Аппаратта (машинада) жүретін технологиялық процесстің сипаттамасы

Гидротазалауға алғашқы айдау дистиляттарымен қатар (бензин, реактив және дизел отыны, вакуум газойлы), қайта өңдеумен алынған дистиляттарды да (пиролиз шайырының жеңіл фракциясы, бензиндер, кокстеу мен каталитикалық крекингтеудің жеңіл газойлдері), тағы да мұнай майлары компоненттері мен парафиндері де салады.[4,5]

Бұл дистиляттар гидротазалаудан кейін күкіртті, азоты және оттекті қосылыстардан арылады, сонымен қатар, егер дистиллят қайта өңдеумен алынатын болса, онда қанықпаған көміпсутектері қанығады, нәтижесінде олардың сапасы көтеріліп тұрақтылығы артады. Барлық күкіртті қосылыстар гидротазалауда қаныққан көмірсутегін түзіп күкіртті сутегіне ауысады. Мысалы, жеңіл фракцияда көбірек болатын мынадай реакцияға түседі.

RSH + H₂ → RH + H₂ S (1.2)

Сульфидтер былай ауысады:

RSR + 2H₂ → RH + RH +H₂ S (1.3)

Күкіртті қосылыстардың гидрогенолиз жылдамдығы меркаптандардан тиофен туындылары мен ароматикалық сульфидтерге өткенде азаяды. Тиофен сақинасының айналасындағы құрылымның күрделенуі қосылыстың тұрақтылығын арттырады. [2]

Процесс кезінде сутегінің жеткіліксіздігігнен бір күкіртті қосылыстардың басқаларға ауысуы мүмкін. Мысалы, меркаптандар күкіртті сутегімен бірге сульфидтер де түзуі:

2RSH + H₂ → RSR + H₂ S (1.5)

Немесе қаныққан көмірсутегі орнына олефиндер түзілуі мүмкін:

RSR + H₂ → RH + RCH=CHR +H₂ S (1.6)

Құрамында қанықпаған көмірсутектері бар қайта өңдеу дистиляттарын гидротазалағанда, гидрогенолиз бен гидрлеу жылдамдығына олардың және тиофеннің бір-біріне әсері барлығы байқалады.

Гидротазалау процестерінде күкіртті қосылыстардың гидрогенолизінен бөлек мынадай реакциялар жүреді:

1) азотты қосылыстардың гидрогенолизі:

2RNH + 3H₂ → 2RH + 2NH₃ (1.7)

2) оттекті қосылыстарлың бөлінуі:

ROH + H₂ → RH + H₂ O (1.8)

3) диен көмірсутектерін гидрлеу:

C_n H_{2 n}-₂ + 2H ₂ → C_n H_{2 n}-₂ (1.9)

4) қанықпаған қосылыстарды гидрлеу:

C_n H_{2 n} + H ₂ → C_n H_{2 n}-₂ (1.10)

5) ароматикалық қосылыстарды гидрлеу

6) гидрокрекинг

C₁₀ H_{2 2} + H ₂ → 2C₅ H₁₂ (1.11)

Көміртегі реакциясы

1. Депарафинизация.

а) гидрокрекинг

R –CH –CH –CH –CH –R R –CH –CH +R –CH=CH (1.12)

б) изомеризация

R –CH –CH +R –CH=CH R –CH –CH –CH–R (1.13)

|

CH

2. Көміртегінің біртексіз таралуы (олефин).

R –CH=CH +H R –CH–CH (1.14)

3. Қалыпты түзілудегі парафин изомеризациясы.

R –CH –CH –CH –CH –R R –CH–CH –CH –R (1.15)

|

CH

Гидротазалаудың негізгі реакциялары жылу бөлумен жүреді. Гидротазалау процестерінде қанықпаған мен ароматикалық көмірсутектері талғамды гидрленеді, ең алдымен диендер, одан кейін олефиндер сутегімен қанығады. Ароматикалық көмірсутектері, әсіресе бензол, гидрленуге қиын түседі. [5].

Реакция жылу эффектісі. Гидротазалау процесі термодинамикалық жағынан төментемпературалы процеске жатады. Сутегінің қосылу реакциясы көлемнің азаюымен жүретіндіктен, реакциялық аумақтағы қысым процесс тереңдігіне шешуші ықпал жасайды. Гидротазалаудың қосынды жылу эффектісі оң және алғашқы айдау фракцияларына оның мәні 20-87 кДж/кг шикізатқа есептегенде құрайды. Алғашқы айдау шикізатына 30 % дейін қайта өңдеу процестерінің фракцияларын қосу, шикізаттағы қанықпаған көмірсутектерінің мөлшеріне байланысты, реакция жылуын 125-187 кДж/кг дейін көтереді. Құрамында қанықпаған көмірсутектері жоғаы, сонымен қабат ауыр отындарды гидротазалауда реакция жылу эффекті 260-500 кДж/кг жетеді. Артық жылуды реакция аумағынан бөліп алу үшін катализатор қабаттары арасына суытылған айналушы газды немесе сұйық газ бен суық сұйық гидрогенизат қосыпасын беруді пайдаланады.

Бензин фракцияларын гидротазалауды негізінен оларды каталитикалық риформинг процесінің шикізат дайындау мақсатында, ондағы күкірт пен азот мөлшеріне қойылатын талаптың өте жоғары болуына байланысты жүреді. Әдетте бензинді гидротазалау процесі каталитикалық риформинг қондырғысымен бірге немесе құрастырма кешенінің (мысалы, ЛК-6У ҚҚ) құрамында. Бұл өндірістік процесітің шикізатты берудің көлемдік жылдамдығын арттырумен (6-8 сағ), қысым мен температураны төмендетумен, тиімді катализаторларды пайдаланып, жүру мерзімін ұзартып тиімділігін арттырады.

Гидротазалау катализаторлары. Гидротазалау процестерінде алюмокобальтмолибден (АКМ), алюмоникельмолибден (АНМ), алюмоникельмолибденкремний (АНМК) катализаторларын қолданады. Бұл катализаторлардың механикалық қаттылығы жоғары, уларға тұрақты және көп уақыт активтігін сақтайды. АКМ катализатор жоғары талғамды. Оның қатысуымен С-С байланыстырдың үзілуі немесе ароматикалық сақинаның қанығуы іс жүзінде жүрмейді десе де болады; ол қанықпаған көмірсутектерін гидрлеуде С- S байланыстарды үзуде қажетті активтік көрсетеді. АНМ қанықпаған көмірсутектерді қанықтыруда активтігі төмендеу болғанмен, ароматикалық көмірсутектерді және азотты қосылыстарды гидрлеуде АКМ-ге қарағанда активтеу. Бірақ оның тұрақтылығы, активтігі және механикалық қаттылығы аздау. АНМ-ге 5-7% SiO₂ қосып АНМС алады, оның механикалық қаттылығы жоғарылау, аздап гидрлеуші активтігі өсік.

Гидротазалау процесінде мақсатты өнімдерден бөлек (тазаланған бензин, керосин, дизел фракциялары, вакуум газойлі), газ (сутегі, метан, этан және аздап пропан мен бутан), бензин айналымы, күкіртті сутегі шығады. Газды зауытта отын есебінде, бензин айдалымын тауарлы бензин алуда немесе платформинг шикізатына пайдаланады. Күкіртті сутегі күкірт немесе күкірт қышқылын өндіруде қолданады.

Процестің негізгі параметрлері. Гидротазалауға әртүрлі фрациялық және химиялық құрамдағы дистиляттар түсетіндіктен және қажетті тазалау дәрежесі де әртүрлі болатындықтан процесс параметрлері мен сутегі шығыны әрқилы болады.

Температура. Гидротазалау реакциялары үшін оптималды деп 340-420⁰С саналады. 340⁰С төмен күкіртсіздену реакциясы баяу жүреді, 420⁰С жоғары крекинг пен кокстүзілу реакциялары күшейеді. Катализаторды қондырғыда алғаш пайдалануда температураны төмендеу ұстайды, себебі температураны өсіру катализатор активтігінің төмендеуін азайтады.

Қысым. Жүйедегі жалпы қысым 2,5 МПа-дан 6,0 МПа дейін аралықта болады, ал сутегінің сыбағалы қысымы 1,5-3,7 МПа құрайды. Тазаланушы шикізат ауыр, ондағы қанықпаған көмірсутектері көп болған сайын, реактора кіре берістегі сутекті газдағы сутегініғ сыбағалы қысымы жоғары болуы керек. Сутегінің сыбағалы қысымы өсуімекн тазалау дәрежесі көтеріледі, кокстүзілу кемиді, катализатордың жұмыс істеу мерзімі өседі.

Сутекті газды беру (қайта айналуы) еселігі шикізаттың бір көлеміне 200-ден 700 дейін газ көлемдері (0⁰С және 0,1 МПа) аралығында болады.

Құрамында қанықпағанкөмірсутектері немесе шайырлы заттары көп дистиляттарды, мысалы кокстеудің дизел фракциясын немесе вакуум газойлін гидротазалау қайта айналушы газ бен шикізаттың қатынасы ең көп болады. Қайта айналу еселігін өсіру қондырғының регенерациялаусыз жұмыс істеу мерзімін көтереді.

Сутегі шығыны. Гидротзалауда сутегі гидрлеуге, еруге және үрлеуге жұмсалады. Гидрлеуге сутегінің шығыны қанықпаған көмірсутектер мөлшеріне, тағы да шикізаттағы шайырға байланысты және айдау бензиніне 0,1 %, кокстеу бензиніне немесе вакуум газойліне 1,3% дейін келеді. Реакция сұйық өнімдерінде сутегінің нәтижесінде оның шығыны, тазаланушы шикізат молекуласы мен жүйедегі жалпы қысымның өсуімен көтеріледі.

Сутекті газ. Гидротазалау процесінде таза емес сутегін пайдаланады, бұл газ құрамында сутегінің көлемдік мөлшері 50-95%, ал қалғанын метан, этан, пропан және бутан құрайды. ГИдротазалау реакцияларының нәтижесінде сутегі жұтылады, сөйтіп көмірсутекті газдар, күкіртті сутегі және су түзіледі.

Шикізат беруінің жылдамдық көлемі.

Көлемдік жылдамдық дегеніміз — катализатор көлемінің, 1 сағат ішінде реакторға берілген шикізат көлемінің қатынасына тең. Көлемдік жылдамдықты жоғарлатса, реакторға келіп түскен шикізаттың уақыты төмендейді, ал егерде көлемдік жылдамдық төмендесе, онда катализатордағы шикізат буының шығу уақыты жоғарлайды. Сонымен қатар гидротазалау және гидродепарафинизация деңгейі тереңдей бастайды.

Олай болса, көлемдік жылдамдық төмендетілсе, онда реактордан өтетін шикізат берілуінің саны да төмендейді және де қондырғының өнімділігіде төмендейді.

Осыған байланысты әрбір шикізат түріне қарай көлемдік жылдамдықтың максималды берілуін қадағалап отырады. Сонымен, көлемдік жылдамдықты таңдау фракциялық және химиялық құрамына қарай есептелмейді, және де катализатор жағдайыда ғана емес басқа да көрсеткіштер (температура, қысым).

Жеке тексеру барысында гидротазалау және гидродепарафинизация процесінде көлемдік жылдамдықты 6 сағ^-1 — ден жоғары етіп қолданылады.

Шикізаттағы сутек-қоспасы бар газ циркуляциясының ықшамдылығы.

Шикізаттағы сутекқұрамды газ циркуляциясының ықшамдылығы деп — сутекқұрамды газ,(Нм /сағ) шығынының, шикізат шығынына (м /сағ) қатынасына тең. Сонымен қатар циркуляция ықшамдылығының жоғарлауы, гидротазалау және гидродепарафинизация процесінің жылдамдығының жоғарлауына байланысты анықталады. Осыдан жоғары болса, онда процесс жылдамдығы шексіз өсе береді.

Гидротазалау процесі келесі блоктардан тұрады:

- реакторлық — дизелдік отынды сутекті атмосферадағы күкіртті тазалау және қалыпты парафинді изомеризация, депарафинизация үшін арналған;

- бензин — айдау және тұрақсыз депарафинизатты тұрақтандыру;

- суқұрамды және көміртекті газды моноэтаноламинмен тазалау.

2. Жобалаушы объект конструкциясы бойынша иновациялық

шешімдерді талдау (СӨЖ бойынша тапсырма)