Мұнай өңдеу процестерінің заманауи күйі

Мұнайдың негізгі химиялық құрамы – көміртегі мен сутегі. Сонымен қатар мұнай құрамында тағы басқа да заттар бар. Мырыш – H2S, меркаптандар, моно- және дисульфидтер, тиофендер мен тиофандар полициклдіктермен бірге тағы басқа (70-90% қалдық өнімдерде шоғырланады); азотты заттар – негізінен пиридин, хинолин, индол, карбазол, пиррол және порфириндер (үлкен бөлігі ауыр фракциялар мен қалдықтарда шоғырланады) гомологтары; қышқылды заттар – нафтен қышқылы, фенолдар, смолалы-асфальтты т.б. заттар (әдетте жоғары қайнайтын фракциларында кездесетін). Элементтік құрамы (%): С – 82-87, Н – 11-14.5, S – 0.01-6 (сирек – 8-ге дейін), N – 0,001—1,8, O — 0,005—0,35 (сирек – 1.2-ге дейін) және т.б. Барлығы мұнай құрамында 50-ден аса элементтер табылған. Мысалы, жоғарыдағылармен қоса V(10-5 — 10-2%), Ni(10-4-10-3%), Cl (іздерінен бастап 2•10-2%-ға дейін) т.с.с. Әр зат әр кен орнында әр мөлшерде кездесетіндіктен орташа химиялық қасиетттер жайлы тек шартты түрде ған аайтуға болады. [3]

Мұнай құрамында әр түрлі механикалық қоспалар болғандықтан өңдеу алдында мұнайды сол қоспалардан тазартады.

Тереңнен жер бетіне шыққан мұнай құрамынан «жолай» газын бөліп алады.Минерал тұздарды жылы сумен шайқап бөледі. Суды және механикалық қоспаларды тұндыру әдісімен бөледі.Эмульсия күйіндегі суды дэмульгаторды (нафтен қышқылының тұздарын қолданады) қосып немесе электрсусыздандыру (30-40 мың В кернеулі айнымалы тоқ көзіне жалғасқан электродтардың арасынан эмульсия күйіндегі жылы су өткенде эмульсия бұзылады, су тамшылары іріктелініп тұндырғанда мұнайдан жеке бөлінеді) әдістерімен мұнайдан бөлінеді.

Мұнайды механикалық қоспалардан тазартып,физикалық әдіспен құрамындағы көмірсутектерінің физикалық қасиеттерінің әр түрлі болуына байланысты (қайнау температурасы,кристалдану қабілеттігі,ерігіштігі және т.б) жеке фракияларға жіктейді.Көп қолданылатын әдіс – мұнайды және мұнай өңімдерін тіке айдау..

Химиялық әдістер – температура,қысым және катализатор әсерінен мұнайды және мұнай өңімдерінің құрамындағы көмірсутектерінің терең өзгеріске (деструкцияға) ұшырауына негізделген. Химиялық әдістердің көп қолданылатындары әр түрлі крекинг әдістері.

Негізгі аппараттар. Мұнайды және мұнай өңімдерін өңдеу процестері негізінде екі сатыда орындалады: 1)Жоғары температураға дейін қыздыру. 2) Өнімдерді жіктеу. Кейбір химиялық әдістерде катализдік процестер қосымша қосылады. Көбінесе құбыр пештерінде құбыр қабырғасы от жалынын немесе қызған газ жылуын конверциялау және радиациялау процестерінің әсерінен қызады.

Мұнай өнімдерін жіктеу, айдау әр түрлі ректификациялау әдісімен орындалады. (Ректификация – қайнау температуралары жақын сұйық заттарды буға айналдыру әдісімен бір-бірін бөліп тазатру).

Ректификациялау құбырлары көтеріңкі қысымда, атмосфералық қысымда және вакумделінген жағдайда жұмыс істейді.

Мұнай өңдейтін катализдік процестер әр түрлі конструкциялы аппараттар конструкциялы аппараттарда жүреді,(үздіксіз қозғалыстағы катализатор қондырылған контактаппараттарынемесе қайнаушы қабатта катализатор орналасқан аппараттар).Мұнайды физикалық әдіспен өңдеу (мұнайды тікелей айдау) – қайнау температураға тәуелді мұнайды фракциялауға негізделген әдіс. Мұнайды фракциялау құбыр пешінде 300-350°С температурада атмосфера қысымында буға айналдырып ректификациялау құбырына жібереді,құбырда көмірсутектердің қайнау температурасына байланысты: 170°С дейін бензин (14,5%) 100-200°С аралығында лигроин (7,5%), 200-300°С аралығында керосин (1,8%), 300-350°С аралығында газойль (5%) және мазут (55%) фракцияларына жіктелінеді.

Бензиннің құрамында негізінен парафин және нафтен көмірсутектері болуына байланысты оның сапасы төмен, октандық саны 50-78 шамасында, бензин шығымы 14,5% болады, этил сұйығын қоспа бензиннің октан саны 87-95-ке жеткізеді.

Мазут фракциясы қайтадан тікелей айдауға түседі – ол үшін екінші сатыдағы қатар орналасқан вакуум жағдайында жұмыс істейтін құбыр пешіне келтіріліп 400-420°С температураға қыздырып буға айналдырған күйінде екінші фракциялау құбырында: 230-250°С температура аралығында (ұшқыш) майы (10-12%), 260-305°С аралығында машина майы (5%), 315-325°С аралығында жеңіл цилиндр (3%), 350-340С аралығында ауыр цилиндр (7%) майлары бөлінеді де (27-30%) мөлшерінде гудрон қалдық түрінде қалады.[5]

Дүние жүзілік мұнай өңдеу саласында мынадай 3 түрлі химиялық (каталитикалық және каталитикалық емес) АМҚ өңдеу процестері қолданылады:

термиялық және термокаталитикалық процестер,АМҚ-дан артық көміртегін немесе шикізатқа қарағанда көміртегі көп өнімді бөлуге негізделген – көміртегі материалдарды (мұнай коксы,каталитикалық крекингте катализатордағы кокскрекинг-қалдық,каталитикалық крекингтің газойлі,пиролиздің ауыр шайыры, асфальтит, пектар, байланыстырушы, пісіруші және тұтқырлы материалдар және басқа), олармен қабат төмен молекулалы олефині бар, шикізатпен салыстырғанда сутегіне бай, ыдыраудан шыққан өнім де алынады;

гидротермиялы және гидрокаталитикалы сырттан сутегін енгізуге негізделген, төмен және орта молекулалы отын фракциясын түзетін немесе күкіртті, оттекті, азоты қосылыстардан және металлдардан тазаланған өнім;

термо- және каталитикалық кокстерді, көмірлерді және АМҚ газға айналдыру бу оттегі немесе бумен тотықтырушы процестері көміртегі тотығы мен сутегі түзіліп жүретін – көмірсутегі тотықтарын алатын жарты өнім (спирттер, эфирлер, кетондар, альдегидтер және т.б), тағы да тотықтырушы конденсациямен қабат,битумдар түзілетін карбонизация процесі жүреді.

Жоғары температураның әсерімен мұнайды өңдеуді термиялық өңдеу процестері деп атайды. Оған күрделі көмірсутектерді жоғары температура әсерінен қарапайым көмірсутектерге ыдырату (термиялық крекинг),ауыр мұнай қалдықтарын кокстеу (қортқылау), құрамында қанықпаған көмірсутектер көп болып келетін газдар қоспасын алу үшін жүргізілетін пиролиз процестері жатады.

Көмірсутектердің термиялық ыдырауы 380-400 0С-та басталады. Күрделі реакциялардың – термиялық полимерлену мен конденсациялану – нәтижесінде қанықпаған және ароматты көмірсутектерден шикі мұнайдың құрамына кіретін заттар – көмірсутекті газдары, сұйық мұнай өнімдерінің қосымша мөлшері, сонымен бірге мұнай коксы (қатты көмірсутек қалдығы) түзіледі. Мұнай шикізатын термиялық өңдеу жүйелері шарттарға және тағайындалуына байланысты крекинг, кокстеу және пиролиз аталымдарын алды. [6]

Термиялық крекинг. Шикі мұнайлардың ауыр фракцияларының белгілі температурадан аса қыздырылуы жағдайында қосымша бөліну икемділігі крекинг жүйесін пайдалануда үлкен жетістіктерге әкелді. Мұнайдың жоғары температурада қайнайтын фракцияларының бөліну кезеңінде, С-С байланыстары бұзылады,сутегі көмірсутегі молекуларынан үзіліп, нәтижесінде бастапқы шикі мұнай құрамымен салыстырғанда, түрлі өнімдер спектрі шығарылады.

Мысалы, 290-400 0С температура интервалында қайнайтын дистилляттар, крекингтеу нәтижесінде газ, жанармай және ауыр шайірға ұқсас қалдық өнңмдерін шығарады. Крекингтеу жүйесі шикі мұнайдан бастапқы айдау нәтижесінде құрылған аса ауыр дистилляттар мен қалдықтарды деструкциялау жолымен жанармайдың шығарылуын ұлғайтады.[3]