Гидрокрекинг
Кіріспе
І Негізгі бөлім
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
ІІ. Технологиялық бөлім
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және процестің сипаттамасы
2.2. Реакциондық аппарат. Гидрокрекинг реакторының сызбасы
2.3. Гидрокрекинг процесінде қолданылатын катализаторлар
2.4. Гидрокрекинг реакторын автоматтандыру
ІІІ. Есептеу бөлімі
3.1. Материалдық баланс
3.2. Жылулық баланс
3.3. Реактор көлемін және биіктігін өлшеу
IV. Еңбекті қорғау және техника қауіпсіздігі.
V. Қоршаған ортаны қорғау
VI. Қолданылған әдебиеттер
І Негізгі бөлім
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
ІІ. Технологиялық бөлім
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және процестің сипаттамасы
2.2. Реакциондық аппарат. Гидрокрекинг реакторының сызбасы
2.3. Гидрокрекинг процесінде қолданылатын катализаторлар
2.4. Гидрокрекинг реакторын автоматтандыру
ІІІ. Есептеу бөлімі
3.1. Материалдық баланс
3.2. Жылулық баланс
3.3. Реактор көлемін және биіктігін өлшеу
IV. Еңбекті қорғау және техника қауіпсіздігі.
V. Қоршаған ортаны қорғау
VI. Қолданылған әдебиеттер
Қазіргі уақытта Қазақстан Республикасының мұнай өндіретін аймақтарында, әсіресе бұрыннан мұнай өндіретін Кен орындарында,далада мұнайдың және мұнай шламдарының өте көп мөлшері жинақталған.Ресми деректерге сүйенсек, мұнайлы қалдықтар мөлшері 30 млн тоннаға жуық, 2000-нан аса мұнайлы көлдер бар және кеніштердің үлкен аумағы мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған. Қазақстанда үш үлкен мұнай өңдейтін зауыттар ( Атырау, Павлодар, Шымкент) тек мұнайды атмосфералық,дистилдеумен ғана шектеліп өте қарапайым сызбанұсқамен жұмыс істейді.Мұнайды қайта өңдеудің екіншілік процестерінің ішінен тек бензинді тікелей айдаудың каталитикалық реформингісінен дизель отынын гидротазалау ғана жұмыс істейді. Атмосфералық қалдықты (мазутты) вакуумде дистилдеу,ауыр газоильдерді каталитикалық және термиялық крекингілеу, гидрокрекинг, бутан және бутилен қоспасын алкилдеу,реформинг,бензиннен ароматты қосылыстарды бөліп алу, газ тәрізді қалдықтарды қайта өңдеу сияқты басқа да көптеген процестер жүзеге асқан жоқ. Осының салдарынан Қазақстандағы мұнай өңдеу зауыттарындағы мұнай өнімдерінің өзіндік құны өте жоғары. Тәуелсіз жылдарында салынған ең алдыңғы қатарлы өнеркәсіп Қарашығанақ газ конденсатының барлығы дерлік шетелге жіберіледі.
Пайдаланылған әдебиеттер:
1. «Мұнай және газ химиясы мен технологиясы» - Г. Қ. Бишімбаева, А. Е. Букетова. - Алматы : Бастау, 2007.
2. «Мұнай-газ секторындағы басқару» - Доғалова, Гүлнәр Нәжмиденқызы - Алматы : Экономика, 2007.
3. «Мұнай, мұнай өнімдері» - Серікбаева Жаса.- Химия мектепте, 2004ж.
4. « Қазақстанның мұнайхимиясы өнеркәсібінң жағдайы, проблемалары мен болашағы» Коныспаев С.Р. 2005ж. №1
5. Сериков Т.П., Оразбаев Б.Б. «Технические схемы переработки нефти и газа в Казахстане», Учеб.пособие для вузов, Атырау, 1993
6. Мановян А.К. «Технология первичной переработки нефти и природного газа», Учеб.пособие для вузов, М., Химия, 2001.
7. Серіков Т.П., Ахметов С.А. «Мұнай және газды терең өңдеу технологиясы», 3 томды, Атырау, 2005
8. Омарәлиев Т.О. «Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы технологиясы», Астана, Фолиант, 2005
9. Абайылданов Қ. Н., Нұрсылтанов Ғ. М. Мұнай мен газды өндіріп, өңдеу. Оқулық. –Алматы: ҚазҰТУ, 2003, 464-467 б.
10. Альбом технологических схем процессов в переработки нефти и газа. – Под ред. Б. И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. 29-33 с.
1. «Мұнай және газ химиясы мен технологиясы» - Г. Қ. Бишімбаева, А. Е. Букетова. - Алматы : Бастау, 2007.
2. «Мұнай-газ секторындағы басқару» - Доғалова, Гүлнәр Нәжмиденқызы - Алматы : Экономика, 2007.
3. «Мұнай, мұнай өнімдері» - Серікбаева Жаса.- Химия мектепте, 2004ж.
4. « Қазақстанның мұнайхимиясы өнеркәсібінң жағдайы, проблемалары мен болашағы» Коныспаев С.Р. 2005ж. №1
5. Сериков Т.П., Оразбаев Б.Б. «Технические схемы переработки нефти и газа в Казахстане», Учеб.пособие для вузов, Атырау, 1993
6. Мановян А.К. «Технология первичной переработки нефти и природного газа», Учеб.пособие для вузов, М., Химия, 2001.
7. Серіков Т.П., Ахметов С.А. «Мұнай және газды терең өңдеу технологиясы», 3 томды, Атырау, 2005
8. Омарәлиев Т.О. «Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы технологиясы», Астана, Фолиант, 2005
9. Абайылданов Қ. Н., Нұрсылтанов Ғ. М. Мұнай мен газды өндіріп, өңдеу. Оқулық. –Алматы: ҚазҰТУ, 2003, 464-467 б.
10. Альбом технологических схем процессов в переработки нефти и газа. – Под ред. Б. И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. 29-33 с.
Мазмұны
Кіріспе
І Негізгі бөлім
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
ІІ. Технологиялық бөлім
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және
процестің сипаттамасы
2.2. Реакциондық аппарат. Гидрокрекинг реакторының сызбасы
2.3. Гидрокрекинг процесінде қолданылатын катализаторлар
2.4. Гидрокрекинг реакторын автоматтандыру
ІІІ. Есептеу бөлімі
3.1. Материалдық баланс
3.2. Жылулық баланс
3.3. Реактор көлемін және биіктігін өлшеу
IV. Еңбекті қорғау және техника қауіпсіздігі.
V. Қоршаған ортаны қорғау
VI. Қолданылған әдебиеттер
Кіріспе
Қазіргі уақытта Қазақстан Республикасының мұнай өндіретін
аймақтарында, әсіресе бұрыннан мұнай өндіретін Кен орындарында,далада
мұнайдың және мұнай шламдарының өте көп мөлшері жинақталған.Ресми
деректерге сүйенсек, мұнайлы қалдықтар мөлшері 30 млн тоннаға жуық, 2000-
нан аса мұнайлы көлдер бар және кеніштердің үлкен аумағы мұнай және мұнай
өнімдерімен ластанған. Қазақстанда үш үлкен мұнай өңдейтін зауыттар (
Атырау, Павлодар, Шымкент) тек мұнайды атмосфералық,дистилдеумен ғана
шектеліп өте қарапайым сызбанұсқамен жұмыс істейді.Мұнайды қайта өңдеудің
екіншілік процестерінің ішінен тек бензинді тікелей айдаудың каталитикалық
реформингісінен дизель отынын гидротазалау ғана жұмыс істейді. Атмосфералық
қалдықты (мазутты) вакуумде дистилдеу,ауыр газоильдерді каталитикалық және
термиялық крекингілеу, гидрокрекинг, бутан және бутилен қоспасын
алкилдеу,реформинг,бензиннен ароматты қосылыстарды бөліп алу, газ тәрізді
қалдықтарды қайта өңдеу сияқты басқа да көптеген процестер жүзеге асқан
жоқ. Осының салдарынан Қазақстандағы мұнай өңдеу зауыттарындағы мұнай
өнімдерінің өзіндік құны өте жоғары. Тәуелсіз жылдарында салынған ең
алдыңғы қатарлы өнеркәсіп Қарашығанақ газ конденсатының барлығы дерлік
шетелге жіберіледі.
Қазақстанда өндірілген 30 млн тонна мұнайдың 24 млн тоннасын сатқан.
Мұнда таза мұнай өнімдерінің барлығына да экспортпен импорт арасындағы
кіріс пен шығыс айырымы қайшы келді. Республикамызда мұнай мен химияның
үлкен қоры бар.Мәселен, қазіргі кезде Қазақстанда мұнайдың 129 кен орны бар
десек, оның 80 кен орны – мұнайлы, ал 24 кен орны газ мұнайлы, 21 кен орны
мұнай газ конденсаты болып келеді. Мұнай мен газдың көп мөлшері біздің
Батыс Қазақстанда орналасқан. Мұнай көзі алғаш рет 1911 жылы Доссада Орал –
Ембі бассейнінде ашылды.Бұл мұнайлы ауданға 60-шы жылдардағы Өзен және
Жетібай жартылай Маңғыстау бассейндері жатады. Басқа да Қаражанбас және
Қаламқас (Атырау), Қарашығанақ (Орал), Жаңажол (Ақтөбе) деп аталатын кен
орындары табылды. Өңделіп жатырған Теңіз, Жаңажол және Қарашығанақ
жерлерінен мұнай және газ көп мөлшерде алынып, халық шаруашылығының дамуына
мүмкіндік беріп отыр, олар бір мезгілде экологиялық жағдайға байланысты
күрделенеді. Ауа бассейні олардың айналасындағы газ қоспаларын тазартады,
жергілікті тұрғындарды таза сумен қамтамасыз етеді.
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет.
Мұнай - ең маңызды сұйық пайдалы қазба. Бірақ оны дұрыс пайдалана білмесе,
тіршілік атаулына зардабын тигізеді. Жыл сайын дүниежүзілік мұхитқа 10 млн
тоннадай мұнай өнімдері төгіледі. Жердің жасанды серіктерінен түсірілген
фотосуреттер, мұхиттар мен теңіздерде тікелей жүргізілген бақылау
нәтижелері мұхит бетінің шамамен 13 мұнай кілегейі жапқанын көрсетеді. Бұл
бүкіл әлем бойынша үлкен зардап келтіреді.
Мұнай мұхиттағы ірі сүтқоректілер: китке, дельфинге, итбалыққа және
құстарға зиян келтіреді. Егер итбалық су бетіне мұнай жайылған жерден
шығып, терісіне дақ түсірсек ондай тері жылытудан қалады. Сол сияқты
мамығы бөлінген құс та суықты көтере алмайды. Онымен қоймай құстұмсығымен
қауырсынын тазалаймын дегенде мұнай тамшыларын жұтып, уланады. Мұнаймен
уланса кит те өледі. Сөйтіп, мұнайдан теңіз әр түрлі жолдармен ластанады.
Мұнайдың суға төгілуі көбінесе теңіздің таяз жеріндегі мұнай таситын
кемелер апатқа ұшырағанда жиі кездесетін жағдай. Сонымен бірге теңізге
құятын ластанған өзендер де өз үлесін қосады.
Мұнай түзілу - өте күрделі, көп сатылы және көп уақыт жүретін
химиялық
процесс, оның тетігінің кейбір сәттері әлі белгісіз. Себебі бастапқы
органикалық
материалдар шашыранды түрінде, оның мұнай мен газға айналу өнімдері де,
әуелгі кезде мұнай аналық көбінесе балшық қабатында кездесуі әбден ықтимал.
Мұнайдың жер бетіне шығуын Каспий теңізінің жағалауында 500 жыл бұрын, ал
газдың жер бетіне шығуын Кавказда және Орталық Азияда біздің заманнан 6 жыл
бұрын ғалымдар байқаған. Мұнай өндірістік мәнге ХІІІ ғ бастап ие бола
бастады. Мұнай жердің қалдық қабатына көп тараған сұйық, жанғыш минерал.
Мұнай және одан жер бетіне бөлінетін табиғи өнімдер – асфальтендар және
битумдар адам баласына көптен белгілі. ХІІІ ғ соңынан бастап мұнай өңдеудің
өнімі – керосинді үйлерді және кұжарықтандыруда пайдалана бастады, ал ХІХ ғ
бастап ішкі жану двигательдері ойлап табумен байланысты мұнай өнімдері әр
түрлі жол көліктерінде негізгі отын болды.
Мұнайдың түзілуін анықтау қазіргі ғылымның ең күрделі проблемасы
болып табылады. Мұнайдың анорганикалық түзілу теориясын алғашқылардың бірі
болып Менделеев 1877 жылы ұсынды. Оның жорамалы бойынша мұнай
көмірсутектері жер астында металл карбидтерінің сумен әрекеттесуінің
нәтижесінде түзіледі. Бірақ мұнай құрамындағы көптеген әр түрлі құрылымды
көмірсутектердің пайда болуына карбид теориясымен түсіндіру мүмкін емес.
Мұнай түзілу өте күрделі көп сатылы және көп уақыт жүретін химиялық
процесс. Жер шарында барлығы 10 мың мұнай және газ кен орындары бар. Оның
ішінде 1500 мұнай және 400-ден астам газ кен орындары біздің елде ашылған.
Мұнайды өндіру басқа жанғыш қазбаларға қарағанда жеңіл. Оны тасымалдау
құбырмен іске асырылады және оны қарапайым өңдеп өте көп әр түрлі бағытта
пайдаланатын өнімдер алады. Кез келген мемлекет экономикасы мұнайға көбірек
байланысты.
Мұнайды жер қойнауынан алу үшін әр түрлі қашауларды пайдаланады. Олар
тісті конустардан тұрады. Жыныс бетінде қозғалғанда оларды майдалайды және
ұнтақтайды. Соңғы кездері алмазды қашауларды қолдана бастады. Жұмыс кезінде
қашау турбо бұрғы немесе электр бұрғысы арқылы үнемі қозғалып тұру керек.
Мұндай жағдайда қашаумен бірге жер астынан көп сатылы турбина немесе электр
қозғалтқышын түсіреді, олар қашауды іске қосады. Бұл өте жетік әдіс. Жер
астынан майда ұнтақталған жыныстарды оған бұрғылау құбырлары арқылы сазды
ерітінді жіберіп, ығыстырып шығарады. Бұл ерітіндінің бұрғылауда маңызы өте
зор.Оның көмегімен бұрғылау инструменттері салқындатылады, жер беті
цементтеледі.Бұл оның бұзылуынан сақтайды және судың, мұнайдың, газдың
құбырдан шығуын болдырмайды.Қазіргі кезде бұрғылау 6–7 км. тереңдікке шейін
жүргізіледі.Өнім қабатына жеткенде оған жоғары жағынан құбырлар шоғыры мен
ысырмамен және штуцериен жабдықталған құбырлар коллоннасын түсіреді,ол ашық
фонтан болдырмас үшін қажет.
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері.
Көміртектермен қатар мұнай құрамында тағы басқа заттар да бар. Мырышы бар -
H2S, меркаптандар, моно- және дисульфидтер, тиофендер мен тиофандар
полициклдіктермен бірге т.б. (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.
Пайдасы
Мұнай дүние жүзілік жанар-жағар май-энергетикалық балансында орасан зор
үлеске ие: оның адамзат пайдаланатын қуат көздері ішінде 48% алады.
Болашақта бұл көрсеткіш мұнай өндірудің қиындай беруінен, және атом және
басқа қуат көздерін пайдалануының өсуінен кеми береді.
Химия мен мұнай-химия өнеркәсіптерінің қарқынды дамуына байланысты мұнайға
деген сұраныс жанар-жағар майлар үшін ғана емес, синтетикалық каучук,
синтетикалық талшықтар, пластмасс, жуу құралдарын, пластификатор, бояғыштар
т.б. (әлемдік өндірістің 8%-нан астамы) өндіру шикізат көздері үшін өсуде.
Осыларды шығаруға бастапқы заттар ретінде көп қолданылатындар: парафиндік
көміртектер – метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, және
жоғарымолекулярлықтар (10-20 атомды молекулалы көміртектер), циклогексан;
ароматты көміртектер – этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен.
Мұнайды қыздыру кезінде мұнайға біраз ұқсайтын қарамайларды беретін көмір
мен тақтатастардан шығу теориясы да орыс ғалымдары – академиктер Паллас пен
Абихтікі болған еді. Алайда ол кезде олардың қорытындыларының мұнайды
іздестіруде практикалық мағынасы аз еді. Ең жемісті болғаны өткен ғасырдың
соңында Д.И. Менделеев ұсынған мұнайдың бейорганикалық шығу теориясы еді.
Ұлы орыс химигінің айтуы бойынша, жер шарының орталық ядросы темір және
құрамдарында көміртегі бар басқа металдардың қоспаларынан құралады. Жер
қыртысындағы жарықтардан өткен сулардың әсерінен бұл ядро жеңіл
көмірсуларды – ацетилен, этилен және т.б. түзеді. Жер жарықтары арқылы
жоғары жер қыртысының суық бөліктеріне көтеріле бере олар мұнайдың негізгі
құраушы бөліктері болып табылатын ауыр көмірсулар қоспасына айналады.
Харичков және басқа да орыс ғалымдары мұндай әдіспен табиғи мұнайға ұқсас
сұйық – жасанды мұнайды алды. Д.И. Менделеев теориясы бойынша мұнай
қарқынды тау түзілу орындарында кездеседі. Мұны жиі бақылауға болады,
сондықтан Д.И. Менделев қорытындыларын барлаушылар мұнайды іздеуде көп
уақыт қолданды.Мұнай өнеркәсібінің дамуы барысында, әдетте, мұнай кездесуі
тау түзілу процестері қосымша фактор болып табылатын жағдайларда
кездесетініне көз жетті. Мұнай көбінесе теңіздің түбінде, соның ішінде
жағажайлық шөгінділерде жиі табылады. Сірә, теңіз өсімдіктері мен
жануарлары қалдықтары судың түбіне жинақтала беруінен болар. Өйткені онда
су ағысы болмайды, ол тыныштықта тұратындықтан, оған ауаның келуі қиындай
түседі. Ауаның әсерінен бұл қалдықтар тотығар еді, ал ауа болмағандықтан,
бактериялардың әсерінен бұл қалдықтар құрамы бойынша мұнайға ұқсас, бірақ
оларда толығымен мұнайға айналмайтын процестер өтеді. Мұндағы түсініксіз
жайт: осы қалдықтардан мұнай қалайша түзіледі? Әңгіме мынада: онда
хлорофилдің, яғни өсімдіктердің жасыл түсі негізінің және басқа да екі жүз
градустан жоғары температурада тұрақсыз болатын заттардың қалдықтары
табылған. Ал барлық мұнайға жақын өнімдерді алатын белгілі химиялық
реакциялар тек жоғары температураларда өтеді. Ақыры 1930 жылы ірі кеңес
ғалымы – академик Н.Д. Зелинский бұл жерде катализ, яғни өздері аз
өзгеріске ұшырайтын заттардың әсерінен химиялық өзгерістерді тездететін
құбылыс орын алатынын дәлелдеді. Катализаторлармен өсімдіктерге,
бактериялық әсердің өнімдеріне жақын орналасқан заттарға әсер етіп, ол
жасанды мұнайды екі жүз градустан төмен температурада алды. Осылайша
сұрақтың жауабы шешілді, бірақ түпкілікті емес: ол тәжірибесінде қолданған
катализаторлар табиғатта болуы мүмкін емес, олар өте тұрақсыз еді.
Табиғатта мұнай түзілуді іске асыратын заттарды ұзақ іздегеннен кейін химия
ғылымдарының докторы, профессор Андрей Владимирович Фрост бұл, әдетте,
мұнай қыртыстарын жауып тұратын кейбір сазбалшықтардың қатысымен болатынын
анықтады. Өсімдіктер және жануарлар қалдықтарымен бірге тұнып,
сазбалшықтар, жануарлар сүйектері мен микроағзалар кейін мұнай түзетін
фактор болып табылатын материалдың негізін түзеді. Лай – бұл сазбалшық,
өсімдік және басқа да қалдықтардың түр өзгерген қоспасы – бактериялардың
әсерінен құмды және басқа да кеуекті тау жыныстарымен қапталады. Олар, өз
кезегінде, мұнай мен су өтпейтін сазбалшық және басқа да тау жыныстарының
қабаттарымен қапталып, температурасы шамамен жүз градустай қабаттарға дейін
түседі. Мұнда мұнай түзілу процесі аяқталады; құрамында лай болатын мұнай
біртіндеп қабаттасады да, біз мұнай кенорындарынан табатын кеуекті тау
жынысына енеді. Мұнайдың шығуының жаңа теориясының зор тәжірибелік маңызы
бар. Ол мұнайшы-геологтарды мұнайдың түзілу жағдайларын анықтау әдісімен
таныстырады. Мұнай қалай пайда болатынын білетін кен барлаушылары оны іздеу
орындарын тез анықтайды. Геологиялық жағдайларға байланысты мұнайдың
болатын жерлерін және оның мүмкін орын ауыстыру жолдарын анықтауға болады.
Сутегі- газ, атмосфера қысымындағы қайнау температурасы -252,80C. Сутегіні
көптеген маңызды органикалық және бейорганикалық өнімдерді синтездеу
кезінде қолданылады: аммиак, метанол және басқа спирттер, майлардың, қатты
және сұйық отынның гидрогенизациясы, мұнай өнімдерін тазарту кезінде
қолданылады.
Табиғатта тұрақты екі изотопы 1Н (протий) және 3Н (тритий) кездеседі,
жасанды жолмен радиоактивті изотопы 3Н мен өте тұрақсыз 4Н алынған. Сутек -
әлемде көп тараған элемент. Массасы бойынша атмосферадағы сутектің мөлшері
3,5 *10 -6% литосфера мен гидросферада – 1% , суда – 11,9%.
Сутек иіссіз, ең жеңіл газ, суда ерімейді, палладий, платина, никель, т.б.
металдарда жақсы сіңіреді; балқу t - 259,1 °C, қайнау t – 252,6 °C.
Сутектің молекуласы екі атомнан тұрады (Н2), диссоциациялану дәрежесі
35000С-та 20%, ал 50000С-та 96%-ға тең. Тотығу дәрежелері +1,-1. Асыл
(инертті) газдар мен асыл металдардан басқа элементтердің көпшілігімен хим.
қосылыстар түзеді. Күшті тотықсыздандырғыш болғандықан F2 –мен (қараңғыда -
2520С-та), Cl2-мен (жарықта) , O2-мен ( 550 °C –тан жоғары) әрекеттесіп
тікелей қосылыстар (HF, HCl, H2O) түзеді. Сутекті көптеген металдардың (Cu,
Fe, W, Re, т.б.) окситтерімен тотықсыздандырады. Мысалы: Cu O +H2 =Cu + H2O
және Fe3O4+4H2=3Fe+ + 4H2O, т.б. Сутек азотпен әрекеттесіп, аммиак (
N2+3H2=2NH3 ), күкіртпен күкіртсутек ( Н2+S=H2O ), көміртекпен жоғары
температурада метан (C+2H2=CH4) түзеді. Сілтілік және сілтілік жер
металдармен әрекеттесіп гидридтер (LiH, NaH, CaH2, BaH2,т.б.) түзеді.
Сутектің аса маңызды реакциясына CO-мен әрекеттесіп, температура, қысым,
катализатор әсеріне байланысына әр түрлі органикалық қосылыстар (HCHO,
CH3OH т.б.) түзу жатады.
Өнеркәсіпте сутек метанда конвергенциялау (CH4+H2O=3H2 + CO) несмесе суды
электролиздеу (2H2O =2H2 +O2 ) арқылы ашылады. Мұнай және химия
өнеркәсібінде қосымша өнім ретінде сутек бөлінеді. Лабараторияда сутекті
сұйытылған тұз (HCl) немесе күкірт (H2SО4) қышқылдарына мырышпен әсер етіп
алады. Дүние жүзінде жылына шамамен 350*109 тонна сутек өндіріледі. Сутек,
аммиак, тұз қышқылы, жасанды сұйық отын алуда, майларды
гидрогенезациялауда, металдарды сутек-оттек жалынында кесуде, мұнай
фракцияларын гидротазалау мен гидрокрекингісінде, тағыда басқа қолданылады.
Атом энергетикасында изотоптары маңызды орын алады. Сутекті экологиялық
таза орын ретінде қолданудын болашағы зор (2H2+O2=2H2O).
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
Гидрокрекинг – ол жарқын түсті мұнай өнімдерін (жанармайды, керосинді,
дизель отынын) алу үшін, сонымен қатар С3 – С4 қойтылған газдарды мұнай
шикізатының, молекулярлық массасынан жоғарырақ болатын, мұнай шикізатын
сутегімен өңдеуде қысым арқылы алу үшін қолданылатын катализдік процесс.
Гидрокрекинг мұнай өнімдерінің кең түрдегі ассортиментін алуға мүмкіндік
жасайды – тәжірибеде қандайда болмасын мұнай шикізатынан, тиісті
катализаторларды және шартты таңдай алу арқылы және мұнай өңдеудің ең бір
тиімді және икемді процесі болып табылады.
Процестің химиялық негіздері. гидрокрекинг өнімдерінің сипаттамалары
өте күшті деңгейде катализатордың қасиеттерімен, оның гидрленуімен және
қышқылдық белсенділігімен анықталады.
Гидрокрекинг шикізаттың қасиетіне және процестің мәніне байланысты бір
немесе екі сатыда іске асырылады. Шикізаттың ауыр түрлері үшін көбінесе
гидрокрекингті екі сатыда жүргізеді.
Бірінші сатыда шикізаттың молекулярлық массасы бір шамаға төмендейді
және оның сутегімен қанығуы жүреді, және толығымен немесе ішінара
гетероатомдар жойылады.
Екінші сатыда дайындалған шикізат сутегінің қысымы мен қызмет мерзімі
үлкен стационарлы катализаторларда терең крекингке ұшырайды.
Шикізаттың өзгеруі гидрокрекинг жағдайында белгілі бағыттарда жүреді.
Біріншіден гидрогенолизге гетероатомды қосылыстар ұшырап Н2О, NH3 және H2S
қосылыстар күйінде түзіледі. Бір мезгілде шектеусіз көмірсутектердің
гидрлену процесі жүреді:
─CH2 ─CH ═ CH ─CH2 ―→ ─CH2 ─CH2 ─CH2 ─CH2─
Нафтенді циклдер изомерлерленіп ыдырайды:
Жоғары гадрленуші және төмен қысымды активтілігі болатын
катализаторларда ароматты сақиналары қанығады. Конденсірленген ароматты
сақиналардың гидрленуі әрбір сатыда жылдамдығы төмендеп дәйекті түрде
жүреді:
Арендердің дәйекті гидрленуімен бірге шектелген сақиналар ыдырауы және
алкилді арендердің түзілуі мүмкін:
Алкандар изомерлену және ыдырау реакцияларға ұшырайды. Крекинг
кезінде түзілген олефиндер бір бірімен қосылып парафиндер тізіледі. Екі
еселік байланыстардың қанығуынан изопарафиндер түзіледі.
Гидрокрекингтің жылу эффектісі гидрлену және ыдырау реакциялардың
қатынасымен анықталады. Крекинг процестің эндотермиялық эффекті гидрлеу
процестің экзотермиялық эффектімен компенсацияланады.
Гидрокрекингтің оптималды температурасы 300-4250С аралығында. Төмендеу
температурада реакция баяу жүреді. Жоғары температурада кокс түзілу
процестер жүріп реакцияның ықтималдығын төмендетеді. Одан басқа жоғары
температурада ыдырау процестері жылдамдатылады да жеңіл фракциялардың және
газдың шығыман арттырады.
Гидрокрекингтң іс жүзінде 400-4500С температурада және 3-10МПа қысымда
жүргізеді. 1-суретте гидрокрекинг процестің принципті схемасы келтірілген.
Шикізат 84-140 атм қысымда 290 – 4000С-ға дейін қыздырылған
сутекпен араласын бірінші реаторға жіберіледі. Катализатордың қабатынан
өткен кезде шикізаттың шамамен 40-50 %-ті бензиннің қайнау температурасына
сәйкес (2000 С-ға дейін) заттар крекингке ұшырап түзіледі.
Бірінші реактордан шаққан көмірсутекті қоспаны салқындатады, сығады
және сепаратор арқылы өткізіп сутегін бөледі. Сутегі қайтадан шикізатпен
араласып процеске жөнелтіледі, сұйықтық айдау процесіне барады. Бірінші
реактордың өнімдері ректификациялық колоннада бөлінеді.
Айдау поцесінің қалдығын қайтадан сутегі ағынымен араластырып екінші
реаторға жібереді. Біріші реакторда бұл қоспадағы заттар гидрлену, крекинг
және риформинг реакциялардан ұшырағанына байланысты екінші реакторда бұл
процестер қатаңдау жағдайда жүреді (температура мен қысым жоғарылау).
Екінші реактордан шыққан қоспа сутегінен босатылып фракцияланады.
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
Өнеркәсіптегі мақсатты бағытта іске асырылған гидрокрекингтің
процестерін келесілерге бөлуге болады:
1. Жанармай фракцияларының гидрокрекингі – мұнай газын алу
мақсатында С4 – С5 изоқұрылым көмірсутектерін мұнай химиялық
синтез үшін және автокөлік жанармайының жеңіл жоғары октанды
компонентін алу үшін іске асырылады.
2. Орта дистелляттардың гидрокрекингі (тікелей айдалатын және екінші
рет шығарылған), қайнау температурасы 200 – 3500С жанармай және
реактивтік отын алу мақсатында іске асырылады.
3. Атмосфералық және ваккумдық газойлдардың гидрокрекингі, кокстену
газойлдері, катализдік крекинг газойлдары – жанармайлар,
реактивтік және дизель отынын алу мақсатында іске асырылады.
4. Ауыр мұнай дистеляттарының гидрокрекенгі – реактивтік және және
дизель отындарын, жанармайларын, аз күкіртті қазандық отындарын
және катализдік крекинг үшін шикізат алу мақсатында іске
асырылады.
5. Жанармайдың октандық санын көтеру мақсатында селективтік
гидрокрекингілеу; реактивтік және дизель отынының суып қалу
температурасын төмендету мақсатында; майлы фракциялардың түсін,
тұрақтылығын жақсарту және суып қалу температурасын төмендету
үшін іске асырылады.
6. Гидродеароматтау.
Жанармай фракцияларының гидрокрекингі. Катализдік крекингтің және
жанармайдың крекингінің комбинацияланған процесі түзіліп, өнеркәсіптік
қолданыс тауып, ол біздің елде изоформинг деген аталым алды.
Бұл процесте шикізат – ауыр жанармайлық фракциялар – оларды риформинг
алдында гидротазартумен біріккен гидрокрекингке ұшыратады. Гидрокрекингтің
гетероорганикалық қосындылардан тазартылған өнімі - 20℅ - ке дейін төмен
молекулалық алкандарды құрамында сақтайды (изокомпонент)оларды ректификация
арқылы бөліп шығарады. Ректификациядан кейінгі қалдық,бастапқы шикізатпен
салыстырғанда, құрамында жеңілденген фракциондық құрамды біріктіреді және
арендердің, циклоалкандардың көтеріңкі құрамымен сипатталады, яғни
катализдік риформинг үшін ең жақсы шикізат болып табылады.
Изокомпоненттің октандық саны, зерттеу әдісі бойынша – 86 пунктті
құрайды. Изокомпонентті риформингпен 3: 7 қатынасында араластыруарқылы АИ –
93 жанармайын алады.
1.Орта дистеляттардың гидрокрекингі. Орта дистелляттардың гидрокрекингі
(200 – 3500С) жанармайларды және реактивтік отындарды алу үшін зерттелген,
бірақ та шикізат ресурстарының болмауына байланысты тәжірибелік мәні жоқ.
2.Ауыр газойлдық фракциялардың гидрокрекингінің варианттары іске асырылған,
олар жанармай, реактивтік және дизель отындарын, сонымен қатар,
жағармайлардың, қазандық отынның және катализдік крекинг шикізатының және
пиролиздің сапасын көтеруге бағытталады.
Күкіртті аз ваккумдық дистелляттарды жанармайға гидрокрекинг жасау
гетероатомдық қосындылармен уландыруға берік (сульфиттік катализаторлар)
катализаторларға бір сатыда 340 – 4500С температурада сутегінің қысымы 10 –
20 МПА – да іске асырылады. Әдетте, жанармайдың шығымы 30 – 40 ℅ құрайды,
дегенмен де 80 – 90 ℅ - ке жетуі мүмкін. 1,5 ℅ жоғары күкірті және 500 –
2500 млн. азоты бар шикізатты өңдеу үшін бірінші сатыда гидротазарту сатысы
бар екі сатылы процес қолданылады. Процестің екінші сатысы құрамында VIII
топтық металдары болып табылатын катализаторда іске асырылады,
температурасы 290 – 3800С, қысымы 7 – 10 МПА жағдайында. Жанармайдың шығымы
шикізатта 70 - 125℅ -ке дейін жетеді. Алынатын жеңіл жанармайды тауарлық
жанармайдың компоненті ретінде пайдаланылады. Ауыр жанармайды риформингке
жібереді.
Гидрокрекинг өнімдері, жанармай нобайлары бойынша, көбінесе катализдік
өнімдерімен ұқсас болады: газ тәрізді өнімдердің құрамында айтарлықтай
мөлшерде С3 – С4 көмірсутегілер болады, сұйық өнімдерде таралымды
қосындылар көп болады.
Катализдік крекингке қарағанда, гидрокрекинг өнімдері қаныққан сипатта
болады және гетероатомдық қосындылары болмайды. Гидрокрекинг газойлдары,
сонымен қатар, катализдік крекинг газойлдарымен салыстырғанда, азырақ хош
иістенген болады.
Гидрокрекингтің болашақты бағыты болып майлы фракцияларды өңдеу саналады
(вакуумдық дистилляттарыды және деасфальтизаторларды).
3.Селективтік гидрокрекинг. Бұл процесс шикізаттан гидрогенолиз жолымен
төмен деңгейде мұздатылатын отындар мен майларды алу мақсатында қалыпты
құрылымды алкандарды алып тастауға бағытталады. Бұл процесте катализатор
ретінде геометриялық селективті цеолиттер қолданылады, олардың кіріс
терезелерінің өлшемі (0,5 – 0,55мм) еркін түрде қуыстарға кіруге және онда
тек қана әдеттегі алкандардың молекулаларына, диаметрі 0,49 мм, реакция
жасайды. Селективтік гидрокрекингті гидроизомеризация сияқты тура айдалатын
фракциядан және рафинаттардан төмен суыйтын майлар өндіру үшін
пайдаланылады. Процесті 300 – 430 0С температурада, 2 – 10 МПА қысымда,
шикізатты берудің көлемдік жылдамдығы 0,5 – 2 ч-1 өткізеді. Майлардың шығуы
80- 87℅ - ін құрайды. Майдың сапасы төменгі температурада еріткіштермен
цепарафинизациялауда алынатын майлардың сапасына жуық төмендетіле алады.
4.Гидродеароматизациялау. Катализдік гидродеароматизация – жоғары сапалы
реактивтік отындарды (керосинді) тура айдалған және екінші реттегі
шикізаттан алатын негізгі процесс. Тура айдалатын орта дистиллятты
фракциялардағы арендердің құрамы, мұнайдың шығуына байланысты 14 – 35 ℅
құрайды, ал екінші рет туындаған дистиляттарда – 70 ℅ - ке дейін жетеді.
Күкіртті 0,2℅ және азоты 0,001℅ кем тура айдалған шикізатты өңдеуді бір
сатыда құрамында платина цеолиті бар катализаторларда, шикізатты беру
көлемдік жылдамдығы 4τ-1 – де жүргізеді. Бұл жағдайда арендерді жоюдың
толықтығы 75 - 90℅ құрайды. Гетероатомдардың құрамының көп болуында алдын
– ала гидротазалау қажет болады. Екінші реттегі шикізат қатаңырақ жағдайда
өңделеді – температурасы 350- 4000С, қысымы 25 – 35 МПА.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
Дистиллят фракциаларды гидрокрекингтеу.
Гидрокрекинг мұнай өңдеу процестерінде ең тиімді, икемді 8 мұнай
шикізаттарының кез келген түрінен керекті катализаторлармен процесті
жүргізудің жағдайын таңдау арқылы іс жүзінде мұнай өнімдерінің көп
ассортименттерін алуға болады.
Мақсатына байланысты өндірісте пайдаланылатын гидрокрекинг процесі былай
бөлінеді:
-бензин фракциаларын жеңіл изопарафин көмірсутектерін алу мақсатында
гидрокрекингтеу, олар жасанды каучук өндірісінің құнды шикізаты, автомобиль
бензинінің жоғарғы октанды құрастырушысы болып саналады;
-бензиндердің октан санын көтеру, реактивті және дизель отындарының қату
температурасын төмендету, қазан отынының түсін және тұрақтылығын жақсарту
мақсатында гидрокрекингтеу және т.б.;
- вакуум дистилляттарын, реактив және дизель отындарын алу, жоғары индексті
майлар немесе каталитикалық крекинг шикізатының негізін құрайтын
компоненттер алу мақсатында гидрокрекингтеу;
- мұнай қалдықтарын, дизель отындарын, аз күкіртті қазан отындарын,
каталитикалық крекингтің және майлағыш майлар шикізатын, аз күкіртті кокс
алу мақсатында гидрокрекингтеу.
Бензин фракцияларын гидрокрекингтеу. Бензин фракцияларын
гидрокрекингтеудің негізгі мақсаты С4 – С5 изопарафин көмірсутектерін,
автомобиль бензиндерінің жоғары октанды құрастырмасы есебінде қолданылатын
изокомпонент, С4 – С5 – изоалкандарды – жасанды каучук өндірісінің
шикізатын алу болып саналады. Шикізат есебінде тура айдалған бинзиннен
бөлек газоконденсаттар және риформингтің рафинатын пайдалануға болады.
Катализатор есебінде цеолиттерді пайдаланады: ҮСКЭ, реонит, пентасилдың
металдардың (Мо және Ni) гидрлеуші оксидтермен біріктірілген төсегіш
есебінде қолданатын алюминий оксидіне отырғызылған түрі. Изобутан мен
изопентан алуға бағытталған процесті 3500С, 4Мпа және 0,5 – 1,5 сағ-1
қалдықты қайта беріп жүргізеді. Бензин фракцияларынан 85 – 180 0С
көрсетілген жағдайда 31℅ изо - С4Н10, 16℅ изо – С5Н12 және 9,7℅ изо – С6Н14
құрғақ газ шығымы (С1 – С2) өте аз алуға болады.
Изориформинг процесін тура айдалған бензиндерді гидрокрекинг пен
риформингтің бірікпесі есебінде, жоғары октанды автомобиль бензиндерін
алуға бағытталған деп қарауға болады. (7.9-кесте). Бензинді гидротазалауды
және гидрокрекингті екі реаторда, бірінші сатысында 330 – 350 0С, 4МПа және
1,5сағ-1жүргізеді. Изокомпонентті (і – С4 – і – С5 – фракциялары) бөлгеннен
кейін күкіртсізденген қалдық күкірт мөлшері 1млн-1 риформинг сатысына
жіберіледі. Бұл процеске ГКБ – 3М өндірістік катализаторды алюминий
гидроксид суспензиясына молибден қосылыстарын, одан кейін никель және
цеолитті натрий мөлшері 0,1℅ кем қосумен алады.
Вакуум дистиллятын 15 МПа гидрокрекингтеу. 15 МПа қысымдағы
гидрокрекинг процесіне үлкен икемдік сипатты. Бұл процеске шикізат есебінде
вакуум дистилляттары немесе олардың жай кокстеу қондырғысынан шыққан ауыр
дистилляттарымен қоспасы пайдаланылады. Бір катализатордың өзінде әртүрлі
мақсатты өнімдерді ең көп мөлшерде алуға болады: реактив, қысқы арктикалық
және жазғы дизель отынын, май алуға қажетті шикізатты. Бұл өнімдерді
шикізатты беру жылдамдығын өзгерту арқылы (0,5сағ-1 – реактив отынына,
0,7сағ-1 жазғы дизель отынына), щикізатқа есептегенде қуатын өзгертіп,
ректификациялау жағдайын және аздап температурасын (әдетте 6 0С шамасында)
алынады. Соңғыны әдетте катализатор активтігінің төмендеуінің уақыт өткен
сайын, орнын толтыру үшін өзгертеді.
Қазіргі кезде бұрынғы КСРО – да вакуум дистилляттарын 15 МПа қысымда
гидрокрекингтеуді реактив, арктикалық қысқы дизель отындарын және доғары
индексті майлар алу мақсатында жүргізу тиімді. Вакуум дистиллятын соңғы
қайнау температурасы 5000С жоғары емес және металдар мөлшері 1 – 2 млн-1
көп емес болғанда гидрокрекинг процесін реактив және дизель отындар алу
мақсатында бір сатыда, әртүрлі катализаторлады бірнеше қабат (беске дейін)
орналастырып жүргізеді.
2-сурет. Вакуум дистиллятын гидрокрекингтеу процесінің бір сатылы жүйесі:
1-ректор; 2–жоғары қысымды сепаратор; 3–төмен қысымды сепаратор;
4-фракциялаушы колонна;
I-шикізат; II–жаңа сутегі; III –рисайкл; IV –қайта айналушы
СГ; V –отын газы; VI –С3 – С4 фракциясы; VII –жеңіл бензин; VIII –ауыр
бензин; IX –газойл.
Әрбір катализатор қабатындағы температураның көтерілуі 250С жоғары болмас
үшін катализатор қабаттарының арасына суытушы газ беру көзделген және
оларда контакт – бөлгіш жабдық, газ бен реакцияласушы ағымның арасында жылу
және масса алмасуды жақсарту мақсатында және катализатор қабатында газсұйық
екі фазалы ағымның біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін қойылады.
Реактордың жоғарғы қабаты қосымша ағымның кинетикалық энергиясын
сөндірушімен жабдықталады, коррозия өнімдерін ұстау үшін тор қорабымен және
фильтрлермен жабдықталады.
1 – кесте. Гидрокрекинг процесінің бір және екі сатылы варианттарында орта
дистилляттарды алу процестерінің сипаты.
Көрсеткіш Отын түрі
Дизель Реактив
Шикізат:
Тығыздығы, гсм3 0,9050,909* 0,8940,909*
Бастапқы қайнау – соңғы 282-494350-500 250-463350-550
қайнау (бқ – сқ)
Мөлшері:
Күкірттің, ℅ (мас.) 275255* 1,82,55*
Азоттың, ррm 940695* 1000695
Шығым шикізатқа, ℅:
Н2 3,032,20 2,032,20
С1С2 0,400,58 1,470,60
С3С4 0,793,40 4,103,77
Жеңіл бензин 1,287,48 9,1014,09
Ауыр бензин 8,53**12,44 13,5016,92
Реактив отыны - 73,3360,52
Дизель отыны 88,0375,36 -
Барлығы 102,06101,46 10,3,53103,10
Сутегі шығыны, м3т 231282 277347
Реактив отыны:
Тығыздығы, гсм3 - 0,7880,795
Қату температурасы, 0С - -55-60
Түтінсіз жалын биіктігі,- 2725
нм
Дизель отыны:
Тығыздығы, гсм3 0,8420,820 -
Цетан саны 5458 -
Қату температурасы, 0С -18-30 -
Күкірт мөлшері, ррm 10010 -
*-10 қайнау температурасы 403 0С, ск – 474 0С газойлдің мәндері;
**-алшақ бензин фракциясы.
Шикізатты екі сатылы жүйемен өңдегендедизель немесе реактив отын шығымы бір
сатылы жүйемен өңдегенге қарағанда аз. Бірақ екі сатылы жүйе өте икемді,
бұл дистиллятты шикізаттың кез келгенін өңдеуге мүмкіндік береді, сонымен
қатар, қондырғының қуатын өзгерпей – ақ дизель отынын көп өндіруден реактив
отынын көп өндіруге ауыстыруға болады.
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және
процестің сипаттамасы
Дистиллят шикізаттың гидрокрекингі 370 – 425 0С температурада өтеді.
Қалдық шикізатты (ауыр мазут – қайнау температурасы ≥ 4250С, гудрон)
гидрокрекингтеу кезінде температураны жоғарлату катализатордағы реакцияны
активтендіру үшін қажет.
Қалдық шикізатты көбіне екі сатылы схема бойынша: бірінші сатыда
сұйықтық күкіртке тұрақты катализатор қатынысында өңделеді. Ауыр
бөлінбейтін шикізат бөлігін рециркулят ретінде қайтаруға болады, ал алынған
жеңіл бөлігін екінші сатыға жібереді. Екі сатыда да маңызды қысымда өтеді.
Гидрокрекинг реакторындағы қысы 15 – 20 МПа тең.
Гидрокрекинг процесі экзотермиялық болғандықтан реакциялық қоспа қайнап
кетпес үшін, апаратты құрастырған кезде бөлінген жылуды реакция зонасынан
шығарып жібергіш болуы тиіс. Стационарлы катализаторы бар реакторды
пайдаланған кезде, соңғы катализаторды бірнеше қабат етіп жасау керек.
Себебі олардың арасында ағыс салқындап үлгеру керек. Дистиллят шикізатты
гидрокрекингтеу кезінде бифункционал катализаторда температураны көтерген
жөн.
Вакуумдық газойльден реактивті отындар, бензин және екіншілік ауыр
газойльдерді терең өңдеу кезінде екі сатылы схема қолданылады. Бұл екі
сатылы реактордағы қысым 10 – 15 МПа, температура 370 – 420 0С, сутегі
циркулляциясы 1м3шикізатта 1000нм3 тең.
Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы:
1-компрессор; 2-сорап; 3,12-пештер; 4-жылуалмастырғыш; 5-гидрокрекинг
реакторы; 6-ауада суыту аппараты; 7-жоғары қысымды сепаратор; 8-дроссельді
желдеткіш; 9-орташа қысымдағы сепаратор; 10-төмен қысымдағы сепаратор;
11-сепаратор; 13-мұздатқыш; 14-тұрақтандырғыш колонна;
І-шикiзат; ІІ-сутегі; ІІІ-отындық газ; ІV-түтін газы; V-циркуляциялық газ;
VI-С2 – С3 фракциясы; VII-С4-С5 фракциясы; VIII-су; IX-
гидрокрекингтің екініші сатысына жіберілетін сұйық өнім.
Шикізат І насос ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
І Негізгі бөлім
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
ІІ. Технологиялық бөлім
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және
процестің сипаттамасы
2.2. Реакциондық аппарат. Гидрокрекинг реакторының сызбасы
2.3. Гидрокрекинг процесінде қолданылатын катализаторлар
2.4. Гидрокрекинг реакторын автоматтандыру
ІІІ. Есептеу бөлімі
3.1. Материалдық баланс
3.2. Жылулық баланс
3.3. Реактор көлемін және биіктігін өлшеу
IV. Еңбекті қорғау және техника қауіпсіздігі.
V. Қоршаған ортаны қорғау
VI. Қолданылған әдебиеттер
Кіріспе
Қазіргі уақытта Қазақстан Республикасының мұнай өндіретін
аймақтарында, әсіресе бұрыннан мұнай өндіретін Кен орындарында,далада
мұнайдың және мұнай шламдарының өте көп мөлшері жинақталған.Ресми
деректерге сүйенсек, мұнайлы қалдықтар мөлшері 30 млн тоннаға жуық, 2000-
нан аса мұнайлы көлдер бар және кеніштердің үлкен аумағы мұнай және мұнай
өнімдерімен ластанған. Қазақстанда үш үлкен мұнай өңдейтін зауыттар (
Атырау, Павлодар, Шымкент) тек мұнайды атмосфералық,дистилдеумен ғана
шектеліп өте қарапайым сызбанұсқамен жұмыс істейді.Мұнайды қайта өңдеудің
екіншілік процестерінің ішінен тек бензинді тікелей айдаудың каталитикалық
реформингісінен дизель отынын гидротазалау ғана жұмыс істейді. Атмосфералық
қалдықты (мазутты) вакуумде дистилдеу,ауыр газоильдерді каталитикалық және
термиялық крекингілеу, гидрокрекинг, бутан және бутилен қоспасын
алкилдеу,реформинг,бензиннен ароматты қосылыстарды бөліп алу, газ тәрізді
қалдықтарды қайта өңдеу сияқты басқа да көптеген процестер жүзеге асқан
жоқ. Осының салдарынан Қазақстандағы мұнай өңдеу зауыттарындағы мұнай
өнімдерінің өзіндік құны өте жоғары. Тәуелсіз жылдарында салынған ең
алдыңғы қатарлы өнеркәсіп Қарашығанақ газ конденсатының барлығы дерлік
шетелге жіберіледі.
Қазақстанда өндірілген 30 млн тонна мұнайдың 24 млн тоннасын сатқан.
Мұнда таза мұнай өнімдерінің барлығына да экспортпен импорт арасындағы
кіріс пен шығыс айырымы қайшы келді. Республикамызда мұнай мен химияның
үлкен қоры бар.Мәселен, қазіргі кезде Қазақстанда мұнайдың 129 кен орны бар
десек, оның 80 кен орны – мұнайлы, ал 24 кен орны газ мұнайлы, 21 кен орны
мұнай газ конденсаты болып келеді. Мұнай мен газдың көп мөлшері біздің
Батыс Қазақстанда орналасқан. Мұнай көзі алғаш рет 1911 жылы Доссада Орал –
Ембі бассейнінде ашылды.Бұл мұнайлы ауданға 60-шы жылдардағы Өзен және
Жетібай жартылай Маңғыстау бассейндері жатады. Басқа да Қаражанбас және
Қаламқас (Атырау), Қарашығанақ (Орал), Жаңажол (Ақтөбе) деп аталатын кен
орындары табылды. Өңделіп жатырған Теңіз, Жаңажол және Қарашығанақ
жерлерінен мұнай және газ көп мөлшерде алынып, халық шаруашылығының дамуына
мүмкіндік беріп отыр, олар бір мезгілде экологиялық жағдайға байланысты
күрделенеді. Ауа бассейні олардың айналасындағы газ қоспаларын тазартады,
жергілікті тұрғындарды таза сумен қамтамасыз етеді.
1.1. Мұнай туралы жалпы мәлімет.
Мұнай - ең маңызды сұйық пайдалы қазба. Бірақ оны дұрыс пайдалана білмесе,
тіршілік атаулына зардабын тигізеді. Жыл сайын дүниежүзілік мұхитқа 10 млн
тоннадай мұнай өнімдері төгіледі. Жердің жасанды серіктерінен түсірілген
фотосуреттер, мұхиттар мен теңіздерде тікелей жүргізілген бақылау
нәтижелері мұхит бетінің шамамен 13 мұнай кілегейі жапқанын көрсетеді. Бұл
бүкіл әлем бойынша үлкен зардап келтіреді.
Мұнай мұхиттағы ірі сүтқоректілер: китке, дельфинге, итбалыққа және
құстарға зиян келтіреді. Егер итбалық су бетіне мұнай жайылған жерден
шығып, терісіне дақ түсірсек ондай тері жылытудан қалады. Сол сияқты
мамығы бөлінген құс та суықты көтере алмайды. Онымен қоймай құстұмсығымен
қауырсынын тазалаймын дегенде мұнай тамшыларын жұтып, уланады. Мұнаймен
уланса кит те өледі. Сөйтіп, мұнайдан теңіз әр түрлі жолдармен ластанады.
Мұнайдың суға төгілуі көбінесе теңіздің таяз жеріндегі мұнай таситын
кемелер апатқа ұшырағанда жиі кездесетін жағдай. Сонымен бірге теңізге
құятын ластанған өзендер де өз үлесін қосады.
Мұнай түзілу - өте күрделі, көп сатылы және көп уақыт жүретін
химиялық
процесс, оның тетігінің кейбір сәттері әлі белгісіз. Себебі бастапқы
органикалық
материалдар шашыранды түрінде, оның мұнай мен газға айналу өнімдері де,
әуелгі кезде мұнай аналық көбінесе балшық қабатында кездесуі әбден ықтимал.
Мұнайдың жер бетіне шығуын Каспий теңізінің жағалауында 500 жыл бұрын, ал
газдың жер бетіне шығуын Кавказда және Орталық Азияда біздің заманнан 6 жыл
бұрын ғалымдар байқаған. Мұнай өндірістік мәнге ХІІІ ғ бастап ие бола
бастады. Мұнай жердің қалдық қабатына көп тараған сұйық, жанғыш минерал.
Мұнай және одан жер бетіне бөлінетін табиғи өнімдер – асфальтендар және
битумдар адам баласына көптен белгілі. ХІІІ ғ соңынан бастап мұнай өңдеудің
өнімі – керосинді үйлерді және кұжарықтандыруда пайдалана бастады, ал ХІХ ғ
бастап ішкі жану двигательдері ойлап табумен байланысты мұнай өнімдері әр
түрлі жол көліктерінде негізгі отын болды.
Мұнайдың түзілуін анықтау қазіргі ғылымның ең күрделі проблемасы
болып табылады. Мұнайдың анорганикалық түзілу теориясын алғашқылардың бірі
болып Менделеев 1877 жылы ұсынды. Оның жорамалы бойынша мұнай
көмірсутектері жер астында металл карбидтерінің сумен әрекеттесуінің
нәтижесінде түзіледі. Бірақ мұнай құрамындағы көптеген әр түрлі құрылымды
көмірсутектердің пайда болуына карбид теориясымен түсіндіру мүмкін емес.
Мұнай түзілу өте күрделі көп сатылы және көп уақыт жүретін химиялық
процесс. Жер шарында барлығы 10 мың мұнай және газ кен орындары бар. Оның
ішінде 1500 мұнай және 400-ден астам газ кен орындары біздің елде ашылған.
Мұнайды өндіру басқа жанғыш қазбаларға қарағанда жеңіл. Оны тасымалдау
құбырмен іске асырылады және оны қарапайым өңдеп өте көп әр түрлі бағытта
пайдаланатын өнімдер алады. Кез келген мемлекет экономикасы мұнайға көбірек
байланысты.
Мұнайды жер қойнауынан алу үшін әр түрлі қашауларды пайдаланады. Олар
тісті конустардан тұрады. Жыныс бетінде қозғалғанда оларды майдалайды және
ұнтақтайды. Соңғы кездері алмазды қашауларды қолдана бастады. Жұмыс кезінде
қашау турбо бұрғы немесе электр бұрғысы арқылы үнемі қозғалып тұру керек.
Мұндай жағдайда қашаумен бірге жер астынан көп сатылы турбина немесе электр
қозғалтқышын түсіреді, олар қашауды іске қосады. Бұл өте жетік әдіс. Жер
астынан майда ұнтақталған жыныстарды оған бұрғылау құбырлары арқылы сазды
ерітінді жіберіп, ығыстырып шығарады. Бұл ерітіндінің бұрғылауда маңызы өте
зор.Оның көмегімен бұрғылау инструменттері салқындатылады, жер беті
цементтеледі.Бұл оның бұзылуынан сақтайды және судың, мұнайдың, газдың
құбырдан шығуын болдырмайды.Қазіргі кезде бұрғылау 6–7 км. тереңдікке шейін
жүргізіледі.Өнім қабатына жеткенде оған жоғары жағынан құбырлар шоғыры мен
ысырмамен және штуцериен жабдықталған құбырлар коллоннасын түсіреді,ол ашық
фонтан болдырмас үшін қажет.
1.2. Мұнай және мұнай өнімдері.
Көміртектермен қатар мұнай құрамында тағы басқа заттар да бар. Мырышы бар -
H2S, меркаптандар, моно- және дисульфидтер, тиофендер мен тиофандар
полициклдіктермен бірге т.б. (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.
Пайдасы
Мұнай дүние жүзілік жанар-жағар май-энергетикалық балансында орасан зор
үлеске ие: оның адамзат пайдаланатын қуат көздері ішінде 48% алады.
Болашақта бұл көрсеткіш мұнай өндірудің қиындай беруінен, және атом және
басқа қуат көздерін пайдалануының өсуінен кеми береді.
Химия мен мұнай-химия өнеркәсіптерінің қарқынды дамуына байланысты мұнайға
деген сұраныс жанар-жағар майлар үшін ғана емес, синтетикалық каучук,
синтетикалық талшықтар, пластмасс, жуу құралдарын, пластификатор, бояғыштар
т.б. (әлемдік өндірістің 8%-нан астамы) өндіру шикізат көздері үшін өсуде.
Осыларды шығаруға бастапқы заттар ретінде көп қолданылатындар: парафиндік
көміртектер – метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, және
жоғарымолекулярлықтар (10-20 атомды молекулалы көміртектер), циклогексан;
ароматты көміртектер – этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен.
Мұнайды қыздыру кезінде мұнайға біраз ұқсайтын қарамайларды беретін көмір
мен тақтатастардан шығу теориясы да орыс ғалымдары – академиктер Паллас пен
Абихтікі болған еді. Алайда ол кезде олардың қорытындыларының мұнайды
іздестіруде практикалық мағынасы аз еді. Ең жемісті болғаны өткен ғасырдың
соңында Д.И. Менделеев ұсынған мұнайдың бейорганикалық шығу теориясы еді.
Ұлы орыс химигінің айтуы бойынша, жер шарының орталық ядросы темір және
құрамдарында көміртегі бар басқа металдардың қоспаларынан құралады. Жер
қыртысындағы жарықтардан өткен сулардың әсерінен бұл ядро жеңіл
көмірсуларды – ацетилен, этилен және т.б. түзеді. Жер жарықтары арқылы
жоғары жер қыртысының суық бөліктеріне көтеріле бере олар мұнайдың негізгі
құраушы бөліктері болып табылатын ауыр көмірсулар қоспасына айналады.
Харичков және басқа да орыс ғалымдары мұндай әдіспен табиғи мұнайға ұқсас
сұйық – жасанды мұнайды алды. Д.И. Менделеев теориясы бойынша мұнай
қарқынды тау түзілу орындарында кездеседі. Мұны жиі бақылауға болады,
сондықтан Д.И. Менделев қорытындыларын барлаушылар мұнайды іздеуде көп
уақыт қолданды.Мұнай өнеркәсібінің дамуы барысында, әдетте, мұнай кездесуі
тау түзілу процестері қосымша фактор болып табылатын жағдайларда
кездесетініне көз жетті. Мұнай көбінесе теңіздің түбінде, соның ішінде
жағажайлық шөгінділерде жиі табылады. Сірә, теңіз өсімдіктері мен
жануарлары қалдықтары судың түбіне жинақтала беруінен болар. Өйткені онда
су ағысы болмайды, ол тыныштықта тұратындықтан, оған ауаның келуі қиындай
түседі. Ауаның әсерінен бұл қалдықтар тотығар еді, ал ауа болмағандықтан,
бактериялардың әсерінен бұл қалдықтар құрамы бойынша мұнайға ұқсас, бірақ
оларда толығымен мұнайға айналмайтын процестер өтеді. Мұндағы түсініксіз
жайт: осы қалдықтардан мұнай қалайша түзіледі? Әңгіме мынада: онда
хлорофилдің, яғни өсімдіктердің жасыл түсі негізінің және басқа да екі жүз
градустан жоғары температурада тұрақсыз болатын заттардың қалдықтары
табылған. Ал барлық мұнайға жақын өнімдерді алатын белгілі химиялық
реакциялар тек жоғары температураларда өтеді. Ақыры 1930 жылы ірі кеңес
ғалымы – академик Н.Д. Зелинский бұл жерде катализ, яғни өздері аз
өзгеріске ұшырайтын заттардың әсерінен химиялық өзгерістерді тездететін
құбылыс орын алатынын дәлелдеді. Катализаторлармен өсімдіктерге,
бактериялық әсердің өнімдеріне жақын орналасқан заттарға әсер етіп, ол
жасанды мұнайды екі жүз градустан төмен температурада алды. Осылайша
сұрақтың жауабы шешілді, бірақ түпкілікті емес: ол тәжірибесінде қолданған
катализаторлар табиғатта болуы мүмкін емес, олар өте тұрақсыз еді.
Табиғатта мұнай түзілуді іске асыратын заттарды ұзақ іздегеннен кейін химия
ғылымдарының докторы, профессор Андрей Владимирович Фрост бұл, әдетте,
мұнай қыртыстарын жауып тұратын кейбір сазбалшықтардың қатысымен болатынын
анықтады. Өсімдіктер және жануарлар қалдықтарымен бірге тұнып,
сазбалшықтар, жануарлар сүйектері мен микроағзалар кейін мұнай түзетін
фактор болып табылатын материалдың негізін түзеді. Лай – бұл сазбалшық,
өсімдік және басқа да қалдықтардың түр өзгерген қоспасы – бактериялардың
әсерінен құмды және басқа да кеуекті тау жыныстарымен қапталады. Олар, өз
кезегінде, мұнай мен су өтпейтін сазбалшық және басқа да тау жыныстарының
қабаттарымен қапталып, температурасы шамамен жүз градустай қабаттарға дейін
түседі. Мұнда мұнай түзілу процесі аяқталады; құрамында лай болатын мұнай
біртіндеп қабаттасады да, біз мұнай кенорындарынан табатын кеуекті тау
жынысына енеді. Мұнайдың шығуының жаңа теориясының зор тәжірибелік маңызы
бар. Ол мұнайшы-геологтарды мұнайдың түзілу жағдайларын анықтау әдісімен
таныстырады. Мұнай қалай пайда болатынын білетін кен барлаушылары оны іздеу
орындарын тез анықтайды. Геологиялық жағдайларға байланысты мұнайдың
болатын жерлерін және оның мүмкін орын ауыстыру жолдарын анықтауға болады.
Сутегі- газ, атмосфера қысымындағы қайнау температурасы -252,80C. Сутегіні
көптеген маңызды органикалық және бейорганикалық өнімдерді синтездеу
кезінде қолданылады: аммиак, метанол және басқа спирттер, майлардың, қатты
және сұйық отынның гидрогенизациясы, мұнай өнімдерін тазарту кезінде
қолданылады.
Табиғатта тұрақты екі изотопы 1Н (протий) және 3Н (тритий) кездеседі,
жасанды жолмен радиоактивті изотопы 3Н мен өте тұрақсыз 4Н алынған. Сутек -
әлемде көп тараған элемент. Массасы бойынша атмосферадағы сутектің мөлшері
3,5 *10 -6% литосфера мен гидросферада – 1% , суда – 11,9%.
Сутек иіссіз, ең жеңіл газ, суда ерімейді, палладий, платина, никель, т.б.
металдарда жақсы сіңіреді; балқу t - 259,1 °C, қайнау t – 252,6 °C.
Сутектің молекуласы екі атомнан тұрады (Н2), диссоциациялану дәрежесі
35000С-та 20%, ал 50000С-та 96%-ға тең. Тотығу дәрежелері +1,-1. Асыл
(инертті) газдар мен асыл металдардан басқа элементтердің көпшілігімен хим.
қосылыстар түзеді. Күшті тотықсыздандырғыш болғандықан F2 –мен (қараңғыда -
2520С-та), Cl2-мен (жарықта) , O2-мен ( 550 °C –тан жоғары) әрекеттесіп
тікелей қосылыстар (HF, HCl, H2O) түзеді. Сутекті көптеген металдардың (Cu,
Fe, W, Re, т.б.) окситтерімен тотықсыздандырады. Мысалы: Cu O +H2 =Cu + H2O
және Fe3O4+4H2=3Fe+ + 4H2O, т.б. Сутек азотпен әрекеттесіп, аммиак (
N2+3H2=2NH3 ), күкіртпен күкіртсутек ( Н2+S=H2O ), көміртекпен жоғары
температурада метан (C+2H2=CH4) түзеді. Сілтілік және сілтілік жер
металдармен әрекеттесіп гидридтер (LiH, NaH, CaH2, BaH2,т.б.) түзеді.
Сутектің аса маңызды реакциясына CO-мен әрекеттесіп, температура, қысым,
катализатор әсеріне байланысына әр түрлі органикалық қосылыстар (HCHO,
CH3OH т.б.) түзу жатады.
Өнеркәсіпте сутек метанда конвергенциялау (CH4+H2O=3H2 + CO) несмесе суды
электролиздеу (2H2O =2H2 +O2 ) арқылы ашылады. Мұнай және химия
өнеркәсібінде қосымша өнім ретінде сутек бөлінеді. Лабараторияда сутекті
сұйытылған тұз (HCl) немесе күкірт (H2SО4) қышқылдарына мырышпен әсер етіп
алады. Дүние жүзінде жылына шамамен 350*109 тонна сутек өндіріледі. Сутек,
аммиак, тұз қышқылы, жасанды сұйық отын алуда, майларды
гидрогенезациялауда, металдарды сутек-оттек жалынында кесуде, мұнай
фракцияларын гидротазалау мен гидрокрекингісінде, тағыда басқа қолданылады.
Атом энергетикасында изотоптары маңызды орын алады. Сутекті экологиялық
таза орын ретінде қолданудын болашағы зор (2H2+O2=2H2O).
1.3. Гидрокрекинг процесі, оның мақсаты
Гидрокрекинг – ол жарқын түсті мұнай өнімдерін (жанармайды, керосинді,
дизель отынын) алу үшін, сонымен қатар С3 – С4 қойтылған газдарды мұнай
шикізатының, молекулярлық массасынан жоғарырақ болатын, мұнай шикізатын
сутегімен өңдеуде қысым арқылы алу үшін қолданылатын катализдік процесс.
Гидрокрекинг мұнай өнімдерінің кең түрдегі ассортиментін алуға мүмкіндік
жасайды – тәжірибеде қандайда болмасын мұнай шикізатынан, тиісті
катализаторларды және шартты таңдай алу арқылы және мұнай өңдеудің ең бір
тиімді және икемді процесі болып табылады.
Процестің химиялық негіздері. гидрокрекинг өнімдерінің сипаттамалары
өте күшті деңгейде катализатордың қасиеттерімен, оның гидрленуімен және
қышқылдық белсенділігімен анықталады.
Гидрокрекинг шикізаттың қасиетіне және процестің мәніне байланысты бір
немесе екі сатыда іске асырылады. Шикізаттың ауыр түрлері үшін көбінесе
гидрокрекингті екі сатыда жүргізеді.
Бірінші сатыда шикізаттың молекулярлық массасы бір шамаға төмендейді
және оның сутегімен қанығуы жүреді, және толығымен немесе ішінара
гетероатомдар жойылады.
Екінші сатыда дайындалған шикізат сутегінің қысымы мен қызмет мерзімі
үлкен стационарлы катализаторларда терең крекингке ұшырайды.
Шикізаттың өзгеруі гидрокрекинг жағдайында белгілі бағыттарда жүреді.
Біріншіден гидрогенолизге гетероатомды қосылыстар ұшырап Н2О, NH3 және H2S
қосылыстар күйінде түзіледі. Бір мезгілде шектеусіз көмірсутектердің
гидрлену процесі жүреді:
─CH2 ─CH ═ CH ─CH2 ―→ ─CH2 ─CH2 ─CH2 ─CH2─
Нафтенді циклдер изомерлерленіп ыдырайды:
Жоғары гадрленуші және төмен қысымды активтілігі болатын
катализаторларда ароматты сақиналары қанығады. Конденсірленген ароматты
сақиналардың гидрленуі әрбір сатыда жылдамдығы төмендеп дәйекті түрде
жүреді:
Арендердің дәйекті гидрленуімен бірге шектелген сақиналар ыдырауы және
алкилді арендердің түзілуі мүмкін:
Алкандар изомерлену және ыдырау реакцияларға ұшырайды. Крекинг
кезінде түзілген олефиндер бір бірімен қосылып парафиндер тізіледі. Екі
еселік байланыстардың қанығуынан изопарафиндер түзіледі.
Гидрокрекингтің жылу эффектісі гидрлену және ыдырау реакциялардың
қатынасымен анықталады. Крекинг процестің эндотермиялық эффекті гидрлеу
процестің экзотермиялық эффектімен компенсацияланады.
Гидрокрекингтің оптималды температурасы 300-4250С аралығында. Төмендеу
температурада реакция баяу жүреді. Жоғары температурада кокс түзілу
процестер жүріп реакцияның ықтималдығын төмендетеді. Одан басқа жоғары
температурада ыдырау процестері жылдамдатылады да жеңіл фракциялардың және
газдың шығыман арттырады.
Гидрокрекингтң іс жүзінде 400-4500С температурада және 3-10МПа қысымда
жүргізеді. 1-суретте гидрокрекинг процестің принципті схемасы келтірілген.
Шикізат 84-140 атм қысымда 290 – 4000С-ға дейін қыздырылған
сутекпен араласын бірінші реаторға жіберіледі. Катализатордың қабатынан
өткен кезде шикізаттың шамамен 40-50 %-ті бензиннің қайнау температурасына
сәйкес (2000 С-ға дейін) заттар крекингке ұшырап түзіледі.
Бірінші реактордан шаққан көмірсутекті қоспаны салқындатады, сығады
және сепаратор арқылы өткізіп сутегін бөледі. Сутегі қайтадан шикізатпен
араласып процеске жөнелтіледі, сұйықтық айдау процесіне барады. Бірінші
реактордың өнімдері ректификациялық колоннада бөлінеді.
Айдау поцесінің қалдығын қайтадан сутегі ағынымен араластырып екінші
реаторға жібереді. Біріші реакторда бұл қоспадағы заттар гидрлену, крекинг
және риформинг реакциялардан ұшырағанына байланысты екінші реакторда бұл
процестер қатаңдау жағдайда жүреді (температура мен қысым жоғарылау).
Екінші реактордан шыққан қоспа сутегінен босатылып фракцияланады.
1.4. Өнеркәсіптегі гидрокрекинг.
Өнеркәсіптегі мақсатты бағытта іске асырылған гидрокрекингтің
процестерін келесілерге бөлуге болады:
1. Жанармай фракцияларының гидрокрекингі – мұнай газын алу
мақсатында С4 – С5 изоқұрылым көмірсутектерін мұнай химиялық
синтез үшін және автокөлік жанармайының жеңіл жоғары октанды
компонентін алу үшін іске асырылады.
2. Орта дистелляттардың гидрокрекингі (тікелей айдалатын және екінші
рет шығарылған), қайнау температурасы 200 – 3500С жанармай және
реактивтік отын алу мақсатында іске асырылады.
3. Атмосфералық және ваккумдық газойлдардың гидрокрекингі, кокстену
газойлдері, катализдік крекинг газойлдары – жанармайлар,
реактивтік және дизель отынын алу мақсатында іске асырылады.
4. Ауыр мұнай дистеляттарының гидрокрекенгі – реактивтік және және
дизель отындарын, жанармайларын, аз күкіртті қазандық отындарын
және катализдік крекинг үшін шикізат алу мақсатында іске
асырылады.
5. Жанармайдың октандық санын көтеру мақсатында селективтік
гидрокрекингілеу; реактивтік және дизель отынының суып қалу
температурасын төмендету мақсатында; майлы фракциялардың түсін,
тұрақтылығын жақсарту және суып қалу температурасын төмендету
үшін іске асырылады.
6. Гидродеароматтау.
Жанармай фракцияларының гидрокрекингі. Катализдік крекингтің және
жанармайдың крекингінің комбинацияланған процесі түзіліп, өнеркәсіптік
қолданыс тауып, ол біздің елде изоформинг деген аталым алды.
Бұл процесте шикізат – ауыр жанармайлық фракциялар – оларды риформинг
алдында гидротазартумен біріккен гидрокрекингке ұшыратады. Гидрокрекингтің
гетероорганикалық қосындылардан тазартылған өнімі - 20℅ - ке дейін төмен
молекулалық алкандарды құрамында сақтайды (изокомпонент)оларды ректификация
арқылы бөліп шығарады. Ректификациядан кейінгі қалдық,бастапқы шикізатпен
салыстырғанда, құрамында жеңілденген фракциондық құрамды біріктіреді және
арендердің, циклоалкандардың көтеріңкі құрамымен сипатталады, яғни
катализдік риформинг үшін ең жақсы шикізат болып табылады.
Изокомпоненттің октандық саны, зерттеу әдісі бойынша – 86 пунктті
құрайды. Изокомпонентті риформингпен 3: 7 қатынасында араластыруарқылы АИ –
93 жанармайын алады.
1.Орта дистеляттардың гидрокрекингі. Орта дистелляттардың гидрокрекингі
(200 – 3500С) жанармайларды және реактивтік отындарды алу үшін зерттелген,
бірақ та шикізат ресурстарының болмауына байланысты тәжірибелік мәні жоқ.
2.Ауыр газойлдық фракциялардың гидрокрекингінің варианттары іске асырылған,
олар жанармай, реактивтік және дизель отындарын, сонымен қатар,
жағармайлардың, қазандық отынның және катализдік крекинг шикізатының және
пиролиздің сапасын көтеруге бағытталады.
Күкіртті аз ваккумдық дистелляттарды жанармайға гидрокрекинг жасау
гетероатомдық қосындылармен уландыруға берік (сульфиттік катализаторлар)
катализаторларға бір сатыда 340 – 4500С температурада сутегінің қысымы 10 –
20 МПА – да іске асырылады. Әдетте, жанармайдың шығымы 30 – 40 ℅ құрайды,
дегенмен де 80 – 90 ℅ - ке жетуі мүмкін. 1,5 ℅ жоғары күкірті және 500 –
2500 млн. азоты бар шикізатты өңдеу үшін бірінші сатыда гидротазарту сатысы
бар екі сатылы процес қолданылады. Процестің екінші сатысы құрамында VIII
топтық металдары болып табылатын катализаторда іске асырылады,
температурасы 290 – 3800С, қысымы 7 – 10 МПА жағдайында. Жанармайдың шығымы
шикізатта 70 - 125℅ -ке дейін жетеді. Алынатын жеңіл жанармайды тауарлық
жанармайдың компоненті ретінде пайдаланылады. Ауыр жанармайды риформингке
жібереді.
Гидрокрекинг өнімдері, жанармай нобайлары бойынша, көбінесе катализдік
өнімдерімен ұқсас болады: газ тәрізді өнімдердің құрамында айтарлықтай
мөлшерде С3 – С4 көмірсутегілер болады, сұйық өнімдерде таралымды
қосындылар көп болады.
Катализдік крекингке қарағанда, гидрокрекинг өнімдері қаныққан сипатта
болады және гетероатомдық қосындылары болмайды. Гидрокрекинг газойлдары,
сонымен қатар, катализдік крекинг газойлдарымен салыстырғанда, азырақ хош
иістенген болады.
Гидрокрекингтің болашақты бағыты болып майлы фракцияларды өңдеу саналады
(вакуумдық дистилляттарыды және деасфальтизаторларды).
3.Селективтік гидрокрекинг. Бұл процесс шикізаттан гидрогенолиз жолымен
төмен деңгейде мұздатылатын отындар мен майларды алу мақсатында қалыпты
құрылымды алкандарды алып тастауға бағытталады. Бұл процесте катализатор
ретінде геометриялық селективті цеолиттер қолданылады, олардың кіріс
терезелерінің өлшемі (0,5 – 0,55мм) еркін түрде қуыстарға кіруге және онда
тек қана әдеттегі алкандардың молекулаларына, диаметрі 0,49 мм, реакция
жасайды. Селективтік гидрокрекингті гидроизомеризация сияқты тура айдалатын
фракциядан және рафинаттардан төмен суыйтын майлар өндіру үшін
пайдаланылады. Процесті 300 – 430 0С температурада, 2 – 10 МПА қысымда,
шикізатты берудің көлемдік жылдамдығы 0,5 – 2 ч-1 өткізеді. Майлардың шығуы
80- 87℅ - ін құрайды. Майдың сапасы төменгі температурада еріткіштермен
цепарафинизациялауда алынатын майлардың сапасына жуық төмендетіле алады.
4.Гидродеароматизациялау. Катализдік гидродеароматизация – жоғары сапалы
реактивтік отындарды (керосинді) тура айдалған және екінші реттегі
шикізаттан алатын негізгі процесс. Тура айдалатын орта дистиллятты
фракциялардағы арендердің құрамы, мұнайдың шығуына байланысты 14 – 35 ℅
құрайды, ал екінші рет туындаған дистиляттарда – 70 ℅ - ке дейін жетеді.
Күкіртті 0,2℅ және азоты 0,001℅ кем тура айдалған шикізатты өңдеуді бір
сатыда құрамында платина цеолиті бар катализаторларда, шикізатты беру
көлемдік жылдамдығы 4τ-1 – де жүргізеді. Бұл жағдайда арендерді жоюдың
толықтығы 75 - 90℅ құрайды. Гетероатомдардың құрамының көп болуында алдын
– ала гидротазалау қажет болады. Екінші реттегі шикізат қатаңырақ жағдайда
өңделеді – температурасы 350- 4000С, қысымы 25 – 35 МПА.
1.5. Мұнай фракцияларын гидрокрекингтеу
Дистиллят фракциаларды гидрокрекингтеу.
Гидрокрекинг мұнай өңдеу процестерінде ең тиімді, икемді 8 мұнай
шикізаттарының кез келген түрінен керекті катализаторлармен процесті
жүргізудің жағдайын таңдау арқылы іс жүзінде мұнай өнімдерінің көп
ассортименттерін алуға болады.
Мақсатына байланысты өндірісте пайдаланылатын гидрокрекинг процесі былай
бөлінеді:
-бензин фракциаларын жеңіл изопарафин көмірсутектерін алу мақсатында
гидрокрекингтеу, олар жасанды каучук өндірісінің құнды шикізаты, автомобиль
бензинінің жоғарғы октанды құрастырушысы болып саналады;
-бензиндердің октан санын көтеру, реактивті және дизель отындарының қату
температурасын төмендету, қазан отынының түсін және тұрақтылығын жақсарту
мақсатында гидрокрекингтеу және т.б.;
- вакуум дистилляттарын, реактив және дизель отындарын алу, жоғары индексті
майлар немесе каталитикалық крекинг шикізатының негізін құрайтын
компоненттер алу мақсатында гидрокрекингтеу;
- мұнай қалдықтарын, дизель отындарын, аз күкіртті қазан отындарын,
каталитикалық крекингтің және майлағыш майлар шикізатын, аз күкіртті кокс
алу мақсатында гидрокрекингтеу.
Бензин фракцияларын гидрокрекингтеу. Бензин фракцияларын
гидрокрекингтеудің негізгі мақсаты С4 – С5 изопарафин көмірсутектерін,
автомобиль бензиндерінің жоғары октанды құрастырмасы есебінде қолданылатын
изокомпонент, С4 – С5 – изоалкандарды – жасанды каучук өндірісінің
шикізатын алу болып саналады. Шикізат есебінде тура айдалған бинзиннен
бөлек газоконденсаттар және риформингтің рафинатын пайдалануға болады.
Катализатор есебінде цеолиттерді пайдаланады: ҮСКЭ, реонит, пентасилдың
металдардың (Мо және Ni) гидрлеуші оксидтермен біріктірілген төсегіш
есебінде қолданатын алюминий оксидіне отырғызылған түрі. Изобутан мен
изопентан алуға бағытталған процесті 3500С, 4Мпа және 0,5 – 1,5 сағ-1
қалдықты қайта беріп жүргізеді. Бензин фракцияларынан 85 – 180 0С
көрсетілген жағдайда 31℅ изо - С4Н10, 16℅ изо – С5Н12 және 9,7℅ изо – С6Н14
құрғақ газ шығымы (С1 – С2) өте аз алуға болады.
Изориформинг процесін тура айдалған бензиндерді гидрокрекинг пен
риформингтің бірікпесі есебінде, жоғары октанды автомобиль бензиндерін
алуға бағытталған деп қарауға болады. (7.9-кесте). Бензинді гидротазалауды
және гидрокрекингті екі реаторда, бірінші сатысында 330 – 350 0С, 4МПа және
1,5сағ-1жүргізеді. Изокомпонентті (і – С4 – і – С5 – фракциялары) бөлгеннен
кейін күкіртсізденген қалдық күкірт мөлшері 1млн-1 риформинг сатысына
жіберіледі. Бұл процеске ГКБ – 3М өндірістік катализаторды алюминий
гидроксид суспензиясына молибден қосылыстарын, одан кейін никель және
цеолитті натрий мөлшері 0,1℅ кем қосумен алады.
Вакуум дистиллятын 15 МПа гидрокрекингтеу. 15 МПа қысымдағы
гидрокрекинг процесіне үлкен икемдік сипатты. Бұл процеске шикізат есебінде
вакуум дистилляттары немесе олардың жай кокстеу қондырғысынан шыққан ауыр
дистилляттарымен қоспасы пайдаланылады. Бір катализатордың өзінде әртүрлі
мақсатты өнімдерді ең көп мөлшерде алуға болады: реактив, қысқы арктикалық
және жазғы дизель отынын, май алуға қажетті шикізатты. Бұл өнімдерді
шикізатты беру жылдамдығын өзгерту арқылы (0,5сағ-1 – реактив отынына,
0,7сағ-1 жазғы дизель отынына), щикізатқа есептегенде қуатын өзгертіп,
ректификациялау жағдайын және аздап температурасын (әдетте 6 0С шамасында)
алынады. Соңғыны әдетте катализатор активтігінің төмендеуінің уақыт өткен
сайын, орнын толтыру үшін өзгертеді.
Қазіргі кезде бұрынғы КСРО – да вакуум дистилляттарын 15 МПа қысымда
гидрокрекингтеуді реактив, арктикалық қысқы дизель отындарын және доғары
индексті майлар алу мақсатында жүргізу тиімді. Вакуум дистиллятын соңғы
қайнау температурасы 5000С жоғары емес және металдар мөлшері 1 – 2 млн-1
көп емес болғанда гидрокрекинг процесін реактив және дизель отындар алу
мақсатында бір сатыда, әртүрлі катализаторлады бірнеше қабат (беске дейін)
орналастырып жүргізеді.
2-сурет. Вакуум дистиллятын гидрокрекингтеу процесінің бір сатылы жүйесі:
1-ректор; 2–жоғары қысымды сепаратор; 3–төмен қысымды сепаратор;
4-фракциялаушы колонна;
I-шикізат; II–жаңа сутегі; III –рисайкл; IV –қайта айналушы
СГ; V –отын газы; VI –С3 – С4 фракциясы; VII –жеңіл бензин; VIII –ауыр
бензин; IX –газойл.
Әрбір катализатор қабатындағы температураның көтерілуі 250С жоғары болмас
үшін катализатор қабаттарының арасына суытушы газ беру көзделген және
оларда контакт – бөлгіш жабдық, газ бен реакцияласушы ағымның арасында жылу
және масса алмасуды жақсарту мақсатында және катализатор қабатында газсұйық
екі фазалы ағымның біркелкі таралуын қамтамасыз ету үшін қойылады.
Реактордың жоғарғы қабаты қосымша ағымның кинетикалық энергиясын
сөндірушімен жабдықталады, коррозия өнімдерін ұстау үшін тор қорабымен және
фильтрлермен жабдықталады.
1 – кесте. Гидрокрекинг процесінің бір және екі сатылы варианттарында орта
дистилляттарды алу процестерінің сипаты.
Көрсеткіш Отын түрі
Дизель Реактив
Шикізат:
Тығыздығы, гсм3 0,9050,909* 0,8940,909*
Бастапқы қайнау – соңғы 282-494350-500 250-463350-550
қайнау (бқ – сқ)
Мөлшері:
Күкірттің, ℅ (мас.) 275255* 1,82,55*
Азоттың, ррm 940695* 1000695
Шығым шикізатқа, ℅:
Н2 3,032,20 2,032,20
С1С2 0,400,58 1,470,60
С3С4 0,793,40 4,103,77
Жеңіл бензин 1,287,48 9,1014,09
Ауыр бензин 8,53**12,44 13,5016,92
Реактив отыны - 73,3360,52
Дизель отыны 88,0375,36 -
Барлығы 102,06101,46 10,3,53103,10
Сутегі шығыны, м3т 231282 277347
Реактив отыны:
Тығыздығы, гсм3 - 0,7880,795
Қату температурасы, 0С - -55-60
Түтінсіз жалын биіктігі,- 2725
нм
Дизель отыны:
Тығыздығы, гсм3 0,8420,820 -
Цетан саны 5458 -
Қату температурасы, 0С -18-30 -
Күкірт мөлшері, ррm 10010 -
*-10 қайнау температурасы 403 0С, ск – 474 0С газойлдің мәндері;
**-алшақ бензин фракциясы.
Шикізатты екі сатылы жүйемен өңдегендедизель немесе реактив отын шығымы бір
сатылы жүйемен өңдегенге қарағанда аз. Бірақ екі сатылы жүйе өте икемді,
бұл дистиллятты шикізаттың кез келгенін өңдеуге мүмкіндік береді, сонымен
қатар, қондырғының қуатын өзгерпей – ақ дизель отынын көп өндіруден реактив
отынын көп өндіруге ауыстыруға болады.
2.1. Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы және
процестің сипаттамасы
Дистиллят шикізаттың гидрокрекингі 370 – 425 0С температурада өтеді.
Қалдық шикізатты (ауыр мазут – қайнау температурасы ≥ 4250С, гудрон)
гидрокрекингтеу кезінде температураны жоғарлату катализатордағы реакцияны
активтендіру үшін қажет.
Қалдық шикізатты көбіне екі сатылы схема бойынша: бірінші сатыда
сұйықтық күкіртке тұрақты катализатор қатынысында өңделеді. Ауыр
бөлінбейтін шикізат бөлігін рециркулят ретінде қайтаруға болады, ал алынған
жеңіл бөлігін екінші сатыға жібереді. Екі сатыда да маңызды қысымда өтеді.
Гидрокрекинг реакторындағы қысы 15 – 20 МПа тең.
Гидрокрекинг процесі экзотермиялық болғандықтан реакциялық қоспа қайнап
кетпес үшін, апаратты құрастырған кезде бөлінген жылуды реакция зонасынан
шығарып жібергіш болуы тиіс. Стационарлы катализаторы бар реакторды
пайдаланған кезде, соңғы катализаторды бірнеше қабат етіп жасау керек.
Себебі олардың арасында ағыс салқындап үлгеру керек. Дистиллят шикізатты
гидрокрекингтеу кезінде бифункционал катализаторда температураны көтерген
жөн.
Вакуумдық газойльден реактивті отындар, бензин және екіншілік ауыр
газойльдерді терең өңдеу кезінде екі сатылы схема қолданылады. Бұл екі
сатылы реактордағы қысым 10 – 15 МПа, температура 370 – 420 0С, сутегі
циркулляциясы 1м3шикізатта 1000нм3 тең.
Екі сатылы гидрокрекинг қондырғысының технологиялық сызбасы:
1-компрессор; 2-сорап; 3,12-пештер; 4-жылуалмастырғыш; 5-гидрокрекинг
реакторы; 6-ауада суыту аппараты; 7-жоғары қысымды сепаратор; 8-дроссельді
желдеткіш; 9-орташа қысымдағы сепаратор; 10-төмен қысымдағы сепаратор;
11-сепаратор; 13-мұздатқыш; 14-тұрақтандырғыш колонна;
І-шикiзат; ІІ-сутегі; ІІІ-отындық газ; ІV-түтін газы; V-циркуляциялық газ;
VI-С2 – С3 фракциясы; VII-С4-С5 фракциясы; VIII-су; IX-
гидрокрекингтің екініші сатысына жіберілетін сұйық өнім.
Шикізат І насос ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz