Газ өңдеу жайында
Кіріспе 5
1 Әдеби шолу 7
1.1 Мұнай газдарын өңдеу 8
1.2 Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары 10
1.3 Көмірсутекті газдарды бөлудің физика . химиялық негіздері
10
1.4 Газ фракциялау қондырғылар 12
2 Пропан газын алу 13
2.1 Газдарды ректификациямен фракциялау 14
2.2 Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
15
2.3 Қолданылуы 16
3 Технологиялық бөлім 18
3.1 Шикізат құрамы 19
3.2 Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
20
3.3 Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары
21
3.4 Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
25
3.5 Толығымен суландыру тәртібін есептеу 25
3.6 Минимальді суландыру 30
3.7 Жұмысшы флегмалы сан кезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігін ректификациялау элементтері
32
3.8 Жұмыс кезіндегі бу санындағы айдау бөлігінің ректификациясының элементтері
44
3.9 Колоннаның қоректендіру секциясы 47
3.10 Колоннаның жоғарғы жағына берілетін салқын суландырудың (орошения) мөлшері
51
3.11 Колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі және оның айдау бөлігінің астындағы булы суландыру мөлшері
54
3.12 Колоннаның негізгі өлшемдері 57
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 63
64
1 Әдеби шолу 7
1.1 Мұнай газдарын өңдеу 8
1.2 Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары 10
1.3 Көмірсутекті газдарды бөлудің физика . химиялық негіздері
10
1.4 Газ фракциялау қондырғылар 12
2 Пропан газын алу 13
2.1 Газдарды ректификациямен фракциялау 14
2.2 Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
15
2.3 Қолданылуы 16
3 Технологиялық бөлім 18
3.1 Шикізат құрамы 19
3.2 Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
20
3.3 Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары
21
3.4 Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
25
3.5 Толығымен суландыру тәртібін есептеу 25
3.6 Минимальді суландыру 30
3.7 Жұмысшы флегмалы сан кезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігін ректификациялау элементтері
32
3.8 Жұмыс кезіндегі бу санындағы айдау бөлігінің ректификациясының элементтері
44
3.9 Колоннаның қоректендіру секциясы 47
3.10 Колоннаның жоғарғы жағына берілетін салқын суландырудың (орошения) мөлшері
51
3.11 Колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі және оның айдау бөлігінің астындағы булы суландыру мөлшері
54
3.12 Колоннаның негізгі өлшемдері 57
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 63
64
Археологтар мұнайды пайдаланудың басталу уақытын біздің заманымызға дейінгі 6 мың жылдыққа байланыстырады. Біздің заманымызға дейінгі 3 мың жылдықта Қосөзен мен Мысыр мемлекеттерінде кірпіштен және тастан салынған үйлердің, бөгеттердің, кеме тоқтайтын жерлердің және жолдардың құрылысын салу үшін қолданылған мастиканы дайындау үшін құммен және әкпен араластыра отырып, байланыстыратын және су өткізбейтін зат ретінде асфальтті пайдаланған.
Біздің заманымызға дейінгі XVIII ғасырда Қытайда мұнайды білген. Оны өндіру үшін арнайы мұнай құдықтары пайдаланылған. Қытайлар мұнайды жарық беру үшін, дәрі ретінде және әскери мақсаттарға пайдаланған. Қытай жауынгерлері «отты арбалардан» жауларына қарай жанған мұнайы бар құмыраларды лақтырған.
Кейінгі арабтар көршілес халықтардың жетістіктерімен таныса келе, мұнай туралы білді және оны өңдеу әдістерін дамытуға үлкен үлес қосты. 950 жылға жуық уақытта арабтар мұнайды айдауға арналған алғашқы қондырғыны тұрғызды. Олар айдау кубтарын күйдірілген қыштан немесе қорғасыннан жасады.
Біздің заманымыздағы мұнай мен газды өңдеу – бұл күрделі көп сатылы технологиялық процесс.
Газды өңдеу—отандық газ өнеркәсібінің ең жас саласының бірі, оның қарқынды дамуы соңғы жылдарда басталды. Газ өңдеу зауыттары елдің шаруашылығына пропанды-бутанды фракция немесе техникалық таза жеке көмірсутектері, газ немесе автомобиль бензиндері, дизельді отын, қарапайым күкірт, гелий түрінде сұйылтылған газдарды жеткізіп отырады. Сұйытылған газдар химия өнеркәсібінде шикізат, мотор отыны, сондай-ақ елді мекендерді, кәсіпорындарды, мал өсіретін фермаларды газдандыруға арналған тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
Көптеген жеңіл мұнайлар сусыздандыру мен тұзсыздандырудан кейін тұрақтандырылады – көмірсутектерінің пропан-бутанды, ал кейбір жағдайларда жартылай пентанды фракциялары айырылады. Осы фракцияларды алу мұнайды тасымалдау немесе сақтау кезінде құнды көмірсутектерінің жоғалуын азайту, сондай-ақ мұнай айдау қондырғысынан келіп түсетін мұнай буларының тұрақты қысымын қамтамасыз ету үшін қажет.
Көптеген мұнай-газ кенорындары Қазақстанның батыс аймағында және Каспий маңы бассейнінде ашылған.
1979 жылы ашылған Теңіз кен орны кең Каспий маңы бассейнінің оңтүстігінде орналасқан. Теңіз кен орны—әлемде соңғы 15 жылдықта ашылғандардың ішіндегі кең және тереңдерінің бірі. Қазіргі есептеулер бойынша оның қабатында 3 млрд. тонна (23,6 млрд. баррель) мұнай бар.
Отандық газ өңдеу өндірісі С_1-С_4 көмірсутектерді бөлуге және қарапайым күкіртті алуға негізделген. Бірақ көмірсутекті газ халық шаруашылығы комплексінің тиімділігін өсіретін, көмірсутекті шикізаттың үлкен көзі ретінде ерекше қадағалауды талап етеді.
Біздің заманымызға дейінгі XVIII ғасырда Қытайда мұнайды білген. Оны өндіру үшін арнайы мұнай құдықтары пайдаланылған. Қытайлар мұнайды жарық беру үшін, дәрі ретінде және әскери мақсаттарға пайдаланған. Қытай жауынгерлері «отты арбалардан» жауларына қарай жанған мұнайы бар құмыраларды лақтырған.
Кейінгі арабтар көршілес халықтардың жетістіктерімен таныса келе, мұнай туралы білді және оны өңдеу әдістерін дамытуға үлкен үлес қосты. 950 жылға жуық уақытта арабтар мұнайды айдауға арналған алғашқы қондырғыны тұрғызды. Олар айдау кубтарын күйдірілген қыштан немесе қорғасыннан жасады.
Біздің заманымыздағы мұнай мен газды өңдеу – бұл күрделі көп сатылы технологиялық процесс.
Газды өңдеу—отандық газ өнеркәсібінің ең жас саласының бірі, оның қарқынды дамуы соңғы жылдарда басталды. Газ өңдеу зауыттары елдің шаруашылығына пропанды-бутанды фракция немесе техникалық таза жеке көмірсутектері, газ немесе автомобиль бензиндері, дизельді отын, қарапайым күкірт, гелий түрінде сұйылтылған газдарды жеткізіп отырады. Сұйытылған газдар химия өнеркәсібінде шикізат, мотор отыны, сондай-ақ елді мекендерді, кәсіпорындарды, мал өсіретін фермаларды газдандыруға арналған тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
Көптеген жеңіл мұнайлар сусыздандыру мен тұзсыздандырудан кейін тұрақтандырылады – көмірсутектерінің пропан-бутанды, ал кейбір жағдайларда жартылай пентанды фракциялары айырылады. Осы фракцияларды алу мұнайды тасымалдау немесе сақтау кезінде құнды көмірсутектерінің жоғалуын азайту, сондай-ақ мұнай айдау қондырғысынан келіп түсетін мұнай буларының тұрақты қысымын қамтамасыз ету үшін қажет.
Көптеген мұнай-газ кенорындары Қазақстанның батыс аймағында және Каспий маңы бассейнінде ашылған.
1979 жылы ашылған Теңіз кен орны кең Каспий маңы бассейнінің оңтүстігінде орналасқан. Теңіз кен орны—әлемде соңғы 15 жылдықта ашылғандардың ішіндегі кең және тереңдерінің бірі. Қазіргі есептеулер бойынша оның қабатында 3 млрд. тонна (23,6 млрд. баррель) мұнай бар.
Отандық газ өңдеу өндірісі С_1-С_4 көмірсутектерді бөлуге және қарапайым күкіртті алуға негізделген. Бірақ көмірсутекті газ халық шаруашылығы комплексінің тиімділігін өсіретін, көмірсутекті шикізаттың үлкен көзі ретінде ерекше қадағалауды талап етеді.
1 Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти. Часть 2. Деструктивные процессы. – М.: КолосС, 2007. - 334 с: ил.
2 Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983 – 224 с.
3 В. Л. Гурвич, Н. П. Сосновский. Избирательные растворители в переработке нефти. Справочная книга. – М.: Гостоптехиздат, 1953. – 319с.
4 Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. – М.: Химия, 1981 – 352 с.
5 Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. И дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.
2 Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983 – 224 с.
3 В. Л. Гурвич, Н. П. Сосновский. Избирательные растворители в переработке нефти. Справочная книга. – М.: Гостоптехиздат, 1953. – 319с.
4 Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. – М.: Химия, 1981 – 352 с.
5 Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. И дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
5
1
Әдеби шолу
7
1.1
Мұнай газдарын өңдеу
8
1.2
Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары
10
1.3
Көмірсутекті газдарды бөлудің физика - химиялық негіздері
10
1.4
Газ фракциялау қондырғылар
12
2
Пропан газын алу
13
2.1
Газдарды ректификациямен фракциялау
14
2.2
Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
15
2.3
Қолданылуы
16
3
Технологиялық бөлім
18
3.1
Шикізат құрамы
19
3.2
Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
20
3.3
Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары
21
3.4
Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
25
3.5
Толығымен суландыру тәртібін есептеу
25
3.6
Минимальді суландыру
30
3.7
Жұмысшы флегмалы сан кезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігін ректификациялау элементтері
32
3.8
Жұмыс кезіндегі бу санындағы айдау бөлігінің ректификациясының элементтері
44
3.9
Колоннаның қоректендіру секциясы
47
3.10
Колоннаның жоғарғы жағына берілетін салқын суландырудың (орошения) мөлшері
51
3.11
Колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі және оның айдау бөлігінің астындағы булы суландыру мөлшері
54
3.12
Колоннаның негізгі өлшемдері
57
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
63
64
КІРІСПЕ
Археологтар мұнайды пайдаланудың басталу уақытын біздің заманымызға дейінгі 6 мың жылдыққа байланыстырады. Біздің заманымызға дейінгі 3 мың жылдықта Қосөзен мен Мысыр мемлекеттерінде кірпіштен және тастан салынған үйлердің, бөгеттердің, кеме тоқтайтын жерлердің және жолдардың құрылысын салу үшін қолданылған мастиканы дайындау үшін құммен және әкпен араластыра отырып, байланыстыратын және су өткізбейтін зат ретінде асфальтті пайдаланған.
Біздің заманымызға дейінгі XVIII ғасырда Қытайда мұнайды білген. Оны өндіру үшін арнайы мұнай құдықтары пайдаланылған. Қытайлар мұнайды жарық беру үшін, дәрі ретінде және әскери мақсаттарға пайдаланған. Қытай жауынгерлері отты арбалардан жауларына қарай жанған мұнайы бар құмыраларды лақтырған.
Кейінгі арабтар көршілес халықтардың жетістіктерімен таныса келе, мұнай туралы білді және оны өңдеу әдістерін дамытуға үлкен үлес қосты. 950 жылға жуық уақытта арабтар мұнайды айдауға арналған алғашқы қондырғыны тұрғызды. Олар айдау кубтарын күйдірілген қыштан немесе қорғасыннан жасады.
Біздің заманымыздағы мұнай мен газды өңдеу - бұл күрделі көп сатылы технологиялық процесс.
Газды өңдеу -- отандық газ өнеркәсібінің ең жас саласының бірі, оның қарқынды дамуы соңғы жылдарда басталды. Газ өңдеу зауыттары елдің шаруашылығына пропанды-бутанды фракция немесе техникалық таза жеке көмірсутектері, газ немесе автомобиль бензиндері, дизельді отын, қарапайым күкірт, гелий түрінде сұйылтылған газдарды жеткізіп отырады. Сұйытылған газдар химия өнеркәсібінде шикізат, мотор отыны, сондай-ақ елді мекендерді, кәсіпорындарды, мал өсіретін фермаларды газдандыруға арналған тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
Көптеген жеңіл мұнайлар сусыздандыру мен тұзсыздандырудан кейін тұрақтандырылады - көмірсутектерінің пропан-бутанды, ал кейбір жағдайларда жартылай пентанды фракциялары айырылады. Осы фракцияларды алу мұнайды тасымалдау немесе сақтау кезінде құнды көмірсутектерінің жоғалуын азайту, сондай-ақ мұнай айдау қондырғысынан келіп түсетін мұнай буларының тұрақты қысымын қамтамасыз ету үшін қажет.
Көптеген мұнай-газ кенорындары Қазақстанның батыс аймағында және Каспий маңы бассейнінде ашылған.
1979 жылы ашылған Теңіз кен орны кең Каспий маңы бассейнінің оңтүстігінде орналасқан. Теңіз кен орны -- әлемде соңғы 15 жылдықта ашылғандардың ішіндегі кең және тереңдерінің бірі. Қазіргі есептеулер бойынша оның қабатында 3 млрд. тонна (23,6 млрд. баррель) мұнай бар.
Отандық газ өңдеу өндірісі С1-С4 көмірсутектерді бөлуге және қарапайым күкіртті алуға негізделген. Бірақ көмірсутекті газ халық шаруашылығы комплексінің тиімділігін өсіретін, көмірсутекті шикізаттың үлкен көзі ретінде ерекше қадағалауды талап етеді.
Мұнай газы, Республиканың халық шаруашылығын отынмен қамтамасыз ету үшін қосымша энергия көзі ретінде өте маңызды. Еліміздегі қазіргі кезде бар кейбір газ өңдеу зауыттары ескірген, олар модернизациялауды талап етеді. Көмірсутекті газдардың сапасын және өңдеу тиімділігін өсіру -- әлемдегі мұнай және газ өңдеу өндірісі тенденциясының қажетті талабы.
1 Әдеби шолу
Алғашқы Қазақстан мұнайы 1911 жылы Эмба өзенінде алынған. Алпысыншы жылдардың басында Маңғыстау түбегінде (Өзен, Жетібай) жаңа мұнай кен орындарының ашылуы ғылым мен практиканың алдына мұнай өндіру мен өңдеудің жаңа міндеттерін қойды. Жетпісінші жылдардың басында Бұзашы (Қаражанбас, Қаламқас) түбегінде жоғары мөлшердегі асфальтті - шайырлы заттар, металдары бар мұнай кен орындары ашылды. Қазіргі уақытта Қазақстанда 150-ден аса мұнай және газ кен орындары зерттелген.
Қазақстанның мұнай өңдеу және мұнайхимиялық өнеркәсібі Кеңес Одағының біртұтас кешенінің негізгі бөлігі ретінде ұйымдастырылып, дамып отырған. Одақтың құлауымен (ыдырауымен) бірге біртұтас экономикалық кеңестік пен республикааралық еңбек бөлінісі де бұзылды. Егемендік алғалы бері Қазақстанда республиканың мұнайхимиялық өнімдеріне деген қажеттіліктерін масималды түрде қанағаттандыруға бағытталған көмірсутек шикізаты бойынша технологиялық өзара байланысты мұнайхимия өндірісінің жекеменшік кешені құрылуда. Басқа көптеген елдерге қарағанда, Қазақстанның мұнай өңдеу өнеркәсібінің көптеген салаларын дамыту үшін өзінің жеке шикізат базасы бар. Оған мұнайды айдау және крекингі барысында алынатын табиғи және ілеспе газдар, газ тәрізді және сұйық көмірсутектер және басқалары кіреді. Мұнай державасы ретінде Қазақстанның болашағы орасан зор: халықаралық байланыстар дамып жатыр, мұнай өнімдері бойынша айтарлықтай экспорттық потенциал құрылуда.
Қазақстан тәуелсіз мемлекет ретінде, шамалы уақыт аралығында отандық мұнай өңдеу өнеркәсібі қуаттылығы 1-2 млн.т атмосфералық мұнай айдау қондырғыларынан мұнай шикізатын қуатты кешендік өңдеу жүйелеріне дейін жол жүріп өтті. Өнеркәсіп өндірісінің көлемі 1990 жылғы деңгейден 22 есеге көп. Өнімді сату көлемі бойынша мұнай өңдеу мен мұнайхимия ауыр өнеркәсіп салалары ішінде екінші орын алады. Саланың өнімі 55-тен аса елге экспортқа шығарылады.
Мұнайды өңдеу көлемінің ұлғаюымен қатар алынып отырған өнімдердің номенклатурасы кеңейіп және мұнай мен газды пайдалану тиімділігі артып отыр. Газды тиімді пайдалану деп одан мұнайхимиялық синтезге қажетті шикізат - жеке көмірсутектерді (пропан, бутан, пентан) максималды толық бөліп алуды айтамыз. Мұнай газын өңдеудің ең тиімді тәсіліне газ фракцияларын газфракциялау және оларды әрі қарай өңдеуге жарамды техникалық фракцияларға айналдыру. Бұл жағдайда газфракциялау өзінің техникалық және экономикалық көрсеткіштері бойынша газ қоспаларын компоненттерге бөлудің кең мүмкіншіліктерін көрсетеді.
1.1 Мұнай газдарын өңдеу
Көмірсутекті шикізаттарды өңдеу процестері кезінде 5-20 % (мас.) көмірсутекті газдар түзіледі (қаныққан және қанықпаған, нормаль және изоқұрылымды). Мұнай зауыттарының газдары - мұнайда кездесетін технологиялық және табиғи газдардың қоспасы. Газдардың әрбір компоненттері технологиялық процестердің шикізаты ретінде және мотор, тұрмыстық немесе технологиялық отын компоненті ретінде, сонымен қатар экстрагент немесе хладагент және т.б. мақсаттарда өз қолданысын табады.
Жетілдірілген газөңдеу зауыттары мен қондырғылырда газ және конденсатты шикізаттан коммуналдық - тұрмыстық мақсатта қолданатын құрғақ газ, этан фракциясы, жеңіл көмірсутектерінің кең фракциясы, тұрақты газ конденсаты, қарапайм күкірт, меркаптандар сияқты көптеген аса бағалы өнім түрлерін өндіреді.
Шығу жеріне байланысты мұнай газдары табиғи және жасанды болып бөлінеді. Жер қойнауынан алынатын кез келген жанғыш газ, мейлі ол табиғи, мейлі ол ілеспе болсын, өзінің химиялық қасиеті жағынан әртүрлі болып келеді. Оның құрамына көмірсутектен басқа шаң түйіріндей бөлшектер, су буы, азот кіреді. Ал кейбір кен орындарындағы газдардың құрамында қышқыл компоненттері - күкіртсутек, меркаптандар, көмірсутек диоксиді бар.
Құрғату, газ құбырында гидрат түзілуін толығымен жоятындай етіп жүргізілуі тиіс.
Осындай кәсіпшілік жағдайда дайындаудан кейін күкіртсіз табиғи газды тікелей магистралды зауыттардың бас компрессорлық стацияларына жібереді.
Құрамында күкіртті қосылыстары бар газ, сонымен қатар кәсіпшілік мақсатта алынған бүкіл мұнай газы газ өңдеу зауыттарына келіп түседі.
Жеңіл көмірсутектердің кең фракциясы және тұрақты конденсат келесі өнімдерді өндіруде бастапқы шикізат болып табылады:
- коммуналдық - тұрмыстық тұтынуға қажетті сұйытылған газдарды;
- мұнайхимиялық синтез үшін шикізат ретінде пайдаланатын пропан, изобутан, бутан, изопентан, пентан фракцияларын;
- дизель отынын, авиакеросинді, автомобиль бензинін, еріткіштерді, флотореагенттерді және қазандық отынды.
Газды тиімді пайдалану деп одан мұнайхимиялық синтезге қажетті шикізат - жеке көмірсутектерді (пропан, бутан, пентан) максималды толық бөліп алуды айтамыз. Мұнай газын өңдеудің ең тиімді тәсіліне газ фракцияларын газфракциялау және оларды әрі қарай өңдеуге жарамды техникалық фракцияларға айналдыру. Бұл жағдайда газфракциялау өзінің техникалық және экономикалық көрсеткіштері бойынша газ қоспаларын компоненттерге бөлудің кең мүмкіншіліктерін көрсетеді.
АҚШ-та табиғи газдарды өңдеу коэффиценті өте жоғары (өндіру көлемінің 81,7%-ы). Табиғи газдан алынатын сұйық өнімнің жалпы көлемі АҚШ-та 50 млн. тжыл дейін жетеді. Ал табиғи газдарды өңдеу коэффициенті біздің елімізде өндіру көлемінің 15%-ын құрайды.
Елімізде мұнай газының шығындары мынаған байланысты: осы уақытқа дейін қажетті компрессорлық жабдықтың болмауына байланысты мұнай қабатына газды қайта беру жүргізілмейді. Газ конденсатты кен орындарын және табиғи газды таусылғанша өндіру жағдайы да кері фактор болып отыр. Осының нәтижесінде газ конденсаты ресурстарының жартысына жуығы қабатқа сіңіп, миллиондаған тонна конденсаттың жойылуына әкеледі. Сонымен қатар қалып қалған конденсат қабат саңылауларын бітеп, газ фазасын максималды сұрыптауға кедергі болады.
50-60 жылдары және де 70-ші жылдардың бірінші жартысында салынған газөңдеу зауыттарының көбісі моральді және физикалық, технологиялық тозған. Мұнай газы ресурстарының таусылуына байланысты көптеген газ өңдеу зауыттары 50%-дан төмен жұмысбастылықпен жұмыс істейді.
Жетілдірілмеген технолгияға байланысты күкіртсутектің қарапайым күкіртке конверсиясының толық болмауынан, құрамында күкірті бар газ өңдеу зауыттары қоршаған ортаға айтарлықтай зиян келтіріп отыр.
Жоғарыда айтылғанның тұрғысынан қарасақ, мұнай өндіретін өнеркәсіптің жұмысшылары келесі міндеттерді шешуі қажет:
1. Мұнай газының пайдалану коэффициентін өндіруден 90-95%-ға жеткізе отырып жоғарылату, ескі мұнай аймақтарында газөңдеу зауыттарын техникалық қайта жарақтандыру, Батыс Қазақстанда жаңа газөңдеу зауыттарын, азгабаритті блокты қондырғылар, магистралды газ құбырлары мен өнім құбырларын салу;
2. Табиғи және ең алдымен құрамында этаны бар газдарды және өндірілген этаны бар газ конденсатын, сұйытылған газдарды, моторлы орындарды өңдейтін зауыттарды салу;
3. Батыс Қазақстанда пластикалық массаларды, ароматты көмірсутектерді, спирттерді өндіретін газхимиялық кешендерді салуға және әрі қарай эксплуатацияға қатысу;
4. Құбырдетандерлерін қолдана отырып, ішкі ағымдардың салқындауы рекуперация (қайтарымдау) жүйесін жетілдіре отырып, мембранды технологияны қолдана отырып, өңделетін шикізат - этанды, пропанды және жоғарғы сутектердің сұрыпталуын тереңдететін жаңа технологияны дайындау және енгізу;
5. Газдан күкіртті қосылыстарды бөліп алатын, күкіртсутектің тікелей тотықсыздануы жолымен қарапайым күкіртті алатын, күкіртсутектің күкіртке 99,5-99,8 %-ға дейін конверсиясын қамтамасыз ететін экономикалық процестерді әзірлеу және енгізу.
1.2 Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары
Газдың жеке фракцияларға бөлінуі газфракциялайтын қондырғыларда жүзеге асырылады. Мұнай газын өңдеу зауыттары мен қондырғылар келісі түрде жіктеледі:
- қайта өңделетін газдың көлемі бойынша;
- бензинсіздендіру тәсілі бойынша (бағалы компоненттерді бөліп алу);
- технологиялық циклдың аяқталуы бойынша.
Сонымен қатар олар азгабаритті, жылжымалы және станционарлық болып бөлінеді. Өңделетін газдың көлемі бойынша газ өңдеу зауыттары төмендегідей бөлінеді:
- аз қуатты - 500 млн. м3жыл дейін;
- орташа қуатты - 500-ден 1000 млн. м[3]жыл дейін;
- үлкен қуатты - 1000 млн. м[3]жыл жоғары.
Бинзинсіздендіру тәсілі бойынша газөңдеу зауыттары 3 түрге бөлінеді:
а) төмен температуралы абсорцияны қоса отырып, бензинсіздендіру абсорциялау тәсілімен жүргізілген зауыттар;
б) газдан бағалы компоненттірді бөліп алу төмен температуралы конденсация және төмен температуралы ректификация тәсілдерімен жүргізілетін зауыттар - Шымкент, Павлодар мұнайөңдеу зауыттары;
в) газды бензинсіздендірумен қатар, мұнай дайындауды жүргізетін зауыттар (Теңіз кен орнындағы Жаңажел зауыты).
Технологиялық циклдің аяқталуы бойынша газөңдеу зауыттары төмендегідей бөлінеді:
а) технолгиялық цикл аяқталған, яғни құрамында газ фракциялайтын қондырғылары бар зауыттар. Онда жеке өзі шығаратын, сонымен қатар сырттан әкелінетін тұрақсыз газды бензинді келесі өнімдерге бөлу жүргізіледі: этанды фракция, сұйықталған газдар, жеке техникалық таза көмірсутектер (пропан, изобутан, н-бутан, изопентан) және тұрақты газды бензин;
б) технологиялық циклы аяқталмаған, яғни құрамында газ фракциялайтын қондырғылары жоқ зауыттар. Олар тек екі негізгі өнім түрін шығарады: бензинсіздендірілген құрғақ газ және жеңіл көмірсутектердің кең фракциясы [8].
1.3 Көмірсутекті газдарды бөлудің физика - химиялық негіздері
Газ фракциялайтын қондырғыларды эксплуатациялау жағдайында заттың сұйықтық күйінен газ тәрізді күйге өту және керісінше құбылыстар тұрақты түрде кездесіп тұрады. Белгілі бір қайнау температурасы бар жеке зат үшін бір күйден екінші күйге өтудің қатаң белігіленген жағдайлар болады. Әртүрлі қайнау температурасы бар бірнеше компоненттерден тұратын заттар үшін агрегаттық жағдайын өзгертудің белгілі бір қатаң шектері жоқ.
Көп компонентті қоспа үшін температуралар мен қысымдардың кейбір интервалында фазалардың шектері бар.
Газ фракциялайтын қондырғылардың жұмысына қолданатын заттың агрегаттық қалпын өзгерту жағдайын анықтайтын аса маңызды факторларды қарастырайық:
- газ және бу;
- газ қоспасындағы компоненттердің концентрациясы;
- аумалы күйдегі критикалық температура және қысым.
Газ және бу. Температурамен қысымның шарттары бойынша конденсацияға, яғни қанығуға тым жақын жағдайындағы газды бу деп атауға болады. Температура мен қысым шарттары бойынша конденсация жағдайынан алыстатылған шамадан тыс қыздырылған булар толығымен газ жағдайы заңдарына бағынған.
Дальтонның заңы бойынша газ қоспасының толық қысымы оның компоненттерінің порциалды қысымдардың қосындысына тең. Газдардың қоспасында әрбір жеке газ, қоспадан құрамдық бөліктерді алып тастағанда және ол жалғыз өзі ғана бүкіл көлемді алатындай ұстайды.
Газ қоспасындағы компоненттердің концентрациясы. Газ қоспасындағы кез келген компоненттің концентрациясы деп оның осы қоспадағы қатыстық құрамын айтамыз, бұл концентрация у арқылы белгіленеді. Сұйық күйіндегі газдар үшін концентрация х арқылы белгіленеді.
Газ қоспасындағы жеке компоненттердің мөлшері қандай бірлікте көрсетілгеніне байланысты концентрацияның сипаттамасы да анықталады.
Концентарция салмақтың, молярлық, көлемдік немесе пайызбен не үлеспен көрсетілген болуы мүмкін.
Салмақтық концентрация қарастырылып отырған компоненттің жалпы жүйе салмағының қандай бөлігін құрайтынын көрсетеді:
мұндағы Уі - қарастырылып отырған компоненттің салмақтық концентрациясы;
Qі - берілген компоненттің солмағы;
Q - тең жүйенің жалпы салмағы.
Аумалы күйдегі температура және қысым. Газдың сұйық күйге өту мүмкіндігі аумалы күйдегі температурамен сипатталады. Егер газдың нақты температурасы оның аумалы күйдегі температурадан төмен болса, онда газ сұйық күйге өтуі мүмкін және де газдың бұл температурасы қаншалықты төмен болса және қысым жоғары болса, соншалықты жылдам өтеді. Егер газдың нақты температурасы оның аумалы күйдегі температурасынан жоғары болса, тек газ тәрізді күйде болады. Аумалы күйдегі температурада газ сұйық күйге өту үшін қажетті қысым аумалы күйдегі қысым деп аталады.
1.4 Газ фракциялау қондырғылар
Газ қоспаларын фракцияларға бөлу үшін және газдарды компоненттерге бөлу үшін келесі процестер қолданылады: конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. Газ фракциялау қондырғыларда бұл процестер әртүрлі үйлесімдікте ұластырылады. Газды ректификациялау зауыт газдарынан пропан- пропен және бутан-бутен көмірсутектерін толығымен бөліп алу үшін қажетті компрессия және абсорбция процестерімен өте тығыз байланысты.
Газды компрессиялау оны құрайтын компоненттерге бөлгенде немесе газ құбырымен үлкен қашықтыққа айдау қажет болғанда қолданылады.
Газды екіфазалы сұйықтық - газ жүйесіне айналдыру үшін конденсация қолданылады. Бұл жүйені содан кейін механикалық түрде газ және сұйықтыққа бөледі. Конденсация газдарды бөлу схемаларында компрессиямен бірге қолданылады.
Егер газдың құрғақ бөлігін (сутектен С2 көмірсутектеріне дейін) және С3 фракциясын алу қажет болғанда абсобцияны ректификациямен үйлесуін пайдаланады. Абсорбцияларды ең алдымен газ фазасының ең ауыр көмірсутектеріне салады.
Ректификация газ қоспаларын бөлудің соңғы сатысы болып табылады. Оны жоғарғы таза жеке көмірсутектерді алу үшін қолданады. Газ қоспаларын компоненттерге бөлу қиынырақ жүретіндіктен, газдан конденсаицялық - компрессорлық немесе абсорбциялық әдіспен бөлінген сұйықтықты газдардың ректификацияға бөліну схемасына береді. Мұнай фракцияларының ректификациясымен салыстырғанда сұйытылған газдардың ректификациясының ерекшелігі - бұл қайнау температурасы бойынша өте жақын өнімдерді бөлу қажеттілігі және жоғарға тазалық деңгейдегі тауарлы өнімдерді алу.
Газ фракциялау қондырғылар өңделетін шикізаттың түрі бойынша шекті және шексіз газдардың қондырғылары болып бөлінеді. Ал газдардан мақсатты компоненттерді бөліп алу схемасының түрі бойынша конденсациялық - компрессорлық және абсорбцияның қондырғылар болып бөлінеді. Абсорбциялық қондырғыларында сияқты, газдан бөлініп алынған көмірсутектердің сұйық қоспасы әрі қарай, ректификацияны қолдана отырып, жеке көмірсутектерге немесе фракцияларға бөлінеді.
Құрамында көмірсутек және төмен меркаптандар бар көмірсутек газдарын газ фракциялайтын қондырғыларға жіберілмей тұрып, алдымен оны тазалайды. Газды тазалауда абсорбция немесе экстракция жиі қолданылады. Мұнай өңдеу процестері моноэтаноламин (МЭН) ерітіндісінің көмегімен тазалау кең қолданылады.
Газ фракциялайтын қондырғының жұмыс режимі бірқатар көрсеткіштермен немесе параметрлермен анықталады. Олар негізгі немесе тәуелсіз және тәуелді параметрлер болып бөлінеді.
Негізгі параметрлерге қондырғы жұмысының сапасына тікелей әсер ететіндерге қысым мен температура жатады.
Тәуелді параметрлерге берілген деңгейдегі параметрларді ұстап тұру үшін қажетті барлық қалған көрсеткіштер жатады. Газ фракциялайтын қондырғылар үшін тәуелді параметрлерге келесілер жатады: рекфикациялық колонканың жоғарғы жағына суытуға қажетті шығын, буландырғыш - қыздырғыштардағы температураны ұстап тұру үшін қажетті бу шығыны, тоңазытқыштар мен конденсаторларға қажетті су шығыны, қыздыру температурасы және шикізатты колоннаға біркелкі жіберу, аппараттардағы және сыйымдылықтардағы сұйық фазаның қажетті деңгейлерін сақтау және т.б.
Жұмыс режимінің көрсеткіштері қондырғының жұмысын бақылайтын лабораторияның жұмысын бақылайтын лабораторияның анализдері мен есептік мәліметтері негізінде орнатылады. Бұл көрсеткіштер технологиялық картаға жазылады.
Газ қоспаларын ректификациялық бөлу барысында газдарды ең алдымен салқындату және қысымды жоғарылату жолымен сұйық күйге айналдырады. Кейін алынған сұйық қоспаны ректификациялайды. Құрамында метан, этилен, этан сияқты жеңіл көмірсутектер бар газ қоспаларын бөлген кезде төмен температураны (-70[0] дейін және төмен) және 2 мПа дейінгі қысымды қолдану қажет. Пропан мен пропиленді айыру үшін шамалы төмен температура мен шамалы ғана қысым қажет.
Газды фракциялау процесінде концентрация деңгейі немесе алынған әрбір өнімнің химиялық тазалық деңгейі ректификацияның (айқындылығымен) анықталады. Сондықтан температура мен қысымды бақылауда және реттегіштерін колоннаға қосу ерекше маңызды болып табылады.
2 Пропан газын алу
Пропанның алыну көздері табиғи және мұнай зауыттарының газы болып табылады.
Табиғи газдардың көп мөлшердегі пропан мөлшерімен сипатталатын майлы және бай газдары кейбір кен орындарында бар, мысалы, Грозненск ауданының газы, онда көлемі бойынша пропанның 24 % дейін мөлшері бар, Майкопск ауданында пропанның 35,7 % дейін мөлшері бар, және т.б.
Зауыт газдарынан пропанның көп мөлшерлілігімен сипатталатын газдар, крекинг газдарынан бөлінген пропан-пропенді фракцияда кездесетін бензолдың пропенмен каталитикалық алкилдеу әдісімен техникалық изопропилбензол (кумол) өндіру үрдісінде кездеседі.; алынған газ көлемі бойынша 70-80% пропанды құрайды; қоспалар ретінде онда пропен, бутан, этан және т.б. бар. Пропанның алыну көздері болып сонымен қатар басқа да мұнай зауыттарының газдары болып табылады, олар мазуттың және солярдың термиялық крекинг үрдісінен алынады және онда көлемі бойынша 24 % деййін пропан бар, лигроиннің термиялқ риформингі - 24 %, каталитикалық крекинг - 14 % дейін, деструкциялы гидррогенизация - 20 % дейін, сутек қысымы астында ароматтау - 6-14% арасында және т.б.
Табиғи және мұнай зауыттарының газдарынан пропанның шығарылуы газ қоспасының құрамына және компоненттердің газ қоспасынан бөлінетіндігіне байланысты. Бөліну ректификациямен және сұйық сіңіргіштермен көмірсутектердің абсорбция үрдістерімен комбинацияланған ректификациямен немесе қатты, беттік активті заттармен, негізінде активтенді-рілген көмірмен абсорбцияланады.
2.1 Газдарды ректификациямен фракциялау
Көмірсутекті газды қоспаның ректификациясының принципиальді сызбанұсқасы газды қоспаның компоненттерінің бөліну мақсатында, сонымен бірге пропанның немесе оның пропенмен қоспасының (қайнау температурала-рының бір-біріне жақындығынан бөлінуі қиын болғандықтан) пропан-пропенді фракция түрінде - суретте көрсетілген.
Бастапқы газды қоспа 30-35 кгсм2 қысымға дейін сығылуға түседі және этан колоннасына түседі К-1; ағымдағы температура мен қысымды ұстап тұру, сонымен бірге, колоннаның үстінен және конденсаторда Т-1 хладоагент көмегімен конденсацияланатын құрамы бойынша жақын метан-этан-этен фракциясын колоннаға суландыруға жіберу газды қоспаның бөлінуін қамтамасыз етеді; сұйық фаза - К-1 колоннасының қалдығы - су буымен қыздырылатын қайнатқышқа Т-2 түмеді және ары қарай К-2 пропан колоннасына түседі.
К-2 пропан колоннасында қажет температураны және 16-18 кгсм2 қысымды ұстап тұру, сонымен қатар, алынған фракцияның құрамына жақын суландыруды колоннан жіберу - пропан-пропен фракциясына колоннаға түсетін газды қоспаның бөлінуін қамтамасыз етеді. Пропан-пропен фракциясы Т-3 конденсаторда сумен конденсацияланады, және қалды қыздырғыш су буы бар Т-4 қайнатқышына түседі және ары қарай бутан колоннасына К-3 түседі.
К-1 - этан колоннасы; К-2 - пропан колоннасы; К - 3 - бутан колоннасы. Т-1, Т-2, Т-3 - конденсаторлар; Т-2, Т-4, Т-6 - қайнатқыштар; Е-1, Е-2, Е-3 - сығылған газдардың қабылдағыштары; 1 - қыздырғыш бу.
1.1 - сурет - Көмірсутекті газдардың ректификациясымен пропан алудың принципті сызбанұсқасы.
Айтылғандай, К-3 колоннасында, сәйкес температурада және 6-8 кгсм2 қысымда, сонымен бірге, колоннаның үстінен алынатын құрамы жағынан жақын суландыру берген кезде, колоннаға түсетін газды қоспаның бутан-бутен фракциясына бөліну қамтамасыз етіледі және қалдық - газдың бензин фракцияларын кездестіретін С5 көмірсутектері және одан жоғары.
2.2 Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
Бастапқы газды қоспа айтарлықтай С1 және С2 көмірсутектер мөлшерін қамтыған кезде газдарды фракциялау ауыр көмірсутектерді (С3 және жоғары) кезекті ректификациямен абсорбциялау арқылы жүргізеді.
Контактілеуді біргелесіп өңделуіне түсетін тұрақсыз крекинг-бензинінің және каталитикалық крекинг газдарының бастапқы шикізаты ретінде қолдануға негізделген принципті сызбанұсқасы 4-суретте көрсетілген.
Н-1 компрессорымен берілетін крекинг-газы, және Н-2 сорабымен берілетін крекинг-бензині Т-1 тоғазытқышында араласыды және сумен салқындатылады, содан кейін К-1 газсепараторына беріледі; бензин мен газдың араласуы кезінде, бензин газдың ауыр көмірсутектерін интенсивті түрде абсорбциялайды. Сіңірілмеген газдың бөлігі К-1 газсепараторында бөлінеді және лигроин типті жеңіл абсорбентпен суландырылатын К-2 абсорберіне түседі; жеңіл көмірсутектермен қаныққан абсорбент К-2 колоннасының астына шығады
К-1 - газсепаратор; К-2 - абсорбер; К-3 - депропанизатор; Т-1 - бензин мен газ қоспасының тоңазытқышы, Т-2 пропан-пропен фракциясының конденсаторы; Т-3 - пропан колоннасынң қайнатқышы, Е-1 - пропан-пропен фракциясының қабылдағышы, Н-1 - компрессор, Н-2, Н-3, Н-4 - сораптар; 1-крекинг-газының кірісі, 2-крекинг-бензинінің кірісі, 3-абсорбент кірісі, 4-десорбцияға қаныққан абсорбенттің шығуы, 5-атмосфераға жеңіл компоненттердің шығуы, 6-пропан-пропен фракциясының шығуы, 7-бутан колоннасына қалдықтың шығуы.
1.2 - сурет. Көмірсутекті газдардың абсорбциясымен және ректификациясымен пропан алынудың принципті сызбанұсқасы
және десорбцияға түседі, содан соң салқындатудан кейін К-2 абсорберіне түседі. Пропанның үлкен бөлігі К-1 газсепараторының сұйық өнімінде қалады және Н-3 сорабымен К-3 депропанизаторға беріледі, ол жерде К-3 колоннасының үстінен алынатын С3 көмірсутектерін және колоннаның астынан ары қарай фракциялауға дебутанизаторға түсетін қалдықты қамтамасыз ететін режим ұсталынады.
2.3 Қолданылуы
Пропан мұнай өңдеу саласында таңдалған еріткіш ретінде кеңінен қолданылады.
Қазіргі зауыттарда барлық қалдық майларды алу, сонымен бірге, дистилятты майлардың бөліктерінді алу пропанды өндірістің кезеңдерінде қолдануға негізделген, себебі пропан барлық үш негізгі майларды тазарту үрдістерінде пайдаға асады: деасфальтизацияда, селективті тазалауда және депарафинизацияда.
Айтылған үрдістерден басқа, пропан кейбір зауыттарда қалдық майларды қышқылмен, сілтімен және пропан ерітіндісіндегі адсорбенттермен тазалауда қолданылады.
Қалдық майлы шикізат деасфальтизациясынан бөлек, кең таралған пропан каталитикалқ крекинг үшін шикізаттың деасфальтизациясы үшін қолданылады. Кейде, бір қондырғыда шикізаттың екі түрі де кезекті өндіруге түседі.
Пропан деасфальтизация үшін және шайырлы өнімдерді шайырсыздан-дыру үшін қолданылады, мысалы озокеритті. Пропан тоңазытқышты қондырғыларда хладоагент ретінде қолданылады, сонымен бірге жаңа депарафинизация қондырғыларында. Пропан-пропенді фракция пропан сияқты автотранспортқа отындық жанармай және тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
3 Технологиялық бөлім
Газфракциялаушы қондырғыда пропан колоннасын есептеудің бастапқы берілістері:
Шикізат құрамы (мол. %): СН4 - 0,35, С2Н6 - 0,73, С3Н8 - 37,51, н-С4Н10 - 42,69, н-С5Н12 - 18,72;
Колоннаның жоғарғы өнімдерінің құрамындағы н-С4Н10 - 1,3 мол. %, төменгі өнімдерінің құрамындағы н-С3Н8 - 4 мол. %;
Колоннаға шикізат tf = 80oC температурада беріледі;
Шикізат бойынша колонна өнімділігі Lсағ = 45000 кгсағ;
Колоннаның конденсатор-тоңазытқышына берілетін судың бастапқы температурасы 23oC;
Көпкомпонентті ректификацияны есептеудің белгілі бір әдістерінің ішінде табақшадан табақшаға әдісі нақты, әрі сенімді әдістерінің бірі.
Колонналарды есептеудің реттілігі:
Берілген колоннаның өнімділігі мен шикізат құрамы арқылы оның барлық компоненттерінің массалық және мольдік мөлшерін анықтау.
Жалпы ағын мөлшері мен әрбір компоненттері жазылған колоннаның барлық көлеміндегі материалдық баланс теңдеуінен дистилляттың және қалдық құрамы мен мөлшерін анықтайды;
Дистиллят пен қалдық құрамы және салқындататын судың бастапқы температурасы арқылы сұйық пен булы фаза изотерма теңдеуінен колоннаның қысымын, жоғарғы және төменгі температурасын анықтайды. Салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін анықтайды.
Қоректілік бөліміндегі берілген шикізат құрамы, оның температурасы мен қысымы арқылы айдау өнімінің мольдік үлесі және колоннаға берілетін шикізаттың сұйық пен сулы фазасының құрамын анықтайды.
Есептеуді А.М.Трегубов-тың аналитикалық әдісі арқылы жүргізеді.
Толығымен суландыру тәртіптегі есептеу жүргізіледі, қалдықтағы метан мен этан концентрациялары, ал дистилляттағы н-пентан концентрациясынөлге тең.
Колоннаның концентрациялы және айдалған бөлігіне сәйкес флегмалы және булы минимальды санын анықтайды. Есептеу біртіндеп жақындату әдісімен Андервуд теңдеуі арқылы жүргізіледі.
Жұмыс флегмалы санкезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігінің ректификациялы элементтері есептеледі. Барлық анықтауыштар табақшадан табақшаға аналитикалық әдісімен концентрациялар теңдеуі мен булы сұйықтық теңдіктері арқылы анықталады.
Жұмыс булы сан кезіндегі колоннаның айдалған бөлігінің ректификациялы элементтері есептеледі. Барлық анықтауыштар концентрациялы бөлік сияқты анықталады.
Колоннаның қоректілік бөлімі есептеледі және концентрациялы мен айдалған бөлігінде теориялық табақшалар санын анықтайды.
Концентрациялы бөліктің жылулық баланс теңдеуі арқылы колоннаның жоғарғы бөлігіне берілетін салқын суландыру мөлшерін анықтайды.
Айдалған бөліктің жылулық баланс теңдеуі арқылы колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі мен айдалған бөліктің төмендегі булы суландыру мөлшерін анықтайды.
Колоннаның негізгі өлшемдерін - диаметрі мен биіктігін анықтайды.
3.1 Шикізат құрамы
3 - кесте - Шикізат құрамы
Шикізат компо-ненттері
ρ кгм3
м3сағ
кгсағ
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
. . . . .
0,66692
1,25004
1,83315
2,41623
2,99934
157,5
328,5
16879,5
19210,5
8424
45000
105,03
410,6
30954,4
46417
25266,4
102793,5
Шикізаттың орташа молекулалық массасы (2-кесте):
Mорт=15Mici'= 55,018 ≈ 55
3.1 - кесте - Шикізаттың орташа молекулалық массасы
Компо-нент нөмірі
Шикізат компо-ненттері
Молеку-лалық массасы Mi
Мольдік үлестегі шикізат құрамы ci'
Mici'
Массалық үлестегі шикізат құрамыci=Mici'Mici'
Шикізаттағы мөлшері
кгсағ
кмольсағ
1
2
3
4
5
Барлығы
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
. . . . .
16
30
44
58
72
-
0,0035
0,0073
0,3751
0,4269
0,1872
1,0000
0,0560
0,2190
16,5044
24,7602
13,4784
55,018
0,0010
0,0040
0,3000
0,4500
0,2450
1,0000
105,03
410,6
30954,4
46417
25266,4
102793,5
6,56
13,7
703,5
800,3
351
1875,06
3.2 Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
Есептеулерде келесі мәндер қабылданады: L=100 кмоль, барлық жерде өнім құрамы мольдік үлесте берілген. Дистилляттағы бутан мөлшері (1,3 мол.%) мен қалдықтағы пропан мөлшері (4 мол.%) аз болғандықтан, есептеуді нақты жүргізу үшін қалдықтағы СН4 мен С2Н6 мөлшерін және дистилляттағы н-С5Н12 мөлшерін ескермеуге болады.
Сонымен, xR1'=0, xR2'=0, yD5'=0деп қабылдаймыз (x' пен y'- сұйық және будағы компоненттердің мольдік үлестері, R индексі қалдықты, ал D дистиллятты білдіреді, 1,2,...,5 сандары - сәйкесінше метан, этан, ... , пентан).
Әрбір компоненттер мен ағындардың жалпы мольдік мөлшері бойынша колоннаның материалдық баланс теңдеуін жазамыз:
L=D+R (1)
LC1'=DyD1'+ RxR1' (2)
LC2'=DyD2'+ RxR2' (3)
LC3'=DyD3'+ RxR3' (4)
LC4'=DyD4'+ RxR4' (5)
LC5'=DyD5'+ RxR5' (6)
Белгілі мәндерді қоя отырып және R мәнін (2)-(6)теңдеулерінде ауыстыра отырып келесі теңдеулерді аламыз:
0,35=DyD1'+ (100-D)·0 (2')
0,73=DyD2'+ (100-D)·0 (3')
37,51=DyD3'+ (100-D)·0,04 (4')
42,69=D·0,013+ (100-D)·xR4' (5')
18,72=D·0+ (100-D)·xR5' (6')
(5), (6) теңдеулерін қосып, келесі теңдеуді аламыз:
61,41=D·0,013+ (100-D)(xR4'+xR5')
Бөліну жағдайларына қарай белгілі
xR3'+xR4'+xR5'=1
мұндағы xR3'=0,04, сондықтан
xR4'+xR5'=1-0,04=0,96
Демек:
61,41=0,013D+ 96-0,96D
мұндағы
D=34,590,947=36,6 кмоль100 кмоль шикізат
R = 100-36,6 = 63,4кмоль100 кмоль шикізат
(2') теңдеуден:
yD1'=0,3536,6=0,0096
(3')теңдеуден:
yD2'=0,7336,6=0,0200
(4')теңдеуден:
yD3'=37,51-63,4·0,0436,6=3536,6=0,9 560
(5')теңдеуден:
xR4'=42,69-36,6·0,01363,4=42,69-0,4 863,4=0,6650
(6')теңдеуден:
xR5'=18,7263,4=0,2950
Колонна өнімдерінің мөлшері мен құрамы 3.2-кестеде көрсетілген.
3.2 - кесте - Колонна өнімдерінің мөлшері мен құрамы
Компоненттер
Шикізат кмоль
Дистиллят D
Қалдық R
DxDi'кмоль
RxRi'
LCi' кмоль
yDi'=xDi'
DL
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
0,35
0,73
37,51
42,69
18,72
100,0
0,35
0,73
35,00
0,48
-
~36,6
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
-
0,9986≈1
-
-
2,51
42,21
18,72
~63,4
-
-
0,0400
0,6650
0,2950
1,000
0,366
0,366
0,366
0,366
0,366
-
3.3 Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары.
Конденсатор-тоңазытқышта тиімді жылуалмасуды қамтамасыз ету үшін to жоғарғы өнімнің буы толық конденсациялану температурасынан колоннаның конденсатор-тоңазытқышқа берілетін судың бастапқы температурасынан 12оС артық аламыз:
to = 23+12 = 35оС
Колоннаның суландыру сыйымдылығындағы PIо қысымды сұйық фаза изотермиялық теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
14kixDi'=1
Қысымды 35оС температурада ki фазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай мән PIо=14,4 ат. тең.Фазалық тепе-теңдік константасы номограммамен анықталады. Есептеулерді 3.3-кестеге енгіземіз.
3.3 - кесте - Колоннаның суландыру сыйымдылығы үшін сұйық фаза изотермиялық теңдеуінің мәндері
Дистиллят компоненттері
to=35оС пен PIо=14,4 ат. кезіндегі ki
yDi'=xDi'
kixDi'
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
Барлығы
11,6
2,6
0,87
0,28
-
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
0,9986≈1,0
0,11
0,05
0,84
0,004
1,004≈1,0
Колоннадан сыйымдылыққа дейінгі құбырдағы гидравликалық шығындарды есепке алғанда колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымын PIоқысымынан 0,2 ат. артық аламыз:
PID = PIо + 0,2 = 14,4+0,2 = 14,6 ат [14,3·104нм2]
tD колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын булы фаза изотермасының теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
14уDi'ki=1
Температураны PID =14,6 ат.kiфазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай температура tD=41оС болады.Есептеулерді 1.4-кестеге енгіземіз.
3.4 - кесте - Колоннаның жоғарғы бөлігі үшін булы фаза изотермасы теңдеуінің мәндері
Дистиллят компоненттері
tD=41оС пен PID =14,6 ат.кезіндегі ki
yDi'
уDi'ki
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
Барлығы
12,5
2,9
1,01
0,34
-
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
0,9986≈1,0
0,00077
0,00690
0,95500
0,03830
1,001≈1,0
PID жоғарғы қысым кезінде колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура артады, конденсатор-тоңазытқыштағы бу конденсациясы жеңілдетіледі және жылуалмасу беті аз болуы қажет.
Колоннаның төменгі бөлігіндегі қысымын табақшалардың гидравликалық кедергісін есепке ала отырып, PID қысымынан 0,4 ат. артық етіп аламыз:
PIR = PID + 0,4 = 14,6+0,4 = 15 ат [14,7·104нм2]
tR колоннаның төменгі бөлігінің температурасын сұйық фаза изотермасының теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
35kixRi'=1
Температураны PIR= 15 ат. kiфазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай температура tR =110оС болады. Есептеулерді 3.5-кестеге енгіземіз.
3.5 - кесте - Колоннаның төменгі бөлігі үшін сұйық фаза изотермасы теңдеуінің мәндері
Қалдық компоненттері
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезіндегі ki
xRi'
kixRi'
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
2,62
1,12
0,50
-
0,0400
0,6650
0,2950
1,0000
0,1048
0,7448
0,1475
0,9971≈1,0
Колоннадағы қысым мен температураны біле отырып, салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін есептей аламыз, ол әрі қарай есептеулерде қолданылады.
Эталондық компонент ретінде салыстырмалы ұшқыштығы 1-ге тең болатын бутанды аламыз (бастапқы жүйенің төртінші компоненті).
Колоннаның қорлық бөлігінің қысымын PID мен PIR арифметикалық ортасы арқылы табамыз:
PIf=PID+PIR2=14,6+152=14,8 ат [14,5·10[4]нм2]
Әрбір компонент үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αi=kik4
Колоннаның концентрациялы бөлігінің орташа салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αicp.=0,5(αiD+αif)
мұндағы αiD - температурасы tD=41оС және қысымы PID =14,6 ат. кезіндегі берілген компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті; αif - колоннаға шикізат бергендегі температурасы tf = 80oC және қысымы PIf=14,8 ат. кезіндегі компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті.
Колоннаның айдалатын бөлігінің орташа салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αicp.=0,5(αif+αiR)
мұндағы αiR - температурасы tR=110оС және қысымы PIR = 15 ат. кезіндегі берілген компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті.
Бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті мәндері 3.6-кестеге енгізілген.
3.6 - кесте - Бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті мәндері
Компо-ненттер
Концентрациялы бөлігі
Айдалатын бөлігі
tf = 80oC пен
PIf =14,8 ат. кезіндегі ki
tf = 80oC
пен PIf =14,8 ат. кезіндегі αif
tD=41оС пен PID =14,6 ат. кезіндегі ki
tD=41оС пен PID =14,6 ат. кезін-дегі αiD
αicp.
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезін-дегі ki
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезін-дегі αiR
αicp.
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
14,6
4,3
1,75
0,74
0,28
20
5,82
2,37
1
0,379
12,5
2,9
1,01
0,34
0,13
37
8,5
3
1
0,385
28,5
7,2
2,7
1
0,38
16
5,4
2,62
1,12
0,5
14,2
4,8
2,32
1
0,445
17,1
5,3
2,3
1
0,41
3.4 Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
Бастапқы шикізатты айдаудың мольдік үлесі e' және температурасы tf = 80oC мен қысымы PIf =14,8 ат. кезіндегі фазалар құрамын аналитикалық әдіспен А.М.Требугов формуласымен есептейді:
15xi'=15сi'1+e'(ki-1)=1
15yi'=15kixi'=1
Тепе-теңдік орындалатындай, айдаудың мольдік үлесі e'=0,17 тең. Есептеулерді 3.7-кестеге енгіземіз.
3.7 - кесте - tf = 80oC мен қысымы PIf =14,8 ат. кезіндегі фазалар құрамы
Шикізат компоненттері
Шикізат құрамы ci'
tf = 80oC пен
PIf =14,8 ат. кезіндегі ki
1+e'(ki-1) (e'=0,17)
xi'=сi'1+e'(ki-1)
yi'=kixi'
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
0,0035
0,0073
0,3751
0,4269
0,1872
1,0000
14,6
4,3
1,75
0,74
0,28
3,3200
1,5610
1,1275
0,9558
0,8776
0,0011
0,0047
0,3327
0,4466
0,2133
0,9984≈1
0,0160
0,0201
0,5822
0,3305
0,0597
1,0085≈1
3.5 Толығымен суландыру тәртібін есептеу
Колоннаның ішінде шекті теориялық мүмкін болатын жұмыс жағдайларының бірі толығымен суландыру тәртібі болып табылады, бұл кезде колоннаның теориялық табақшалар саны аз болады. Есептеулер көрсеткендей, жүйені суландырудың тиімді тәртібінің жағдайлары кезінде бастапқы жүйенің бірдей құрамды өнімге бөлінуі үшін толығымен суландыру кезіндегіге қарағанда теориялық табақшалар саны 2 есе болуы қажет.
Толығымен суландыру тәртібінің есептеуі берілген бөліну жағдайларына байланысты колонналардың жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшерін анықтаудан тұрады.
Біздің есебімізде бөліну жағдайлары дистилляттағы н-С4Н10 құрамы (yD4'=0,013) мен қалдықтағы С3Н8 құрамымен (xR3'=0,04) берілген. Толығымен суландыру тәртібі үшін еркіндік дәреже санның жобасын f келесі формуламен анықтайды:
f = Z + 2
мұндағы Z - бөліну өнімдеріндегі компоненттердің нөлдік концентрация саны.
Бұл жағдайда Z= 0, сондықтан f = 2 болады. Толығымен суландыру есептеуінде қандай да екі концентрация мәні берілуі қажет дегенді білдіреді. Ол екі концентрация мыналар: yD4'=0,013 және xR3'=0,04. Осылайша, мәндер анықталды, С.А.Багатуровта берілген есептік қатынастар бойынша бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамын анықтайды. Төменде келтірілетін есептеулерде барлық колонна үшін компоненттердің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті температурасы tf = 80oC және қысымы PIf=14,8 ат. алынды. Шикізат құрамы мен оның бөліну жағдайларына қарай колоннадағы дистиллят құрамы негізінен С3Н8тұрады.
Дистиляттағы пропанның мольдік үлесінің мөлшері yD3'=0,9560 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
5
1
Әдеби шолу
7
1.1
Мұнай газдарын өңдеу
8
1.2
Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары
10
1.3
Көмірсутекті газдарды бөлудің физика - химиялық негіздері
10
1.4
Газ фракциялау қондырғылар
12
2
Пропан газын алу
13
2.1
Газдарды ректификациямен фракциялау
14
2.2
Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
15
2.3
Қолданылуы
16
3
Технологиялық бөлім
18
3.1
Шикізат құрамы
19
3.2
Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
20
3.3
Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары
21
3.4
Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
25
3.5
Толығымен суландыру тәртібін есептеу
25
3.6
Минимальді суландыру
30
3.7
Жұмысшы флегмалы сан кезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігін ректификациялау элементтері
32
3.8
Жұмыс кезіндегі бу санындағы айдау бөлігінің ректификациясының элементтері
44
3.9
Колоннаның қоректендіру секциясы
47
3.10
Колоннаның жоғарғы жағына берілетін салқын суландырудың (орошения) мөлшері
51
3.11
Колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі және оның айдау бөлігінің астындағы булы суландыру мөлшері
54
3.12
Колоннаның негізгі өлшемдері
57
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
63
64
КІРІСПЕ
Археологтар мұнайды пайдаланудың басталу уақытын біздің заманымызға дейінгі 6 мың жылдыққа байланыстырады. Біздің заманымызға дейінгі 3 мың жылдықта Қосөзен мен Мысыр мемлекеттерінде кірпіштен және тастан салынған үйлердің, бөгеттердің, кеме тоқтайтын жерлердің және жолдардың құрылысын салу үшін қолданылған мастиканы дайындау үшін құммен және әкпен араластыра отырып, байланыстыратын және су өткізбейтін зат ретінде асфальтті пайдаланған.
Біздің заманымызға дейінгі XVIII ғасырда Қытайда мұнайды білген. Оны өндіру үшін арнайы мұнай құдықтары пайдаланылған. Қытайлар мұнайды жарық беру үшін, дәрі ретінде және әскери мақсаттарға пайдаланған. Қытай жауынгерлері отты арбалардан жауларына қарай жанған мұнайы бар құмыраларды лақтырған.
Кейінгі арабтар көршілес халықтардың жетістіктерімен таныса келе, мұнай туралы білді және оны өңдеу әдістерін дамытуға үлкен үлес қосты. 950 жылға жуық уақытта арабтар мұнайды айдауға арналған алғашқы қондырғыны тұрғызды. Олар айдау кубтарын күйдірілген қыштан немесе қорғасыннан жасады.
Біздің заманымыздағы мұнай мен газды өңдеу - бұл күрделі көп сатылы технологиялық процесс.
Газды өңдеу -- отандық газ өнеркәсібінің ең жас саласының бірі, оның қарқынды дамуы соңғы жылдарда басталды. Газ өңдеу зауыттары елдің шаруашылығына пропанды-бутанды фракция немесе техникалық таза жеке көмірсутектері, газ немесе автомобиль бензиндері, дизельді отын, қарапайым күкірт, гелий түрінде сұйылтылған газдарды жеткізіп отырады. Сұйытылған газдар химия өнеркәсібінде шикізат, мотор отыны, сондай-ақ елді мекендерді, кәсіпорындарды, мал өсіретін фермаларды газдандыруға арналған тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
Көптеген жеңіл мұнайлар сусыздандыру мен тұзсыздандырудан кейін тұрақтандырылады - көмірсутектерінің пропан-бутанды, ал кейбір жағдайларда жартылай пентанды фракциялары айырылады. Осы фракцияларды алу мұнайды тасымалдау немесе сақтау кезінде құнды көмірсутектерінің жоғалуын азайту, сондай-ақ мұнай айдау қондырғысынан келіп түсетін мұнай буларының тұрақты қысымын қамтамасыз ету үшін қажет.
Көптеген мұнай-газ кенорындары Қазақстанның батыс аймағында және Каспий маңы бассейнінде ашылған.
1979 жылы ашылған Теңіз кен орны кең Каспий маңы бассейнінің оңтүстігінде орналасқан. Теңіз кен орны -- әлемде соңғы 15 жылдықта ашылғандардың ішіндегі кең және тереңдерінің бірі. Қазіргі есептеулер бойынша оның қабатында 3 млрд. тонна (23,6 млрд. баррель) мұнай бар.
Отандық газ өңдеу өндірісі С1-С4 көмірсутектерді бөлуге және қарапайым күкіртті алуға негізделген. Бірақ көмірсутекті газ халық шаруашылығы комплексінің тиімділігін өсіретін, көмірсутекті шикізаттың үлкен көзі ретінде ерекше қадағалауды талап етеді.
Мұнай газы, Республиканың халық шаруашылығын отынмен қамтамасыз ету үшін қосымша энергия көзі ретінде өте маңызды. Еліміздегі қазіргі кезде бар кейбір газ өңдеу зауыттары ескірген, олар модернизациялауды талап етеді. Көмірсутекті газдардың сапасын және өңдеу тиімділігін өсіру -- әлемдегі мұнай және газ өңдеу өндірісі тенденциясының қажетті талабы.
1 Әдеби шолу
Алғашқы Қазақстан мұнайы 1911 жылы Эмба өзенінде алынған. Алпысыншы жылдардың басында Маңғыстау түбегінде (Өзен, Жетібай) жаңа мұнай кен орындарының ашылуы ғылым мен практиканың алдына мұнай өндіру мен өңдеудің жаңа міндеттерін қойды. Жетпісінші жылдардың басында Бұзашы (Қаражанбас, Қаламқас) түбегінде жоғары мөлшердегі асфальтті - шайырлы заттар, металдары бар мұнай кен орындары ашылды. Қазіргі уақытта Қазақстанда 150-ден аса мұнай және газ кен орындары зерттелген.
Қазақстанның мұнай өңдеу және мұнайхимиялық өнеркәсібі Кеңес Одағының біртұтас кешенінің негізгі бөлігі ретінде ұйымдастырылып, дамып отырған. Одақтың құлауымен (ыдырауымен) бірге біртұтас экономикалық кеңестік пен республикааралық еңбек бөлінісі де бұзылды. Егемендік алғалы бері Қазақстанда республиканың мұнайхимиялық өнімдеріне деген қажеттіліктерін масималды түрде қанағаттандыруға бағытталған көмірсутек шикізаты бойынша технологиялық өзара байланысты мұнайхимия өндірісінің жекеменшік кешені құрылуда. Басқа көптеген елдерге қарағанда, Қазақстанның мұнай өңдеу өнеркәсібінің көптеген салаларын дамыту үшін өзінің жеке шикізат базасы бар. Оған мұнайды айдау және крекингі барысында алынатын табиғи және ілеспе газдар, газ тәрізді және сұйық көмірсутектер және басқалары кіреді. Мұнай державасы ретінде Қазақстанның болашағы орасан зор: халықаралық байланыстар дамып жатыр, мұнай өнімдері бойынша айтарлықтай экспорттық потенциал құрылуда.
Қазақстан тәуелсіз мемлекет ретінде, шамалы уақыт аралығында отандық мұнай өңдеу өнеркәсібі қуаттылығы 1-2 млн.т атмосфералық мұнай айдау қондырғыларынан мұнай шикізатын қуатты кешендік өңдеу жүйелеріне дейін жол жүріп өтті. Өнеркәсіп өндірісінің көлемі 1990 жылғы деңгейден 22 есеге көп. Өнімді сату көлемі бойынша мұнай өңдеу мен мұнайхимия ауыр өнеркәсіп салалары ішінде екінші орын алады. Саланың өнімі 55-тен аса елге экспортқа шығарылады.
Мұнайды өңдеу көлемінің ұлғаюымен қатар алынып отырған өнімдердің номенклатурасы кеңейіп және мұнай мен газды пайдалану тиімділігі артып отыр. Газды тиімді пайдалану деп одан мұнайхимиялық синтезге қажетті шикізат - жеке көмірсутектерді (пропан, бутан, пентан) максималды толық бөліп алуды айтамыз. Мұнай газын өңдеудің ең тиімді тәсіліне газ фракцияларын газфракциялау және оларды әрі қарай өңдеуге жарамды техникалық фракцияларға айналдыру. Бұл жағдайда газфракциялау өзінің техникалық және экономикалық көрсеткіштері бойынша газ қоспаларын компоненттерге бөлудің кең мүмкіншіліктерін көрсетеді.
1.1 Мұнай газдарын өңдеу
Көмірсутекті шикізаттарды өңдеу процестері кезінде 5-20 % (мас.) көмірсутекті газдар түзіледі (қаныққан және қанықпаған, нормаль және изоқұрылымды). Мұнай зауыттарының газдары - мұнайда кездесетін технологиялық және табиғи газдардың қоспасы. Газдардың әрбір компоненттері технологиялық процестердің шикізаты ретінде және мотор, тұрмыстық немесе технологиялық отын компоненті ретінде, сонымен қатар экстрагент немесе хладагент және т.б. мақсаттарда өз қолданысын табады.
Жетілдірілген газөңдеу зауыттары мен қондырғылырда газ және конденсатты шикізаттан коммуналдық - тұрмыстық мақсатта қолданатын құрғақ газ, этан фракциясы, жеңіл көмірсутектерінің кең фракциясы, тұрақты газ конденсаты, қарапайм күкірт, меркаптандар сияқты көптеген аса бағалы өнім түрлерін өндіреді.
Шығу жеріне байланысты мұнай газдары табиғи және жасанды болып бөлінеді. Жер қойнауынан алынатын кез келген жанғыш газ, мейлі ол табиғи, мейлі ол ілеспе болсын, өзінің химиялық қасиеті жағынан әртүрлі болып келеді. Оның құрамына көмірсутектен басқа шаң түйіріндей бөлшектер, су буы, азот кіреді. Ал кейбір кен орындарындағы газдардың құрамында қышқыл компоненттері - күкіртсутек, меркаптандар, көмірсутек диоксиді бар.
Құрғату, газ құбырында гидрат түзілуін толығымен жоятындай етіп жүргізілуі тиіс.
Осындай кәсіпшілік жағдайда дайындаудан кейін күкіртсіз табиғи газды тікелей магистралды зауыттардың бас компрессорлық стацияларына жібереді.
Құрамында күкіртті қосылыстары бар газ, сонымен қатар кәсіпшілік мақсатта алынған бүкіл мұнай газы газ өңдеу зауыттарына келіп түседі.
Жеңіл көмірсутектердің кең фракциясы және тұрақты конденсат келесі өнімдерді өндіруде бастапқы шикізат болып табылады:
- коммуналдық - тұрмыстық тұтынуға қажетті сұйытылған газдарды;
- мұнайхимиялық синтез үшін шикізат ретінде пайдаланатын пропан, изобутан, бутан, изопентан, пентан фракцияларын;
- дизель отынын, авиакеросинді, автомобиль бензинін, еріткіштерді, флотореагенттерді және қазандық отынды.
Газды тиімді пайдалану деп одан мұнайхимиялық синтезге қажетті шикізат - жеке көмірсутектерді (пропан, бутан, пентан) максималды толық бөліп алуды айтамыз. Мұнай газын өңдеудің ең тиімді тәсіліне газ фракцияларын газфракциялау және оларды әрі қарай өңдеуге жарамды техникалық фракцияларға айналдыру. Бұл жағдайда газфракциялау өзінің техникалық және экономикалық көрсеткіштері бойынша газ қоспаларын компоненттерге бөлудің кең мүмкіншіліктерін көрсетеді.
АҚШ-та табиғи газдарды өңдеу коэффиценті өте жоғары (өндіру көлемінің 81,7%-ы). Табиғи газдан алынатын сұйық өнімнің жалпы көлемі АҚШ-та 50 млн. тжыл дейін жетеді. Ал табиғи газдарды өңдеу коэффициенті біздің елімізде өндіру көлемінің 15%-ын құрайды.
Елімізде мұнай газының шығындары мынаған байланысты: осы уақытқа дейін қажетті компрессорлық жабдықтың болмауына байланысты мұнай қабатына газды қайта беру жүргізілмейді. Газ конденсатты кен орындарын және табиғи газды таусылғанша өндіру жағдайы да кері фактор болып отыр. Осының нәтижесінде газ конденсаты ресурстарының жартысына жуығы қабатқа сіңіп, миллиондаған тонна конденсаттың жойылуына әкеледі. Сонымен қатар қалып қалған конденсат қабат саңылауларын бітеп, газ фазасын максималды сұрыптауға кедергі болады.
50-60 жылдары және де 70-ші жылдардың бірінші жартысында салынған газөңдеу зауыттарының көбісі моральді және физикалық, технологиялық тозған. Мұнай газы ресурстарының таусылуына байланысты көптеген газ өңдеу зауыттары 50%-дан төмен жұмысбастылықпен жұмыс істейді.
Жетілдірілмеген технолгияға байланысты күкіртсутектің қарапайым күкіртке конверсиясының толық болмауынан, құрамында күкірті бар газ өңдеу зауыттары қоршаған ортаға айтарлықтай зиян келтіріп отыр.
Жоғарыда айтылғанның тұрғысынан қарасақ, мұнай өндіретін өнеркәсіптің жұмысшылары келесі міндеттерді шешуі қажет:
1. Мұнай газының пайдалану коэффициентін өндіруден 90-95%-ға жеткізе отырып жоғарылату, ескі мұнай аймақтарында газөңдеу зауыттарын техникалық қайта жарақтандыру, Батыс Қазақстанда жаңа газөңдеу зауыттарын, азгабаритті блокты қондырғылар, магистралды газ құбырлары мен өнім құбырларын салу;
2. Табиғи және ең алдымен құрамында этаны бар газдарды және өндірілген этаны бар газ конденсатын, сұйытылған газдарды, моторлы орындарды өңдейтін зауыттарды салу;
3. Батыс Қазақстанда пластикалық массаларды, ароматты көмірсутектерді, спирттерді өндіретін газхимиялық кешендерді салуға және әрі қарай эксплуатацияға қатысу;
4. Құбырдетандерлерін қолдана отырып, ішкі ағымдардың салқындауы рекуперация (қайтарымдау) жүйесін жетілдіре отырып, мембранды технологияны қолдана отырып, өңделетін шикізат - этанды, пропанды және жоғарғы сутектердің сұрыпталуын тереңдететін жаңа технологияны дайындау және енгізу;
5. Газдан күкіртті қосылыстарды бөліп алатын, күкіртсутектің тікелей тотықсыздануы жолымен қарапайым күкіртті алатын, күкіртсутектің күкіртке 99,5-99,8 %-ға дейін конверсиясын қамтамасыз ететін экономикалық процестерді әзірлеу және енгізу.
1.2 Газ өңдеудің өнеркәсіптік схемелары
Газдың жеке фракцияларға бөлінуі газфракциялайтын қондырғыларда жүзеге асырылады. Мұнай газын өңдеу зауыттары мен қондырғылар келісі түрде жіктеледі:
- қайта өңделетін газдың көлемі бойынша;
- бензинсіздендіру тәсілі бойынша (бағалы компоненттерді бөліп алу);
- технологиялық циклдың аяқталуы бойынша.
Сонымен қатар олар азгабаритті, жылжымалы және станционарлық болып бөлінеді. Өңделетін газдың көлемі бойынша газ өңдеу зауыттары төмендегідей бөлінеді:
- аз қуатты - 500 млн. м3жыл дейін;
- орташа қуатты - 500-ден 1000 млн. м[3]жыл дейін;
- үлкен қуатты - 1000 млн. м[3]жыл жоғары.
Бинзинсіздендіру тәсілі бойынша газөңдеу зауыттары 3 түрге бөлінеді:
а) төмен температуралы абсорцияны қоса отырып, бензинсіздендіру абсорциялау тәсілімен жүргізілген зауыттар;
б) газдан бағалы компоненттірді бөліп алу төмен температуралы конденсация және төмен температуралы ректификация тәсілдерімен жүргізілетін зауыттар - Шымкент, Павлодар мұнайөңдеу зауыттары;
в) газды бензинсіздендірумен қатар, мұнай дайындауды жүргізетін зауыттар (Теңіз кен орнындағы Жаңажел зауыты).
Технологиялық циклдің аяқталуы бойынша газөңдеу зауыттары төмендегідей бөлінеді:
а) технолгиялық цикл аяқталған, яғни құрамында газ фракциялайтын қондырғылары бар зауыттар. Онда жеке өзі шығаратын, сонымен қатар сырттан әкелінетін тұрақсыз газды бензинді келесі өнімдерге бөлу жүргізіледі: этанды фракция, сұйықталған газдар, жеке техникалық таза көмірсутектер (пропан, изобутан, н-бутан, изопентан) және тұрақты газды бензин;
б) технологиялық циклы аяқталмаған, яғни құрамында газ фракциялайтын қондырғылары жоқ зауыттар. Олар тек екі негізгі өнім түрін шығарады: бензинсіздендірілген құрғақ газ және жеңіл көмірсутектердің кең фракциясы [8].
1.3 Көмірсутекті газдарды бөлудің физика - химиялық негіздері
Газ фракциялайтын қондырғыларды эксплуатациялау жағдайында заттың сұйықтық күйінен газ тәрізді күйге өту және керісінше құбылыстар тұрақты түрде кездесіп тұрады. Белгілі бір қайнау температурасы бар жеке зат үшін бір күйден екінші күйге өтудің қатаң белігіленген жағдайлар болады. Әртүрлі қайнау температурасы бар бірнеше компоненттерден тұратын заттар үшін агрегаттық жағдайын өзгертудің белгілі бір қатаң шектері жоқ.
Көп компонентті қоспа үшін температуралар мен қысымдардың кейбір интервалында фазалардың шектері бар.
Газ фракциялайтын қондырғылардың жұмысына қолданатын заттың агрегаттық қалпын өзгерту жағдайын анықтайтын аса маңызды факторларды қарастырайық:
- газ және бу;
- газ қоспасындағы компоненттердің концентрациясы;
- аумалы күйдегі критикалық температура және қысым.
Газ және бу. Температурамен қысымның шарттары бойынша конденсацияға, яғни қанығуға тым жақын жағдайындағы газды бу деп атауға болады. Температура мен қысым шарттары бойынша конденсация жағдайынан алыстатылған шамадан тыс қыздырылған булар толығымен газ жағдайы заңдарына бағынған.
Дальтонның заңы бойынша газ қоспасының толық қысымы оның компоненттерінің порциалды қысымдардың қосындысына тең. Газдардың қоспасында әрбір жеке газ, қоспадан құрамдық бөліктерді алып тастағанда және ол жалғыз өзі ғана бүкіл көлемді алатындай ұстайды.
Газ қоспасындағы компоненттердің концентрациясы. Газ қоспасындағы кез келген компоненттің концентрациясы деп оның осы қоспадағы қатыстық құрамын айтамыз, бұл концентрация у арқылы белгіленеді. Сұйық күйіндегі газдар үшін концентрация х арқылы белгіленеді.
Газ қоспасындағы жеке компоненттердің мөлшері қандай бірлікте көрсетілгеніне байланысты концентрацияның сипаттамасы да анықталады.
Концентарция салмақтың, молярлық, көлемдік немесе пайызбен не үлеспен көрсетілген болуы мүмкін.
Салмақтық концентрация қарастырылып отырған компоненттің жалпы жүйе салмағының қандай бөлігін құрайтынын көрсетеді:
мұндағы Уі - қарастырылып отырған компоненттің салмақтық концентрациясы;
Qі - берілген компоненттің солмағы;
Q - тең жүйенің жалпы салмағы.
Аумалы күйдегі температура және қысым. Газдың сұйық күйге өту мүмкіндігі аумалы күйдегі температурамен сипатталады. Егер газдың нақты температурасы оның аумалы күйдегі температурадан төмен болса, онда газ сұйық күйге өтуі мүмкін және де газдың бұл температурасы қаншалықты төмен болса және қысым жоғары болса, соншалықты жылдам өтеді. Егер газдың нақты температурасы оның аумалы күйдегі температурасынан жоғары болса, тек газ тәрізді күйде болады. Аумалы күйдегі температурада газ сұйық күйге өту үшін қажетті қысым аумалы күйдегі қысым деп аталады.
1.4 Газ фракциялау қондырғылар
Газ қоспаларын фракцияларға бөлу үшін және газдарды компоненттерге бөлу үшін келесі процестер қолданылады: конденсация, компрессия, абсорбция, ректификация, адсорбция. Газ фракциялау қондырғыларда бұл процестер әртүрлі үйлесімдікте ұластырылады. Газды ректификациялау зауыт газдарынан пропан- пропен және бутан-бутен көмірсутектерін толығымен бөліп алу үшін қажетті компрессия және абсорбция процестерімен өте тығыз байланысты.
Газды компрессиялау оны құрайтын компоненттерге бөлгенде немесе газ құбырымен үлкен қашықтыққа айдау қажет болғанда қолданылады.
Газды екіфазалы сұйықтық - газ жүйесіне айналдыру үшін конденсация қолданылады. Бұл жүйені содан кейін механикалық түрде газ және сұйықтыққа бөледі. Конденсация газдарды бөлу схемаларында компрессиямен бірге қолданылады.
Егер газдың құрғақ бөлігін (сутектен С2 көмірсутектеріне дейін) және С3 фракциясын алу қажет болғанда абсобцияны ректификациямен үйлесуін пайдаланады. Абсорбцияларды ең алдымен газ фазасының ең ауыр көмірсутектеріне салады.
Ректификация газ қоспаларын бөлудің соңғы сатысы болып табылады. Оны жоғарғы таза жеке көмірсутектерді алу үшін қолданады. Газ қоспаларын компоненттерге бөлу қиынырақ жүретіндіктен, газдан конденсаицялық - компрессорлық немесе абсорбциялық әдіспен бөлінген сұйықтықты газдардың ректификацияға бөліну схемасына береді. Мұнай фракцияларының ректификациясымен салыстырғанда сұйытылған газдардың ректификациясының ерекшелігі - бұл қайнау температурасы бойынша өте жақын өнімдерді бөлу қажеттілігі және жоғарға тазалық деңгейдегі тауарлы өнімдерді алу.
Газ фракциялау қондырғылар өңделетін шикізаттың түрі бойынша шекті және шексіз газдардың қондырғылары болып бөлінеді. Ал газдардан мақсатты компоненттерді бөліп алу схемасының түрі бойынша конденсациялық - компрессорлық және абсорбцияның қондырғылар болып бөлінеді. Абсорбциялық қондырғыларында сияқты, газдан бөлініп алынған көмірсутектердің сұйық қоспасы әрі қарай, ректификацияны қолдана отырып, жеке көмірсутектерге немесе фракцияларға бөлінеді.
Құрамында көмірсутек және төмен меркаптандар бар көмірсутек газдарын газ фракциялайтын қондырғыларға жіберілмей тұрып, алдымен оны тазалайды. Газды тазалауда абсорбция немесе экстракция жиі қолданылады. Мұнай өңдеу процестері моноэтаноламин (МЭН) ерітіндісінің көмегімен тазалау кең қолданылады.
Газ фракциялайтын қондырғының жұмыс режимі бірқатар көрсеткіштермен немесе параметрлермен анықталады. Олар негізгі немесе тәуелсіз және тәуелді параметрлер болып бөлінеді.
Негізгі параметрлерге қондырғы жұмысының сапасына тікелей әсер ететіндерге қысым мен температура жатады.
Тәуелді параметрлерге берілген деңгейдегі параметрларді ұстап тұру үшін қажетті барлық қалған көрсеткіштер жатады. Газ фракциялайтын қондырғылар үшін тәуелді параметрлерге келесілер жатады: рекфикациялық колонканың жоғарғы жағына суытуға қажетті шығын, буландырғыш - қыздырғыштардағы температураны ұстап тұру үшін қажетті бу шығыны, тоңазытқыштар мен конденсаторларға қажетті су шығыны, қыздыру температурасы және шикізатты колоннаға біркелкі жіберу, аппараттардағы және сыйымдылықтардағы сұйық фазаның қажетті деңгейлерін сақтау және т.б.
Жұмыс режимінің көрсеткіштері қондырғының жұмысын бақылайтын лабораторияның жұмысын бақылайтын лабораторияның анализдері мен есептік мәліметтері негізінде орнатылады. Бұл көрсеткіштер технологиялық картаға жазылады.
Газ қоспаларын ректификациялық бөлу барысында газдарды ең алдымен салқындату және қысымды жоғарылату жолымен сұйық күйге айналдырады. Кейін алынған сұйық қоспаны ректификациялайды. Құрамында метан, этилен, этан сияқты жеңіл көмірсутектер бар газ қоспаларын бөлген кезде төмен температураны (-70[0] дейін және төмен) және 2 мПа дейінгі қысымды қолдану қажет. Пропан мен пропиленді айыру үшін шамалы төмен температура мен шамалы ғана қысым қажет.
Газды фракциялау процесінде концентрация деңгейі немесе алынған әрбір өнімнің химиялық тазалық деңгейі ректификацияның (айқындылығымен) анықталады. Сондықтан температура мен қысымды бақылауда және реттегіштерін колоннаға қосу ерекше маңызды болып табылады.
2 Пропан газын алу
Пропанның алыну көздері табиғи және мұнай зауыттарының газы болып табылады.
Табиғи газдардың көп мөлшердегі пропан мөлшерімен сипатталатын майлы және бай газдары кейбір кен орындарында бар, мысалы, Грозненск ауданының газы, онда көлемі бойынша пропанның 24 % дейін мөлшері бар, Майкопск ауданында пропанның 35,7 % дейін мөлшері бар, және т.б.
Зауыт газдарынан пропанның көп мөлшерлілігімен сипатталатын газдар, крекинг газдарынан бөлінген пропан-пропенді фракцияда кездесетін бензолдың пропенмен каталитикалық алкилдеу әдісімен техникалық изопропилбензол (кумол) өндіру үрдісінде кездеседі.; алынған газ көлемі бойынша 70-80% пропанды құрайды; қоспалар ретінде онда пропен, бутан, этан және т.б. бар. Пропанның алыну көздері болып сонымен қатар басқа да мұнай зауыттарының газдары болып табылады, олар мазуттың және солярдың термиялық крекинг үрдісінен алынады және онда көлемі бойынша 24 % деййін пропан бар, лигроиннің термиялқ риформингі - 24 %, каталитикалық крекинг - 14 % дейін, деструкциялы гидррогенизация - 20 % дейін, сутек қысымы астында ароматтау - 6-14% арасында және т.б.
Табиғи және мұнай зауыттарының газдарынан пропанның шығарылуы газ қоспасының құрамына және компоненттердің газ қоспасынан бөлінетіндігіне байланысты. Бөліну ректификациямен және сұйық сіңіргіштермен көмірсутектердің абсорбция үрдістерімен комбинацияланған ректификациямен немесе қатты, беттік активті заттармен, негізінде активтенді-рілген көмірмен абсорбцияланады.
2.1 Газдарды ректификациямен фракциялау
Көмірсутекті газды қоспаның ректификациясының принципиальді сызбанұсқасы газды қоспаның компоненттерінің бөліну мақсатында, сонымен бірге пропанның немесе оның пропенмен қоспасының (қайнау температурала-рының бір-біріне жақындығынан бөлінуі қиын болғандықтан) пропан-пропенді фракция түрінде - суретте көрсетілген.
Бастапқы газды қоспа 30-35 кгсм2 қысымға дейін сығылуға түседі және этан колоннасына түседі К-1; ағымдағы температура мен қысымды ұстап тұру, сонымен бірге, колоннаның үстінен және конденсаторда Т-1 хладоагент көмегімен конденсацияланатын құрамы бойынша жақын метан-этан-этен фракциясын колоннаға суландыруға жіберу газды қоспаның бөлінуін қамтамасыз етеді; сұйық фаза - К-1 колоннасының қалдығы - су буымен қыздырылатын қайнатқышқа Т-2 түмеді және ары қарай К-2 пропан колоннасына түседі.
К-2 пропан колоннасында қажет температураны және 16-18 кгсм2 қысымды ұстап тұру, сонымен қатар, алынған фракцияның құрамына жақын суландыруды колоннан жіберу - пропан-пропен фракциясына колоннаға түсетін газды қоспаның бөлінуін қамтамасыз етеді. Пропан-пропен фракциясы Т-3 конденсаторда сумен конденсацияланады, және қалды қыздырғыш су буы бар Т-4 қайнатқышына түседі және ары қарай бутан колоннасына К-3 түседі.
К-1 - этан колоннасы; К-2 - пропан колоннасы; К - 3 - бутан колоннасы. Т-1, Т-2, Т-3 - конденсаторлар; Т-2, Т-4, Т-6 - қайнатқыштар; Е-1, Е-2, Е-3 - сығылған газдардың қабылдағыштары; 1 - қыздырғыш бу.
1.1 - сурет - Көмірсутекті газдардың ректификациясымен пропан алудың принципті сызбанұсқасы.
Айтылғандай, К-3 колоннасында, сәйкес температурада және 6-8 кгсм2 қысымда, сонымен бірге, колоннаның үстінен алынатын құрамы жағынан жақын суландыру берген кезде, колоннаға түсетін газды қоспаның бутан-бутен фракциясына бөліну қамтамасыз етіледі және қалдық - газдың бензин фракцияларын кездестіретін С5 көмірсутектері және одан жоғары.
2.2 Абсорбциямен және ректификациямен газдарды фракциялау
Бастапқы газды қоспа айтарлықтай С1 және С2 көмірсутектер мөлшерін қамтыған кезде газдарды фракциялау ауыр көмірсутектерді (С3 және жоғары) кезекті ректификациямен абсорбциялау арқылы жүргізеді.
Контактілеуді біргелесіп өңделуіне түсетін тұрақсыз крекинг-бензинінің және каталитикалық крекинг газдарының бастапқы шикізаты ретінде қолдануға негізделген принципті сызбанұсқасы 4-суретте көрсетілген.
Н-1 компрессорымен берілетін крекинг-газы, және Н-2 сорабымен берілетін крекинг-бензині Т-1 тоғазытқышында араласыды және сумен салқындатылады, содан кейін К-1 газсепараторына беріледі; бензин мен газдың араласуы кезінде, бензин газдың ауыр көмірсутектерін интенсивті түрде абсорбциялайды. Сіңірілмеген газдың бөлігі К-1 газсепараторында бөлінеді және лигроин типті жеңіл абсорбентпен суландырылатын К-2 абсорберіне түседі; жеңіл көмірсутектермен қаныққан абсорбент К-2 колоннасының астына шығады
К-1 - газсепаратор; К-2 - абсорбер; К-3 - депропанизатор; Т-1 - бензин мен газ қоспасының тоңазытқышы, Т-2 пропан-пропен фракциясының конденсаторы; Т-3 - пропан колоннасынң қайнатқышы, Е-1 - пропан-пропен фракциясының қабылдағышы, Н-1 - компрессор, Н-2, Н-3, Н-4 - сораптар; 1-крекинг-газының кірісі, 2-крекинг-бензинінің кірісі, 3-абсорбент кірісі, 4-десорбцияға қаныққан абсорбенттің шығуы, 5-атмосфераға жеңіл компоненттердің шығуы, 6-пропан-пропен фракциясының шығуы, 7-бутан колоннасына қалдықтың шығуы.
1.2 - сурет. Көмірсутекті газдардың абсорбциясымен және ректификациясымен пропан алынудың принципті сызбанұсқасы
және десорбцияға түседі, содан соң салқындатудан кейін К-2 абсорберіне түседі. Пропанның үлкен бөлігі К-1 газсепараторының сұйық өнімінде қалады және Н-3 сорабымен К-3 депропанизаторға беріледі, ол жерде К-3 колоннасының үстінен алынатын С3 көмірсутектерін және колоннаның астынан ары қарай фракциялауға дебутанизаторға түсетін қалдықты қамтамасыз ететін режим ұсталынады.
2.3 Қолданылуы
Пропан мұнай өңдеу саласында таңдалған еріткіш ретінде кеңінен қолданылады.
Қазіргі зауыттарда барлық қалдық майларды алу, сонымен бірге, дистилятты майлардың бөліктерінді алу пропанды өндірістің кезеңдерінде қолдануға негізделген, себебі пропан барлық үш негізгі майларды тазарту үрдістерінде пайдаға асады: деасфальтизацияда, селективті тазалауда және депарафинизацияда.
Айтылған үрдістерден басқа, пропан кейбір зауыттарда қалдық майларды қышқылмен, сілтімен және пропан ерітіндісіндегі адсорбенттермен тазалауда қолданылады.
Қалдық майлы шикізат деасфальтизациясынан бөлек, кең таралған пропан каталитикалқ крекинг үшін шикізаттың деасфальтизациясы үшін қолданылады. Кейде, бір қондырғыда шикізаттың екі түрі де кезекті өндіруге түседі.
Пропан деасфальтизация үшін және шайырлы өнімдерді шайырсыздан-дыру үшін қолданылады, мысалы озокеритті. Пропан тоңазытқышты қондырғыларда хладоагент ретінде қолданылады, сонымен бірге жаңа депарафинизация қондырғыларында. Пропан-пропенді фракция пропан сияқты автотранспортқа отындық жанармай және тұрмыстық отын ретінде қолданылады.
3 Технологиялық бөлім
Газфракциялаушы қондырғыда пропан колоннасын есептеудің бастапқы берілістері:
Шикізат құрамы (мол. %): СН4 - 0,35, С2Н6 - 0,73, С3Н8 - 37,51, н-С4Н10 - 42,69, н-С5Н12 - 18,72;
Колоннаның жоғарғы өнімдерінің құрамындағы н-С4Н10 - 1,3 мол. %, төменгі өнімдерінің құрамындағы н-С3Н8 - 4 мол. %;
Колоннаға шикізат tf = 80oC температурада беріледі;
Шикізат бойынша колонна өнімділігі Lсағ = 45000 кгсағ;
Колоннаның конденсатор-тоңазытқышына берілетін судың бастапқы температурасы 23oC;
Көпкомпонентті ректификацияны есептеудің белгілі бір әдістерінің ішінде табақшадан табақшаға әдісі нақты, әрі сенімді әдістерінің бірі.
Колонналарды есептеудің реттілігі:
Берілген колоннаның өнімділігі мен шикізат құрамы арқылы оның барлық компоненттерінің массалық және мольдік мөлшерін анықтау.
Жалпы ағын мөлшері мен әрбір компоненттері жазылған колоннаның барлық көлеміндегі материалдық баланс теңдеуінен дистилляттың және қалдық құрамы мен мөлшерін анықтайды;
Дистиллят пен қалдық құрамы және салқындататын судың бастапқы температурасы арқылы сұйық пен булы фаза изотерма теңдеуінен колоннаның қысымын, жоғарғы және төменгі температурасын анықтайды. Салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін анықтайды.
Қоректілік бөліміндегі берілген шикізат құрамы, оның температурасы мен қысымы арқылы айдау өнімінің мольдік үлесі және колоннаға берілетін шикізаттың сұйық пен сулы фазасының құрамын анықтайды.
Есептеуді А.М.Трегубов-тың аналитикалық әдісі арқылы жүргізеді.
Толығымен суландыру тәртіптегі есептеу жүргізіледі, қалдықтағы метан мен этан концентрациялары, ал дистилляттағы н-пентан концентрациясынөлге тең.
Колоннаның концентрациялы және айдалған бөлігіне сәйкес флегмалы және булы минимальды санын анықтайды. Есептеу біртіндеп жақындату әдісімен Андервуд теңдеуі арқылы жүргізіледі.
Жұмыс флегмалы санкезіндегі колоннаның концентрациялы бөлігінің ректификациялы элементтері есептеледі. Барлық анықтауыштар табақшадан табақшаға аналитикалық әдісімен концентрациялар теңдеуі мен булы сұйықтық теңдіктері арқылы анықталады.
Жұмыс булы сан кезіндегі колоннаның айдалған бөлігінің ректификациялы элементтері есептеледі. Барлық анықтауыштар концентрациялы бөлік сияқты анықталады.
Колоннаның қоректілік бөлімі есептеледі және концентрациялы мен айдалған бөлігінде теориялық табақшалар санын анықтайды.
Концентрациялы бөліктің жылулық баланс теңдеуі арқылы колоннаның жоғарғы бөлігіне берілетін салқын суландыру мөлшерін анықтайды.
Айдалған бөліктің жылулық баланс теңдеуі арқылы колонна қайнатқышының жылулық жүктемесі мен айдалған бөліктің төмендегі булы суландыру мөлшерін анықтайды.
Колоннаның негізгі өлшемдерін - диаметрі мен биіктігін анықтайды.
3.1 Шикізат құрамы
3 - кесте - Шикізат құрамы
Шикізат компо-ненттері
ρ кгм3
м3сағ
кгсағ
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
. . . . .
0,66692
1,25004
1,83315
2,41623
2,99934
157,5
328,5
16879,5
19210,5
8424
45000
105,03
410,6
30954,4
46417
25266,4
102793,5
Шикізаттың орташа молекулалық массасы (2-кесте):
Mорт=15Mici'= 55,018 ≈ 55
3.1 - кесте - Шикізаттың орташа молекулалық массасы
Компо-нент нөмірі
Шикізат компо-ненттері
Молеку-лалық массасы Mi
Мольдік үлестегі шикізат құрамы ci'
Mici'
Массалық үлестегі шикізат құрамыci=Mici'Mici'
Шикізаттағы мөлшері
кгсағ
кмольсағ
1
2
3
4
5
Барлығы
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
. . . . .
16
30
44
58
72
-
0,0035
0,0073
0,3751
0,4269
0,1872
1,0000
0,0560
0,2190
16,5044
24,7602
13,4784
55,018
0,0010
0,0040
0,3000
0,4500
0,2450
1,0000
105,03
410,6
30954,4
46417
25266,4
102793,5
6,56
13,7
703,5
800,3
351
1875,06
3.2 Колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшері
Есептеулерде келесі мәндер қабылданады: L=100 кмоль, барлық жерде өнім құрамы мольдік үлесте берілген. Дистилляттағы бутан мөлшері (1,3 мол.%) мен қалдықтағы пропан мөлшері (4 мол.%) аз болғандықтан, есептеуді нақты жүргізу үшін қалдықтағы СН4 мен С2Н6 мөлшерін және дистилляттағы н-С5Н12 мөлшерін ескермеуге болады.
Сонымен, xR1'=0, xR2'=0, yD5'=0деп қабылдаймыз (x' пен y'- сұйық және будағы компоненттердің мольдік үлестері, R индексі қалдықты, ал D дистиллятты білдіреді, 1,2,...,5 сандары - сәйкесінше метан, этан, ... , пентан).
Әрбір компоненттер мен ағындардың жалпы мольдік мөлшері бойынша колоннаның материалдық баланс теңдеуін жазамыз:
L=D+R (1)
LC1'=DyD1'+ RxR1' (2)
LC2'=DyD2'+ RxR2' (3)
LC3'=DyD3'+ RxR3' (4)
LC4'=DyD4'+ RxR4' (5)
LC5'=DyD5'+ RxR5' (6)
Белгілі мәндерді қоя отырып және R мәнін (2)-(6)теңдеулерінде ауыстыра отырып келесі теңдеулерді аламыз:
0,35=DyD1'+ (100-D)·0 (2')
0,73=DyD2'+ (100-D)·0 (3')
37,51=DyD3'+ (100-D)·0,04 (4')
42,69=D·0,013+ (100-D)·xR4' (5')
18,72=D·0+ (100-D)·xR5' (6')
(5), (6) теңдеулерін қосып, келесі теңдеуді аламыз:
61,41=D·0,013+ (100-D)(xR4'+xR5')
Бөліну жағдайларына қарай белгілі
xR3'+xR4'+xR5'=1
мұндағы xR3'=0,04, сондықтан
xR4'+xR5'=1-0,04=0,96
Демек:
61,41=0,013D+ 96-0,96D
мұндағы
D=34,590,947=36,6 кмоль100 кмоль шикізат
R = 100-36,6 = 63,4кмоль100 кмоль шикізат
(2') теңдеуден:
yD1'=0,3536,6=0,0096
(3')теңдеуден:
yD2'=0,7336,6=0,0200
(4')теңдеуден:
yD3'=37,51-63,4·0,0436,6=3536,6=0,9 560
(5')теңдеуден:
xR4'=42,69-36,6·0,01363,4=42,69-0,4 863,4=0,6650
(6')теңдеуден:
xR5'=18,7263,4=0,2950
Колонна өнімдерінің мөлшері мен құрамы 3.2-кестеде көрсетілген.
3.2 - кесте - Колонна өнімдерінің мөлшері мен құрамы
Компоненттер
Шикізат кмоль
Дистиллят D
Қалдық R
DxDi'кмоль
RxRi'
LCi' кмоль
yDi'=xDi'
DL
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
0,35
0,73
37,51
42,69
18,72
100,0
0,35
0,73
35,00
0,48
-
~36,6
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
-
0,9986≈1
-
-
2,51
42,21
18,72
~63,4
-
-
0,0400
0,6650
0,2950
1,000
0,366
0,366
0,366
0,366
0,366
-
3.3 Колоннадағы қысым және оның жоғарғы және төменгі бөлігіндегі температуралары.
Конденсатор-тоңазытқышта тиімді жылуалмасуды қамтамасыз ету үшін to жоғарғы өнімнің буы толық конденсациялану температурасынан колоннаның конденсатор-тоңазытқышқа берілетін судың бастапқы температурасынан 12оС артық аламыз:
to = 23+12 = 35оС
Колоннаның суландыру сыйымдылығындағы PIо қысымды сұйық фаза изотермиялық теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
14kixDi'=1
Қысымды 35оС температурада ki фазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай мән PIо=14,4 ат. тең.Фазалық тепе-теңдік константасы номограммамен анықталады. Есептеулерді 3.3-кестеге енгіземіз.
3.3 - кесте - Колоннаның суландыру сыйымдылығы үшін сұйық фаза изотермиялық теңдеуінің мәндері
Дистиллят компоненттері
to=35оС пен PIо=14,4 ат. кезіндегі ki
yDi'=xDi'
kixDi'
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
Барлығы
11,6
2,6
0,87
0,28
-
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
0,9986≈1,0
0,11
0,05
0,84
0,004
1,004≈1,0
Колоннадан сыйымдылыққа дейінгі құбырдағы гидравликалық шығындарды есепке алғанда колоннаның жоғарғы бөлігіндегі қысымын PIоқысымынан 0,2 ат. артық аламыз:
PID = PIо + 0,2 = 14,4+0,2 = 14,6 ат [14,3·104нм2]
tD колоннаның жоғарғы бөлігінің температурасын булы фаза изотермасының теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
14уDi'ki=1
Температураны PID =14,6 ат.kiфазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай температура tD=41оС болады.Есептеулерді 1.4-кестеге енгіземіз.
3.4 - кесте - Колоннаның жоғарғы бөлігі үшін булы фаза изотермасы теңдеуінің мәндері
Дистиллят компоненттері
tD=41оС пен PID =14,6 ат.кезіндегі ki
yDi'
уDi'ki
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
Барлығы
12,5
2,9
1,01
0,34
-
0,0096
0,0200
0,9560
0,0130
0,9986≈1,0
0,00077
0,00690
0,95500
0,03830
1,001≈1,0
PID жоғарғы қысым кезінде колоннаның жоғарғы бөлігіндегі температура артады, конденсатор-тоңазытқыштағы бу конденсациясы жеңілдетіледі және жылуалмасу беті аз болуы қажет.
Колоннаның төменгі бөлігіндегі қысымын табақшалардың гидравликалық кедергісін есепке ала отырып, PID қысымынан 0,4 ат. артық етіп аламыз:
PIR = PID + 0,4 = 14,6+0,4 = 15 ат [14,7·104нм2]
tR колоннаның төменгі бөлігінің температурасын сұйық фаза изотермасының теңдеуі көмегімен біртіндеп жақындату әдісімен табамыз:
35kixRi'=1
Температураны PIR= 15 ат. kiфазалық тепе-теңдік константасының шамасы теңдеуге қойғанда тепе-теңдік орындалатындай мәнін таңдаймыз. Ондай температура tR =110оС болады. Есептеулерді 3.5-кестеге енгіземіз.
3.5 - кесте - Колоннаның төменгі бөлігі үшін сұйық фаза изотермасы теңдеуінің мәндері
Қалдық компоненттері
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезіндегі ki
xRi'
kixRi'
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
2,62
1,12
0,50
-
0,0400
0,6650
0,2950
1,0000
0,1048
0,7448
0,1475
0,9971≈1,0
Колоннадағы қысым мен температураны біле отырып, салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін есептей аламыз, ол әрі қарай есептеулерде қолданылады.
Эталондық компонент ретінде салыстырмалы ұшқыштығы 1-ге тең болатын бутанды аламыз (бастапқы жүйенің төртінші компоненті).
Колоннаның қорлық бөлігінің қысымын PID мен PIR арифметикалық ортасы арқылы табамыз:
PIf=PID+PIR2=14,6+152=14,8 ат [14,5·10[4]нм2]
Әрбір компонент үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αi=kik4
Колоннаның концентрациялы бөлігінің орташа салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αicp.=0,5(αiD+αif)
мұндағы αiD - температурасы tD=41оС және қысымы PID =14,6 ат. кезіндегі берілген компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті; αif - колоннаға шикізат бергендегі температурасы tf = 80oC және қысымы PIf=14,8 ат. кезіндегі компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті.
Колоннаның айдалатын бөлігінің орташа салыстырмалы ұшқыштық коэффициентін келесі формуламен анықтайды:
αicp.=0,5(αif+αiR)
мұндағы αiR - температурасы tR=110оС және қысымы PIR = 15 ат. кезіндегі берілген компоненттің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті.
Бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті мәндері 3.6-кестеге енгізілген.
3.6 - кесте - Бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті мәндері
Компо-ненттер
Концентрациялы бөлігі
Айдалатын бөлігі
tf = 80oC пен
PIf =14,8 ат. кезіндегі ki
tf = 80oC
пен PIf =14,8 ат. кезіндегі αif
tD=41оС пен PID =14,6 ат. кезіндегі ki
tD=41оС пен PID =14,6 ат. кезін-дегі αiD
αicp.
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезін-дегі ki
tR=110оС пен PIR = 15 ат. кезін-дегі αiR
αicp.
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
14,6
4,3
1,75
0,74
0,28
20
5,82
2,37
1
0,379
12,5
2,9
1,01
0,34
0,13
37
8,5
3
1
0,385
28,5
7,2
2,7
1
0,38
16
5,4
2,62
1,12
0,5
14,2
4,8
2,32
1
0,445
17,1
5,3
2,3
1
0,41
3.4 Колоннаға берілетін сұйық және бу фазасындағы шикізат құрамы мен айдау үлесі
Бастапқы шикізатты айдаудың мольдік үлесі e' және температурасы tf = 80oC мен қысымы PIf =14,8 ат. кезіндегі фазалар құрамын аналитикалық әдіспен А.М.Требугов формуласымен есептейді:
15xi'=15сi'1+e'(ki-1)=1
15yi'=15kixi'=1
Тепе-теңдік орындалатындай, айдаудың мольдік үлесі e'=0,17 тең. Есептеулерді 3.7-кестеге енгіземіз.
3.7 - кесте - tf = 80oC мен қысымы PIf =14,8 ат. кезіндегі фазалар құрамы
Шикізат компоненттері
Шикізат құрамы ci'
tf = 80oC пен
PIf =14,8 ат. кезіндегі ki
1+e'(ki-1) (e'=0,17)
xi'=сi'1+e'(ki-1)
yi'=kixi'
СН4
С2Н6
С3Н8
н-С4Н10
н-С5Н12
Барлығы
0,0035
0,0073
0,3751
0,4269
0,1872
1,0000
14,6
4,3
1,75
0,74
0,28
3,3200
1,5610
1,1275
0,9558
0,8776
0,0011
0,0047
0,3327
0,4466
0,2133
0,9984≈1
0,0160
0,0201
0,5822
0,3305
0,0597
1,0085≈1
3.5 Толығымен суландыру тәртібін есептеу
Колоннаның ішінде шекті теориялық мүмкін болатын жұмыс жағдайларының бірі толығымен суландыру тәртібі болып табылады, бұл кезде колоннаның теориялық табақшалар саны аз болады. Есептеулер көрсеткендей, жүйені суландырудың тиімді тәртібінің жағдайлары кезінде бастапқы жүйенің бірдей құрамды өнімге бөлінуі үшін толығымен суландыру кезіндегіге қарағанда теориялық табақшалар саны 2 есе болуы қажет.
Толығымен суландыру тәртібінің есептеуі берілген бөліну жағдайларына байланысты колонналардың жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамы мен мөлшерін анықтаудан тұрады.
Біздің есебімізде бөліну жағдайлары дистилляттағы н-С4Н10 құрамы (yD4'=0,013) мен қалдықтағы С3Н8 құрамымен (xR3'=0,04) берілген. Толығымен суландыру тәртібі үшін еркіндік дәреже санның жобасын f келесі формуламен анықтайды:
f = Z + 2
мұндағы Z - бөліну өнімдеріндегі компоненттердің нөлдік концентрация саны.
Бұл жағдайда Z= 0, сондықтан f = 2 болады. Толығымен суландыру есептеуінде қандай да екі концентрация мәні берілуі қажет дегенді білдіреді. Ол екі концентрация мыналар: yD4'=0,013 және xR3'=0,04. Осылайша, мәндер анықталды, С.А.Багатуровта берілген есептік қатынастар бойынша бастапқы жүйенің барлық компоненттері үшін колоннаның жоғарғы және төменгі өнімдерінің құрамын анықтайды. Төменде келтірілетін есептеулерде барлық колонна үшін компоненттердің салыстырмалы ұшқыштық коэффициенті температурасы tf = 80oC және қысымы PIf=14,8 ат. алынды. Шикізат құрамы мен оның бөліну жағдайларына қарай колоннадағы дистиллят құрамы негізінен С3Н8тұрады.
Дистиляттағы пропанның мольдік үлесінің мөлшері yD3'=0,9560 ... 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