиялық және каталиттік болуы мүмкін.

Термиялық крекинг 420-дан 550⁰С дейінгі температурада және 5 МПа дейінгі қысымда жүргізіледі. Қазіргі уақытта термиялық крекинг өнімдерінің шектеулі санын алу үшін: гудроннан қазандық отыны (висбрекинг), жоғары ароматталған шикізат, техникалық көміртегі үшін шикізат (күйелері), жуғыш заттар өндірісі үшін α-олефиндер пайдаланылады.

Ашық түсты мұнай өнімдерін алу оның ішінде бензин алу үшін каталиттік крекинг әдісі артықшылықпен қолданылады. Бұл мұнай өңдеудің каталиттік процестерінің термиялықпен салыстырғанда бірқатар артықшылықтары бар екендігімен түсіндіріледі. Оған:

• 
  көмірсутек түрленулерінің жоғары жылдамдығы және соның салдарынан энергия шығындарының азаюы және процестің жұмсақ жағдайы;
  
• 
  тауарлық өнімдерінің, оның ішінде сапасы жоғары (октан саны, тұрақтылық) шығымының ұлғаюы;
  
• 
  белгілі құрамдағы өнімдер алу және процесті белгіленген бағытта жүргізу мүмкіндігі;
  
• 
  күкіртті қосылыстарды гидрлеу және оларды газ фазасына шығару салдарынан құрамы жоғары шикізаттарды пайдалану;
  

Мұнай шикізатының көмірсутектері жоғары температурада әр алуан түрленулерге ұшырайды. Бұл молекулалық массасы аз өнімдер түзуге алып келетін бірінші реттік деструкция және нәтижесінде сондай немесе молекулалық массасы үлкен өнімдер түзілетін изомерация мен конденсациясының екінші реттік реакциясына алып келеді.

Бұл реакциялардың типі жылдамдық, тереңдік және түрленудің жүйелілігі крекинг жағдайында класты көмірсутектердің стабильділігіне байланысты. Дәлдік дәрежесі жоғары стабильдік өлшеміне түзілген көмірсутектердің изобаралық-изотермиялық потенциал шамасы қызмет етеді, ол температураның күшті потенциалы болып табылады. Көміртегі атомының саны бірдей түрлі кластағы көмірсутектердің және көміртегі атомы саны әр түрлі бір кластағы (алкандар) көміртектердің G⁰ мәні 9.2 кестеде келтірілген.

9.2 кестеден ∆G⁰ түзілу мәндері, кДж/көміртек моліне келесі қорытындыларды жасауға болады:

1. 
   Төменгі температурада (298⁰К) түрлі топтағы, бірақ молекуладағы көміртегі атомдарының саны бірдей көмірсутектер, олардың стабильдігінің азаюы бойынша бір қатарға орналасады (термиялық төзімділік қатары):
   

2. 
   Барлық топтағы көмірсутектердің термодинамикалық төзімділігі температураның өсуімен төмендейді, бірақ түрлі дәрежеде, сондықтан жоғары температурада (крекинг температурасы) көмірсутектердің жағдайы өзгереді: (9.5 сурет):
   

3. 
   Бір кластағы көмірсутектердің термодинамикалық төзімділігі олардың молекулалық массасының жоғарылауымен төмендейді (көміртегі атомының саны) (9.6 сурет).
   

Нәтижесінде крекинг өнімінде ароматтық көмірсутектер мен төменгі алкендер жинақталады, олар сонан соң екінші реттік полимеразицияға кіреді.

1. 
   Үлгі бойынша алкандардың термиялық деструкциясы:
   

Бұл кезде, термиялық төзімділік қатарына сәйкес реакция өнімдерінен ары қарай бірінші кезекте алкандар деструкцияланады. Төменгі алкандар үшін деструкция реакциясымен қатар С-С байланысы бойынша 315-370 кДж/мольға тең энергия мүмкін болады және дегидрлеу реакциясы С-Н байланысын үзе 380-410 кДж/моль құрайтын энергия біріншісімен бір өлшемді болады. Сондықтан крекинг газында әрқашан сутек болады.

2. 
   Н
   афтендердің түрленуі, оның ішінде реакция:
   
3. 
   А
   лкендердің түрленуі, оның ішінде реакция төменгі алкендер, алкандар және алкадиендер түзе деструкциялау.
   
4. 
   А
   роматты көмірсутектердің түрленуі алкендер мен алкадиендердің конденсациялау реакциясы бойынша, мысалы:
   

Алкандар мен жоғары алкендердің бірінші реттік деструкциясының реакция жылдамдығы, сондай-ақ деалкандардың реакциясының жылдамдығы бірінші реттік теңдеулерімен жазылады.

Мұндағы: Кор- орташаланған жылдамдық константасы.

х- шикізаттың түрленуі дәрежесі.

τ- уақыт.

Крекинг процесі тереңдеген кезде жылдамдық константасы деструкция өнімдерінің тежегіштік әсері салдарынан 9.1 - теңдеуге эмпирикалық түзету енгізіледі. Крекингтелетін шикізаттың түрлену тереңдігі мен мақсаты өнім-бензиннің шығымы температураға, жоғары температураға, жоғары температура мен қысым аймағында шикізаттың келу уақытына байланысты.

Температураның өсуімен бензин шығымы алғашында ауыр көмірсутектердің стабильді емес деструкциясының жеделдеуі салдарынан ұлғаяды, сонан соң түзілген көмірсутектердің газ тәрізді өнімдерге ыдырауы нәтижесінде азаяды (9.7.а-сурет).

9.7 - сурет. Крекинг кезіндегі бензин шығымының температураға (а), контактілеу уақытына (б) және қысымға (в) тәуелділігі.