Лекция №2

Тақырыбы:МҰНАЙ, ГАЗ, ҚАТТЫ ТҮРДЕГІ ШИКІЗАТТАРДЫ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ӨҢДЕУ ӨНІМДЕРІН ДАЙЫНДАУ МЕН БӨЛУДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ ӘДІСТЕРІНІҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

Сабақ жоспары:

1. Газ тәріздес шикізаттарды өңдеуге дайындау

2. Мұнай мен конденсаттарды өңдеуге дайындау

3. Көмірді қолдануға және өңдеуге дайындау

Сабақ мақсаты:Көмірсутекті шикізаттарды химиялық өңдеуге дайындау сатыларымен таныстыру. Маңызды өнімдерді алу мен олардың химиялық және мұнайхимиялық өндірістерде маңызды шикізаттар ретінде қолданылуы.

 

Мұнай фракцияларынан көмірсутекті шикізат алу үшін әртүрлі әдістер қолданады. Олар: ректификация, карбамидті депарафинизациялау, цеолиттегі адсорбция, селективті еріткіштермен экстракциялау және кристалдану т.б. Осы немесе басқа да әдістерді қолдану алынатын өнімдердің әрі қарай қолданылуына байланысты анықталады.

Мұнайды біріншілік айдау кезінде көмірсутектердің жеңіл фракциларын алу үшін өндірісте ректификация процестері (фракциялық айдау) кеңінен қолданады.

Ректификация деп қайнау температуралары әртүрлі болатын, өзара еритін сұйықтардың көпконтактілі диффузиялық бөліну процесін түсінеміз. Әдетте бұл әртүрлілік бөлінетін компоненттердің бұларының серпімділігінің салыстырмалы ұшпалық коэффициенттеріне α тең болуымен сипатталады.

Мысалы, бензин фракциясын екіншілік айдауда кейін каталитикалық риформингте шикізат ретінде қолданылатын бензол, толуол, ксилол фракцияларын алады. Бензин фракциясының айқын ректификациясы кезінде нормаль және изоқұрылымды жоғары концентрациялы парафинді жеңіл фракциялар да бөлінуі мүмкін. Реактив (эталон) ретінде шығарылатын жеке парафиндерді (н – пентаннан н – гексанға дейін, кейде одан да жоғары) алатын айқын ректификацияның қолданылу ауқымы аз. Ректификацияның айқындылығы жоғарылаған сайын процестің өтуінің күрделі және эксплуатациялық шығындары күрт өседі.

Мысал ретінде 2.1-суретте гексан мен гептанды айыру қондырғысының технологиялық схемасы көрсетілген. Ректификат буларының канденсациясы мен салқындатылуы және суландырылуы екі сатыда жүреді: бірінші – 50-54⁰С температураға дейін (араластыру конденсаторындағы 4 көмірсутек буларының сумен тура контактісі) және екінші - 38-41⁰С температураға дейін қарапайым беттік тоңазытқыштарда (5). Екінші сатыда тек ректификат салқындатылады. Әрбір ректификациялық коллонна (3) екі кипятильниктермен (2) жабдықталған.

Бұл процесте су буының (1,5 МПа қысымды бу) жалпы шығымы шамамен 1500 кг/м³ шикізатты, жылудың жалпы шамамен 3500 кг/м³ шикізатты, ал салқындататын судың шығыны шамамен 14кг/м³ шикізатты құрайды.

Жоғарыда көрсетілгендей, мұнай өңдеу өндірісінде қарапайым фракциялық айдау өте кең шектерде қайнайтын бензин, керосин және т.б. фракцияларды бөлуге қолданады. Мұнай дистилляттарынан немесе оларды екіншілік айдаудан бензол, толуол, бутадиен және т.б. таза химиялық қосылыстар алу үшін көбінесе экстрактивті немесе азеотропты айдауды, яғни үшінші компонент қатысуымен айдауды қолданады.

Экстрактивті айдау кезінде үшінші компоненттің ұшпалығы аз, сондықтан ол ректификациялық коллонада сұйық фазады болады және колоннаның астынан қалдықпен бірге алынады. Азеотропты айдауда үшінші компоненттің ұшпалығы салыстырмалы жоғары, сондықтан ретификациялық коллоннадағы оның негізгі массасы булық фазада болады да, ректификатпен бірге алынады. Мұнайдың жоғары қайнайтын фракцияларын бөліп алу үшін азеотропты айдаудың ерекше түрі – су буымен айдау қолданылады.

Экстрактивті айдау көмегімен фракцияға бөліну колоннаның жоғарғы жағына берілетін еріткіштің концентрациясы барлық айдау зонасында сұйық фазада жоғарғы болады және бөлінетін қоспа бұл жағдайда типтік идеал емес ертіндіні көрсетіп тұрса жүзеге асады. Экстрактивті айдау арқылы көмірсутекті қоспаларды бөлу үшін еріткішті таңдағанда оның қайнау температурасы бөлінетін қоспа компоненттерінің қайнау температурасынан әлдеқайда жоғары болауын ескереді. Кең қолданыстағы еріткіштерге фенол, ацетон, крезолдар, фурфурол жатады.

Өндірісте айдаудың бұл түрін толуолды, крезолдарды бутендерді және бутадиендерді, изопренді тазартуды қолданады. 2.2 суретте толуолды тазарту процесінің технологиялық сызбасы көрсетілген. Қыздырылған толуолды концентрат экстрактивті айдау үшін колоннаға (3) түседі. Осы колоннаның жоғарғы өнімге насоспен (1) қыздырғыш (2) арқылы еріткіш – фенол беріледі. Колоннаға еріткіш берілетін жердің үстінде рафинат колоннасынан шығатын еріткіштің шығындарына арналған, еріткішті бөлуге арналған секция орналасқан. Ол шамамен 20 қалақшадан тұрады және ол рафинат колоннасынан шығатын еріткіштің шығындарына арналған. Экстрактивті айдау зонасындағы толуол ароматты емес көмірсутекті қоспаға қарағанда ұшқыш болып келеді. Осының салдарынан көмірсутекті қоспа айдалады, ол еріткіште ерітілген толуол коланнаның түбінде жиналады да, насоспен колоннаға беріледі (5). Колоннаның (5) үстінен толуол алынады, ал одан айдалған еріткіш төменде жиналады да, қайтадан экстрактивті айдау зонасына қайтарылады.

Азеотропты айдауды экстрактивті сияқты қайнау температуралары жақын заттарды бөлу үшін қолданады. Азеотропты айдау әдісімен көмірсутектерді фракционирлеу немесе тазалау үшін бөлінетін қоспаға еріткіш қосады. Жүйедегі көрсеткіші бар компоненттердің біреуінен түзілген азеотропты қоспаны айдау жеңіл болу үшін, оның қайнау температурасы жүйедегі басқа компоненттердің қайнау температурасынан әлдеқайда ерекше болу керек. Сонымен қатар азеотропты қоспада бөлінетін компоненттің концентрациясының максималды жоғары болғаны жақсы.

Азеотропты айдау процесінің ең негізгі факторы болып еріткіштің регенерациясының жеңілділігі саналады. Бұл үшін келесідей әдістер қолданылуы мүмкін: суыту, экстракция немесе сумен шаю, айдау, химиялық әдістер. Еріткішті регенерациялаудың қарапайым және экономикалық тиімді әдісі – азеотропты қоспаны әртүрлі құрамды екі сұйық фаза түзілгенше конденсациялау немесе салқындату. Әрбір фазаны кезекті айдау арқылы азеотропты қоспаның әрбір компонентін таза күйінде алуға болады.

Азеотропты айдауға мысал ретінде толуолды тазарту процесін қарастырайық (2.3 сурет). Мұнда селективті еріткіш ретінде суландырылған метилэтилкетон (МЭК) алынады.

Толуолды концентрат фракциясы (93-121^оС) азеотропты айдау колоннасына (3) үздіксіз беріледі. 90% МЭК және 10% судан тұратын селективті еріткіш те (азеотропты қоспа), осы колоннаға бастапқы фракциядағы ароматты емес көмірсутектердің құрамын шамамен 2 есе асыратындай мөлшерде үздіксіз беріледі. МЭК және суы бар азеотропты қоспа түріндегі ароматты емес көмірсутектер колоннаның жоғарғы жағынан шығарылады. Аз мөлшерде МЭК бар тазартылған толуол колоннаның кубтық қалдығында (3) жиналады, сонан соң қоспа колоннаға (1) түседі. Мұнда МЭК толуолмен бірдей мөлшерде айдалады. Бұл қоспа колоннаға (3) қайтарылады. Колоннаның (1) кубтық қалдығындағы толуол тазартылған болып есептеледі. Колоннаның (3) жоғарғы жағынан алынатын, ароматты емес көмірсутектердің гомогенді қоспасы – МЭК мен су колоннаға (4) метилэтилкетонды сумен экстракциялауға түседі. Колоннаның жоғарғы жағынан ароматты емес көмірсутектер алынып, айдалуға колоннаға (2) жіберіледі. Сулы ерітінді МЭК колоннаның (4) төменгі жағынан колоннаға айдалуға түседі. Мұнда селективті еріткіштің регенерациясы жүреді.

Үздіксіз өндірістік процестер үшін азеотроптыға қарағанда экстрактивті айдау ыңғайлы, себебі мұнда ректификациялық колонналар аз қолданылады. Бірақ экстрактивті немесе азеотропты айдауды таңдау нақты процестің экономикасына байланысты. Үшінші компонент қатысындағы ректификация процесінің энергошыгындары айтарлықтай дәрежеде бастапқы шикізат құрамымен анықталатын шығынға байланысты болады. Сондықтан, мысалы, парафиндер және ароматты көмірсутектер қоспаларын бөлуге азеотропты айдауды – бастапқы шикізаттағы парафиндердің концентрациясы салыстырмалы жоғары емес болғанда; ал экстрактивті айдауды – ароматты көмірсутектердің концентрациясы жоғары емес болғанда қолданады.