Мұнайды алғашқы өңдеу

КІРІСПЕ

Біздің  республикамыздың жер қойнауы жердің маңызды пайдалы қазбалары –  мұнай мен газға бай екендігі мәлім.

Археологтар мұнайды пайдаланудың басталу уақытын  біздің заманымызға дейінгі 6 мың  жылдыққа байланыстырады. Біздің заманымызға  дейінгі 3 мың жылдықта Қосөзен мен  Мысыр мемлекеттерінде кірпіштен  және тастан салынған үйлердің, бөгеттердің, кеме тоқтайтын жерлердің және жолдардың  құрылысын салу үшін қолданылған  мастиканы дайындау үшін құммен және әкпен араластыра отырып, байланыстыратын  және су өткізбейтін зат ретінде  асфальтті пайдаланған [1].

Мүнай және газ – теңдесі жоқ өте  құнды пайдалы қазба. Оларды өңдеуден шыққан өнімдерді жай тұрмысқа да және мемлекетті қорғауға да қажет. Олар өндірістің барлық саласында, көліктің барлық түрлерінде, соғыс және азаматтқ құрылыста, ауыл шаруашылығында, үй қызметінде , энергетикада және т.б. да қолданады. Соңғы бірер он жылдықта мұнай  мен газдан көп мөлшерде әртүрлі  мынандай химиялық материалдар ала  бастады: пластмассалар, жасанды талшықтар, жасанды каучуктер, лактар, жуғыш  заттар, минералды тыңайтқыштар және басқа. Мұнайды бекер «қара алтын» деп атамайды. Осы ғасырды мұнай  мен газдың дәуірі деп атайды. Бұл  кездейсоқтық емес, себебі дүние жүзі мемлекеттерінде елді мұнай мен  газ қорымен қамтамасыз етуге  баса көңіл аударылуда және солай  бола береді.

Қазіргі кезге дейін мұнайды пайдалануды  энергиялық және көліктік бағыт негізгі  және басым болып отыр (өндірістің шамамен 90% дейін), былайша айтқанда оны энергетикада және көлікте қозғалтқыш отыны түрінде қолданылуы (автобензин, реактив,  дизель, және қазан отыны) басым. Бұл жағдайда мұнайдың басқа  жанғыш қазбалардың  арасында арзандығымен, жоғары колориялығымен, ыңғайлығымен, «тазалығымен» және жоғары концентрациялы энергия қоры болуымен және іс жүзінде  қозғалтқыштар отынын өндіруде жалғыз көз екендігімен түсіндіріледі.  Жалпы мұнайды дүниежүзілік экономикада  пайдалану бағытында оның электр және жылу энергетикада үлесін қазан  пеш отыны есебінде қолдануды  азайту, ал оның көліктік қозғалтқыш отыны  және мұнай химиялық шикізат есебінде көбейту көзделген.  Мүнайдың пайдалану  құрылымының былай өзгеруі соңғы  жылдарда оның ішкі жану қозғалтқыштары бар көлікте қолданылуы, энергетикадағы қолданылуының өсуіне қарағанда, жедел  болғандықтан, былайша айтқанда, қозғалтқыштандырудың электрлендіруден көп ілгері болғандығынан  деп түсіндіріледі [2].

1 Мұнайды алғашқы өңдеу

Мұнай өте күрделi парафиндер, нафтендер, ароматикалы және аралас көмірсутектердің бiр-бiрiнде еритiн, молекулалық массасы  және қайнау температуралары әр түрлi қоспалардан тұрады. Оны бiрегей жеке компоненттерге бөлу мүмкiн емес және ондай бөлу мұнай өнiмдерiн өндiрiсте пайдалануда қажет емес те. Іс жүзiнде мұнайды көмiрсутектерiнiң фракцияларына және топтарына бөледi де, олардың химиялық құрамын өзгерту мақсатында өңдейдi. Мұнайды өңдеу алғашқы (бiрiншi) және екiншi процестерне бөледi. Алғашқы процестерiне мұнайды, қайнау шектерiмен бiр бiрiнен айырмашылығы болатын, фракцияларға бөлудi, ал екiншiге- термиялық пен термокаталитикалық өңдеу процестерiн, тағы да мұнай өнiмдерiн тазалауды жатқызады.

Мұнайды алғашқы өңдеудегi негiзгi алғашқы немесе тура айдау  болып саналады, оны дитилляция мен  ректификация қолданып жүргiзедi [2].

1.1 Дистилляция

Дистилляция немесе айдау деп - сұйықтықтардың өзара  еритін қоспасын фракцияға, бiр бiрiнен  және бастапқы қоспадан да қайнау температурасымен айырмашылығы болатын, бөлу процесiн  айтады. Айдау процесiне қоспа қайнағанға дейiн қыздырылады, осының нәтижесiнде  ол аздап буланады. Пайда болған бу бөлiнiп конденсацияланады. Айдау  арқылы құрамы жағынан бастапқы қоспадан айырмашылығы бар, дистиллят және қалдық алады. Айдауды бiр қабат, көп рет  немесе бiртiндеп буландырумен жѕргiзедi.

Үздiксiз  жұмыс iстейтiн қондырғыларды өндiрiстiк  процестердiн негiзiн мұнайды бiр  қабат және көп рет буландыру  құрайды. Бiр қабат буландыру мен  айдауды мұнайды белгiлi температураға  дейiн қыздырады да, бу фазасына өткен  барлық фракцияны сұйық фазада бiр  рет сеператорда бөледi.

Фазаны  бөлу процесiн көп рет жүргiзуде бiр қабат буландыруды бiрнеше  рет қайталайды. Мысалы, мұнайды  көп рет буландыруды, ал алғашқысын одан жеңiл бензин фракциясын алатындай  температураға дейiн қыздырады  да, оны сұйық фазадан бөлiп  алады. Екiншi сатысында, қалған сұйық  фазаны жоғарылау температурада, мысалы, 350⁰С қыздырып, одан ауыр бензин, реактив және дизель отындарын бөледi. Мұның қалдығын гудрон дейдi. Яғни мұнайды бiртiндеп көп рет қыздырып, буландырып, әр кезде бу фазасын сұйықтан айырады.Түзiлген бу және сұйық фазаларды колонналарда ректификациялайды. Сонымен мұнайды өндiрiстiк процестерi бiр рет пен көп рет буландыруымен айдаудың жалғасуына және бу мен сұйық фазаны одан әрi ректификациялауға негiзделген [2].

Бiртiндеп буландыруда қыздырудың нәтижесiнде  түзiлген бу айдау аппараттынан үздiксiз  шығарылып отырады. Бiртiндеп буландыруды  мұнайды лабораторияда колбадан, кубтан айдау тәжiрибесiнде қолданылады, ал өндiрiсте мұнайды ертеректе  куб қондырғыларында қолданып келсе, қазiр оларды пайдаланбайды.

Бiр  рет буландыру процесiнiң бiртiндеп буландырудан артықшылықтары бар. Бiр  рет буландыруда төменгi қайнаушы фракциялар буға айналып, аппарат iшiнде  қалады да, жоғары қайнаушы фракциялардың  сыбағалы қысымын төмендетедi. Бұл  айдауды салыстырмалы төмен температурада  жүргiзуге мүмкiндiк бередi.

Бiртiндеп буландыруда керiсiнше жеңiл фракцияларды алдымен бөлiп алады, ал ауырларын  соңынан бөледi. Сондықтан буға айналған және аппараттан бөлiнген жеңiл фракциялар ауыр фракциялардың қайнау температурасына  әсер етпейдi. Жеңiл фракциялардың  әсерi арқасында бiр рет буландыруды  пайдалана отырып, бiртiндеп буландыруға  қарағанда, айдалатын шикi заттың температурасын 50-100⁰С төмендетуге болады. Қазiр мұнайды айдау қондырғыларында бiр рет буландыруды көп пайдаланады.

Мұнай құрамында атмосфералық қысымда 400-500⁰С және одан да жоғары температура аралығында қайнайтұғын көмiрсутектердiң болтындығы, бұл көмiрсутектердiң термиялық тұрақтылығы тек 380-400⁰С дейiн -ақ сақталатыны белгiлi. Одан жоғары температурада олардың ыдырау процесi көмiрсутектердiң крекингi басталады, тағы да мұнайдың жоғары қайнаушы көмiрсутектерiнiң термиялық жағынан көп төмендiгi белгiлi. Көмiрсутектердiң ыдырауын болдырмау үшiн олардың қайнау температурасын төмендету қажет. Оған мұнайды вакуумда айдау арқылы жетедi. 450-500⁰С температура аралығында атмосфералық қысымда қайнайтұғын мұнай фракцияларын вакуумда (қалдық қысым 3-5кПа ) 200-250⁰С айдап бөлуге болады. Мұнай өңдеу тәжiрибесiнде қайнау температураны төмендету үшiн су буын да пайдаланады, мұнда оның әсерiмен көмiрсутектердiң сыбағалы қысымы төмендейдi [3].

1.2 Алғашқы айдау өнімдері

 Мұнайды атмосфералық қысымда алғашқы айдау нәтижесінде мынадай өнімдер алынады:

Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сұйытылған көмірсутекті газ (тұрақтандырушы басты  фракция). өнім мөлшері мұнайдың кен  орнындағы қондырғыларда қаншалықты терең тұрақталғанына байланысты болады. Бұл өнімді күкіртті қосылыстардан тазартылған соң, шаруашылықта отын, газдарды бөлу қондырғыларына, шикі зат есебінде пайдалануға болады.

Бензин фракциясы. 30-180⁰С аралығында айдалады. Каталитикалық риформинг қондырғыларында шикі зат есебінде қолданады, кейбір кездерде автобензин компоненті есебінде де пайдаланылады.

Керосин фракциясы. 120-315⁰С аралығында айдалады. Ауареактивті қозғалтқыштарда, жарық алуда, тракторлардың карбюратор қозғалтқыштарында отын есебінде пайдаланылады. Гидротазалау, сілтімен әрекеттеу немесе меркаптансыздандыру қондырғыларында күкіртті қосылыстардан бөлу және пайдалану сапасын жақсарту мақсатында қосымша әрекеттеуден өтеді.

Дизел фракциясы. 180-350⁰С аралығында айдалады. Бұрын дизел фракциясын атмосфералық газойл, соляр майы деп атап келді. Бұл фракцияны автомобилдерде, тракторларда, тепловоздарда, теңіз және өзен кемелерінде орналасқан дизел қозғалтқыштардың отыны есебінде пайдаланылады. Қажет болған жағдайда, оны гидрогенизациялық әдіспен күкірттен тазалайды.

Мазут. Бұл мұнайды атмосфералық айдаудың қалдығы. Қазан отыны есебінде пайдаланады, кейбір кездерде термиялық крекинг қондырғысының шикі заты бола алады.

Мазутта вакуумда айдаудан алынатын өнімдер  ассортименті, мұнайды өңдеу вариантына байланысты. Мазутты өңдеудің екі  жүйесі бар: май және отын алу.

Май алу жүйесінде мазутты өңдеуден 2-3 дистиллятты фракциялар алады, оның әрқайсысын одан әрі тазалаудан өткізеді; тазаланған өнімдерді әртүрлі қатынастарда араластырып, базалық майлардың  қажетті сорттардан дайындайды.

Отын  алу жүйесі бойынша, әдетте бір фракцияны, 350-500⁰С аралығында қайнайтұғын бөледі, оны каталитикалық крекинг немесе гидрокрекинг процестерінде шикі зат есебінде пайдаланады. Бұл фракцияны кейбір кезде вакуум газойлі деп те атайды.

Гудрон-мазутты  вакуумда айдаудан қалған қалдық; термиялық  крекинг, висбрекинг, кокстеу, битум  және майлар өндіру қондырғыларында  пайдаланады [3].  

2 Алғашқы айдау қондырғыларын кластарға бөлу

  Құбырлы қондырғылардың ректификациялау  колонналарындағы қысымға байланысты, олар атмосфералы (АҚ), вакуумды (ВҚ) және атмосфералы-вакуумды (АВҚ)  болып бөлінеді. Булану дәрежесінің  санына қарап, құбырлы қондырғыларды  бір, екі, үш және төрт рет  буланушы дер бөледі. Бір рет  буландырумен айдау қондырғыларында  мұнайдан бір ректификациялаушы  коллонада атмосфералық қысымда  барлық дистилляттарды – бензиннен  бастап тұтқыр цилиндр майына  дейін алады. 

Екі рет буландыру қондырғыларында  гудронға дейін айдауды екі сатыда жүргізеді: әуелі мұнайды атмосфералы  қысымда мазутқа, одан кейін оны  вакуумда гудронға дейін айдайды. Бұл  процестерді екі ректификациялаушы  коллоналарда іске асырады; оның біріншісінде атмосфералық қысым, екіншісінде –  вакуум ұсталынады. Мұнайларды мазутқа  дейін буландыруда атмосфералық қысымда екі ректификациялаушы  коллоналарда жүргізуге болады: біріншісінде ол бензинді ғана алады және бензинсізденген  мұнай айдаудың қалдығы болады; екінші коллонада бензинсізденген мұнай  жоғарылау температурада мазутқа  дейін айдалады. Мұндай екі коллоналы  қондырғылар атмосфералық құбырлы (АҚ) тобына жатады [2].

Үш  рет буландыру қондырғыларында  мұнайды айдауды үш коллоналарда жүргізеді: екі атмосфералық және бір  вакуум коллонасында. Мұнайды үш рет  буландыру қондырғысының басқа  түрі болып бір атмосфералық және екі вакуумды коллоналардан тұратын  АВҚ саналады. Екінші вакуум коллонасы  гудронды буландыра түсуге арналған, онда негізгі вакуум коллонасына  қарағанда, тереңдеу вакуум ұсынылады.

Төрт  рет буландыру қондырғысы, АВҚ  – ның бастапқы бөлігінде бензинсіздендіруші атмосфералық коллонасынан және соңғы  бөлігінде гудрон үшін буландыра  түсетін вакуум коллонасынан тұрады.

Қазіргі кезде мұнайды алғашқы айдауды  атмосфералық қысымда істейтұғын құбырлы  қондырғыларда (АҚ) жүргізіп, одан мөлдір өнімдер – бензин, керосин, дизел (газоил) фракцияларын алады. Мұнай  айдаудың қалдығын (өнімнің бастапқы қайнау температурасы 300-360⁰ С) мазут дейді. Егер мазутта қазан отынын көп алу қажет болған жағдайда, онда айдаушы атмосфералық қысымда жүргізумен шектейді. Мұнай шикі заты жеткіліксіз жағдайда, мұнай өңдеу бағыты тиімсіз болып саналады.

Мөлдір  мұнай өнімдерінің мөлшерін, оның мұнайдың бастапқы құрамындағыдан көп  өндіру үшін, мазутты әртүрлі термиялық  және каталитикалық процестерді  қолданып, те,рең химиялық өңдеуге  салады. Мазутты терең өңдеудің көп қолданып жүрген жүйесі бойынша, оны дистиллятты фракцияларға және бастапқы қайнау температурасы 490-520⁰ С жоғары тұтқырлы қалдыққа – гудронға алдын ала бөлу көзделеді. Мұндай бөлуді вакуумды құбырлы қондырғыларда (ВҚ), 5-8 кПа қалдық қысымда жүргізеді. Алынған дистиллятты фракциялар және гудрон дара ағым күйінде одан арғы өңдеу жіберіледі.

Гудронға  дейінгі айдауды, егер мазутта атмосфералық және мазутты вауумдық айдауды бір  құрастырма қондырғыда атмосфера-вакуумды құбырлы (АВҚ) қондырғыларда жүргізеді.

Көпшілік  зауыттарда мұнайды атмосфералық және мазутты вакуумдық айдауды бір  құрастырма қондырғыда атмосфера-вакуумды (АВҚ) қондырғыларда жүргізеді [2,3].

2.1 Мұнайды алғашқы айдау қондырғыларының технологиялық жүйелері

2.1.1 Атмосфералық құбырлы қондырғылар

  Олардың технологиялық жүйесіне  қарап, мұнайды бір рет және екі рет буландыру қондырғыларына бөледі.

Бір рет буландыру қондырғысында (1(а)-сурет.）мұнай жылу алмастырғыштармен құбырлы пеш арқылы ректификациялық колоннаға беріледі, оның эвапорациялық кеңістігінде бір рет булану жүреді. Одан кейін колоннаның консентрациялық бөлігінде булар ректификацтялаудың нәтижесінде мақсатты фракцияларға бөлінеді, ал айдаушы бөлігінде шикі заттың сұйық фазасынан тағы да ректификациялаудан тез қайнаушы фракциялар бөлінеді.

I—мұнай; II—газ; III—бензин; IV— керосин; V—дизельді фракция; VI— мазут; VII—су.

1-сурет. Мұнайды бір рет және екі рет буландырудың атмосфералық айдау жүйесі

Екі рет буландыру қондырғысында (2(б)-сурет.） жылу алмастырғыштарында қыздырылған мұнай бензинсіздендіруші деп аталатын коллонаға беріледі. Бұл коллонаның эвопорациялаушы кеңістігінде мұнайдың булануы жүреді. Мұнай 200-240⁰С дейін-ақ қыздырғандықтан, түзілген бу мөлшері аз және онда негізінен бензиін фракциялары болады. Концентрацияланушы бөліктің ректификациялаушы табақшаларында бензин ауыр фракциялардан бөдінеді де колонадан бу күйінде шығып кетеді. Бензинін бумен бірге мұнайды алғашқы айдаудан ілесіп келген су буы және газдар да бөлінеді.

Осылай  жартылай бензинсізденген мұнай  колоннаның түбінен құбырлы пеш  арқылы негізі атмосфералық колоннаға  беріледі, онда мұнайдың қайталап булануы  және булардың ауыр бензинге, керосин және дизел фраксияларына ректификацияланып бөлінуі орын алады. Қалдықта мазут қалады.

Бір рет буландырудың жетістігі жеңіл және ауыр фракциялар бірге буланады. Бұл әдіс мұнайды салыстырмалы төмен темпратурада қыздырумен ауыр компонеттерді тереңірек бөлуге мүмкіндік береді. Бір рет буландыру қондырғылары ықшамды, құбыр желісі қысқа, отынды басқа қондырғыларға қарағанда, аз қажет етеді.

Бірақ құрамында бензин фракциялары көп (15% жоғары ）мұнайларды осы типтес қондырғыларда айдалғанда, жылу алмастырғыштарда және пештегі иілген құбырлардағы қысым күрт көтеріледі. Бұл қолданылатын құрал-жабдықтардың жоғарғы төзімділігін және оларға қажетті металл шығынын көбейтуді талап етеді, шикі затты айдаушы сорап желісіндегі қысымды көтереді. Одан көбірек, егер айдауға, судан және тұздардан тазартылмаған мұнай берілсе, онда ол пештегі қысымды көтереді, иілген құбырлардың қабырғасының мүжілуіне алып келіп соғып, соның салдарынан авария болу қаупі пайда болады.

Екі рет буландыруда газ, су және бензиннің негізгі бөлігі мұнайдан пешке бармай жатып бөлінеді. Бұл жағдайда пештің де, негізгі ректификациялаушы колоннаның да жұмысын жеңілдетеді және ол екі қайтара буландыру желісінің негізгі жетістігі болып саналады. Екі қайтара буландыру жүйесі, әсіресе өңдеуге түсетін мұнай табиғаты қайта-қайта өзгеріп тұратын жағдайда, ыңғайлы.

Екі рет буландыру қондырғыларында, мұнайдан бір рет буландыру сияқты, дистилляттарды бөлу тереңдігінің дәрежесіне жету үшін, оны жоғары темпратураға дейін (360-370⁰С） қыздыруға тура келеді. Екі рет буландыру қондырғысында ректификациялау колонналарының, шикі зат сораптарының саны екі рет көбейеді, конденсацсиялаушы жабдықтар мөлшері өседі [2,3].

2.1.2 Вакуумды құбырлы қондырғылар

Вакуумда  айдау қондырғылары мен блоктарда  мазутты бір рет буландыру  жүйесі (2(а)-сурет）көп тараған. Бірақ тәжірибе көрсеткендей, мұндай блоктарда өте таза ректификациялаумен бөлінген айдалу шектері тиянақты вакуум дистилляттарын, жоғары сапалы майлар дайындауға пайдаланатын, алу өте қиын вакуум дистилляттарының орта қайнау темпратураларының бір-біріне ауысуы 70-130⁰С аралығында құрайды.

Вакуум  дистилляттарының таза бөлінуін жақсартуды, ректификациялаушы табақшалардың  санын көбейту арқылы жетуге болады. Бірақ мұндай шешім әр уақытта тиімді бола бермейді, себебі табақшалардың саны көбейген сайын вакуумм азаяды, төменгі табақшалардағы темпратура көтеріледі де бөлу тереңдігі және дистилляттарының сапасын көтерудің тағы басқа жолы – екі рет буландырумен айдаудың жүйесін қолдану (2(б)-сурет.）Бұл жүйе бойынша, бірінші вакуум колоннасында алшақ аралықта қайнайтұғын май фракциясын алу көздеген, ол пеште қыздырылған соң екінші колоннада тар аралықта қайтпайтұғын фракцияларға бөлінеді.

I—мұнай; II—сулы бу; III—конденсирленбеген газдар мен булар; IV, V, VI— майлы айдалымдар; VII— гудрон.

2-сурет. Мұнайды бір рет (а)  және екі рет (б) буландырудың  вакуумды айдау жүйесі

Екі баспалдақты вакуум айдауында айдауға қосымша отын, бу, электр энергиясы жұмсалады. Бірақ  бұл шығындар бөлінген май, дистилляттарының сапасының артуынан және ақырғы алынған  өнімнің сапасының жақсаруы өтеледі. Бір фракцияның екінші фракцияға ауысуының орта мәні 30-60⁰С дейін төмендейді [2,3].

2.1.2.1 Май варианты бойынша мазутты вакуумды айдаудың технологиялық ерекшелігі

Май варианты бойынша мазутты вакуумды айдаудың негізгі қолданысы –  берілген тұтқырлықтағы тар май  фракциясын алу. Ол тауарлы майды  алудың базалы негізі болып табылады, оны қажетсіз компоненттерден (шайырлы  – асфальтенді заттардан, полициклді ароматты  көмірсутектерден, қатты  парафиндерден) кезекті көпсатылы  тазалаудан өткізіп алады.

Тауарлы майдың көптеген сапасының, қасиетінің көрсеткіштері (тұтқырлық, тұтқырлық  индексі, газ түзілу қасиеті, тұтану температурасы және т.б.), сонымен  қатар майлы өндірістегі тазалау  процесінің техника-экономикалық көрсеткіштері  көбінесе бастапқы мұнай мен майлы  фракциялардың сапасымен анықталады. Сондықтан да ВТМ процестерінде  отын профилді вакуумды айдаумен салыстырғанда  шикізатты таңдау мен фракциясының тура бөлінуіне қатаң талаптар қойылады. Біздің еліміздегі май өндірудегі ең көп массалық шикізат батыс-сібір (сомотлор, усть-балык, сосникалық) және еділ-урал (туймазин, ромашкин, волгоград) мұнай қоспалары болып табылады. Мұндай мұнайдан жоғары сапалы май  алу үшін 50⁰С-тық минималды қайнау температурасының аралас диятиляттарының майлы фракцияларын алу керек. ВТМ ректификациялық колонналарындағы фракциялардың берілген тура бөлінілуін қамтамасыз ету үшін табақша санын (әр дистиллятқа 8-ге дейін) көбейтеді, буландырғыш секцияларды, бір колонналы мен екі колонналы айдау сұлбасын кең қолданады [3,4].

Айтып кететін жағдай, бір  колонналы ВТМ екі колонналы  ВТМ капиталды және эксплутациялық шығындарынан озады, бірақ фракцияларды дәл бөлуден: әдетте қайнау температурасының берілуі аралас диятиллят арасында 70-130⁰С-та, қалып қалады. Соның өзінде ректификацияның дәлдігін көтеру табақша санын арттырумен іске аспайды, өйткені колоннаның қоректендіру секциясында вакуумды тереңдіктің төмендеуіне байланысты. А суретіндегі ВТМ қондырғысының жұмысында колоннаның қоректендіру секциясындағы қысым 13-33кПа  ұсталып тұрады жоғарғы жағының қысымы 6-10кПа және мазутты қыздыру температурасы 420⁰С  жоғары емес болады. Колоннаның төменгі жағына 5-10%(гудронға) сулы бу жіберіледі. Б сурет бойынша ВТМ жұмысында екінші колоннада терең вакуумның болуы міндетті емес, ондағы  бөлудің жоғары эффектісі табақша санының көтерілуімен жүзеге асады. Бірінші колоннаға кіре берістегі мазуттың қызу температурасы 400-420⁰С және вакуумды айдаудың екінші сатысындағы кең май фракциясы – 350-360⁰С болады [4,5,6].

2.1.2.2 Насадкалы колонналардағы мазуттың вакуумды (терең вакуумды) айдалуы

Соңғы жылдары әлемдік мұнай өңдеуде  мазутты вакуумды айдауда регулярлы  типті насадкалы-контактілі қондырғылардың табақшалыға қарағанда теориялық  табақшаның бірлігіндегі гидравликалық  кедергісінің төмен болу сияқты маңыздарға қасиеттерге ие болғандықтан кең  қолданылады.

Регулярлы насадканың бұл артықшылығы вакуумды ректификациялық колонналарды конструктирлеуге мүмкіндік береді, олар 600⁰С дей3нг3 0айнау температурасының соңы газойльді (майлы) фракциялардың терең таңдалуын қамтамасыз ете алады  Немесе берілген таңдалу тереңдігіне май дистилляттарының фракционерлеуінің дәлдігін көтере алады.

Қазіргі кездегі жоғары өндірісті регулярлы  насадкасын қолдану вакуумды колонналар ұйымдастырылу әдісінде, сұйық пен  бу қозғалысының салыстырмалы контактісінде  келесі екі түрге бөлуге болады: қарама-қарсы ағынды және айқасқан [4].

Регулярлы насадкалы қарама-қарсы вакуумды колонналар дәстүрлі аз тонналы насадкалы  колонналардан конструктивті аз айырмашылықта болады: шашыратпалы  насадканың орнына колонна қимасында  біртекті сұйық бүріккіштің таралуын қамтмасыз ететін блок немесе регулярлы  насадка мен қондырғыдан тұратын  модульдер орналастырылады. Күрделі  колонналарда блок (модульдердің) саны алынатын мазут фракциясының санына тең.

Суретте гримма (ФРГ) фирмасының қарама-қарсы  ағынды вакуумды насадкалы колонна  конструукциясының принципиальді  сұлбасы көрсетілген. Ол терең вакуумды мазутты айдауды қайнау температурасының соңы 550⁰С дейін таңдалатын вакуумды газойль алуға арналған. Бұл процестің келесі артықшылықтары берілген:

- жоғары өнімділік мазут бойынша  4млн/т жылына;

- жоғары қайнау температурасы  550⁰С, төмен кокс дәрежесімен (0,3%-тен кем емес Конрядсон бойынша) және металл құрамы бойынша (V+10Ni + Na) терең вакуумды газойль алу мүмкіндігі;

- пештен кейінгі мазут қызуының  температурасының (10-15 °С-қа) төмендігі;

- колоннадағы қысым жоғалымының  екі есе төмендеуі;

- буландыруға кеткен сулы будың  шығының әлдеқайда төмендеуі;

Айқасқан  насадкалы колоннада (АНК) булы және сұйық фазалы контактың гидродинамикалық жағдайлары қарама-қарсы ағындыдан  әлдеқайда айырықшаланады. Қарама-қарсынасадкалы колоналардағы насадка колоннаның барлық көлденең қимасын алады, ал бу мен сұйық бір-біріне бір бағытта қозғалады. АНК насадкалы колоннаның көлденең қимасының тек бір бөлігін ғана алады (әртүрлі геометриялық фигуралар: сақина, үшбұрыш, төртбұрыш, көпбұрыш және т.б.) [5,6,7].

Айқасқан  регулярлы насадкалы қарама-қарсы насадкаға арналған дәстүрлі материалдардан жасалады: тоқылған немесе тігілген металл торынан (қос насадкалы деп аталады), пластан. Буға горизонтальді бағытта және сұйыққа вертикалды бағытта нәзік келеді. АНК биіктігі бойынша бірнеше сақинаға (модульге) бөлгіш плитамен ажыратылған, олар регулярлы насадканың сұйықты реттейтін бүріккіш элементінің бірегей қоспасын құрайды. Әр модульдің имегінде фазалардың айқасқан контактісі, яғни насадкадағы сұйықтың қозғалысы жоғарыдан төменге, ал будікі –горизотальді бағытта қозғалады. Яғни, АНК да сұйық пен булар тәуелсіз көлденең бағытында өтеді. Олардың ауданын реттеуге (ол жобалаушыға қосымша еркіндік дәрежесін береді), ал айқасқанда – тура сондай көлденең бағытында реттеуге болады. Сондықтан фазалардың айқасқан контактісі сұйық және бу бүріккішінің қалыңдығының өзгеруіне және насадкалы қабаттың көлденең қимасының ауданын оптималды жағдайда белгілі бір шектегі тығыздығын реттеуге мүмкіндік береді де, айқасу кезіндегі бу жылдамдығының (горизонтальді қимадағы есептеуінде) гидравликалық кедергісінің төмендекуінен және колоннаның тұрақты жұмысының кең диапозонында, аппараттың жалпы сақтау принципі мен айқасқан фаза артықшылығында бірнеше есеге көтеруін қамтамасыз етуге болады, ал сонымен бірге тұншығу, байпасты ағынның түзілуін, шашыратуын және де басқа дефектерді жоюға болады, олар қарама-қарсы насадкалы және табақшалы колонналарға сипатты.

Басқа жағынан қарағанда, насадкалы колоннадағы  процестерде жай вакуум айдау  режимінде жүзеге асыруға болады, бірақ фракцияға бөлінудің жоғары дәлдігімен, мысалы жай дистилляттардының  болуымен. Оегулярлы насадкалардың  төмен гидравликалық кедергісі  вакуумды колоннаға стандартты өлшемді  теориялық тарелкалардың санын  3-5есе көбірек «негізуге» мүмкіндік береді. Насадкалы колоннаның терең вакуумды эксплуатациясының тағы да бір нұсқасы, мұнда мазуттың айдалуы қызуы төмен температурада немесе сулы будың берілмеуі арқылы іске асады.

  АНК-ның жоғарыда көрсетілген тағы да бір артықшылығысұйықталған  бүріккіштің жоғары тығыздықты ұйымдастырылу мүмкіндігі –мазутты айдадың вакуумды және терең вакуумды қондырғысының жоғары өнімділікті эксплуатациясы үшін өте маңызды, олар диаметрі үлкен колонналармен жабдықталған. Салыстыру үшін қарама-қарсы және айқасқан вакуумды колонналарға диаметрі 8м (көлденең қима ауданы ≈ 50м²) алынған сұйық бүріккіштің мөлшерімен салыстырылады. Қарама-қарсы ағында бүріккіштің төменгі тығыздығы (≈20м³/м²сағ) қамтамасыз еткенмен, колоннадағы 50х20=1000м³/сағ сұйықтың бүріккуіне тосып қойылады, оны техникалық жүзеге асыру мүмкін емес. Соның өзінде колоннаның қимасы бойынша мұндай мөлшерде бірдей таралуын ұйымдастыру өте күрделі қиындық туғызып отыр.

АНК-да қарама-қарсы колонналарға қарағанда, оның насадкалы қабаты ауданның көлденең қимасының тек горизонтальді бөлігін алады. Осы жағдайда вакуумды АНК-да сұйықтың бүріккуін ұйымдастыру үшін қимадағы сияқты 25м³/м²сағ болас да керек болады, ал энергетикалық жағынан тиімді, ол ол техникалық жағынан қарапайым, суретте вакуумды айқасқан насадкалы колонна конструкциясының принципиальді сұлбасы көрсетілген, ол ПО «Салаватнефтеоргсинтез» АВТ-4 енгізген. Ол арлон мұнай мазутының кең вакуумды газойлін – каталитикалық крекинг шикізатының таңдалуына арналған [6,7,8]. 

2.1.2.3 Мазутты фракционирленуінің дәлдігі үшін майлы дистиллятты алуда айқасқан насадкалы колонналар

Айқасқан  насадкалы колонналар (АНК) оларда орналасқан насадкалы блоктың мөлшеріне  байланысты және қоректендіру зонасында  жететін вакуум тереңдігін келесі нұсқауларда  қолдануға болады:

а) терең таңдалған терең вакуумды айдаудың нұсқасы, бірақ вакуумды дистилляттың дәл фракционирленуінде, егер АНК  контактың теориялық сатысының  шектелген санымен жабдықталған болса;

б) жай вакуумды айдаудың нұсқасы, бірақ  таңдалған дистилляттың фракционирленуінің жоғары дәлдігі, АНК-ның контактісінің теориялық саты санының көп болып жабдықталуына байланысты болады.

Майлы дистилляттарды алуда  мазутты фракционирлеу үшін қайнаудың  өте тар температурасы интервалында аралас функцияның қайнау температурасында екінші нұсқа өте эффективті болып  саналады [6].

2.1.2.4 Вакуумды колоннаның конденсациялы-вакуум түзілу жүйесі

Вакуумды  колоннадағы берілген вакуум тереңдігі  конденсациялы-вакуум түзілу жүйесі (КВТ) АВТ қондырғысының бу конденсациясы жолымен, колоннаның жоғарғысымен кететін және газ бен будың конденсацияланбайтын эжектрленуі (сулы бу, H₂S, CO₂, шикізаттың термиялық бөлінуінің өнімдері және жеңіл фракциялар мен КВТ тығызсыздығынан өтетін ауа) түзіледі.

АВТ заманауи қондырығысының конденсациясы  – вакуум түзілу жүйесі конденсация жүйесінен, вакуумды сорап жүйесіне, барометриялық құбырдан, газосеператордан және конденсат жинағыштан тұрады.

Тәжірбиеде  будың конденсациясы үшін келесі екі әдісті қолданады:

1) вакуумды колоннаның секциясынан жоғары ректификациямен конденсациясы:

- жоғары циркулияциялық бірігу (ЖЦБ) немесе

- өткір бүріккіш (ӨБ);

2) колоннада емес конденсатор-тоңазытқыш шығаруындағы ректификациялық конденсация:

- сұйық немесе аумен жылуалмастырудың  беттік типі (ЖБТ);

- сумен немесе газойльмен араласатын  барометрлі типі (БКА) хладогент  және абсорбент рөлін атқарады;

- булы эжекторлардағы сораптарды (БЭК) судың саты аралық конденсаторларында орналасады.

Колоннада жеткілікті терең вакуумды құру үшін жоғарыда көрсетілген конденсация  әдістерінің барлығын бір кезде  қолдану міндетті емес. Сондықтан  КВЖ-ға екі конденсация булы әдісін колоннаның жоғарғы секциясына қосу міндетті емес, осы мақсатта екі әдістің біреуін қолдану жеткілікті. Бірақ та ЖЦБ тиімдірек және кең қолданысқа ие, өйткені ӨБ салыстырғанда бу конденсациясының жылуын толығымен утилизациялауға, вакуум колоннасының жоғарғы жағында төмен температураны 60-80⁰С шегінде оптималды ұстап тұрып, сонымен бу мен газдың көлемін біршама төмендетуге мүмкіндік береді. Колоннада емес АВТ қондырғысының екі түрінде ректификациялық булы конденсация әдісінде араластырудың барометрлік конденсаторы, төмен гидравликалық кедергісі мен газосеператорды қолдану қажеттігі керек емес болып қалады. БКА-ның кемшілігі – айдалымдағы судың мұнай өнімімен және күкртсутекпен хладогентті қолдануда ластанады. Соған байланысты хладогент және абсорбент ретінде суытылған вакуумды газойльді қолдану перспективті болыптабылады. КВЖ-ның экологиялық талаптары заманауи жоғары өнімділікті АВТ қондырғысының беттік конденсатор-тоңазытқыштың газасеператормен қоспасында енгізіледі.

Қазіргі кезде вакуум-сорап ретінде ағынды сораптарды – бір және екі немесе үшсатылы эжекторларды сулы будағы және оның конденсациясының аралығындағысын (АЭН) қолданады. Булыэжекторлы вакуумды сораптар бірнеше принципиалды кемшіліктерге ие (жағымды әректтің төмен коэффициенті, сулы бу мен оның конденсациясы үшін суытылған судың біршама  шығыны, суытылған судың және де т.б. ластануы).