Мұнайды айдау
МҰНАЙ. МҰНАЙ ӨНІМДЕРІ
Мұнайдың физикалық қасиеттері. Мұнай — жанғыш, қара-қоңыр түсті өзіне тән иісі бар май тәрізді сұйықтық, ол судан жеңіл және суда ерімейді.
Мұнайдың негізінен көмірсутектер қоспасы екеніне тәжірибеде көз жеткізу қиын емес. Егер мұнайды 31-суретте көрсетілгендей құралда қыздырсақ, оның жеке заттарға тән белгілі бір температурада емес, температураның кең аралығында айдалатынын байқауға болады. Жайлап қыздырған кезде ең алдымен молекулалық массасы аз, содан кейін жоғары температурада молекулалық массасы үлкен заттар айдала бастайды.
Құрамы. Мұнайлардың құрамы бірдей емес. Бірақ олардың бәрінде де көмірсутектің үш түрі — алқандар (көбінесе қалыпты құрылысты), циклоалқандар және аромат қосылыстар кездеседі, бұл көмірсутектердін мөлшері әр мұнай кендерінде әр түрлі болады. Мысалы, Маңғыстау мұнайы алқандарға, Баку аймағындағы мұнай циклоалкандарға бай келеді.
Мұнайда көмірсутектерден басқа аз мөлшерде құрамына оттегі, азот, күкірт және басқа элементтер кіретін органикалық қосылыстар болады. Ным (смола) және асфальт заттары түрінде жоғары молекулалық қосылыстар да бар. Мұнай құрамында жүздеген әр түрлі қосылыстар болады.
Мұнай өнімдері. Зауыттарда мұнайды айдау арқылы оны жеке фракцияларға бөледі: 40-200°С аралығында қайнайтын құрамында С5—С11 көмірсутектері бар бензин алынатын, 150-250°С аралығында қайнайтын, құрамында С8—С14 көмірсутектері бар лигроин; 180-300°С аралығында қайнайтын С8—С14 көмірсутектері бар керосин; бұлардан кейін газойль алынады. Бұлар — ашық түсті мұнай өнімдері деп аталады.
Қолданылуы. Бензин поршенді двигательдері бар автомобильдер мен ұшақтарға жанармай ретінде қолданылады. Сонымен қатар майға, каучукқа еріткіш ретінде, матаны тазартуа, т.б. пайдаланылады. Лигроинды тракторға жанармай ретінде қолданады. Керосин — трактор, реактивті ұшақтар мен зымырандардың (ракеталардың) жанармайы. Газойль дизель жанармайы ретінде пайдаланылады.
Мұнайдан ашық өнімдерді айдағаннан кейін, қара түсті, тұтқыр мазут деп аталатын сұйықтық қалады. Қосымша айдау арқылы мазуттан жағар майлары алынады. Бұдан басқа, мазутты химиялық әдіспен өңдеу арқылы бензинге айналдыруға болады (кейінгі тақырыптардан қараңдар), сондай-ақ қазан қондырғыларында сұйық отын ретінде пайдаланады.
Мұнайдың кейбір іріктемесінен қатты көмірсутектер қоспасы — парафиндер; қатты және сұйық көмірсутектерді араластырып вазелин алады. (Парафин мен вазелиннің қайда қолданылатынын естеріңе түсіріңдер.)
Бензиннің детонацияға төзімділігі. Бензиннің аса маңызды қасиеттерінің бірі — оның детонацияға төзімділігі.
Детонация құбылысын тусіну үшін іштен жанатын автомобиль двигателінің қалай жұмыс істейтінін еске түсірейік. Двигатель цилиндріне бензин буы мен ауа қоспасы сору арқылы барады, қоспа поршенмен сығылып, электр ұшқыны арқылы от алдырылады. Көмірсутектер жанғанда түзілетін газдардың көлемі ұлғаяды және жұмыс істейді. Бензин буының ауамен қоспасы қаншалықты қатты сығылса, двигательдің қуаты соншалықты күшті болады және жанармайды да аз жұмсайды. Алайда бензиннің барлық іріктемелерінің қатты сығылуды көтере алмайтыны анықталды. Кейбір көмірсутектер сығылған кезде күні-бұрын от алады және қопарылыс түрінде өте жоғары жылдамдықпен жанады. Қопарылыс толқынының поршеньді соғуынан цилиндрде дүрсілдеген дыбыс шығады, детальдар уақытынан бұрын тозып, двигательдің қуаты кемиді. Бензиннің қопарылыс түрінде жануы детонация деп аталады.
Құрылысы қалыпты алкандар детонацияға өте төзімсіз келеді. Тармақталған көмірсутектер, сондай-ақ қанықпаған және аромат көмірсутектер детонацияға төзімді. Олар жанғыш қоспаның қатты сығылуына жол береді, сондықтан әлдеқайда қуатты двигательдер жасауға мүмкіндік туғызады.
Бензиннің детонацияға төзімділігін есептеу үшін октан шкаласы жасалды. Бензиннің әрбір іріктемесі белгілі бір октан санымен сипатталады. Детонацияға төзімділгі өте жоғары изооктанның (2,2,4-триметилпентанның) октан саны 100-ге тең деп алынады. Өте оңай детонацияланатын н-гептанның октан саны — 0. Гептан мен изооктан қоспасының октан саны, олардың құрамындағы изооктанның (проценттік) мөлшеріне тең болады.
Осындай шкаланы пайдаланып, бензиндердің октан санын анықтайды. Егер бензиннің октан саны 76 болса, ондай бензин цилиндрде 76% изооктан мен 24% гептан қоспасындай детонациясыз қысым туғыза алады.
Мұнайдан бөлініп алынатын бензин әсіресе тармақталмаған алкандарға бай болса, оның салыстырмалы түрде октан саны төмен болады. Өңдеудің ерекше әдістерін қолданып (кейінірек танысамыз), октан саны едәуір жоғары бензин алады.
Іс жүзінде этилденген бензин жиі пайдаланылады. Бұл бензинге октан санын арттыру мақсатында антидетонат — тетраэтил қорғасын Рb(С2Н5)4 қосылады. Этилденген бензин жанған кезде одан бөлінетін қорғасын цилиндрдің қабырғасына қонып және двигательді тоздырмас үшін оған тағы да шамалы дибромэтан (немесе бромэтан) қосады. Осындай қоспа жанған кезде қорғасын пайдаланылған газдармен бірге бромид РbВr түрінде ұшып шығады және айналадағы ортаны ластайды, сондықтан үлкен қалаларда этилденген бензинді пайдалануға тиым салынады.
МҰНАЙДЫ ӨНЕРКӘСІПТІК ӨҢДЕУ
Енді халық шаруашылығына қажетті мұнай өнімдерінің өнеркәсіпте қалай алынатынымен танысайық. Табиғи мұнай құрамында су, минералды тұздар және әр түрлі механикалық қоспалар болады. Сондықтан ең алдымен мұнайды сусыздандырып, тұзсыздандырып және басқа да қоспалардан тазартады.
Мұнайды айдау. Мұнайдан айдау арқылы бір фракциясынан кейін екінші фракциясын зертханадағыдай іске асырып, мұнай өнімдерін алу әдісі өнеркәсіп жағдайы үшін жарамайды. Бұл әдістің өнімділігі өте төмен және көмірсутектердің молекулалық массаларына сәйкес фракцияларға дәл бөлінуін қамтамасыз етпейді. Үздіксіз жұмыс істейтін қондырғыларда мұнайды айдау әдісінде мұндай кемшіліктер жоқ.
Қондырғы мұнайды қыздыратын пештен және ректификациялық колоннадан тұрады, мұнда мұнай фракцияларға — өздерінің қайнау температураларына сәйкес көмірсутектер қоспаларына — бензинге, лигроинге, керосинге және т.б. бөлінеді. Пеште ирек-ирек ұзын құбыр бар. Пеш мазут немесе газ жағу арқылы қыздырылады. Ирек түтікке үздіксіз мұнай, келіп тұрады, онда мұнай 320-350°С-ге дейін қыздырылады және сұйықтық пен бу қоспасы түрінде ректификациялық колоннаға түседі.
Ректификациялық колонна — биіктігі 40 метрдей, болат ци-линдрлі аппарат. Ол тесіктері бар, тәрелке деп аталатын, көлденең орналасқан бірнеше қалқандардан тұрады. Мұнай булары колоннаға түскеннен кейін, жоғары көтеріледі және тәрелкедегі тесіктер арқылы өтеді. Өзінің қозғалысымен жоғары көтерілген сайын булар біртіндеп салқындап, сұйық күйге айналады. Булануы нашар көмірсутектер бірінші тәрелкеде сұйылып, газойль фракциясын, ұшқыш көмірсутектер жоғарырақ жиналып, керосин фракциясын түзеді, одан жоғарырақ лигроин фракциясы жиналады, өте ұшқыш көмірсутектер бу күйінде колоннадан шығады да, конденсацияланғаннан кейін бензинге айналады. Бензиннің бір бөлігі жұмыс тәртібін арттыру үшін қайтадан колоннаға жіберіледі.
Колоннаға түсетін мұнайдың сұйық бөлігі тәрелкелер арқылы төмен ағып түседі де мазут түзеді. Мазутпен бірге қалып қоятын ұшқыш көмірсутектердің булануын жеңілдету үшін, төмен ағып бара жатқан мазутқа қарама-қарсы өте ыстық бу жіберіледі.
Айдау нәтижесінде қалатын мазут жоғары көмірсутектердің көп мөлшерінің бағалы қоспасы болып табылады. Ілгеріде айтылғандай ол, жағар майын алу мақсатымен қосымша өңдеуге үшыратылады. Айдау процесінде мазут фракцияларға бөліну үшін, сірә мұнайды айдаған кездегідей 350°С-қа дейін ғана қыздырмай, одан едәуір жоғары температурада қыздыру керек шығар. Бірақ мазут құрамына кіретін көмірсутектердің молекулалары мұндай қатты қыздыруға шыдамай, ыдырай бастайды екен. Сондықтан айдауды төмен қысымда вакуум қондырғыларында жүргізеді. Мұндай жағдайларда мазуттың көмірсутектері біршама төмен температура кезінде бу тәрізді күйге ауысады және фракцияларға бөлінеді. Мазуттың айдалмайтын бөлігі — гудрон деп аталады. Гудрон құрылыста пайдаланылады.
Мұнай мен мазут айдайтын қондырғыны, әдетте, атмосфералық вакуумдық қондырғы түрінде бірге салады. Оның атмосфералық бөлігінде мұнай, вакуумдық бөлігінде мазут айдалады.
Мұнай өнімдерін крекингілеу. Мұнай айдау кезінде алынатын бензин мөлшері барған сайын өсіп бара жатқан қажетті өтей алмайды. Мұнай өңдейтін өнеркәсіптің алдында бензин алудың қосымша көздерін табу жөнінде аса маңызды міндет туды. Оны қалай шешуге болады?
Жоғары температурада молекулалары ыдырай бастайтындықтан, мазутты атмосфералық қысымда айдауға болмайтынын естеріңе түсіріндер. Бензинді қосымша алудың көзі де осы құбылыста жатыр. Егер көмірсутектердің ірі молекулалары қатты қыздырған кезде ұсақ молекулаларға ыдырайтын болса, онда осы жолмен бензин фракциясына сәйкес келетін молекулалар алуға болады. Осы құбылыспен тәжірибеде танысайық.
Күшті жалында қыздырылған темір түтікке құйғыштан (воронкадан) керосин немесе жағармайды тамшылатып құяйық. Біраздан кейін U тәрізді түтікке — сұйықтық, суға төңкерілген цилиндрде газ жиналғанын көреміз. Бұл — темір түтікте химиялық реакция жүріп жатқанын көрсетеді. Алынған өнімдерді зерттеу арқылы да бұл қорытындыны дәлелдеуге болады. Түзілген сұйықтық та, газ да бромды суды түссіздендіреді, егер бастапқы өнім жеткілікті тазартылған болса, түссіздендірмейді.
Мұнай өнімдерінің крекингісін екі әдіспен: қыздыру (470-550°С) немесе бір мезгілде қыздыру және катализатормен — әдетте алюмосиликатпен әсер ету арқылы жүзеге асыруға болады. Қазіргі кезде крекингтің катализдік нұсқасы аса кең таралған. Ол біршама төмен температурада (450-500°С), бірақ үлкен жылдамдықпен жүргізіледі және жоғары сапалы бензин алуға мүмкіндік береді.
Катализдік крекинг жағдайында айрылу реакцияларымен қатар изомерлену реакциясы, яғни қалыпты құрылысты көмірсутектердің тармақталған көмірсутектерге айналу реакциясы да жүреді.
Изомерлену түзілетін бензиннің сапасына әсер етеді, өйткені тармақталған құрылысты көмірсутектердің болуы бензиннің октан санын жоғарылатады.
Катализдік крекингіні техникалық тұрғыдан жүзеге асыру өте күрделі болды. Крекинг процесі кезінде көмірсутектер айрылуының ұшпайтын өнімдері катализаторды тез қаптап, басқаша айтқанда кокстеп, тіпті бірнеше минуттан кейін-ақ ол өзінің активтігін жоғалтатын болды. Осыған байланысты крекингті тоқтатуға және жиналып қалған коксты жағып, катализатордың активтігін қалпына келтіруге тура келеді.
Крекинг-процесті өнеркәсіпте іске асырудың келешегі жоқ сияқты болып көрінді. Бірақ бұған инженерлік өнер көмекке келді. Катализатор айналымы принципі бойынша жұмыс істейтін қондырғы жасап шығарылды: катализатор реактордан үздіксіз регенераторға түседі, онда өзінің активтігін қалпына келтіреді, осыдан кейін қайтадан үздіксіз реакторға барады. Бұдан басқа, процесті "қайнау қабатында" жүргізетін әдіс іске асырылды (сендерге күкірт қышқылын өндіруден белгілі).
Пештен шығып жатқан шикізат (газойль) қыздырылған шаң тәрізді катализатормен араласады да буланып, түтік арқылы үздіксіз реакторға түседі. Реактордың сыйымдылығы үлкен болғандықтан, ағыс жылдамдығы бірден төмендейді және катализатор бөлшектері қайнап жатқан сұйықтықтағыдай тығыз емес қабат түзеді. Крекингтің негізгі процесі де осында өтеді.
Крекинг өнімдері реактордың жоғары қабатына көтеріліп, тазартқыш арқылы өтеді, ол жерде катализатордың ілесе келген бөлшектерінен босайды және одан әрі ректификацияға түседі.
Крекинг процесінде кокспен қапталған катализатор үздіксіз реактордан шығарылады, ол ауа толқынымен бірге регенераторға барады. Регенераторда тағы да "қайнау қабаты" принципі бойынша катализатордағы қоспалар өртеледі. Содан кейін катализатор жол-жөнекей шикізат ағысымен араласады да, реакторға барады.
Мұнайды осылай комплексті өңдеу қазіргі химиялық технологиясының даму деңгейін көрсетеді.
Мұнай кен орындарының физикалық-химиялық әдістері
Жоғары қатқыш мұнай және мұнай өнімдерін гидротасымалдау
Мұнайды атмосфералық және атмосфера-вакуумды айдау қондырғысының технологиялық сызба нұсқасы
Мұнай өңдеудің біріншілік процестері
Мұнайды өңдеу технологиялары
Мұнайды термиялық өңдеу процестерінің технологиясы
Мұнай мен газ беру туралы
Мұнай айдау станциясы
Мұнайды біріншілік өңдеу
Мұнай құрамы
Жеті түнде айдап шыққан айдаушы кім
Бұл жобаның есептеулерінде ұңғыманың түбін тазалау үшін қолданылған тікелей және кері бағытта су айдау әдісінің тиімділігі қарастырылды
Мұнайды алғашқы айдау қондырғылардың жіктелуі
Малды айдауға қойылатын талаптар
Қабаттан мұнайды ағынының келуін дұрыс реттеу