Парафинді көмірсутегілер (алкандар)
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
I Бөлім әдеби шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
1.1 Топтық және элементтік құрам ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 5
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5
1.1.2 Қаныққан және нафтенді көмірсутегілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 8
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 9
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды қосылыстары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.1.4.2 Азот және азотты қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 14
1.1.5 Асфальтшайырлы заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
1.1.6 Құрамында металл бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 17
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 18
1.2.1 Фракциялық құрам ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 18
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.3 Айдау әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
1.3.1 Фракциялық айдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
II Бөлім тәжірибелік бөлік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 38
2.1 Фракциялық айдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 38
2.1.2 Будың серпінділігін анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40
III Бөлім нәтижелерді сараптау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 52
Глоссарий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
Пайдаланған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 56
Қосымша
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
I Бөлім әдеби шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
1.1 Топтық және элементтік құрам ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 5
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5
1.1.2 Қаныққан және нафтенді көмірсутегілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 8
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 9
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды қосылыстары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.1.4.2 Азот және азотты қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 14
1.1.5 Асфальтшайырлы заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
1.1.6 Құрамында металл бар қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 17
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 18
1.2.1 Фракциялық құрам ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 18
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.3 Айдау әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
1.3.1 Фракциялық айдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
II Бөлім тәжірибелік бөлік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 38
2.1 Фракциялық айдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 38
2.1.2 Будың серпінділігін анықтау әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40
III Бөлім нәтижелерді сараптау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 52
Глоссарий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
Пайдаланған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 56
Қосымша
Кіріспе
Мұнай газды қайта өңдеу өнеркәсібі кез-келген мемлекеттің экономикалық тұрғыдан отын-энергетика кешенінің аса маңызды көзі болып табылады. Табиғи газ арзан энергетикалық және тұрмыстық отын болып табылады. Мұнай айдаудан автомобиль бензинін, керосин, реактивті, дизельді және қазандық отын алады. Мұнайдың қайнауынан жоғары фракциялы майлайтын және арнайы майлардың түрлері, консистенттік майлар өндіріледі. Мұнайды қайта өңдеу барысынды парафин, резеңке өнеркәсібіне арналған қара күйе, мұнай коксі, жол құрылысына көптеген маркалы битумдар және басқа да тауар өнімдері өндіріледі. Мұнай және көмірсутекті газдар – көптеген химиялық өнімдер өндірілетін әмбебап шикізат. Демек, мұнай және газдан қайта өндірілген өнімдерсіз, яғни, энергиясыз, жарықсыз, жылусыз, байланыссыз, радиосыз, телевидениесіз, есептеу және космостық техникасыз, әртүрлі химиялық материалдарсыз, транспорттың барлық түрінсіз т.б.қазіргі заманғы адамның өмірін елестету өте қиын.
Жұмыстың мақсаты әртүрлі факторлардың әсері кезіндгі мұнайдың фракциялық айдау процесінің технологиялық сипаттамасын жасау.
Жұмыстың жаңашылдығы:
Алғаш рет мұнайды айдау процесінің математикалық моделі алынды.
Құмкөл аймағының мұнайының фракциялық айдау процесінің тиімді шарттары анықталды.
Фракцияның шығуына табиғат және көмірсутекті шикізаттың құрамы елеулі әсер ететіні көрсетілді.
Мұнай айдау процесінің кинетикалық сипаттамасы анықталды.
Жеңіл фракцияларды алу прцесінің термодинамикалық параметрлері анықталды.
Алынған нәтижелердің практикалық маңызы шығатын жеңіл фракцияларды болжауға және бағалауға мүмкіндік береді, бұл айдау аппараттары мен ректификациялық колоналарды жобалауда аса маңызды.
Мұнай газды қайта өңдеу өнеркәсібі кез-келген мемлекеттің экономикалық тұрғыдан отын-энергетика кешенінің аса маңызды көзі болып табылады. Табиғи газ арзан энергетикалық және тұрмыстық отын болып табылады. Мұнай айдаудан автомобиль бензинін, керосин, реактивті, дизельді және қазандық отын алады. Мұнайдың қайнауынан жоғары фракциялы майлайтын және арнайы майлардың түрлері, консистенттік майлар өндіріледі. Мұнайды қайта өңдеу барысынды парафин, резеңке өнеркәсібіне арналған қара күйе, мұнай коксі, жол құрылысына көптеген маркалы битумдар және басқа да тауар өнімдері өндіріледі. Мұнай және көмірсутекті газдар – көптеген химиялық өнімдер өндірілетін әмбебап шикізат. Демек, мұнай және газдан қайта өндірілген өнімдерсіз, яғни, энергиясыз, жарықсыз, жылусыз, байланыссыз, радиосыз, телевидениесіз, есептеу және космостық техникасыз, әртүрлі химиялық материалдарсыз, транспорттың барлық түрінсіз т.б.қазіргі заманғы адамның өмірін елестету өте қиын.
Жұмыстың мақсаты әртүрлі факторлардың әсері кезіндгі мұнайдың фракциялық айдау процесінің технологиялық сипаттамасын жасау.
Жұмыстың жаңашылдығы:
Алғаш рет мұнайды айдау процесінің математикалық моделі алынды.
Құмкөл аймағының мұнайының фракциялық айдау процесінің тиімді шарттары анықталды.
Фракцияның шығуына табиғат және көмірсутекті шикізаттың құрамы елеулі әсер ететіні көрсетілді.
Мұнай айдау процесінің кинетикалық сипаттамасы анықталды.
Жеңіл фракцияларды алу прцесінің термодинамикалық параметрлері анықталды.
Алынған нәтижелердің практикалық маңызы шығатын жеңіл фракцияларды болжауға және бағалауға мүмкіндік береді, бұл айдау аппараттары мен ректификациялық колоналарды жобалауда аса маңызды.
Пайдаланған әдебиеттер тізімі
1. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия. – 1973. – 754 с.
2. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.- М.: Химия.- 1972. – 493 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнеровский и др. Под ред. Ю.И. Дытнеровского.- М.: Химия. - 1991. – 496 с.
4. Современные методы исследования нефтей/Под ред. Богомолова А.И. и др. Л.: Недра, 1984. – 140 с.
5. Камъянов В.Ф., Филлимонова Т.А., Горбуно¬ва Л.В., Пшеничная Н.А. Некоторые закономер¬ности в составе и строении молекул нефтяных смол и асфальтенов.//Препринт.- № 37. - Томск, 1985.- С. 30-32.
6. Yen T.F., Erdman J.G. II Anal. Chem. 1962. - V. 34, № 6. - P. 694.
7. Углев В.В., Боголюбов В.М.//Изучение состава и свойств компонентов нефти/Под ред. Камьяно-ва В.Ф. Изд. Томского филиала СО АН СССР. Томск, 1983. - 199 с.
8. Чернова Т.Г., Чуткерашвили Е.Е. // ХТТМ. -1977.- № 9.- С. 57.
9. Сагаченко Т.А., Герасимова Н.Н., Коваленко ЕЮ. и др.//II Нефтехимия.- 1991.- Т. 31, № 6.- С. 768.
10. Петрова Л.М., Лифанова Е.В., Юсупова Т.Н. и др.//II Нефтехимия.- 1995.- Т. 35, № 6.- С. 508.
11. Петрова Л.М., Юсупова Т.Н., Фосс Т.Р. и др.// II Нефтехимия. -1998.- Т. 38, № 3.- С. 163.
12. Yusupova T.N., Petrova L.M., Mukhametshin R.Z. et al. //II J. Thermal Anal. Cal. - 1999.- V. 55.- P. 99.
13. Манапов Р.А., Вагизов Ф.Г., Муслимое Р.Х. и др.// II Нефтяное хозяйство.- 1997.- № 2.- С. 25.
14. Петрова Л.М.. Романов Г.В., Лифанова Е.В. // Нефтехимия. - 1994.- Т. 34, № 2.- С. 145.
15. Современные методы анализа в органической гео¬химии.//Под ред. А.Э. Конторовича. Тр. Сиб. НИИ геологии, геофизики и минер, сырья. -Вып. 166.- Новосибирск, 1973.- 100 с.
16. Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т. Фак¬торный анализ в геологии.- М.: Недра.- 1982.- 269 с.
17. Yusupova T.N., Petrova L.M., Ganeeva Yu.M.// etal.Hlth UNITAR Intern. Conf. on Heavy Crude and Tar Sands.-Beijing. China. - 1998. - P. 1555.
18. Ganeeva Yu.M., Yusupova T.N., Petrova L.M. //et al. II SPE 64631. SPE Intern. Oil and Gas Conf. and Exhibi¬tion in China. - 2000.- P. 1300.
19. Юсупова Т.Н., Танеева Ю.М., Барская Е.Е и др. //II Нефтехимия.- 2004.- Т. 44, № 2.- С. 103.
20. Андреева Л.Н., Березовская М.В., Цыро Л.В. и др.// II Мат. III Международ, конф. по химии нефти. – Томск, 1997.- Т. 1. - С. 92.
21. Юсупова Т.Н., Барская Е.Е., Фосс ТР. и др. //Мат-лы конференции по химии нефти и газа. Изд. Ин-та оптики и спектроскопии. -Томск, 2003. - С. 87.
22. Andersen S.I., Stenby E.H.// II Proceed, of the 3rd Intern. Symp. on Evaluation of reservoir wettability and its effect on oil recovery. 1996. - Iversity of Wyoming. Laramie. - P. 59.
23. Speight J.G.// II Proceed, of the 3rd Intern. Symp. on Eval¬uation of reservoir wettability and its effect on oil recovery. University of Wyoming. Laramie, 1996.- P. 55.
24. Халитов Г.Г., Утяшева Л.Х., Ляпина Н.К. // Химия нефти и газа: Мат. IV Международ, конф. в 2-х Т. - Т. 1.- С. 163.
25. Мухаметшин Р.З., Петрова Л.М., Юсупова Т.Н., НургалиевД.К. // В сб. "Опыт разведки и разработки рмашкинского и других крупных нефтяных месторождений Волго-Камского региона". Казань: Новое Знание, 1998. - С. 381.
1. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия. – 1973. – 754 с.
2. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.- М.: Химия.- 1972. – 493 с.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнеровский и др. Под ред. Ю.И. Дытнеровского.- М.: Химия. - 1991. – 496 с.
4. Современные методы исследования нефтей/Под ред. Богомолова А.И. и др. Л.: Недра, 1984. – 140 с.
5. Камъянов В.Ф., Филлимонова Т.А., Горбуно¬ва Л.В., Пшеничная Н.А. Некоторые закономер¬ности в составе и строении молекул нефтяных смол и асфальтенов.//Препринт.- № 37. - Томск, 1985.- С. 30-32.
6. Yen T.F., Erdman J.G. II Anal. Chem. 1962. - V. 34, № 6. - P. 694.
7. Углев В.В., Боголюбов В.М.//Изучение состава и свойств компонентов нефти/Под ред. Камьяно-ва В.Ф. Изд. Томского филиала СО АН СССР. Томск, 1983. - 199 с.
8. Чернова Т.Г., Чуткерашвили Е.Е. // ХТТМ. -1977.- № 9.- С. 57.
9. Сагаченко Т.А., Герасимова Н.Н., Коваленко ЕЮ. и др.//II Нефтехимия.- 1991.- Т. 31, № 6.- С. 768.
10. Петрова Л.М., Лифанова Е.В., Юсупова Т.Н. и др.//II Нефтехимия.- 1995.- Т. 35, № 6.- С. 508.
11. Петрова Л.М., Юсупова Т.Н., Фосс Т.Р. и др.// II Нефтехимия. -1998.- Т. 38, № 3.- С. 163.
12. Yusupova T.N., Petrova L.M., Mukhametshin R.Z. et al. //II J. Thermal Anal. Cal. - 1999.- V. 55.- P. 99.
13. Манапов Р.А., Вагизов Ф.Г., Муслимое Р.Х. и др.// II Нефтяное хозяйство.- 1997.- № 2.- С. 25.
14. Петрова Л.М.. Романов Г.В., Лифанова Е.В. // Нефтехимия. - 1994.- Т. 34, № 2.- С. 145.
15. Современные методы анализа в органической гео¬химии.//Под ред. А.Э. Конторовича. Тр. Сиб. НИИ геологии, геофизики и минер, сырья. -Вып. 166.- Новосибирск, 1973.- 100 с.
16. Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т. Фак¬торный анализ в геологии.- М.: Недра.- 1982.- 269 с.
17. Yusupova T.N., Petrova L.M., Ganeeva Yu.M.// etal.Hlth UNITAR Intern. Conf. on Heavy Crude and Tar Sands.-Beijing. China. - 1998. - P. 1555.
18. Ganeeva Yu.M., Yusupova T.N., Petrova L.M. //et al. II SPE 64631. SPE Intern. Oil and Gas Conf. and Exhibi¬tion in China. - 2000.- P. 1300.
19. Юсупова Т.Н., Танеева Ю.М., Барская Е.Е и др. //II Нефтехимия.- 2004.- Т. 44, № 2.- С. 103.
20. Андреева Л.Н., Березовская М.В., Цыро Л.В. и др.// II Мат. III Международ, конф. по химии нефти. – Томск, 1997.- Т. 1. - С. 92.
21. Юсупова Т.Н., Барская Е.Е., Фосс ТР. и др. //Мат-лы конференции по химии нефти и газа. Изд. Ин-та оптики и спектроскопии. -Томск, 2003. - С. 87.
22. Andersen S.I., Stenby E.H.// II Proceed, of the 3rd Intern. Symp. on Evaluation of reservoir wettability and its effect on oil recovery. 1996. - Iversity of Wyoming. Laramie. - P. 59.
23. Speight J.G.// II Proceed, of the 3rd Intern. Symp. on Eval¬uation of reservoir wettability and its effect on oil recovery. University of Wyoming. Laramie, 1996.- P. 55.
24. Халитов Г.Г., Утяшева Л.Х., Ляпина Н.К. // Химия нефти и газа: Мат. IV Международ, конф. в 2-х Т. - Т. 1.- С. 163.
25. Мухаметшин Р.З., Петрова Л.М., Юсупова Т.Н., НургалиевД.К. // В сб. "Опыт разведки и разработки рмашкинского и других крупных нефтяных месторождений Волго-Камского региона". Казань: Новое Знание, 1998. - С. 381.
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ...
I Бөлім әдеби 5
шолу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... .
1.1 Топтық және элементтік 5
құрам ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар) 5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
1.1.2 Қаныққан және нафтенді 8
көмірсутегілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер) 9
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды 10
қосылыстары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар 11
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4.2 Азот және азотты 13
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар 14
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1.5 Асфальтшайырлы 15
заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ...
1.1.6 Құрамында металл бар 17
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау 18
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
1.2.1 Фракциялық 18
құрам ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... .
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық 22
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ...
1.3 Айдау әдістері 32
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ..
1.3.1 Фракциялық 32
айдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ..
II Бөлім тәжірибелік 38
бөлік ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ..
2.1 Фракциялық 38
айдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... .
2.1.2 Будың серпінділігін анықтау 40
әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
III Бөлім нәтижелерді 42
сараптау ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ..
Қорытынды ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .52
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ..
Глоссарий ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .54
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .
Пайдаланған әдебиеттер 56
тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... .
Қосымша
Кіріспе
Мұнай газды қайта өңдеу өнеркәсібі кез-келген мемлекеттің
экономикалық тұрғыдан отын-энергетика кешенінің аса маңызды көзі болып
табылады. Табиғи газ арзан энергетикалық және тұрмыстық отын болып
табылады. Мұнай айдаудан автомобиль бензинін, керосин, реактивті, дизельді
және қазандық отын алады. Мұнайдың қайнауынан жоғары фракциялы майлайтын
және арнайы майлардың түрлері, консистенттік майлар өндіріледі. Мұнайды
қайта өңдеу барысынды парафин, резеңке өнеркәсібіне арналған қара күйе,
мұнай коксі, жол құрылысына көптеген маркалы битумдар және басқа да тауар
өнімдері өндіріледі. Мұнай және көмірсутекті газдар – көптеген химиялық
өнімдер өндірілетін әмбебап шикізат. Демек, мұнай және газдан қайта
өндірілген өнімдерсіз, яғни, энергиясыз, жарықсыз, жылусыз, байланыссыз,
радиосыз, телевидениесіз, есептеу және космостық техникасыз, әртүрлі
химиялық материалдарсыз, транспорттың барлық түрінсіз т.б.қазіргі заманғы
адамның өмірін елестету өте қиын.
Жұмыстың мақсаты әртүрлі факторлардың әсері кезіндгі мұнайдың
фракциялық айдау процесінің технологиялық сипаттамасын жасау.
Жұмыстың жаңашылдығы:
Алғаш рет мұнайды айдау процесінің математикалық моделі алынды.
Құмкөл аймағының мұнайының фракциялық айдау процесінің тиімді
шарттары анықталды.
Фракцияның шығуына табиғат және көмірсутекті шикізаттың құрамы
елеулі әсер ететіні көрсетілді.
Мұнай айдау процесінің кинетикалық сипаттамасы анықталды.
Жеңіл фракцияларды алу прцесінің термодинамикалық параметрлері
анықталды.
Алынған нәтижелердің практикалық маңызы шығатын жеңіл фракцияларды
болжауға және бағалауға мүмкіндік береді, бұл айдау аппараттары мен
ректификациялық колоналарды жобалауда аса маңызды.
I Бөлім әдеби шолу
1.1 Топтық және элементтік құрам
Мұнайдың құрамына мынадай қосылыстардың топтары кіреді:
көмірсутегілер, гетероароматты қосылыстар, шайырлар және асфальтендер.
Табиғи мұнайдың көмірсутегілерінің үш тобы бар: алкандар, цикло-алкандар
және ареналар. Табиғи мұнайларда Қаныққан көмірсутегілер (алкендер)
болмайды, олар тек қана мұнайды қайта өңдеу процесстерінде ғана пайда
болады.
Гетероароматты қосылыстарға күкірт, азот, оттегі және құрамында
металл бар қосылыстар жатады. Шайырлар мен асфальтендер химиялық
қосылыстарға тән топқа емес, олар мұнайда коллойд түрінде болатын
жоғарымолекулалы (М жоғары 1500—2000 гмоль) концентраттар.
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар)
Бұл қатардың ең төменгі мүшелері – метан, этан, пропан және бутандар
(қалыпты және изоқұрылымды) – газтектес қосылыстар. Олар мұнайда еріген
күйде болады, сонымен қатар олар табиғи және ілеспе мұнай газдарының
негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Пропан, бутан және одан да ауыр
көмірсутегілерге бай газдар майлы деп аталады. Олардан газды бензин, жанған
газдар және органикалық синтезге арналған жекелеген көмірсутегілер алынады.
Толықтай метан мен этаннан тұратын газдар тұрмыстық және өндірістік отын
ретінде, кейде техникалық көміртегі, ацетилен өндірісіне және органикалық
синтез өнімдеріне шикізат ретінде пайдаланылады. жеңіл көмірсутегілері жер
және ауа көліктеріне мотор отыны (қысылған және жанған түрінде) кеңінен
қолданылады.
Мұнай – бұл көптеген фокторлардың әсер етуінен кен орындарымен ұзақ
уақыт байланыста болу нәтижесінде бастапқы органикалық заттардан пайда
болған көмірсутектер негізіндегі химиялық қосылыстардың қоспасы. Мұнай
майлы сұйықтық, оның толық химиялық құрамын қазіргі заманғы инструменталды
әдіспен анықтау мүмкін емес.
Мұнайдың құрамына кіретін негізгі химиялық элементтер көміртегі,
сутегі, күкірт, азот және оттегі болып табылады. Әртүрлі мұнайларда
көміртегі мен сутегі сәйкесінше 82 - 87 % (мас.) және 11 - 14 % (мас.)
мөлшерінде кездеседі. Олар мұнайдың барлық химиялық қосылыстарының құранды
бөлігі болып табылады. Пайдалы қазбалар арасында (мұнай газын қоспағанда)
мұнайда оттегі барынша көп мөлшерде болғандықтан, жанудың ең жоғары жылуы
бар. Осыған байланысты мұнайдың жанғыш қасиеттері сутегі мен көміртегінің
(Н : С) % мөлшерімен сипатталады. Күкірт гетероатомды қосылыстардың
құрамына кіреді. Құрамындағы күкіртіне қарай мұнайлар үш класқа бөлінеді:
азкүкіртті мұнайларда 0,5% ға дейін болады, күкірттілерде - 0,51 ден 2,0
% ға дейін, ал жоғары күкірттілерде 2,01 % дан жоғары блады. Мұнайда азот
пен оттегі сәйкесінше — 0,8 және 3,0% (мас.) дейін болады. Мұнай күлінен
30-ға жуық металл табылған, олардың ішінде ең көп тарағандары V, Ni, Fe,
Cu, Mg, Al.болып табылады.
Пентаннан гексадеканға дейінгі парафинді көмірсутектер қалыпты
жағдайда сұйық күйде болады. Олар мұнайдың ашық дистилятты фракциясының
құрамына кіреді. Құрылымдарына қарай олар қалыпты құрылымды алкандарға
және тармақталған алкандарға (изоалкандар) бөлінеді. Молекуладағы
көміртекті атомдардң бір ғана санында тармақталған тізбекті көмірсутегілер
қалыпты құрылымды көмірсутегілерден тығыздығынығ төмендігімен, суу
температурасы және қайнау температурасыменерекшеленеді. Тармақталған
тізбекті парафинді көмірсутегілер бензиннің жоғары сапасын қамтамасыз
етеді, ал қалыпты құрылымды парафиндер корбюраторлық двигетальдердегі
отынның әрекетіне кері әсер етеді, өйткені тотығу тұрақтылығы төмен
болғандықтан ең аз детанциялық тұрақтылыққа ие.
Авиациялық керосиндерде отынның төментемпературалы қасиеттерінің
нашарлауына байланысты қалыпты алкандар болмауы тиіс, өйткені қалыпты
құрымылымның көмірсутегілері жоғары температурада суиды, бұл отындарда -
60 °C ге дейінгі температурада кристалдардың пайда болуына болмайды.
Дизельдік отындарда тұтанғыштығы (максималды сәйкестігі Н:С), жақсы
болғандықтан қалыпты алкандардың болмағаны абзал, сонымен қатар отынның суу
температурасын жоғарылатады. Сондықтан дизельдік отындарда болатын қалыпты
парафиндік көмірсутегілердің мөлшері ГОСТ бойынша суу температурасымен
анықталады. Мұнай фракцияларынан бөлінген қалыпты құрылымдардың сұйық
парафиндері технологиялық және тұрмыстық еріткіштер ретінде, ақуыз-
дәруменді концентраттар өндірісіне арналған шикізат ретінде, полимерлі
композиция және пластификатор ретінде қолданылатын хлорпарафиндерді алуға
арналған шикізат ретінде, жасанды күл, қабыршақ, лак алу үшін,
сульфохлортуынды (өндірісіне арналған шикізат ретінде кең қолданысқа ие.
Парафинді көмірсутегілер С17 қалыпты жағдайда қатты заттар, олардың
балқу температурасы молекулалық массаның ұлғаюына қарай жоғарылайды. Қатты
көмірсутегілер парафиндер мен церезиндердің құрамына кіреді. Парафиндер
кристаллдардың пластинкалы және ленталы құрылымдарымен сипатталады, олардың
балқу температурасы 40-тан 70 °C –ге дейін ауытқиды, молекуладағы
көміртегі атомдарының саны - 21-ден 32-ге дейін, молекулалық массасы -
300-ден 450 гмольге дейін. Қатты парафиндер 350-500 °C температурада
қайнайтын майлы фракцияларда болады, бұл осы фракциялардың жоғары
температурада сууының себебі болып табылады.
Церезиндердің кристалдары инетектес құрылымға ие. Олардың құрамына
парафинді көмірсутегілермен қатар қатты нафтенді және жанында ұзын тізбегі
бар ароматты көмірсутегілер кіреді. Бір ғана балқу температурасында
церезиндер парафиндермен салыстырғанда иілгіштігімен, тұтқырлығымен және
молекулалық массасымен сипатталады. Церезиндер вакумдық айдалған мұнайдың
қалдықтарында шоғырланады, гудрондарды жұмсарту температурасын
жоғарылатады. Балқуы төмен қатты парафиндер негізінен қалыпт құрылымды
көмірсутегілер болып табылады, ал балқуы жоғары өнімдерге – тауарлық
церезиндерге – оардың изомерлі формасы жатады.
Қатты парафиндер синтетикалық майлы қышқылдарды, жуғыш заттар,
хлорпарафиндер мен олефиндерді алуға арналған шикізат ретінде, қорғаныш
жабыны ретінде, мастика мен консисттенттік майлағыш дайындауға,
электроникада оқшаулағыш материл ретінде, сонымен бірге порфюрмер
өнеркәсібінде және шырақ дайындауға пайдаланылады. Церезиндер өнеркәсіпте
және тұрмыста қорғаныш жабыны ретінде, әртүрлі майлар мен мастикалар,
канатты майлағыштардың негізі ретінде т.б.кең қолданысқа ие.
1.1.2 Қаныққан және нафтенді көмірсутегілер
Мұнайда өте сирек және аз мөлшерде олефиндер (бакиндік, галицийлік,
пенсильдік, эльзалық) кездеседі. Олеиндердің және кейбір басқа да
Қаныққан көмірсутегілердің түрлері деструктивті айдалған мұнай өнімдерінде
кездеседі. Бұл көмірсутегілер реакциялық қабілетінің жоғарылығымен
ерекшеленеді және сондықтан оңай полимерленеді, шайырланады, бұл мұнай
өімдерінің сақтау және пайдалану мерзімінің азаюына әкеліп соғады.
Қаныққан көмірсутегілер мотор отыны мен майлағыш майлардың жағымсыз
компоненттері болып табылады. Көптеген Қаныққан көмірсутегілер – ацетилен,
этилен, пропилен, бутилен, бутадиен – полиэтилен, полипропилен, синтетикалқ
спирт және каучук, пластикалық масса және басқа да өнімдер өндірісінде
қолданылады.
Мұнайдың жеңіл фракцияларының нафтенді көмірсутегілері негізінен
циклопентан мен циклогексан гомологтарынан тұрады. Мұнайларда бір, екі, үш
және төрт циклды нафтенді көмірсутегілер байқалған. Суммарлы моноцикды
нафтендер парафинді мұнайларда 300 °C дейінгі фракцияларда шамамен 20 - 30
% (мас.) және нафтен типті мұнайларда 85- 90 % (мас.) дейін болады.
Полициклды нафтендер негізінен мұнайдың 300 °C тан жоғары фракцияларында
болады, ал 400-500 °C фракцияларда барлық изомерлердің мөлшері әдетте 70-80
% (мас.). жетеді. Полициклды нафтендердің изомерлерінде әдетте ұзын
бүйірлі тізбек болады, және бұл алкельді тізбек (қалыпты және тармақталған
құрымда) қаншалықты ұзын болса, соғұрлым мұндай көмірсутегілер гибридті
қасиетке ие болады (нафтенді және парафинді көмірсутегілердің қасиеттері
қиылысады).
Нафтендер мотор отыны мен майлағыш майлардың маңызды құрамды бөлігі
болып таблады. Автомобиль бензиніне олар жоғары эксплуатациялық қасиет
береді. Бензин фракцияларында болатын нафтенді көмірсутегілер каталикалық
риформинг процесінде ароматтыға айналады, майдың негізгі құрамды бөлігі
бола отырып, олар майлағыш майларға қойылатын негізгі талаптардң бірінің
орындалуын – температура өзгергенде тұтқырлығының аз ғана өзгеруін
қамтамасыз етеді. Молекуладағы көміртегі атомдарының бірдеу санында
нафтенді көмірсутегілер парафинді көмірсутегілерге қарағанда жоғары
иілгіштікке және аз суу температурасына ие. әсіресе бұл тіркесім ұшатын
аппараттардың отынына аса маңызды, себебі энергетикалы сипаттамасы 1л отын
жанғанда бөлінетін жылумен анықталады.сондықтан көмірсутекті реактивті және
зымыран отындарының көпшілігі нафтенді көмірсутегілерінің концентраттары
болып табылады.
Мұнайхимияда нафтендер бензол мен тонуол (Зелинсий реакциясы) алуға,
капролактама алуға (циклогексанның қышқылдануы сатысы арқылы), дәрі-дәрмек
(туынды адаматана) және полимер алуға арналған шикізат көзі болып
табылады.
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер)
Мұнайдың құрамына бірден төртке дейінгі циклды ароматты көмірсутегілер
кіреді. Олардың реакция бойынша орналасуы әртүрлі. Ауыр мұнайларда олардың
құрамы фракциялардың қайнау температурасының жоғарылауымен бірден өседі.
Тығыздығы қалыпты мұнайларда және нафтенді көмірсутегілерге бай ароматты
көмірсутегілер барлық фракцияларда біркелкі бөлінеді. Бензинді фракцияға
бай жеңіл мұнайларда фракциянаың қайнау температурасы жоғарылғанда ароматты
көмірсутегілер бірден төмендейді. Бензинді фракциялардың ароматты
көмірсутегілері (н.к. - 200 °C) бензол гомологтарынан тұрады. Керосинді
фракцияларда (200-300 °C) бензл гомогтарымен қатар аз мөлшерде нафталин
туындылады болады. Ауыр газойл фракцияларының арматты көмірсутегілері (400-
500 °C) гафталин және антрацен гомологтарынан тұрады. Ал мұнай айдаудың
деасфальтты қалдықтарында балқу температурасы 32 °C ауыр ароматты
көмірсутегілер байқалған.
Көмірсутегілердің басқа топтарымен салыстырғанда ароматтылардың
иілгіштік қасиеті жоғары. Тұтқырлығы жағынан олар парафинділер мен
нафтенділердің ортасында.
Бүйірлі тізбегі бар ароматты көмірсутегілер бензиннің детонациялық
қасиетін жоғарылатады, бірақ рективті және дизельді отынның бензиндерін
олардың жану және экологиялық жағдайының сипаттамасын нашарлататындықтан
сапасын төмендетеді. ГОСТ талаптарына сәйкес реактивті отындардың құрамында
ароматты көмірсутегілер 20-22 % (мас.) аспауы тиіс. Олардың қажет мөлшері
тығыздығы жоғары авиакеросиндердің болу қажеттілігіне шартты.
Ұзын бүйірлі изопарафинді тізбегі бар моноциклді ароматты
көмірсутегілер майлайтын майларға жақсы сұйықтықты-температуралы қасиет
береді. Мұнда бүйірлі тізбексіз ароматты көмірсутегілер мен
полициклділердің болмағаны абзал. Алайда майлайтын майлардың хмиялық
тұрақтылығын жоғарылатуда олардың құрамында аз мөлщерде полициклді
көмірсутегілер қалдыру керек.
Ароматты көмірсутегілер көмірсутегілердің басқа топтарымен
салыстырғанда органикалық заттарда жоғары ерігіш қабілетке ие, бірақ
олардың құрамы көптеген мұнай ерігіштерінде жоғары улылығынан шектеледі
(ауадағы бензол буларының концентрациясы 5 мгм3 құрайды, толуола және
ксилолдар - 50 мгм3).
Қазіргі уақытта ароматты көмірсутегілер мұнайөнімдерінің
компонентіретінде, еріткіштер, мұнайхимия синтезіне арналған шикізат
ретінде, сондай-ақ өндірірісте жарылғыш заттар ретінде пайдаланылады.
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды қосылыстары
Гетероатомды қосылыстар – бұл бір немесе бірнеше химиялық
элементтердің әртүрлі атомдарынан – күкірт, азот, оттегі, хлор және
металлдан тұратын кез келген топтың көмірсутегілері негізіндегі химиялық
қосылыстар.
Мұнайдың гетероатомды қосылыстары терең зерттеу нысаны болып
табылады, олар мұнай өңдеу технологиясына, өңделген ақырғы өнімнің
қолданғыш қасиетіне және қоршаған ортаны ластау деңгейіне барынша әсер
етеді.
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар қосылыстар.
Байланысқан күйде мұнайда 0,02 ден 6 % (мас.) дейін күкірт бар.
Мұнайдың құрамында күкірт көбейгенде олардың тығыздығы, кокстелуі, шайыр
мен асфальтендері жоғарылайды.
Күкіртті жеке фракцияларға бөлу мұнайдың табиғаты мен күкіртті
қосылыстардың типіне байланысты. Әдетте күкірттің құрамы қайнауы төменнен
қайнауы жоғары фракцияларға өседі және вакуумде айдалғана мұнай
қалықтарында максимумға жетеді.
Мұнайдағы күкіртті қосылыстардың типтері әртүрлі. Жеке мұнайларда ұзақ
уақыт сақтағанда амфорлы масса түрінде резервуарға түсетін бос күкірт бар.
Басқа жағдайларда күкірт мұнайларда және мұнай өнімдерінде байланысқан
күйде болады: (меркаптандар, сульфидтер, дисульфидтер, тиофендер,
тиофандар). Мұнайдың және мұнай фракцияларының күкіртті қосылыстарының үш
түрі бар.
Бірінші топқа күкіртсутектер мен меркаптандар жатады. Табиғиғ
мұнайларда күкірттісутек (H2S) еріен күйде аз мөлшерде (0,01- 0,03 % мас.)
болады. Оның негізгі мөлшері мұнаймен қатар алынатын ілеспе газға кетеді.
Күкіртті мұнайларды деструкцияның термиялық және термокаталикалық
реакциялармен өңдеу кезінде газдардан күкірт пен күкрт қышқылын бөліп
шығарып өндіріске жіберетін күкіртсутектері көп мөлшерде пайда болады.
Меркаптандар (RSH) мұнайларда көп мөлшерде болады, және олардың жалпы
құрамы мұнайдың барлық құрамында күкірт бар қосындыларының 2 - 10 % (мас.)
құрайды. Меркаптандарға тән қасиеттердің бірі олардың коррозиялық активтігі
болып табылады, осыған байлансты авиациялық керосиндер мен дизельдік
отындарда меркаптанды күкірттің құрамы азаяды ( 0,001 - 0,005 және 0,01%
мас. Көп емес сәйкесінше). Олар бензиндерде антидетонациялық қасиеттерін,
химиялық тұрақтылығын нашарлатады және жану толықтығын азайтады.
Меркаптандардың иісі өте күшті және жағымсыз, ол тіпті 1·10-7 %.
Білінеді. Оның бұл қасиеті газ шаруашылығында пайдаланылады, онда олар
тұрмыстық газдың ағуын байқауға арналған одорант (этил-меркаптан) ретінде
қолданылады. Меркаптандардың жағымсыз иісі олардың молекулалық массасы
жоғарылағанда азаяды.
Меркаптандардың сілтімен және металлмен әсер ететін қабілеттеріне
оларды мұнайдың жеңіл фракцияларынан жоюдың өндірістік процесстері
негізделген (демеркаптанизация). Екінші топқа суыққа бейтарап және
термиялық тұрақсыз сульфиды (R-S-R' алифатты, Ar-S-Аг диарилсульфидтер
немесе аралас Ar-S-R ) және дисульфидтер (R-S-S-R') жатады.
Сульфидтердің иісі меркаптандарға қарағанда әлсіз боады, олар
бейтарап және сондықтан сілітімен шықпайды. Құрылымы жағынан сульфидтер
қарапайым эфирлердің аналогы болып табылады. Сонымен қатар олар тотығуға
бейім, және олардың бұл қасиеті сульфоксидтерді алуға пайдаланылады.
дисульфидтер мұнайда аз мөлшерде болады, бірқ олар сульфидтерге қарағанда
реакцияға бейім болады. Жылытқан кезде көмірсутегілерге, меркаптандарға
және күкіртсутектерге оңай бөлінеді.
Күкіртті қосылыстардың үшінші тобына химиялық аз активті, тотығуға
берік, термиялық тұрақты циклді қосылыстар – тиофандар мен тиофендер
жатады.
Әртүрлі аймақтардағы мұнайлардың аталған құрамында күкірт бар
қосылыстарының арақатынасы: меркаптандар – 2 – 10 %, сульфидтер – 7 - 40 %
(орташа 18 %), тиофендер – 50-90 % (орташа 50 %) құрайды. Құрамында күірт
бар қосылыстардың жоғарыда аталғаннан басқа түрлері мұнайдың қайнауы жоғары
фракцияларында басқа да мұнайдың күрделі полициклді қосылыстары бар.
Құрамында күкірт бар қосылыстардың көпшілігі бояғыштарды алуға,
полимерлердің стабилизатоларын, дәрі дәрмектерді алуға арналған шикізат
ретінде пайдаланылады. Қазіргі уақытта мұнай фракциялары мен айдалған мұнай
қалдықтарын күкіртсіздендірудің ең жақсы әдісі катализаторлармен және
сутегінің қысымымен тазалау болып табылады. Сөйтіп күкіртті қосылыстар
кейін күкірт қышқылы мен элементарлы күкірт алуда пайдаға асырылатын күкірт
сутекке айналады.
1.1.4.2 Азот және азотты қосылыстар
Азот мұнайларда мұнайдағы ақуыздардың құлауы нәтижесінде пайда болған
деп есептелген. Әртүрлі мұнайлардың құрамында азоты бар заттарының құрамын
зерттеу оларда азот негізгі, бейтарап және ықшқыл сипатқа ие қосылыс
түрінде болатынын көрсетті. Негізгі сипатты азотты қосылыстардың қатарына
пиперидин, пиридин және хинолин, сонымен қатар үш циклы бар қосылыстар –
фенантридин және оның алкиларалас изомеры жатады. Мұнайларда азот жалпы
құрамының 30 - 60 % құрайды.
Азоттың бейтарап қосылыстарына бензолпиррол (индол), карбазол жатады.
Осы топқа порфириндер де (циклды тетрапиролдар) жатады. Олар құрылымы
жағынан болжаммен мұнай генезисіннен шққан зат – хлорофилдерге ұқсас. Бұл
ванадий және никель металлдары кіретін жоғарымолекулалы көмірсутегілермен
азоттың біріккен кешені. Қышқыл құрамында азот бар қосылыстрға пиррол және
оның алкилараластары жатады. Мұнайдың басқа да азотты қосылыстарына
жататындар: аминқышқылдары аммоний тұздары (битумдардың адгезиондық
қасиеттерін жақсартуға қабілетті қоспалар), азот пен күкірт кіретін аралас
қосылыстар (тиолинолин),азот және оттегі (гидроксипиридин), азот және
металл (ванадилпорфирин).
Мұнайдағы азот 0,6 % дан(мас.) өте сирек асады. Бензинді фракцияларда
мөлшері шамалы (0,0002-0,0005 % мас.), ал мұнайдың фракциясының қайнау
температурасы жоғарылағанда оның концентрациясы бірден көбейеді. Құрамында
азоты бар қосылыстардың негізгі мөлшері 500 °C мұнайдың фракцияларында
болады.
Азотты негіздердің дезинфекциялаушы құрал, антисептик,тер, коррозия
ингибаторы, майлағыш майлар мен битумдарға қоспа ретінде,антиокислитель
ретінде пайдаланылады. алайда жағымды әсерлерімен қатар олар жағымсыз
қасиеттерге ие – мұнайды диструктивті қайта өңдеу процестерінде
катализаторлардың активтілігін төмендетеді, мұнай өнімдерін қарайтады және
шайырландырады. Бензинде азотты қосылыстардың жоғары концентрациясы олардың
каталикалық риформингінде жоғары кокстелу мен газдануына әкеліп соғады.
Олардың бензинде аз мөлшері карбюраторда шайырдың жиналуына және
двигательдің поршенді тобында лактың пайда болуына әсер етеді. Дизельді
отындарда азоттың болуы отынның қараюы мен шайырлануы сияқты процестердің
интенсификациясына әкеліп соғады.
Азотты мұнай фракцияларынан күкірт қышқылының 25 %-дық ерітіндісімен
(лабораторилық жғдайда) және гидратациялау арқылы (бір мезгілде күкірттен
гидротазалау) жояды.
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар қосылыстар
Оттегі мұнайларда болар болмас мөлшерде қарапайым (алифатты) карбон
қышқылы, фенолар мен асфальтшайырлы заттардың нафтенді қышқылдары түрінде
болады.
Қарапайым карбон қышқылдары бензинді және керосинді фракцияларда
болады. Олар мұнайларда 0,05 тен 0,1 % (мас.). дейін болады.
Нафтенді қышқылдар циклды құрылымды карбон қышқылдары, негізінен
туынды бесмүшелі наффтенді көмірсутегілер. Жеке мұнайларда би- , три- және
тетрациклды нафтенді қышқылдар табылған. Нафтенді қышқылдар мұнайларда 1,0
- 1,2 % (мас) болады. Нафтен қышқылдарының ең аз мөлшері парафинді
мұнайларда және олардың фракцияларында, ал ең көп мөлшері шайырлы
мұнайларда болады.
Нафтенді қышқылдарды фракцияларға бөлу біркелкі емес: олар көбінесе
жеңіл және орта газойльді фракцияларда, ал бензинкеросинді және
дистиляттыдарда өте аз болады.
Нафтенді қышқылдар – қатты жағымсыз иісі бар тығыздығы 0,96 - 1,0 а з
ұшатын майлы сұйықтықтар. Олар суда ерімейді, бірақ мұнайөнімдерінде,
бензолда, спирттерде және эфирлерде оңай ериді. Техникада шпал
пропиткалары үшін, каучукты вулкандалған заттардан регенерациялауда, сабын
өндірісінде май қышқылдарын алмастырушы және антисептикалық құрал ретінде
пайдаланылады. нафтенді қышқылдардың металлды тұздары, атап айтқанда
кальцилісі консистентті майлағыш өндірісінде пайдаланылады. нафтенді
қышқылдардың болуы мұнай өнімдеріне активті коррозиялық қасиет береді.
Мұнайларда фенолдар (туынды ареналар) 0,003 тен 0,05 % (мас.). дейін
ауытқиды.
1.1.5 Асфальтшайырлы заттар
Асфальтшайырлы заттар барлық дерлік мұнайлардың компоненттері болып
табылады. Сирек кездесетін ақ мұнайлар құрамында қошқыл шайыры бар
мұнайлардың түссізденуі әртүрлі дәрежедегі өнімдер, олар терең жер
қойнауынан саз қалыңдығы арқылы миграцияланған. Асфальтшайырлы заттардың
химиялық құрамы мен маңызы мұнайды қайта өңдеу бағыты мен мұнайды қайта
өңдеу зауыттарындағы кестелерде технологиялық процестерді таңдауға әсер
етеді. Жеңіл мұнайларда асфальтшайырлы заттардың мөлшері 4 - 5 % дан
аспайды, ал ауыр мұнайларда 20 % және одан да көп болады. Асфальтшайырлы
заттардың химиялық құрылымы нақты белгіленбеген. Олардың өте күрделі
құрамына байланысты олар полициклды, гетероциклды және металлоорганикалық
қосылыстардың кешені болып табылады.
Асфальтшайырлы заттар төрт топқа бөлінеді: бейтарап шайырлар,
асфальтендер, карбендер және карбондтар, асфальтогенді қышқылдар және
олардың ангидридтері.
Бейтарап шайырлар – тығыздығы шамамен бір, қою-қызыл түсті жартылай
сұйық, ал кейде тіпті қатты заттар. Олар петролейлі эфирде, бензолда,
хлорформада және тетрохлорметанда ериді. Асфальтендерге қарағанда бейтарап
шайырлар шынайы ерітінділер жасайды. Шайырлардың құрамына көміртегі мен
сутегінен басқа күкірт және оттегі кіреді.
Оларды шайырлы-асфальтенді заттар (ШАЗ) деп жиі атайды.
Көмірсутегілер шайырларда көп мөлшерде бүйірлі парафинді тізбегі бар
ароматты және нафтенді циклдар түрінде болады. Массалық сәйкестігі
көміртегі: оттегі шамамен 8:1 құрайды. Күкірт пен оттегі гетероциклдық
қосылыстардың құрамына кіреді. Шайырлар химиялық тұрақсыз. Адсорбенттердің
әсер етуімен оттегі болғанда бірен-сран олардың асфальтендерде тотығу
конденсациясы жүреді. Шайырлрдың физикалық қасиеттері олардың мұнайдың
қандай фракцияларынан бөлініп шыққанына байланысты. Барынша ауыр
фракциялардың шайырларының тығыздығы , молекулалық массасы, бояу қабілеті
жоғары және оларда күкірт, азот және оттегі көп болады. Бензинге сабанды-
сары түс беру үшін бар жоғы 0,005 % ауыр шайыр қосу жеткілікті.
Шайырлар – барлық моторлық отындардың болмағаны абзал компоненті,
олар двигательдерде күйік жиналуыны болуының көзі және отынның толық жануын
азайтады. Құрамында шайырлары бар фракцияларды каталикалық қайта өңдеу
кезінде катализаторлардың бетінде кокс пайда болуы жоғарылайды және
соңғылары жылдам дезактивацияланады.
Кокс өндірісіне бағытталған қайнау температурасы 450 - 500 °C
жоғары мұнай қалдықтарында шайырлардың болғаны абзал, олар бұл процесте
коксогенді компоненттердің бірі болып қызмет етеді.
Асфальттендер қара және құба қатты, морт, балқымайтын, тығыздығы
бірден артық жоғарымолекулалы заттар. Асфальттендер 300 °C ден жоғары
температурада газ бен кокске ажырайды. Өте жоғары температурада (400 - 450
°C) асфальтендерден ұсақ кеуекті, бастапқы жоғары тығыз мұнай коксі пайда
болады. Оларың бұл қасиеті сәйкес технологиялық процестердің негізінде
жатыр. Олар петролейлі эфир, пентан, изопентан және гексан сияқты полярсыз
еріткіштерде ерімейді. Пентан мен петролейлі эфирді лабораторияларда
асфальтендерді олардың шайырмен қоспасынан және мұнай көмірсутегінен
қоршауға жиі пайдаланады. Сұйық пропан да сол мақсатта өндірісте
(деасфальтизация процесі) шайырлар мен асфальтендерді гудрондардан қоршуға
пайдаланылады. Асфальтендер пиридинде, күкірткөміртегінде,
тетрахлорметанда, сондай-ақ бензолда және басқа да ароматты
көмірсутегілерінде ериді. Көміртектерінің сәйкестігі: асфальтендерде сутегі
шамамен 11:1 құрайды. Асфальтендердің химиялық құрылымы аз зерттелген.
Олардың молекулалық массасы мыңдап есептеледі. Оларда шайырдан ггөрі
күкірт, оттегі және азот көп. Асфальтендер шайырлы мұнайларда әдетте 2 - 4
% (мас.) құрайды.
Асфалтендер мен шайырлардың шоғырланған қоспасы – ауыр мұнай
қалдықтарынан оларда шайыр мен асфальтендерің шоғырлануы жолымен немесе 220
- 260 °C температурада ауаның оттегімен тотығуымен алынатын жақсы
байланыстыратын және гидроизоляциялайтын зат (битум). Сонымен қатар табиғи
мұнайбитумдары бар, олард шайырлар мен асфальтендер сомамен 60 - 80 %
(мас.) құрайды. Мұндай мұнайбитумдардың қоры мұнай қорымен бірдей, тіпті
одан көп.
Асфальтендердің тығыздалу өнімдері карбендер мен карбоидтер.
Карбендер бензолда ерімейді, және пиридин мен күкірткөміртегінде жарым-
жартылай ериді. Ккарбоидтар қандай да бір органикалық және минералды
еріткіштерде ерімейді. Карбоидтардың элементті құрамы шамамен келесідей ( %
(мас.)): С - 74,2; Н - 5,2; S - 8,3; N - 1,1; О - 10,8 және күлді
компоненттері - 0,4.
Асфальтогенді қышқылдар мен олардың ангидридтерінің сырт бейнесі
бейтарап шайырларға ұқсас. Бұл майлы, барынша тұтқыр, кейде қатты қара
заттар, олар петролейлі эфирде ерімейді және бензолда, спиртте және
хлороформада жақсы ериді. Асфальтті қышқылдардың құрылымы зерттелмеген.
Оларда үш активті топ, мүмкін екі гидроксильді және бір қышқылды топ бар
деген болжам бар. Оларды полинафтенді қышқылдар деп атауға болады.
Асфальтенді қышқылдардың тығыздығы бірден артық.
1.1.6 Құрамында металл бар қосылыстар
Мұнайда 30 шақты металл байқалған, ең бастысы ауыспалы валентті
металлдар (V, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cu, Cr, Ti және т.б..). олар көп емес
және 0,05 % (мас.) (500 мгкг) сирек асады.
Құрамында металл бар қосылыстардың ішінде металлопарафиндер –
ванадийпарафириндер мен никельпорфириндер толық зерттелген. Бұл қосылыстар
әдетте қайнау температурасы 400 °C тан жоғары фракцияларда шоғырланады.
Мұнайдың ауыр бөліктерінде металлдың болмағаны екі себептен дұрыс.
Біріншіден, бұл фракцияларды каталикалық қайта өңдеу кезінде бұзылады, ал
бөлінген металлдар катализатор буында қалады және оларды
деактивизациялайды. Екіншіден, ауыр қалдықтарды қазандық отыны ретінде
жандырған кезде күлдің өте коррозиялы-активті компоненті - ванадий
пентаоксиді (V2О5) түзіледі, ол қазандық пен басқа құралдарды коррозияға
ұшыратады.
Мұнай фракцияларынан металлдарды жою - өте көп жұмысты міндет. Олар
жарым-жартылай ( 40 - 50 %) гидротазалау кезінде және қалдықтарды терең
деасфальттау және шайырсыздандыру жолымен жойылады. Мұнай мен оның ауыр
фракцияларының құрамында металлдың болуы спектральды әдіспен нақтырақ
анықталады.
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау негіздері
1.2.1 Фракциялық құрам
Мұнай және мұнай өнімдері көмірсутегілер ме көмірсутегілер емес
қосылыстар сияқты күрделі қоспалар болып табылады, оларды айдаудың кәдімгі
әдістерімен жеке қосылыстарға бөлу мүмкін емес. Мұнай және мұнай өнімдерін
жеке бөліктерге айдау жолымен бөледі, олардың әрқайсысы күрделі қоспа болып
табылады. Мұндай бөліктерді фракциялар немесе дистиляттар деп аталады.
Мұнай фракцияларында жеке қоспалармен салыстырғанда қайнаудың тұрақты
температурасы болмайды. Олар белгілі бір температура аралығында қайнайды,
яғни, қайнаудың басталу және аяқталу температуралары бар. Қайнаудың басталу
және аяқталу температуралары фракцияның химичлық құрамына байланысты.
Сөйтіп, мұнай және мұнай өнімдерінің фракциялық құрамы оларда белгілі
бір иемпературалық аралықта қайнайтын әртүрлі фракциялардың (көлемде және
массалық процентпен) бар екенін көрсетеді. Бұл көрсеткіштің практикалық
маңызы зор. Мұнайдың фркциялық қасиетіне қарай олардан қандай мұнай
өнімдерін және қанша мөлшерде бөліп алуға болатынын біледі, ал бензин және
басқа да моторлық отындардың фракциялық құрамы олардың булануын, булану
толықтығын т.б.сипаттайды.
Мұнай фракцияларының белгісіне әдетте олардың қайнау температурасы
кіреді: мысалы, фракция 200 - 350 °C деген сөз 200 ден 350 °C температура
аралығында қайнайтын фракция дегенді білдіреді.
Өндіріс құрылғыларында мұнайдан бөлініп шығатын негізгі фракциялар
келесілер:
- бензиндік (қайнаудың басталуы) (28°С) - 180 °C (керосиндік
фракцияның сұрыптауынсыз) немесе қайнаудың басталуы (28°С) - 150 °C (
керосиндік фракция сұрыптаумен);
- керосинді 150 - 250 °C;
- дизельді (180°С) - 350 °C (керосинді фракцияны сұрыптаусыз) немесе
250 - 350 °C ( керосинді фракцияны сұрыптаумен). Көп жағдайда дизельді
фракцияны ауырланған фракциялық құрамнан қайнаудың аяқталуы 360 °C
сұрыптайды.
Бұл фракциялардың сомалық шығуы ( 360 °C дейін) мұнайдағы ақшыл
фракциялардың мөлшерін құрайды.
350 (360 °C) – мазут қалдығынан 350 (360 °C) - 500 (550 °C) вакуумды
газойль және мұнайды қайта өңдеудегі ең ауыр өнім - гудрон 500 ( 550
°C) алынады.
Мұнай немесе мұнай өнімдерінің фракциондық құрамын анықтаған кезде
белгілі бір жағдайда стандартты аспапта айдайды және координат жүйесінде
қисық айдау : абсса осі - фракциялардың (айдау) % (об.) бойынша немесе
% (мас.) бойынша және ординат осі - °C қайнау температурасы. Мұнай және
мұнай өнімдерінің фракциялық құрамын анықтаудың барлық әдістерінің
негізінде айдау (дистиляция) процесі жатыр.
Дистиляция – сұйықтықты біртіндеп буландыру немесе екі фаза (айдау)
пайда болатын бу қоспсын бөлшектеп конденсациялау жолымен көмірсутегілердің
күрделі қоспаларын бөлу процесі, мұндағы булы қайнау төмен компонентпке
(қтк) баиды, ал сұйық бастапқы қоспасымен салыстырғанда қайнауы жоғары
компонентке (қжк) баиды.
Айдаумен ежелгі мысырлықтар айналысқан, олар оны өнердің бір түрі деп
есептеген, және абыз дар оны ғибадатханаларда зерттеп, бұл өнерді құпия
ғылым ретнде күзеткен. Шленцтің пікірінше, айдау жаңалығын ашқан парсылар
дейді, ал олар алғашында қызғылт суды алу үшін пайдаланған болар. А.Липман
айдау туралы мәліметтер шамамен б.э.д. 1050 ж жататын Эберс
папирустаарынан (Papyrus Ebcrs) кездесетінін айтады.
Мұнай сияқты ауыр қоспны қыздыру кезінде бу фзсына ең алдымен жоғары
ұшатын қабілетке ие қайнау төмен компоненттер өтеді. Олармен бірге
біртіндеп қайнауы жоғары компоненттер өтеді, алайда үнемі қайнауы төмен
компоненттер қайнап жатқан сұйыққа қарағанда буларда көп болады. Қайнауы
төмен компоненттердің Айдауына қарай қалдық қайнау жоғары компонентке
баиды. Қайнауы жоғары компоненттердің қаныққан буларының қысымы осы
температурада сыртқы қысымнан төмен болғандықтан, соңында қайнау тоқтауы
мүмкін. Тоқтаусыз қайнату үшін, сұйықты үздіксіз қыздыру керек. Сөйтіп
қайнаудың температурасы өскен сайын буларға жаңа компонеттер өте береді.
Кетіп бара жатқан булар конденсацияланады, пайда болған конденсатты жеке
мұнай фракциялары түрінде компонеттердің қайнау температуралары аралығы
бойынша ажыратады.
Фракцияларға бөлу мақсатында мұнай және мұнай өнімдерін айдауды
біртіндеп немесе бірден буландыру арқылы жүзеге асыруға болады. Біртіндеп
буландыру арқылы айдау кезінде пайда болған буларды айдау аппаратынан
үздіксіз шығарады, олар шоғырланады және конденсатор-тоңазытқышта
суытылады, сөйтіп қабылдағышта сұйық фракция түрінде жиналады. Қыздыру
кезінде пайда болған буды айдау аппаратынан бір әдіспен (бір рет) бу
фазасын сұйықтан ажырататын берілген температураға жеткенге дейін
шығармаса, бұл процесс бір рет буландыратын айдау деп аталады. Бұдан кейін
қисық БА құрады. Қайнауы жоғары компоненттердің бір бөлігі дистиляттқа
кетіп, ал қайнауы төмен компоненттері сұйық фазада қалатындықтан, мұнай
өнімдерін санаулы фракцияларға біртіндеп те, бір реттік буландырумен де
толықтай ажырату мүмкін емес. Сондықтан дефлегмациялық немесе
ректификациялық айдауды пайдаланады. Ол үшін мұнай немесе мұнай өнімі
колбада қыздырылады; айдау кезінде пайда болған, қайнауы жоғары
компоненттерінен айырылған булар арнайы аппарат – дефлегматорда суытылады
және сұйық күйге – флегмаға айналады. Флегма төмен қарай ағып, қайтадан
пайда болған бумен кездеседі. Жылуалмасу нәтижесінде флегманың қайнауы
төмен компоненттері буланады, ал будың қайнауы жоғары компоненттері
конденсацияланады. Дефлегмациясыз, будың мұндай контактісімен фракцияларға
толық бөлінуге қол жеткізіледі.
Тағы бір одан да толық бөліну ректификациялық айдау кезінде жүреді.
Мұндай айдауға арналған аппарат айдау колбсынан, ректификациялау
колоннасынан, конденсатор-тоңазытқыштан және қабылдағыштан тұрады.
Ректификациялау ректификациялау колоннасында жүзеге асырылады.
Ректификациялау кезінде бу ағымы мен төменге ағатын конденсат – флегма
байланысады. Флегмаға қарағанда булардың температурасы жоғары, сондықтан
жанасу кезінде жылуалмасу жүзеге асады. Мұның нәтижесінде қайнауы төмен
компоненттер флегмадан бу фазасына ауысады, ал қайнауы жоғары компоненттер
конденсацияланады және сұйық фазаға ауысады. Ректификациялау процесін
тиімді жүргізу үшін бу мен сұйық фазаның арасы барынша тығыз жақындасуы
тиіс. Бұл колоннада орналасқан ерекше жанастырушы құралдардың (саптама,
тарелка т.б.) көмегімен жүзеге асырылады. Негізінен қоспаның
компоненттерінің толық бөлінуі жанасу сатысының саны мен буға қарсы ағатын
флегманың санына (суландыру) байланысты болады. Флегманың пайда болуы
үшін колоннаның жоғарғы бөлігінде конденсатор-тоңазытқыш орналасқан. Толық
ректификациялау нәтижесі бойынша қисық ҚНТ (қайнаудың нақты температурасы)
құрылады.
Мұнай және мұнай фракцияларының фракциялық құрамын анықтау
лабораторияда жүргізіледі. Лабораториялық практикада айдаудың келесі
түрлері кең тараған.
1. Біртіндеп буландыру принципіне негізделген айдау:
атмосфералық қысымда 350 °C дейін қайнайтын мұнай және мұнай
өнімдерінің қарапайым айдауы;
төмен қысымда (вакуумның астында) 350 °C тан жоғары температурада
қайнайтын мұнай өнімдерінің қарапайым айдауы;
дефлемациямен айдау;
толық ректификациялаумен айдау.
2. Бір ретті булндыру принципіне негізделген айдау.
Жоғары молекулалы қосылыстар мен шайырларға арналған молекулалық
дистиляция.
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық негіздері
Айдау және ректификациялау процестерінің теориялық негізін салуға
отандық ғалымдар зор үлес қосты: С. А. Багатуров, А. Г. Касаткин, А. Н,
Плановский, А. И. Скобло, Р. Г. Эмирджанов, А. М. Трегубое, А. И. Смирнов,
С. Н. Обрядчиков, И. А. Александров, А. А. Кондратьев және т.б. Қазіргі
уақытта айдау және ректификациялау процестерін есептеудің теориялық
негіздерінің кейбір аспектілерін өңдеу жалғасуда.
Бұл мұнай және оның фракциялары күрделі көпкомпонентті дисперсті жүйе
екендігімен, онда көмірсутегілер, әсіресе молекулалық құрылымы әртүрлі
көпкомпонентті қоспаларда азотропты қоспалар, күрделі құрылымды заттар,
әртүрлі дисперсті қоспалар т.б.жсауға қабілетті екендігімен түсіндіріледі.
Әрине, бұл күрделі мұнай қоспаларының әрекеті Рауль және Дальтон заңына
бағынатын идеал газдар мен идеал ерітінділердің әркетінен әлдеқайда басқа.
Сондықтан өндірістік аспаптардың инженерлік есептеулерінде Рауль
және Дальтон заңдарына жуық пайдлануға тура келеді. Аппараттарда қысым 0,4
МПа дейін болғанда, әсіресе мұнайдың ортаңғы фракцияларына арналған жүйелер
есептелгенде идеал газдар мен идеал ерітінділер заңдарын пайдалану мүмкін.
Есептеуде қолданудың тағы бір себебі, мұнайда және оның
фракцияларында өте көп мөлшерде жеке көмірсутегілердің болуымен және
қазіргі уақытта толықтай теңдестіру, әсіресе азеотроптық қоспалардың пайда
болуын алғанды мүмкін еместігіне байланысты. Мұның бәрі мұнай және мұнай
фракцияларының құрамы мен қасиеттері туралы түсініктерді жеңілдету
қажеттілігін тудырды. Осыған байланысты
Арнайы стандартты аспапта қайнау температурасы бойынша зерттелген
бастапқы мұнайын нақты қайнау температурасы (НҚТ бойынша айдау) бойынша
айдаудың қисығы ретінде қабылдайды, және кіші фракцияларға (5 – 10 °C)
бөледі. Мұндай әрбір кіші фракцияны фракцияның қайнауының орташа
температурасына тең, қайнау температурасымен шартты жеке компонент ретінде
қарастырады. Салыстырмалы есептеулермен белгіленгендей, А.А.Кондратьваның
ұсынуы бойынша өнімге сәйкес, фракцияларды есептеудің қанағаттандырарлық
нәтижесін алу үшін 6 дан кем емес кіші фракцияға бөлу, ал барлық мұнайды -
35 – 40 кіші фракцияға бөлу жеткілікті.
Мұнайды мұндай фракцияларға бөлу процесі арнайы аппарат-
ректификациялау колонналарында – булар мен сұйықтардың қарама-қарсы
ағымдарын жанастыруды қамтамасыз ететін ішкі құрылғылар – ректификациялау
тарелкалары немесе тұрақты саптамаларда бу және сұйық фазаларды қат-қабат
жанастыру жолымен жүзеге асырылады. Жоғары көтерілетін бу 400 - 410 °C
аспай қыздырылған мұнайдың біртіндеп булануынан пайда болады (одан жоғары
температурада қыздырғанда молекула- крекингтер қарқынды термиялық
бұзылады). Компонентті құрамы және температуралары әртүрлі (бу онымен
жанаспайтын сұйықтан, жоғары температуралы) булы және сұйық фазалардың қат-
қабат жылу және масса алмасуы нәтижесінде буларда көбірек жеңіл қайнауы
төмен компоненттер қалады, ал сұйыықтықта қайнауы жоғары ауыр компоненттер
қалады. Сөйтіп, мұнайдың барынша жеңіл және барынша ауыр компоненттерге
бөлінуі жүзеге асады.
Қарастырылған процестің нәтижесінде сұйықтық пен будың арасындағы бір
ретті жанасуының барынша ұзақтығынан бірдей температура орнауы мүмкін, ал
құрамдар фазалық теңбе-теңдікке сәйкес болады. ағымдағы өзара
әрекеттесудің мұнадй схемас теориялық тарелка немес жанасуың теориялық
сатысы деген атауға ие болған.
Нақты жағдайда жанасу аумағынан кеткен бу мен сұйықтықтың қарама-
қарсы ағымдарының тепе-теңдігіне жетпейді, осыған байланысты бұл ағымдарды
температурасы көбінесе әртүрлі болады және олардың құрамы тепе-теңдерге
сәйкес болмайды.
Ректификациялау процестері периодты үздіксіз схемаларда іске асырыл
алады. мұнайдың фракциялануының периодты процесі кейбір көмірсутектердің
бөлінуі болуы мүмкін болса да, көбінесе лабораториялық жағдайда және
стандартты аппаратта жасалады, периодты әрекет қондырғылрында, мысалы,
бензол мен толуолды бөлу және т.б.
Қазіргі уақытта мұнайды қайта өңдеу зауыттарында мұнайды фракцияларға
бөлу процестерін негізінен есептеулері физика-математикалық модельдерге:
статистикалық теңбе-теңдік, динамикалық теңбе-теңдік, осы негізгі
модельдердің басқа да модификацияларына негізделген үздіксіз схемалармен
жасайды.
Ректификациялау процесінің статистикалық тепе-тең математикалық
модельдерінің басым көпшілігі бу және сұйық фазалардың арасындағы
компоненттерді бөлу балансынан алынатын компоненттер қоспаларының тепе-тең
бір ретті булануының моделіне негізделген:
(1)
мұндағы F – бастапқы шикізат қоспасының жалпы саны, кмоль; D - булы
фазаның саны, кмоль; W – сұйық фазаның саны, кмоль; zi' yi' xi’ - шикізат
қоспасында, булы және сұйық фазаларда сәйкес i- компоненттің мольдік
концентрациясы; i - компоненттің реттік саны.
Егер DF қатынасын е' арқылы белгілесек (булы фазаның мольдік
үлесі, айдауыдң үлесі), aл WF —1 - е' арқылы белгілесек (сұйық фазаның
мольдік үлесі) онда (1) теңдік мынандай болады:
(2)
Мұнай зауыттық процестерді есептеу үшін булы және сұйық фазалардың
арасындағы тепе-теңдік жағдайы туралы деректемелер қажет. Фазалардың тепе-
теңдігі екі шарт: булы және сұйық фазалардың температураларының тепе-
теңдігі және булы және сұйық фазаларда әрбір компоненттің парциалды
қысымының тепе-теңдігі бірмезгілде қанағаттандырылғанда ғана орын алады.
Дальтон заңына сәйкес (3)
мұндағы рiП — булы фазада орналасқан i- компонентінің парциалды
қысымы,; Р – жүйедегі жалпы қысым; у’i — булы фазадағы i- компонентінің
мольдік үлесі , және Рауль заңы бойынша
(4)
мұндағы pжi – сұйық фазадағы i- компонентінің парциалды қысымы; р0i –
тепе теңдік температурасында сұйық фазадағы i-компонентінің қаныққан
буларының қысымы.
Тепе-теңдік жағдайында сонда (5)
Рауля—Дальтона (5) теңдеулерін біріктіре отырып мынаны аламыз:
(6)
р0iр =Ki фазалық тепе теңдіктің константасы ретінде белгілеп, булы
және сұйық фазаларда компоненттердің мольік концентрациялары арасында
байланыс орнатады:
(7)
Идеал емес қоспалар үшін бұл формула сұйық фазадағы активтілік пен
булыдағы фугитивтілікті есепке ала отырып компоненттердің фазалық тепе
теңдігін анықтауда пайдаланылады.
(7) теңдеуге (2) теңдеуді қоя отырып және булы және сұйық фазадағы
компоненттерде компоненттердің мольдік үлесін пайдалана отырып,
сұйық фазалар үшін (8)
булы фазалар үшін (9) аламыз.
(8) және (9) теңдеулер мұнай компоненттерінің идеал, идеал емес
қоспаларының теориялық тарелкада булы және сұйық фазалардың тепе тең
концентрацияларының негізгі есебі; булы және сұйық фазаларда баланс шарты
пайдаланылады:
сұйық фаза үшін (10)
булы фаза үшін (11)
мұндағы — қоспаның компоненттерінің сомасы.
Кейбір жағдайларда бұл теңдеулерді дистилятты фракциялар мен
қалдықтардың арасындағы компоненттерді бөлуге арналған теориялық
тарелкалардың минималды санын анықтауға болатын формуланы алу үшін
пайдалануға болады.
Бірінші жанасудан кейін, мысалы, бірінші тарелкадан фаза екінші
тарелкаға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ...
I Бөлім әдеби 5
шолу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... .
1.1 Топтық және элементтік 5
құрам ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар) 5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
1.1.2 Қаныққан және нафтенді 8
көмірсутегілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер) 9
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды 10
қосылыстары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар 11
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.4.2 Азот және азотты 13
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
...
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар 14
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1.5 Асфальтшайырлы 15
заттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ...
1.1.6 Құрамында металл бар 17
қосылыстар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау 18
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
1.2.1 Фракциялық 18
құрам ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... .
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық 22
негіздері ... ... ... ... ... ... . ... ...
1.3 Айдау әдістері 32
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ..
1.3.1 Фракциялық 32
айдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ..
II Бөлім тәжірибелік 38
бөлік ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ..
2.1 Фракциялық 38
айдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... .
2.1.2 Будың серпінділігін анықтау 40
әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
III Бөлім нәтижелерді 42
сараптау ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ..
Қорытынды ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .52
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ..
Глоссарий ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .54
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .
Пайдаланған әдебиеттер 56
тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... .
Қосымша
Кіріспе
Мұнай газды қайта өңдеу өнеркәсібі кез-келген мемлекеттің
экономикалық тұрғыдан отын-энергетика кешенінің аса маңызды көзі болып
табылады. Табиғи газ арзан энергетикалық және тұрмыстық отын болып
табылады. Мұнай айдаудан автомобиль бензинін, керосин, реактивті, дизельді
және қазандық отын алады. Мұнайдың қайнауынан жоғары фракциялы майлайтын
және арнайы майлардың түрлері, консистенттік майлар өндіріледі. Мұнайды
қайта өңдеу барысынды парафин, резеңке өнеркәсібіне арналған қара күйе,
мұнай коксі, жол құрылысына көптеген маркалы битумдар және басқа да тауар
өнімдері өндіріледі. Мұнай және көмірсутекті газдар – көптеген химиялық
өнімдер өндірілетін әмбебап шикізат. Демек, мұнай және газдан қайта
өндірілген өнімдерсіз, яғни, энергиясыз, жарықсыз, жылусыз, байланыссыз,
радиосыз, телевидениесіз, есептеу және космостық техникасыз, әртүрлі
химиялық материалдарсыз, транспорттың барлық түрінсіз т.б.қазіргі заманғы
адамның өмірін елестету өте қиын.
Жұмыстың мақсаты әртүрлі факторлардың әсері кезіндгі мұнайдың
фракциялық айдау процесінің технологиялық сипаттамасын жасау.
Жұмыстың жаңашылдығы:
Алғаш рет мұнайды айдау процесінің математикалық моделі алынды.
Құмкөл аймағының мұнайының фракциялық айдау процесінің тиімді
шарттары анықталды.
Фракцияның шығуына табиғат және көмірсутекті шикізаттың құрамы
елеулі әсер ететіні көрсетілді.
Мұнай айдау процесінің кинетикалық сипаттамасы анықталды.
Жеңіл фракцияларды алу прцесінің термодинамикалық параметрлері
анықталды.
Алынған нәтижелердің практикалық маңызы шығатын жеңіл фракцияларды
болжауға және бағалауға мүмкіндік береді, бұл айдау аппараттары мен
ректификациялық колоналарды жобалауда аса маңызды.
I Бөлім әдеби шолу
1.1 Топтық және элементтік құрам
Мұнайдың құрамына мынадай қосылыстардың топтары кіреді:
көмірсутегілер, гетероароматты қосылыстар, шайырлар және асфальтендер.
Табиғи мұнайдың көмірсутегілерінің үш тобы бар: алкандар, цикло-алкандар
және ареналар. Табиғи мұнайларда Қаныққан көмірсутегілер (алкендер)
болмайды, олар тек қана мұнайды қайта өңдеу процесстерінде ғана пайда
болады.
Гетероароматты қосылыстарға күкірт, азот, оттегі және құрамында
металл бар қосылыстар жатады. Шайырлар мен асфальтендер химиялық
қосылыстарға тән топқа емес, олар мұнайда коллойд түрінде болатын
жоғарымолекулалы (М жоғары 1500—2000 гмоль) концентраттар.
1.1.1 Парафинді көмірсутегілер (алкандар)
Бұл қатардың ең төменгі мүшелері – метан, этан, пропан және бутандар
(қалыпты және изоқұрылымды) – газтектес қосылыстар. Олар мұнайда еріген
күйде болады, сонымен қатар олар табиғи және ілеспе мұнай газдарының
негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Пропан, бутан және одан да ауыр
көмірсутегілерге бай газдар майлы деп аталады. Олардан газды бензин, жанған
газдар және органикалық синтезге арналған жекелеген көмірсутегілер алынады.
Толықтай метан мен этаннан тұратын газдар тұрмыстық және өндірістік отын
ретінде, кейде техникалық көміртегі, ацетилен өндірісіне және органикалық
синтез өнімдеріне шикізат ретінде пайдаланылады. жеңіл көмірсутегілері жер
және ауа көліктеріне мотор отыны (қысылған және жанған түрінде) кеңінен
қолданылады.
Мұнай – бұл көптеген фокторлардың әсер етуінен кен орындарымен ұзақ
уақыт байланыста болу нәтижесінде бастапқы органикалық заттардан пайда
болған көмірсутектер негізіндегі химиялық қосылыстардың қоспасы. Мұнай
майлы сұйықтық, оның толық химиялық құрамын қазіргі заманғы инструменталды
әдіспен анықтау мүмкін емес.
Мұнайдың құрамына кіретін негізгі химиялық элементтер көміртегі,
сутегі, күкірт, азот және оттегі болып табылады. Әртүрлі мұнайларда
көміртегі мен сутегі сәйкесінше 82 - 87 % (мас.) және 11 - 14 % (мас.)
мөлшерінде кездеседі. Олар мұнайдың барлық химиялық қосылыстарының құранды
бөлігі болып табылады. Пайдалы қазбалар арасында (мұнай газын қоспағанда)
мұнайда оттегі барынша көп мөлшерде болғандықтан, жанудың ең жоғары жылуы
бар. Осыған байланысты мұнайдың жанғыш қасиеттері сутегі мен көміртегінің
(Н : С) % мөлшерімен сипатталады. Күкірт гетероатомды қосылыстардың
құрамына кіреді. Құрамындағы күкіртіне қарай мұнайлар үш класқа бөлінеді:
азкүкіртті мұнайларда 0,5% ға дейін болады, күкірттілерде - 0,51 ден 2,0
% ға дейін, ал жоғары күкірттілерде 2,01 % дан жоғары блады. Мұнайда азот
пен оттегі сәйкесінше — 0,8 және 3,0% (мас.) дейін болады. Мұнай күлінен
30-ға жуық металл табылған, олардың ішінде ең көп тарағандары V, Ni, Fe,
Cu, Mg, Al.болып табылады.
Пентаннан гексадеканға дейінгі парафинді көмірсутектер қалыпты
жағдайда сұйық күйде болады. Олар мұнайдың ашық дистилятты фракциясының
құрамына кіреді. Құрылымдарына қарай олар қалыпты құрылымды алкандарға
және тармақталған алкандарға (изоалкандар) бөлінеді. Молекуладағы
көміртекті атомдардң бір ғана санында тармақталған тізбекті көмірсутегілер
қалыпты құрылымды көмірсутегілерден тығыздығынығ төмендігімен, суу
температурасы және қайнау температурасыменерекшеленеді. Тармақталған
тізбекті парафинді көмірсутегілер бензиннің жоғары сапасын қамтамасыз
етеді, ал қалыпты құрылымды парафиндер корбюраторлық двигетальдердегі
отынның әрекетіне кері әсер етеді, өйткені тотығу тұрақтылығы төмен
болғандықтан ең аз детанциялық тұрақтылыққа ие.
Авиациялық керосиндерде отынның төментемпературалы қасиеттерінің
нашарлауына байланысты қалыпты алкандар болмауы тиіс, өйткені қалыпты
құрымылымның көмірсутегілері жоғары температурада суиды, бұл отындарда -
60 °C ге дейінгі температурада кристалдардың пайда болуына болмайды.
Дизельдік отындарда тұтанғыштығы (максималды сәйкестігі Н:С), жақсы
болғандықтан қалыпты алкандардың болмағаны абзал, сонымен қатар отынның суу
температурасын жоғарылатады. Сондықтан дизельдік отындарда болатын қалыпты
парафиндік көмірсутегілердің мөлшері ГОСТ бойынша суу температурасымен
анықталады. Мұнай фракцияларынан бөлінген қалыпты құрылымдардың сұйық
парафиндері технологиялық және тұрмыстық еріткіштер ретінде, ақуыз-
дәруменді концентраттар өндірісіне арналған шикізат ретінде, полимерлі
композиция және пластификатор ретінде қолданылатын хлорпарафиндерді алуға
арналған шикізат ретінде, жасанды күл, қабыршақ, лак алу үшін,
сульфохлортуынды (өндірісіне арналған шикізат ретінде кең қолданысқа ие.
Парафинді көмірсутегілер С17 қалыпты жағдайда қатты заттар, олардың
балқу температурасы молекулалық массаның ұлғаюына қарай жоғарылайды. Қатты
көмірсутегілер парафиндер мен церезиндердің құрамына кіреді. Парафиндер
кристаллдардың пластинкалы және ленталы құрылымдарымен сипатталады, олардың
балқу температурасы 40-тан 70 °C –ге дейін ауытқиды, молекуладағы
көміртегі атомдарының саны - 21-ден 32-ге дейін, молекулалық массасы -
300-ден 450 гмольге дейін. Қатты парафиндер 350-500 °C температурада
қайнайтын майлы фракцияларда болады, бұл осы фракциялардың жоғары
температурада сууының себебі болып табылады.
Церезиндердің кристалдары инетектес құрылымға ие. Олардың құрамына
парафинді көмірсутегілермен қатар қатты нафтенді және жанында ұзын тізбегі
бар ароматты көмірсутегілер кіреді. Бір ғана балқу температурасында
церезиндер парафиндермен салыстырғанда иілгіштігімен, тұтқырлығымен және
молекулалық массасымен сипатталады. Церезиндер вакумдық айдалған мұнайдың
қалдықтарында шоғырланады, гудрондарды жұмсарту температурасын
жоғарылатады. Балқуы төмен қатты парафиндер негізінен қалыпт құрылымды
көмірсутегілер болып табылады, ал балқуы жоғары өнімдерге – тауарлық
церезиндерге – оардың изомерлі формасы жатады.
Қатты парафиндер синтетикалық майлы қышқылдарды, жуғыш заттар,
хлорпарафиндер мен олефиндерді алуға арналған шикізат ретінде, қорғаныш
жабыны ретінде, мастика мен консисттенттік майлағыш дайындауға,
электроникада оқшаулағыш материл ретінде, сонымен бірге порфюрмер
өнеркәсібінде және шырақ дайындауға пайдаланылады. Церезиндер өнеркәсіпте
және тұрмыста қорғаныш жабыны ретінде, әртүрлі майлар мен мастикалар,
канатты майлағыштардың негізі ретінде т.б.кең қолданысқа ие.
1.1.2 Қаныққан және нафтенді көмірсутегілер
Мұнайда өте сирек және аз мөлшерде олефиндер (бакиндік, галицийлік,
пенсильдік, эльзалық) кездеседі. Олеиндердің және кейбір басқа да
Қаныққан көмірсутегілердің түрлері деструктивті айдалған мұнай өнімдерінде
кездеседі. Бұл көмірсутегілер реакциялық қабілетінің жоғарылығымен
ерекшеленеді және сондықтан оңай полимерленеді, шайырланады, бұл мұнай
өімдерінің сақтау және пайдалану мерзімінің азаюына әкеліп соғады.
Қаныққан көмірсутегілер мотор отыны мен майлағыш майлардың жағымсыз
компоненттері болып табылады. Көптеген Қаныққан көмірсутегілер – ацетилен,
этилен, пропилен, бутилен, бутадиен – полиэтилен, полипропилен, синтетикалқ
спирт және каучук, пластикалық масса және басқа да өнімдер өндірісінде
қолданылады.
Мұнайдың жеңіл фракцияларының нафтенді көмірсутегілері негізінен
циклопентан мен циклогексан гомологтарынан тұрады. Мұнайларда бір, екі, үш
және төрт циклды нафтенді көмірсутегілер байқалған. Суммарлы моноцикды
нафтендер парафинді мұнайларда 300 °C дейінгі фракцияларда шамамен 20 - 30
% (мас.) және нафтен типті мұнайларда 85- 90 % (мас.) дейін болады.
Полициклды нафтендер негізінен мұнайдың 300 °C тан жоғары фракцияларында
болады, ал 400-500 °C фракцияларда барлық изомерлердің мөлшері әдетте 70-80
% (мас.). жетеді. Полициклды нафтендердің изомерлерінде әдетте ұзын
бүйірлі тізбек болады, және бұл алкельді тізбек (қалыпты және тармақталған
құрымда) қаншалықты ұзын болса, соғұрлым мұндай көмірсутегілер гибридті
қасиетке ие болады (нафтенді және парафинді көмірсутегілердің қасиеттері
қиылысады).
Нафтендер мотор отыны мен майлағыш майлардың маңызды құрамды бөлігі
болып таблады. Автомобиль бензиніне олар жоғары эксплуатациялық қасиет
береді. Бензин фракцияларында болатын нафтенді көмірсутегілер каталикалық
риформинг процесінде ароматтыға айналады, майдың негізгі құрамды бөлігі
бола отырып, олар майлағыш майларға қойылатын негізгі талаптардң бірінің
орындалуын – температура өзгергенде тұтқырлығының аз ғана өзгеруін
қамтамасыз етеді. Молекуладағы көміртегі атомдарының бірдеу санында
нафтенді көмірсутегілер парафинді көмірсутегілерге қарағанда жоғары
иілгіштікке және аз суу температурасына ие. әсіресе бұл тіркесім ұшатын
аппараттардың отынына аса маңызды, себебі энергетикалы сипаттамасы 1л отын
жанғанда бөлінетін жылумен анықталады.сондықтан көмірсутекті реактивті және
зымыран отындарының көпшілігі нафтенді көмірсутегілерінің концентраттары
болып табылады.
Мұнайхимияда нафтендер бензол мен тонуол (Зелинсий реакциясы) алуға,
капролактама алуға (циклогексанның қышқылдануы сатысы арқылы), дәрі-дәрмек
(туынды адаматана) және полимер алуға арналған шикізат көзі болып
табылады.
1.1.3 Ароматты көмірсутегілер (арендер)
Мұнайдың құрамына бірден төртке дейінгі циклды ароматты көмірсутегілер
кіреді. Олардың реакция бойынша орналасуы әртүрлі. Ауыр мұнайларда олардың
құрамы фракциялардың қайнау температурасының жоғарылауымен бірден өседі.
Тығыздығы қалыпты мұнайларда және нафтенді көмірсутегілерге бай ароматты
көмірсутегілер барлық фракцияларда біркелкі бөлінеді. Бензинді фракцияға
бай жеңіл мұнайларда фракциянаың қайнау температурасы жоғарылғанда ароматты
көмірсутегілер бірден төмендейді. Бензинді фракциялардың ароматты
көмірсутегілері (н.к. - 200 °C) бензол гомологтарынан тұрады. Керосинді
фракцияларда (200-300 °C) бензл гомогтарымен қатар аз мөлшерде нафталин
туындылады болады. Ауыр газойл фракцияларының арматты көмірсутегілері (400-
500 °C) гафталин және антрацен гомологтарынан тұрады. Ал мұнай айдаудың
деасфальтты қалдықтарында балқу температурасы 32 °C ауыр ароматты
көмірсутегілер байқалған.
Көмірсутегілердің басқа топтарымен салыстырғанда ароматтылардың
иілгіштік қасиеті жоғары. Тұтқырлығы жағынан олар парафинділер мен
нафтенділердің ортасында.
Бүйірлі тізбегі бар ароматты көмірсутегілер бензиннің детонациялық
қасиетін жоғарылатады, бірақ рективті және дизельді отынның бензиндерін
олардың жану және экологиялық жағдайының сипаттамасын нашарлататындықтан
сапасын төмендетеді. ГОСТ талаптарына сәйкес реактивті отындардың құрамында
ароматты көмірсутегілер 20-22 % (мас.) аспауы тиіс. Олардың қажет мөлшері
тығыздығы жоғары авиакеросиндердің болу қажеттілігіне шартты.
Ұзын бүйірлі изопарафинді тізбегі бар моноциклді ароматты
көмірсутегілер майлайтын майларға жақсы сұйықтықты-температуралы қасиет
береді. Мұнда бүйірлі тізбексіз ароматты көмірсутегілер мен
полициклділердің болмағаны абзал. Алайда майлайтын майлардың хмиялық
тұрақтылығын жоғарылатуда олардың құрамында аз мөлщерде полициклді
көмірсутегілер қалдыру керек.
Ароматты көмірсутегілер көмірсутегілердің басқа топтарымен
салыстырғанда органикалық заттарда жоғары ерігіш қабілетке ие, бірақ
олардың құрамы көптеген мұнай ерігіштерінде жоғары улылығынан шектеледі
(ауадағы бензол буларының концентрациясы 5 мгм3 құрайды, толуола және
ксилолдар - 50 мгм3).
Қазіргі уақытта ароматты көмірсутегілер мұнайөнімдерінің
компонентіретінде, еріткіштер, мұнайхимия синтезіне арналған шикізат
ретінде, сондай-ақ өндірірісте жарылғыш заттар ретінде пайдаланылады.
1.1.4 Мұнайдың гетероатомды қосылыстары
Гетероатомды қосылыстар – бұл бір немесе бірнеше химиялық
элементтердің әртүрлі атомдарынан – күкірт, азот, оттегі, хлор және
металлдан тұратын кез келген топтың көмірсутегілері негізіндегі химиялық
қосылыстар.
Мұнайдың гетероатомды қосылыстары терең зерттеу нысаны болып
табылады, олар мұнай өңдеу технологиясына, өңделген ақырғы өнімнің
қолданғыш қасиетіне және қоршаған ортаны ластау деңгейіне барынша әсер
етеді.
1.1.4.1 Құрамында күкірті бар қосылыстар.
Байланысқан күйде мұнайда 0,02 ден 6 % (мас.) дейін күкірт бар.
Мұнайдың құрамында күкірт көбейгенде олардың тығыздығы, кокстелуі, шайыр
мен асфальтендері жоғарылайды.
Күкіртті жеке фракцияларға бөлу мұнайдың табиғаты мен күкіртті
қосылыстардың типіне байланысты. Әдетте күкірттің құрамы қайнауы төменнен
қайнауы жоғары фракцияларға өседі және вакуумде айдалғана мұнай
қалықтарында максимумға жетеді.
Мұнайдағы күкіртті қосылыстардың типтері әртүрлі. Жеке мұнайларда ұзақ
уақыт сақтағанда амфорлы масса түрінде резервуарға түсетін бос күкірт бар.
Басқа жағдайларда күкірт мұнайларда және мұнай өнімдерінде байланысқан
күйде болады: (меркаптандар, сульфидтер, дисульфидтер, тиофендер,
тиофандар). Мұнайдың және мұнай фракцияларының күкіртті қосылыстарының үш
түрі бар.
Бірінші топқа күкіртсутектер мен меркаптандар жатады. Табиғиғ
мұнайларда күкірттісутек (H2S) еріен күйде аз мөлшерде (0,01- 0,03 % мас.)
болады. Оның негізгі мөлшері мұнаймен қатар алынатын ілеспе газға кетеді.
Күкіртті мұнайларды деструкцияның термиялық және термокаталикалық
реакциялармен өңдеу кезінде газдардан күкірт пен күкрт қышқылын бөліп
шығарып өндіріске жіберетін күкіртсутектері көп мөлшерде пайда болады.
Меркаптандар (RSH) мұнайларда көп мөлшерде болады, және олардың жалпы
құрамы мұнайдың барлық құрамында күкірт бар қосындыларының 2 - 10 % (мас.)
құрайды. Меркаптандарға тән қасиеттердің бірі олардың коррозиялық активтігі
болып табылады, осыған байлансты авиациялық керосиндер мен дизельдік
отындарда меркаптанды күкірттің құрамы азаяды ( 0,001 - 0,005 және 0,01%
мас. Көп емес сәйкесінше). Олар бензиндерде антидетонациялық қасиеттерін,
химиялық тұрақтылығын нашарлатады және жану толықтығын азайтады.
Меркаптандардың иісі өте күшті және жағымсыз, ол тіпті 1·10-7 %.
Білінеді. Оның бұл қасиеті газ шаруашылығында пайдаланылады, онда олар
тұрмыстық газдың ағуын байқауға арналған одорант (этил-меркаптан) ретінде
қолданылады. Меркаптандардың жағымсыз иісі олардың молекулалық массасы
жоғарылағанда азаяды.
Меркаптандардың сілтімен және металлмен әсер ететін қабілеттеріне
оларды мұнайдың жеңіл фракцияларынан жоюдың өндірістік процесстері
негізделген (демеркаптанизация). Екінші топқа суыққа бейтарап және
термиялық тұрақсыз сульфиды (R-S-R' алифатты, Ar-S-Аг диарилсульфидтер
немесе аралас Ar-S-R ) және дисульфидтер (R-S-S-R') жатады.
Сульфидтердің иісі меркаптандарға қарағанда әлсіз боады, олар
бейтарап және сондықтан сілітімен шықпайды. Құрылымы жағынан сульфидтер
қарапайым эфирлердің аналогы болып табылады. Сонымен қатар олар тотығуға
бейім, және олардың бұл қасиеті сульфоксидтерді алуға пайдаланылады.
дисульфидтер мұнайда аз мөлшерде болады, бірқ олар сульфидтерге қарағанда
реакцияға бейім болады. Жылытқан кезде көмірсутегілерге, меркаптандарға
және күкіртсутектерге оңай бөлінеді.
Күкіртті қосылыстардың үшінші тобына химиялық аз активті, тотығуға
берік, термиялық тұрақты циклді қосылыстар – тиофандар мен тиофендер
жатады.
Әртүрлі аймақтардағы мұнайлардың аталған құрамында күкірт бар
қосылыстарының арақатынасы: меркаптандар – 2 – 10 %, сульфидтер – 7 - 40 %
(орташа 18 %), тиофендер – 50-90 % (орташа 50 %) құрайды. Құрамында күірт
бар қосылыстардың жоғарыда аталғаннан басқа түрлері мұнайдың қайнауы жоғары
фракцияларында басқа да мұнайдың күрделі полициклді қосылыстары бар.
Құрамында күкірт бар қосылыстардың көпшілігі бояғыштарды алуға,
полимерлердің стабилизатоларын, дәрі дәрмектерді алуға арналған шикізат
ретінде пайдаланылады. Қазіргі уақытта мұнай фракциялары мен айдалған мұнай
қалдықтарын күкіртсіздендірудің ең жақсы әдісі катализаторлармен және
сутегінің қысымымен тазалау болып табылады. Сөйтіп күкіртті қосылыстар
кейін күкірт қышқылы мен элементарлы күкірт алуда пайдаға асырылатын күкірт
сутекке айналады.
1.1.4.2 Азот және азотты қосылыстар
Азот мұнайларда мұнайдағы ақуыздардың құлауы нәтижесінде пайда болған
деп есептелген. Әртүрлі мұнайлардың құрамында азоты бар заттарының құрамын
зерттеу оларда азот негізгі, бейтарап және ықшқыл сипатқа ие қосылыс
түрінде болатынын көрсетті. Негізгі сипатты азотты қосылыстардың қатарына
пиперидин, пиридин және хинолин, сонымен қатар үш циклы бар қосылыстар –
фенантридин және оның алкиларалас изомеры жатады. Мұнайларда азот жалпы
құрамының 30 - 60 % құрайды.
Азоттың бейтарап қосылыстарына бензолпиррол (индол), карбазол жатады.
Осы топқа порфириндер де (циклды тетрапиролдар) жатады. Олар құрылымы
жағынан болжаммен мұнай генезисіннен шққан зат – хлорофилдерге ұқсас. Бұл
ванадий және никель металлдары кіретін жоғарымолекулалы көмірсутегілермен
азоттың біріккен кешені. Қышқыл құрамында азот бар қосылыстрға пиррол және
оның алкилараластары жатады. Мұнайдың басқа да азотты қосылыстарына
жататындар: аминқышқылдары аммоний тұздары (битумдардың адгезиондық
қасиеттерін жақсартуға қабілетті қоспалар), азот пен күкірт кіретін аралас
қосылыстар (тиолинолин),азот және оттегі (гидроксипиридин), азот және
металл (ванадилпорфирин).
Мұнайдағы азот 0,6 % дан(мас.) өте сирек асады. Бензинді фракцияларда
мөлшері шамалы (0,0002-0,0005 % мас.), ал мұнайдың фракциясының қайнау
температурасы жоғарылағанда оның концентрациясы бірден көбейеді. Құрамында
азоты бар қосылыстардың негізгі мөлшері 500 °C мұнайдың фракцияларында
болады.
Азотты негіздердің дезинфекциялаушы құрал, антисептик,тер, коррозия
ингибаторы, майлағыш майлар мен битумдарға қоспа ретінде,антиокислитель
ретінде пайдаланылады. алайда жағымды әсерлерімен қатар олар жағымсыз
қасиеттерге ие – мұнайды диструктивті қайта өңдеу процестерінде
катализаторлардың активтілігін төмендетеді, мұнай өнімдерін қарайтады және
шайырландырады. Бензинде азотты қосылыстардың жоғары концентрациясы олардың
каталикалық риформингінде жоғары кокстелу мен газдануына әкеліп соғады.
Олардың бензинде аз мөлшері карбюраторда шайырдың жиналуына және
двигательдің поршенді тобында лактың пайда болуына әсер етеді. Дизельді
отындарда азоттың болуы отынның қараюы мен шайырлануы сияқты процестердің
интенсификациясына әкеліп соғады.
Азотты мұнай фракцияларынан күкірт қышқылының 25 %-дық ерітіндісімен
(лабораторилық жғдайда) және гидратациялау арқылы (бір мезгілде күкірттен
гидротазалау) жояды.
1.1.4.3 Құрамында оттегі бар қосылыстар
Оттегі мұнайларда болар болмас мөлшерде қарапайым (алифатты) карбон
қышқылы, фенолар мен асфальтшайырлы заттардың нафтенді қышқылдары түрінде
болады.
Қарапайым карбон қышқылдары бензинді және керосинді фракцияларда
болады. Олар мұнайларда 0,05 тен 0,1 % (мас.). дейін болады.
Нафтенді қышқылдар циклды құрылымды карбон қышқылдары, негізінен
туынды бесмүшелі наффтенді көмірсутегілер. Жеке мұнайларда би- , три- және
тетрациклды нафтенді қышқылдар табылған. Нафтенді қышқылдар мұнайларда 1,0
- 1,2 % (мас) болады. Нафтен қышқылдарының ең аз мөлшері парафинді
мұнайларда және олардың фракцияларында, ал ең көп мөлшері шайырлы
мұнайларда болады.
Нафтенді қышқылдарды фракцияларға бөлу біркелкі емес: олар көбінесе
жеңіл және орта газойльді фракцияларда, ал бензинкеросинді және
дистиляттыдарда өте аз болады.
Нафтенді қышқылдар – қатты жағымсыз иісі бар тығыздығы 0,96 - 1,0 а з
ұшатын майлы сұйықтықтар. Олар суда ерімейді, бірақ мұнайөнімдерінде,
бензолда, спирттерде және эфирлерде оңай ериді. Техникада шпал
пропиткалары үшін, каучукты вулкандалған заттардан регенерациялауда, сабын
өндірісінде май қышқылдарын алмастырушы және антисептикалық құрал ретінде
пайдаланылады. нафтенді қышқылдардың металлды тұздары, атап айтқанда
кальцилісі консистентті майлағыш өндірісінде пайдаланылады. нафтенді
қышқылдардың болуы мұнай өнімдеріне активті коррозиялық қасиет береді.
Мұнайларда фенолдар (туынды ареналар) 0,003 тен 0,05 % (мас.). дейін
ауытқиды.
1.1.5 Асфальтшайырлы заттар
Асфальтшайырлы заттар барлық дерлік мұнайлардың компоненттері болып
табылады. Сирек кездесетін ақ мұнайлар құрамында қошқыл шайыры бар
мұнайлардың түссізденуі әртүрлі дәрежедегі өнімдер, олар терең жер
қойнауынан саз қалыңдығы арқылы миграцияланған. Асфальтшайырлы заттардың
химиялық құрамы мен маңызы мұнайды қайта өңдеу бағыты мен мұнайды қайта
өңдеу зауыттарындағы кестелерде технологиялық процестерді таңдауға әсер
етеді. Жеңіл мұнайларда асфальтшайырлы заттардың мөлшері 4 - 5 % дан
аспайды, ал ауыр мұнайларда 20 % және одан да көп болады. Асфальтшайырлы
заттардың химиялық құрылымы нақты белгіленбеген. Олардың өте күрделі
құрамына байланысты олар полициклды, гетероциклды және металлоорганикалық
қосылыстардың кешені болып табылады.
Асфальтшайырлы заттар төрт топқа бөлінеді: бейтарап шайырлар,
асфальтендер, карбендер және карбондтар, асфальтогенді қышқылдар және
олардың ангидридтері.
Бейтарап шайырлар – тығыздығы шамамен бір, қою-қызыл түсті жартылай
сұйық, ал кейде тіпті қатты заттар. Олар петролейлі эфирде, бензолда,
хлорформада және тетрохлорметанда ериді. Асфальтендерге қарағанда бейтарап
шайырлар шынайы ерітінділер жасайды. Шайырлардың құрамына көміртегі мен
сутегінен басқа күкірт және оттегі кіреді.
Оларды шайырлы-асфальтенді заттар (ШАЗ) деп жиі атайды.
Көмірсутегілер шайырларда көп мөлшерде бүйірлі парафинді тізбегі бар
ароматты және нафтенді циклдар түрінде болады. Массалық сәйкестігі
көміртегі: оттегі шамамен 8:1 құрайды. Күкірт пен оттегі гетероциклдық
қосылыстардың құрамына кіреді. Шайырлар химиялық тұрақсыз. Адсорбенттердің
әсер етуімен оттегі болғанда бірен-сран олардың асфальтендерде тотығу
конденсациясы жүреді. Шайырлрдың физикалық қасиеттері олардың мұнайдың
қандай фракцияларынан бөлініп шыққанына байланысты. Барынша ауыр
фракциялардың шайырларының тығыздығы , молекулалық массасы, бояу қабілеті
жоғары және оларда күкірт, азот және оттегі көп болады. Бензинге сабанды-
сары түс беру үшін бар жоғы 0,005 % ауыр шайыр қосу жеткілікті.
Шайырлар – барлық моторлық отындардың болмағаны абзал компоненті,
олар двигательдерде күйік жиналуыны болуының көзі және отынның толық жануын
азайтады. Құрамында шайырлары бар фракцияларды каталикалық қайта өңдеу
кезінде катализаторлардың бетінде кокс пайда болуы жоғарылайды және
соңғылары жылдам дезактивацияланады.
Кокс өндірісіне бағытталған қайнау температурасы 450 - 500 °C
жоғары мұнай қалдықтарында шайырлардың болғаны абзал, олар бұл процесте
коксогенді компоненттердің бірі болып қызмет етеді.
Асфальттендер қара және құба қатты, морт, балқымайтын, тығыздығы
бірден артық жоғарымолекулалы заттар. Асфальттендер 300 °C ден жоғары
температурада газ бен кокске ажырайды. Өте жоғары температурада (400 - 450
°C) асфальтендерден ұсақ кеуекті, бастапқы жоғары тығыз мұнай коксі пайда
болады. Оларың бұл қасиеті сәйкес технологиялық процестердің негізінде
жатыр. Олар петролейлі эфир, пентан, изопентан және гексан сияқты полярсыз
еріткіштерде ерімейді. Пентан мен петролейлі эфирді лабораторияларда
асфальтендерді олардың шайырмен қоспасынан және мұнай көмірсутегінен
қоршауға жиі пайдаланады. Сұйық пропан да сол мақсатта өндірісте
(деасфальтизация процесі) шайырлар мен асфальтендерді гудрондардан қоршуға
пайдаланылады. Асфальтендер пиридинде, күкірткөміртегінде,
тетрахлорметанда, сондай-ақ бензолда және басқа да ароматты
көмірсутегілерінде ериді. Көміртектерінің сәйкестігі: асфальтендерде сутегі
шамамен 11:1 құрайды. Асфальтендердің химиялық құрылымы аз зерттелген.
Олардың молекулалық массасы мыңдап есептеледі. Оларда шайырдан ггөрі
күкірт, оттегі және азот көп. Асфальтендер шайырлы мұнайларда әдетте 2 - 4
% (мас.) құрайды.
Асфалтендер мен шайырлардың шоғырланған қоспасы – ауыр мұнай
қалдықтарынан оларда шайыр мен асфальтендерің шоғырлануы жолымен немесе 220
- 260 °C температурада ауаның оттегімен тотығуымен алынатын жақсы
байланыстыратын және гидроизоляциялайтын зат (битум). Сонымен қатар табиғи
мұнайбитумдары бар, олард шайырлар мен асфальтендер сомамен 60 - 80 %
(мас.) құрайды. Мұндай мұнайбитумдардың қоры мұнай қорымен бірдей, тіпті
одан көп.
Асфальтендердің тығыздалу өнімдері карбендер мен карбоидтер.
Карбендер бензолда ерімейді, және пиридин мен күкірткөміртегінде жарым-
жартылай ериді. Ккарбоидтар қандай да бір органикалық және минералды
еріткіштерде ерімейді. Карбоидтардың элементті құрамы шамамен келесідей ( %
(мас.)): С - 74,2; Н - 5,2; S - 8,3; N - 1,1; О - 10,8 және күлді
компоненттері - 0,4.
Асфальтогенді қышқылдар мен олардың ангидридтерінің сырт бейнесі
бейтарап шайырларға ұқсас. Бұл майлы, барынша тұтқыр, кейде қатты қара
заттар, олар петролейлі эфирде ерімейді және бензолда, спиртте және
хлороформада жақсы ериді. Асфальтті қышқылдардың құрылымы зерттелмеген.
Оларда үш активті топ, мүмкін екі гидроксильді және бір қышқылды топ бар
деген болжам бар. Оларды полинафтенді қышқылдар деп атауға болады.
Асфальтенді қышқылдардың тығыздығы бірден артық.
1.1.6 Құрамында металл бар қосылыстар
Мұнайда 30 шақты металл байқалған, ең бастысы ауыспалы валентті
металлдар (V, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cu, Cr, Ti және т.б..). олар көп емес
және 0,05 % (мас.) (500 мгкг) сирек асады.
Құрамында металл бар қосылыстардың ішінде металлопарафиндер –
ванадийпарафириндер мен никельпорфириндер толық зерттелген. Бұл қосылыстар
әдетте қайнау температурасы 400 °C тан жоғары фракцияларда шоғырланады.
Мұнайдың ауыр бөліктерінде металлдың болмағаны екі себептен дұрыс.
Біріншіден, бұл фракцияларды каталикалық қайта өңдеу кезінде бұзылады, ал
бөлінген металлдар катализатор буында қалады және оларды
деактивизациялайды. Екіншіден, ауыр қалдықтарды қазандық отыны ретінде
жандырған кезде күлдің өте коррозиялы-активті компоненті - ванадий
пентаоксиді (V2О5) түзіледі, ол қазандық пен басқа құралдарды коррозияға
ұшыратады.
Мұнай фракцияларынан металлдарды жою - өте көп жұмысты міндет. Олар
жарым-жартылай ( 40 - 50 %) гидротазалау кезінде және қалдықтарды терең
деасфальттау және шайырсыздандыру жолымен жойылады. Мұнай мен оның ауыр
фракцияларының құрамында металлдың болуы спектральды әдіспен нақтырақ
анықталады.
1.2 Фракциялық құрам және мұнай айдау негіздері
1.2.1 Фракциялық құрам
Мұнай және мұнай өнімдері көмірсутегілер ме көмірсутегілер емес
қосылыстар сияқты күрделі қоспалар болып табылады, оларды айдаудың кәдімгі
әдістерімен жеке қосылыстарға бөлу мүмкін емес. Мұнай және мұнай өнімдерін
жеке бөліктерге айдау жолымен бөледі, олардың әрқайсысы күрделі қоспа болып
табылады. Мұндай бөліктерді фракциялар немесе дистиляттар деп аталады.
Мұнай фракцияларында жеке қоспалармен салыстырғанда қайнаудың тұрақты
температурасы болмайды. Олар белгілі бір температура аралығында қайнайды,
яғни, қайнаудың басталу және аяқталу температуралары бар. Қайнаудың басталу
және аяқталу температуралары фракцияның химичлық құрамына байланысты.
Сөйтіп, мұнай және мұнай өнімдерінің фракциялық құрамы оларда белгілі
бір иемпературалық аралықта қайнайтын әртүрлі фракциялардың (көлемде және
массалық процентпен) бар екенін көрсетеді. Бұл көрсеткіштің практикалық
маңызы зор. Мұнайдың фркциялық қасиетіне қарай олардан қандай мұнай
өнімдерін және қанша мөлшерде бөліп алуға болатынын біледі, ал бензин және
басқа да моторлық отындардың фракциялық құрамы олардың булануын, булану
толықтығын т.б.сипаттайды.
Мұнай фракцияларының белгісіне әдетте олардың қайнау температурасы
кіреді: мысалы, фракция 200 - 350 °C деген сөз 200 ден 350 °C температура
аралығында қайнайтын фракция дегенді білдіреді.
Өндіріс құрылғыларында мұнайдан бөлініп шығатын негізгі фракциялар
келесілер:
- бензиндік (қайнаудың басталуы) (28°С) - 180 °C (керосиндік
фракцияның сұрыптауынсыз) немесе қайнаудың басталуы (28°С) - 150 °C (
керосиндік фракция сұрыптаумен);
- керосинді 150 - 250 °C;
- дизельді (180°С) - 350 °C (керосинді фракцияны сұрыптаусыз) немесе
250 - 350 °C ( керосинді фракцияны сұрыптаумен). Көп жағдайда дизельді
фракцияны ауырланған фракциялық құрамнан қайнаудың аяқталуы 360 °C
сұрыптайды.
Бұл фракциялардың сомалық шығуы ( 360 °C дейін) мұнайдағы ақшыл
фракциялардың мөлшерін құрайды.
350 (360 °C) – мазут қалдығынан 350 (360 °C) - 500 (550 °C) вакуумды
газойль және мұнайды қайта өңдеудегі ең ауыр өнім - гудрон 500 ( 550
°C) алынады.
Мұнай немесе мұнай өнімдерінің фракциондық құрамын анықтаған кезде
белгілі бір жағдайда стандартты аспапта айдайды және координат жүйесінде
қисық айдау : абсса осі - фракциялардың (айдау) % (об.) бойынша немесе
% (мас.) бойынша және ординат осі - °C қайнау температурасы. Мұнай және
мұнай өнімдерінің фракциялық құрамын анықтаудың барлық әдістерінің
негізінде айдау (дистиляция) процесі жатыр.
Дистиляция – сұйықтықты біртіндеп буландыру немесе екі фаза (айдау)
пайда болатын бу қоспсын бөлшектеп конденсациялау жолымен көмірсутегілердің
күрделі қоспаларын бөлу процесі, мұндағы булы қайнау төмен компонентпке
(қтк) баиды, ал сұйық бастапқы қоспасымен салыстырғанда қайнауы жоғары
компонентке (қжк) баиды.
Айдаумен ежелгі мысырлықтар айналысқан, олар оны өнердің бір түрі деп
есептеген, және абыз дар оны ғибадатханаларда зерттеп, бұл өнерді құпия
ғылым ретнде күзеткен. Шленцтің пікірінше, айдау жаңалығын ашқан парсылар
дейді, ал олар алғашында қызғылт суды алу үшін пайдаланған болар. А.Липман
айдау туралы мәліметтер шамамен б.э.д. 1050 ж жататын Эберс
папирустаарынан (Papyrus Ebcrs) кездесетінін айтады.
Мұнай сияқты ауыр қоспны қыздыру кезінде бу фзсына ең алдымен жоғары
ұшатын қабілетке ие қайнау төмен компоненттер өтеді. Олармен бірге
біртіндеп қайнауы жоғары компоненттер өтеді, алайда үнемі қайнауы төмен
компоненттер қайнап жатқан сұйыққа қарағанда буларда көп болады. Қайнауы
төмен компоненттердің Айдауына қарай қалдық қайнау жоғары компонентке
баиды. Қайнауы жоғары компоненттердің қаныққан буларының қысымы осы
температурада сыртқы қысымнан төмен болғандықтан, соңында қайнау тоқтауы
мүмкін. Тоқтаусыз қайнату үшін, сұйықты үздіксіз қыздыру керек. Сөйтіп
қайнаудың температурасы өскен сайын буларға жаңа компонеттер өте береді.
Кетіп бара жатқан булар конденсацияланады, пайда болған конденсатты жеке
мұнай фракциялары түрінде компонеттердің қайнау температуралары аралығы
бойынша ажыратады.
Фракцияларға бөлу мақсатында мұнай және мұнай өнімдерін айдауды
біртіндеп немесе бірден буландыру арқылы жүзеге асыруға болады. Біртіндеп
буландыру арқылы айдау кезінде пайда болған буларды айдау аппаратынан
үздіксіз шығарады, олар шоғырланады және конденсатор-тоңазытқышта
суытылады, сөйтіп қабылдағышта сұйық фракция түрінде жиналады. Қыздыру
кезінде пайда болған буды айдау аппаратынан бір әдіспен (бір рет) бу
фазасын сұйықтан ажырататын берілген температураға жеткенге дейін
шығармаса, бұл процесс бір рет буландыратын айдау деп аталады. Бұдан кейін
қисық БА құрады. Қайнауы жоғары компоненттердің бір бөлігі дистиляттқа
кетіп, ал қайнауы төмен компоненттері сұйық фазада қалатындықтан, мұнай
өнімдерін санаулы фракцияларға біртіндеп те, бір реттік буландырумен де
толықтай ажырату мүмкін емес. Сондықтан дефлегмациялық немесе
ректификациялық айдауды пайдаланады. Ол үшін мұнай немесе мұнай өнімі
колбада қыздырылады; айдау кезінде пайда болған, қайнауы жоғары
компоненттерінен айырылған булар арнайы аппарат – дефлегматорда суытылады
және сұйық күйге – флегмаға айналады. Флегма төмен қарай ағып, қайтадан
пайда болған бумен кездеседі. Жылуалмасу нәтижесінде флегманың қайнауы
төмен компоненттері буланады, ал будың қайнауы жоғары компоненттері
конденсацияланады. Дефлегмациясыз, будың мұндай контактісімен фракцияларға
толық бөлінуге қол жеткізіледі.
Тағы бір одан да толық бөліну ректификациялық айдау кезінде жүреді.
Мұндай айдауға арналған аппарат айдау колбсынан, ректификациялау
колоннасынан, конденсатор-тоңазытқыштан және қабылдағыштан тұрады.
Ректификациялау ректификациялау колоннасында жүзеге асырылады.
Ректификациялау кезінде бу ағымы мен төменге ағатын конденсат – флегма
байланысады. Флегмаға қарағанда булардың температурасы жоғары, сондықтан
жанасу кезінде жылуалмасу жүзеге асады. Мұның нәтижесінде қайнауы төмен
компоненттер флегмадан бу фазасына ауысады, ал қайнауы жоғары компоненттер
конденсацияланады және сұйық фазаға ауысады. Ректификациялау процесін
тиімді жүргізу үшін бу мен сұйық фазаның арасы барынша тығыз жақындасуы
тиіс. Бұл колоннада орналасқан ерекше жанастырушы құралдардың (саптама,
тарелка т.б.) көмегімен жүзеге асырылады. Негізінен қоспаның
компоненттерінің толық бөлінуі жанасу сатысының саны мен буға қарсы ағатын
флегманың санына (суландыру) байланысты болады. Флегманың пайда болуы
үшін колоннаның жоғарғы бөлігінде конденсатор-тоңазытқыш орналасқан. Толық
ректификациялау нәтижесі бойынша қисық ҚНТ (қайнаудың нақты температурасы)
құрылады.
Мұнай және мұнай фракцияларының фракциялық құрамын анықтау
лабораторияда жүргізіледі. Лабораториялық практикада айдаудың келесі
түрлері кең тараған.
1. Біртіндеп буландыру принципіне негізделген айдау:
атмосфералық қысымда 350 °C дейін қайнайтын мұнай және мұнай
өнімдерінің қарапайым айдауы;
төмен қысымда (вакуумның астында) 350 °C тан жоғары температурада
қайнайтын мұнай өнімдерінің қарапайым айдауы;
дефлемациямен айдау;
толық ректификациялаумен айдау.
2. Бір ретті булндыру принципіне негізделген айдау.
Жоғары молекулалы қосылыстар мен шайырларға арналған молекулалық
дистиляция.
1.2.2 Айдау мен ректификациялаудың теориялық негіздері
Айдау және ректификациялау процестерінің теориялық негізін салуға
отандық ғалымдар зор үлес қосты: С. А. Багатуров, А. Г. Касаткин, А. Н,
Плановский, А. И. Скобло, Р. Г. Эмирджанов, А. М. Трегубое, А. И. Смирнов,
С. Н. Обрядчиков, И. А. Александров, А. А. Кондратьев және т.б. Қазіргі
уақытта айдау және ректификациялау процестерін есептеудің теориялық
негіздерінің кейбір аспектілерін өңдеу жалғасуда.
Бұл мұнай және оның фракциялары күрделі көпкомпонентті дисперсті жүйе
екендігімен, онда көмірсутегілер, әсіресе молекулалық құрылымы әртүрлі
көпкомпонентті қоспаларда азотропты қоспалар, күрделі құрылымды заттар,
әртүрлі дисперсті қоспалар т.б.жсауға қабілетті екендігімен түсіндіріледі.
Әрине, бұл күрделі мұнай қоспаларының әрекеті Рауль және Дальтон заңына
бағынатын идеал газдар мен идеал ерітінділердің әркетінен әлдеқайда басқа.
Сондықтан өндірістік аспаптардың инженерлік есептеулерінде Рауль
және Дальтон заңдарына жуық пайдлануға тура келеді. Аппараттарда қысым 0,4
МПа дейін болғанда, әсіресе мұнайдың ортаңғы фракцияларына арналған жүйелер
есептелгенде идеал газдар мен идеал ерітінділер заңдарын пайдалану мүмкін.
Есептеуде қолданудың тағы бір себебі, мұнайда және оның
фракцияларында өте көп мөлшерде жеке көмірсутегілердің болуымен және
қазіргі уақытта толықтай теңдестіру, әсіресе азеотроптық қоспалардың пайда
болуын алғанды мүмкін еместігіне байланысты. Мұның бәрі мұнай және мұнай
фракцияларының құрамы мен қасиеттері туралы түсініктерді жеңілдету
қажеттілігін тудырды. Осыған байланысты
Арнайы стандартты аспапта қайнау температурасы бойынша зерттелген
бастапқы мұнайын нақты қайнау температурасы (НҚТ бойынша айдау) бойынша
айдаудың қисығы ретінде қабылдайды, және кіші фракцияларға (5 – 10 °C)
бөледі. Мұндай әрбір кіші фракцияны фракцияның қайнауының орташа
температурасына тең, қайнау температурасымен шартты жеке компонент ретінде
қарастырады. Салыстырмалы есептеулермен белгіленгендей, А.А.Кондратьваның
ұсынуы бойынша өнімге сәйкес, фракцияларды есептеудің қанағаттандырарлық
нәтижесін алу үшін 6 дан кем емес кіші фракцияға бөлу, ал барлық мұнайды -
35 – 40 кіші фракцияға бөлу жеткілікті.
Мұнайды мұндай фракцияларға бөлу процесі арнайы аппарат-
ректификациялау колонналарында – булар мен сұйықтардың қарама-қарсы
ағымдарын жанастыруды қамтамасыз ететін ішкі құрылғылар – ректификациялау
тарелкалары немесе тұрақты саптамаларда бу және сұйық фазаларды қат-қабат
жанастыру жолымен жүзеге асырылады. Жоғары көтерілетін бу 400 - 410 °C
аспай қыздырылған мұнайдың біртіндеп булануынан пайда болады (одан жоғары
температурада қыздырғанда молекула- крекингтер қарқынды термиялық
бұзылады). Компонентті құрамы және температуралары әртүрлі (бу онымен
жанаспайтын сұйықтан, жоғары температуралы) булы және сұйық фазалардың қат-
қабат жылу және масса алмасуы нәтижесінде буларда көбірек жеңіл қайнауы
төмен компоненттер қалады, ал сұйыықтықта қайнауы жоғары ауыр компоненттер
қалады. Сөйтіп, мұнайдың барынша жеңіл және барынша ауыр компоненттерге
бөлінуі жүзеге асады.
Қарастырылған процестің нәтижесінде сұйықтық пен будың арасындағы бір
ретті жанасуының барынша ұзақтығынан бірдей температура орнауы мүмкін, ал
құрамдар фазалық теңбе-теңдікке сәйкес болады. ағымдағы өзара
әрекеттесудің мұнадй схемас теориялық тарелка немес жанасуың теориялық
сатысы деген атауға ие болған.
Нақты жағдайда жанасу аумағынан кеткен бу мен сұйықтықтың қарама-
қарсы ағымдарының тепе-теңдігіне жетпейді, осыған байланысты бұл ағымдарды
температурасы көбінесе әртүрлі болады және олардың құрамы тепе-теңдерге
сәйкес болмайды.
Ректификациялау процестері периодты үздіксіз схемаларда іске асырыл
алады. мұнайдың фракциялануының периодты процесі кейбір көмірсутектердің
бөлінуі болуы мүмкін болса да, көбінесе лабораториялық жағдайда және
стандартты аппаратта жасалады, периодты әрекет қондырғылрында, мысалы,
бензол мен толуолды бөлу және т.б.
Қазіргі уақытта мұнайды қайта өңдеу зауыттарында мұнайды фракцияларға
бөлу процестерін негізінен есептеулері физика-математикалық модельдерге:
статистикалық теңбе-теңдік, динамикалық теңбе-теңдік, осы негізгі
модельдердің басқа да модификацияларына негізделген үздіксіз схемалармен
жасайды.
Ректификациялау процесінің статистикалық тепе-тең математикалық
модельдерінің басым көпшілігі бу және сұйық фазалардың арасындағы
компоненттерді бөлу балансынан алынатын компоненттер қоспаларының тепе-тең
бір ретті булануының моделіне негізделген:
(1)
мұндағы F – бастапқы шикізат қоспасының жалпы саны, кмоль; D - булы
фазаның саны, кмоль; W – сұйық фазаның саны, кмоль; zi' yi' xi’ - шикізат
қоспасында, булы және сұйық фазаларда сәйкес i- компоненттің мольдік
концентрациясы; i - компоненттің реттік саны.
Егер DF қатынасын е' арқылы белгілесек (булы фазаның мольдік
үлесі, айдауыдң үлесі), aл WF —1 - е' арқылы белгілесек (сұйық фазаның
мольдік үлесі) онда (1) теңдік мынандай болады:
(2)
Мұнай зауыттық процестерді есептеу үшін булы және сұйық фазалардың
арасындағы тепе-теңдік жағдайы туралы деректемелер қажет. Фазалардың тепе-
теңдігі екі шарт: булы және сұйық фазалардың температураларының тепе-
теңдігі және булы және сұйық фазаларда әрбір компоненттің парциалды
қысымының тепе-теңдігі бірмезгілде қанағаттандырылғанда ғана орын алады.
Дальтон заңына сәйкес (3)
мұндағы рiП — булы фазада орналасқан i- компонентінің парциалды
қысымы,; Р – жүйедегі жалпы қысым; у’i — булы фазадағы i- компонентінің
мольдік үлесі , және Рауль заңы бойынша
(4)
мұндағы pжi – сұйық фазадағы i- компонентінің парциалды қысымы; р0i –
тепе теңдік температурасында сұйық фазадағы i-компонентінің қаныққан
буларының қысымы.
Тепе-теңдік жағдайында сонда (5)
Рауля—Дальтона (5) теңдеулерін біріктіре отырып мынаны аламыз:
(6)
р0iр =Ki фазалық тепе теңдіктің константасы ретінде белгілеп, булы
және сұйық фазаларда компоненттердің мольік концентрациялары арасында
байланыс орнатады:
(7)
Идеал емес қоспалар үшін бұл формула сұйық фазадағы активтілік пен
булыдағы фугитивтілікті есепке ала отырып компоненттердің фазалық тепе
теңдігін анықтауда пайдаланылады.
(7) теңдеуге (2) теңдеуді қоя отырып және булы және сұйық фазадағы
компоненттерде компоненттердің мольдік үлесін пайдалана отырып,
сұйық фазалар үшін (8)
булы фазалар үшін (9) аламыз.
(8) және (9) теңдеулер мұнай компоненттерінің идеал, идеал емес
қоспаларының теориялық тарелкада булы және сұйық фазалардың тепе тең
концентрацияларының негізгі есебі; булы және сұйық фазаларда баланс шарты
пайдаланылады:
сұйық фаза үшін (10)
булы фаза үшін (11)
мұндағы — қоспаның компоненттерінің сомасы.
Кейбір жағдайларда бұл теңдеулерді дистилятты фракциялар мен
қалдықтардың арасындағы компоненттерді бөлуге арналған теориялық
тарелкалардың минималды санын анықтауға болатын формуланы алу үшін
пайдалануға болады.
Бірінші жанасудан кейін, мысалы, бірінші тарелкадан фаза екінші
тарелкаға ... 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