Кокс жылубергішінің қайнаушы кабатында үздіксіз кокстеу қондырғысын жобалау
КІРІСПЕ 4
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Термиялық крекингтің даму тарихы 6
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен 7
тетігінің негіздері
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері 12
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері 15
1.5 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі. 20
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ.
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының 22
атқаратын мақсаты және негізгі түрлері.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері. 24
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздікссіз 27
кокстеу (термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
3. ЕСЕПТІК БӨЛІМ
3.1 Кокстеу қондырғысының материалдық балансы 34
3.2. Кокстеу реакторының материалдық балансы 35
3.3 Жылулық баланс. 35
3.4 Аппараттың өлшемдерін есептеу. 36
3.5 Корпустың цилиндрлі қабырғасының кернеуін есептеу. 37
4 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ.
4.1 Өнімді өндіруді есептеу. 39
4.2 Ғимараттар, құрылыстар және жабдықтарға жұмсалатын 40
жалпы шығындарды есептеу
4.3 Еңбек және еңбекақыны есептеу. 42
4.4 Жалақының жылдық қорын есептеу. 45
4.5 Өнімнің өзіндік құнын есептеу. 50
4.6 Процестің негізгі техника.экономикалық көрсеткіштерін есептеу 52
5 ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЖӘНЕ ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1Қазақстан Республикасында еңбек қорғау 54
саласында негізделген заңдастырылған актілер
5.2 Еңбекті қорғауды ұйымдастыру 54
5.3 Еңбекті қорғаудағы техникалық қауіпсіздік шаралары 55
5.4 Электрлік қауіпсіздік. 56
5.5 Өндірістік санитария.. 57
5.6 Өндірістік жарықтама. 58
5.7 Өндірістік микроклимат 59
5.8 Шу мен дірілден қорғау. 59
5.9 Еңбек қорғаудағы өртке қарсылық шаралары. 60
5.10 Өрттік сигнализация және байланыс 60
5.11 Ғимараттар мен имараттардың өрт қауіпсіздік нормасы. 61
ҚОРЫТЫНДЫ 63
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 65
ҚОСЫМШАЛАР
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Термиялық крекингтің даму тарихы 6
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен 7
тетігінің негіздері
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері 12
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері 15
1.5 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі. 20
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ.
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының 22
атқаратын мақсаты және негізгі түрлері.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері. 24
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздікссіз 27
кокстеу (термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
3. ЕСЕПТІК БӨЛІМ
3.1 Кокстеу қондырғысының материалдық балансы 34
3.2. Кокстеу реакторының материалдық балансы 35
3.3 Жылулық баланс. 35
3.4 Аппараттың өлшемдерін есептеу. 36
3.5 Корпустың цилиндрлі қабырғасының кернеуін есептеу. 37
4 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ.
4.1 Өнімді өндіруді есептеу. 39
4.2 Ғимараттар, құрылыстар және жабдықтарға жұмсалатын 40
жалпы шығындарды есептеу
4.3 Еңбек және еңбекақыны есептеу. 42
4.4 Жалақының жылдық қорын есептеу. 45
4.5 Өнімнің өзіндік құнын есептеу. 50
4.6 Процестің негізгі техника.экономикалық көрсеткіштерін есептеу 52
5 ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЖӘНЕ ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1Қазақстан Республикасында еңбек қорғау 54
саласында негізделген заңдастырылған актілер
5.2 Еңбекті қорғауды ұйымдастыру 54
5.3 Еңбекті қорғаудағы техникалық қауіпсіздік шаралары 55
5.4 Электрлік қауіпсіздік. 56
5.5 Өндірістік санитария.. 57
5.6 Өндірістік жарықтама. 58
5.7 Өндірістік микроклимат 59
5.8 Шу мен дірілден қорғау. 59
5.9 Еңбек қорғаудағы өртке қарсылық шаралары. 60
5.10 Өрттік сигнализация және байланыс 60
5.11 Ғимараттар мен имараттардың өрт қауіпсіздік нормасы. 61
ҚОРЫТЫНДЫ 63
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 65
ҚОСЫМШАЛАР
Қазақстан әлемдік мұнай бизнесіне аршынды қадаммен аяқ басты. 1990-шы жылдардың бас кезінде жаста болса талабы мол мемлекет туралы білетіндер кем де кем болатын. Еліміз тәуелсіздік алғаннан кейін небәры 15 жылдан астам уақыт өткенде ғаламның жетекші мемлекеттеріне дүние жүзінің картасында құлақты елең еткізетін жаңа атудың пайда болғанын мойындап отыр.
Қазақстан экономикасының аса маңызды әрі тез арада көш басына шыққан салаларының бірі – мұнай және газ саласы. Еліміз қиын қыстау кезеңінде елдің бір кездері кенжелеп қалған облыстарының өнеркәсібін көтеріп, пәрменді өсірген нағыз локомотивке айналған мұнай – газ секторының серпінді дамуына объективті алғышарттар себеп болды. Еліміз мұнайдың дәлелденген қорлары бойынша әлемдегі жетекші елдердің қатарына кіреді. Көмірсутек шикізатының шоғырлары жағынан Қазақстан барлық ТМД елдерінің арасында Ресей Федерациясынан кейін екінші орын алады. Бүгін еліміздің дәлелденген қорлары 3,6 млрд. тонна мұнай мен конденсат және 1,9 трлн. текше метр газ көлемінде бағаланады.
Бұл салада тек мұнайды өндіру емес, сонымен қатар мұнайды өңдеудің де өзіндік үлесі бар. Қазіргі кезде Қазақстан жылына аумағында мұнай өңдей- тін 3 зауыт жұмыс істейді. Олар: еліміздің батысындағы Атырау қаласындағы – Атырау мұнай өңдеу зауыты; Солтүстік Қазақстандағы – Павлодар мұнай химиялық Зауыты және Оңтүстік Қазақстан Облысында орналасқан – Шымкент мұнай өңдеу зауыты. Аталған өндіріс орындарында мұнайды өңдеу арқылы негізгі отын көздері алынады. Дегенмен жыл санап қарқынды дамып келе жатқан ел экономикасында мұнай өнімдеріне деген сұраныс арта түсуде. Сұранысты қанағаттандырудың бірден-бір жолы – шикізат көзін тиімді пайдалану, яғни мұнайды өте жоғары сапалы және терең өңдеп, қалдық отын мөлшерін азайту болып саналады. Сол себепті біз қара алтынды шет елдерге шикі күйінде сатуға емес, оны өзімізде өңдеуге көп бөлгеніміз дұрыс.
Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік көлемде үш әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді процесс); қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс); кокс жылубергішінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
Қазақстан экономикасының аса маңызды әрі тез арада көш басына шыққан салаларының бірі – мұнай және газ саласы. Еліміз қиын қыстау кезеңінде елдің бір кездері кенжелеп қалған облыстарының өнеркәсібін көтеріп, пәрменді өсірген нағыз локомотивке айналған мұнай – газ секторының серпінді дамуына объективті алғышарттар себеп болды. Еліміз мұнайдың дәлелденген қорлары бойынша әлемдегі жетекші елдердің қатарына кіреді. Көмірсутек шикізатының шоғырлары жағынан Қазақстан барлық ТМД елдерінің арасында Ресей Федерациясынан кейін екінші орын алады. Бүгін еліміздің дәлелденген қорлары 3,6 млрд. тонна мұнай мен конденсат және 1,9 трлн. текше метр газ көлемінде бағаланады.
Бұл салада тек мұнайды өндіру емес, сонымен қатар мұнайды өңдеудің де өзіндік үлесі бар. Қазіргі кезде Қазақстан жылына аумағында мұнай өңдей- тін 3 зауыт жұмыс істейді. Олар: еліміздің батысындағы Атырау қаласындағы – Атырау мұнай өңдеу зауыты; Солтүстік Қазақстандағы – Павлодар мұнай химиялық Зауыты және Оңтүстік Қазақстан Облысында орналасқан – Шымкент мұнай өңдеу зауыты. Аталған өндіріс орындарында мұнайды өңдеу арқылы негізгі отын көздері алынады. Дегенмен жыл санап қарқынды дамып келе жатқан ел экономикасында мұнай өнімдеріне деген сұраныс арта түсуде. Сұранысты қанағаттандырудың бірден-бір жолы – шикізат көзін тиімді пайдалану, яғни мұнайды өте жоғары сапалы және терең өңдеп, қалдық отын мөлшерін азайту болып саналады. Сол себепті біз қара алтынды шет елдерге шикі күйінде сатуға емес, оны өзімізде өңдеуге көп бөлгеніміз дұрыс.
Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік көлемде үш әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді процесс); қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс); кокс жылубергішінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
1 Леффлер У. Переработка нефти //Пер. с анг. 2-е изд., пересмотр. – М.: Олимп-Бизнес, 2003. – 224с.
2 Агабеков В.Е., Косяков В.К., Ложкин В.М. Нефть и газ. Добыча комплексная переработка и использование. Мн.:БГТ, 2003, 376 с.
3 Омарәлиев Т.О. Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы технологиясы. – Астана: Фолиант, 2005. – 360 бет.
4 Коньям Я., Зелькинд Е.М., Шершун В.Г. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность зарубежом М.: Химия, 1986, 184 с.
5 Либерман Н.Р., Томарченко С.Л. Справочник нефтепереработчика -Л.: Химия, 1986.
6 Варфоломеев Д. Ф., Фрязинов В. В., Валявин Г. Г. Висбрекинг нефтяных остат¬ков. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1982.
7 Волошин Н. Д., Гимаев Р. Н., Давыдов Г. Ф. Термический крекинг нефтяных остатков и дистиллятов. -Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1982.
8 Гуреев А. А., Сюняев 3. И. Интенсификация некоторых процессов переработки нефтяного сырья на базе принципов физико-химической механики. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1984.
9 Моров Ю. М. Расчеты и исследования химических процессов нефтепереработки. -М.: «Химия», 1973, с. 182.
10 Магарил Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. –М.: Химия, 1976.
11 Нагиев М. Ф. Исследование в области переработки нефтяных остатков и хи¬мического использования ее продуктов. Баку: -Изд-во АН, 1976
12 Левинтер М.Е., Ахметв С.А. Глубокая переработка нефти. – М.: Химия, 1992. – 223с.
13 Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа [текст]: Учеб. пособие/С.А. Ахметов. – Уфа: Гилем, 2002. – 671с.
14 Соскинд Д.М. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов//Электронная версия на сайте http://www.xumuk.ru/encyklopedia/753.htm
15 Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов.Ч.2. – М.: Химия, 1980. – 328с.
16 Эрих В.Н. Химия и технология нефти и газа: Учеб. длля техникумов. – 3-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1985. – 408с.
17 Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под. ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радиенко и М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986 – 648с.
18 Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов М.И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа/ Под. ред. С.А. Ахметова. – СПб.: Недра, 2006. – 868с.
19 Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа/ Под. ред. Б.И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. – 127с.
13 Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3. – М.:
Химия, 1978. – 424с.
20 Гуревич И. Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.1. – М.: Химия, 1972.-352с
21 Омаралиев Т.О. Мұнай мен газды өңдеудің химиясы және технологиясы. ІΙ-бөлім. Құрылымды өзгертіп өңдеу процестері. – Алматы: 2001. – 278б.
22 Мстиславская Л.П., Павилинич М.Ф., Филиптов В.П. Основы нефтегазового производства: Учеб. пособие. – М.: ФГУП Изд. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. – 276с.
23 Технологическая переработка нефти. В 2-х частях. Ч.1. Первичная переработка нефти/Под. ред. О.Ф. Глаголевой, В,М, Капустина. – М.: Химия. КолосС, 2006. – 400с.
2 Агабеков В.Е., Косяков В.К., Ложкин В.М. Нефть и газ. Добыча комплексная переработка и использование. Мн.:БГТ, 2003, 376 с.
3 Омарәлиев Т.О. Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы технологиясы. – Астана: Фолиант, 2005. – 360 бет.
4 Коньям Я., Зелькинд Е.М., Шершун В.Г. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность зарубежом М.: Химия, 1986, 184 с.
5 Либерман Н.Р., Томарченко С.Л. Справочник нефтепереработчика -Л.: Химия, 1986.
6 Варфоломеев Д. Ф., Фрязинов В. В., Валявин Г. Г. Висбрекинг нефтяных остат¬ков. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1982.
7 Волошин Н. Д., Гимаев Р. Н., Давыдов Г. Ф. Термический крекинг нефтяных остатков и дистиллятов. -Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1982.
8 Гуреев А. А., Сюняев 3. И. Интенсификация некоторых процессов переработки нефтяного сырья на базе принципов физико-химической механики. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1984.
9 Моров Ю. М. Расчеты и исследования химических процессов нефтепереработки. -М.: «Химия», 1973, с. 182.
10 Магарил Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. –М.: Химия, 1976.
11 Нагиев М. Ф. Исследование в области переработки нефтяных остатков и хи¬мического использования ее продуктов. Баку: -Изд-во АН, 1976
12 Левинтер М.Е., Ахметв С.А. Глубокая переработка нефти. – М.: Химия, 1992. – 223с.
13 Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа [текст]: Учеб. пособие/С.А. Ахметов. – Уфа: Гилем, 2002. – 671с.
14 Соскинд Д.М. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов//Электронная версия на сайте http://www.xumuk.ru/encyklopedia/753.htm
15 Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов.Ч.2. – М.: Химия, 1980. – 328с.
16 Эрих В.Н. Химия и технология нефти и газа: Учеб. длля техникумов. – 3-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1985. – 408с.
17 Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под. ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радиенко и М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986 – 648с.
18 Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов М.И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа/ Под. ред. С.А. Ахметова. – СПб.: Недра, 2006. – 868с.
19 Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа/ Под. ред. Б.И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. – 127с.
13 Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3. – М.:
Химия, 1978. – 424с.
20 Гуревич И. Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.1. – М.: Химия, 1972.-352с
21 Омаралиев Т.О. Мұнай мен газды өңдеудің химиясы және технологиясы. ІΙ-бөлім. Құрылымды өзгертіп өңдеу процестері. – Алматы: 2001. – 278б.
22 Мстиславская Л.П., Павилинич М.Ф., Филиптов В.П. Основы нефтегазового производства: Учеб. пособие. – М.: ФГУП Изд. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. – 276с.
23 Технологическая переработка нефти. В 2-х частях. Ч.1. Первичная переработка нефти/Под. ред. О.Ф. Глаголевой, В,М, Капустина. – М.: Химия. КолосС, 2006. – 400с.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 4
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Термиялық крекингтің даму тарихы 6
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен 7
тетігінің негіздері
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері 12
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері 15
1.5 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі. 20
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ.
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының 22
атқаратын мақсаты және негізгі түрлері.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері. 24
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздікссіз 27
кокстеу (термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
3. ЕСЕПТІК БӨЛІМ
3.1 Кокстеу қондырғысының материалдық балансы 34
3.2. Кокстеу реакторының материалдық балансы 35
3.3 Жылулық баланс. 35
3.4 Аппараттың өлшемдерін есептеу. 36
3.5 Корпустың цилиндрлі қабырғасының кернеуін есептеу. 37
4 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ.
4.1 Өнімді өндіруді есептеу. 39
4.2 Ғимараттар, құрылыстар және жабдықтарға жұмсалатын 40
жалпы шығындарды есептеу
4.3 Еңбек және еңбекақыны есептеу. 42
4.4 Жалақының жылдық қорын есептеу. 45
4.5 Өнімнің өзіндік құнын есептеу. 50
4.6 Процестің негізгі техника-экономикалық көрсеткіштерін есептеу 52
5 ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЖӘНЕ ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1Қазақстан Республикасында еңбек қорғау 54
саласында негізделген заңдастырылған актілер
5.2 Еңбекті қорғауды ұйымдастыру 54
5.3 Еңбекті қорғаудағы техникалық қауіпсіздік шаралары 55
5.4 Электрлік қауіпсіздік. 56
5.5 Өндірістік санитария.. 57
5.6 Өндірістік жарықтама. 58
5.7 Өндірістік микроклимат 59
5.8 Шу мен дірілден қорғау. 59
5.9 Еңбек қорғаудағы өртке қарсылық шаралары. 60
5.10 Өрттік сигнализация және байланыс 60
5.11 Ғимараттар мен имараттардың өрт қауіпсіздік нормасы. 61
ҚОРЫТЫНДЫ 63
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 65
ҚОСЫМШАЛАР
КІРІСПЕ
Қазақстан әлемдік мұнай бизнесіне аршынды қадаммен аяқ басты.
1990-шы жылдардың бас кезінде жаста болса талабы мол мемлекет туралы
білетіндер кем де кем болатын. Еліміз тәуелсіздік алғаннан кейін небәры 15
жылдан астам уақыт өткенде ғаламның жетекші мемлекеттеріне дүние жүзінің
картасында құлақты елең еткізетін жаңа атудың пайда болғанын мойындап отыр.
Қазақстан экономикасының аса маңызды әрі тез арада көш басына
шыққан салаларының бірі – мұнай және газ саласы. Еліміз қиын қыстау
кезеңінде елдің бір кездері кенжелеп қалған облыстарының өнеркәсібін
көтеріп, пәрменді өсірген нағыз локомотивке айналған мұнай – газ секторының
серпінді дамуына объективті алғышарттар себеп болды. Еліміз мұнайдың
дәлелденген қорлары бойынша әлемдегі жетекші елдердің қатарына кіреді.
Көмірсутек шикізатының шоғырлары жағынан Қазақстан барлық ТМД елдерінің
арасында Ресей Федерациясынан кейін екінші орын алады. Бүгін еліміздің
дәлелденген қорлары 3,6 млрд. тонна мұнай мен конденсат және 1,9 трлн.
текше метр газ көлемінде бағаланады.
Бұл салада тек мұнайды өндіру емес, сонымен қатар мұнайды
өңдеудің де өзіндік үлесі бар. Қазіргі кезде Қазақстан жылына аумағында
мұнай өңдей- тін 3 зауыт жұмыс істейді. Олар: еліміздің батысындағы Атырау
қаласындағы – Атырау мұнай өңдеу зауыты; Солтүстік Қазақстандағы – Павлодар
мұнай химиялық Зауыты және Оңтүстік Қазақстан Облысында орналасқан –
Шымкент мұнай өңдеу зауыты. Аталған өндіріс орындарында мұнайды өңдеу
арқылы негізгі отын көздері алынады. Дегенмен жыл санап қарқынды дамып келе
жатқан ел экономикасында мұнай өнімдеріне деген сұраныс арта түсуде.
Сұранысты қанағаттандырудың бірден-бір жолы – шикізат көзін тиімді
пайдалану, яғни мұнайды өте жоғары сапалы және терең өңдеп, қалдық отын
мөлшерін азайту болып саналады. Сол себепті біз қара алтынды шет елдерге
шикі күйінде сатуға емес, оны өзімізде өңдеуге көп бөлгеніміз дұрыс.
Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік көлемде үш
әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді процесс);
қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс); кокс
жылубергішінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
Менің дипломдық жобамда кокс жылубергішінің қайнаушы кабатында
үздіксіз кокстеу қондырғысы қарастырылған. Бұл қондырғының басты жетістігі,
оның қуатының жоғары болу мүмкіндігі және шикізаттың кез-келген түрін
пайдалануға болатындығы. Қазіргі кезде шикізатқа есептнгенде қуаты ≈ 7 мың
т сөткесіне (2млн т жылына көп), ал ауыр қалдықтарды қайта берумен оны 10
мың т сөткесіне дейін жеткізуге болатын қондырғылар жұмыс істеуде.
Коксқыздырғыштан шығатын өнімдерді жағудың артық жылуын пайдалану-қазанында
жоғары қысымды (≈4МПа) бу процесті жылуды қажет ететін мұнай өңдеудің басқа
процестерімен, мысалы, алғашқы айдау қондырғысымен құрастырма түрінде (АҚ-
ТҚҚ) пайдаланады.
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1. Термиялық крекингтің даму тарихы
Ауыр мұнай қалдықтарын термиялық өңдеудің өндірістік қондырғылары, рет
бензин алу үшін 1912 жылдан термиялық крекинг (ТК) қондырғылары соғылғалы
бар.
АҚШ-та 1930 ж.ж ТК өндірісі ең жоғарғы деңгейге жетті, бірақ
кейінерек автомобиль бензинінің сапа көрсеткішіне қойылатын талаптардың
күшеюінен ТК процесіне деген сұраныс азая бастады. Еуропа елдерінде және
бұрынғы Кеңес одағында ТК процесінің тарихы 20 жыл кейін басталды. 1960 ж.ж
бастап ТК процесінің негізгі қолдануы өзгерді. Бензин өндіруші процестен ол
кокстеу және термогазойль алу үшін қолданылатын шикізатты дайындау үшін
қолданыла бастады.
Термиялық процестердің қазіргі кезеңдегі өсуінде шикі зат есебінде газ
көмірсутектерінен бастап ауыр жоғары молекулалы қалдықтарға дейін
қолданылады. Сондықтан әртүрлі шикі заттың жоғары температураларда өзгеруін
байқау үшін термиялық крекингке жеке көмірсутектерді, мұнай фракцияларын
және қалдықтарды салады. Көмірсутектерді крекингтеуді зерттеу кинетикалық
мәліметтер алуға жэне процестің тетігін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл
мақсат реакция өнімдерін реакцияға түспеген шикі заттан дәл айыру
мүмкіндігінің болатындығыван жеңілденеді. Мұнайдың алшақ фракциясын
крекингтегенде, шикі заттың химиялық құрамының күрделігінен және оның
реакцияға түспеген бөлігін жете білмегендіктен, ауысу тереңдігін анықтау
қиынға түседі. Бірақ фракциялық құрамы алшақ шикі затты крекингтеу
процестің әртүрлі температуралардағы салыстырмалы жылдамдығын (яғни
бензиннің, газдың, кокстың және басқа өнімдердің) анықтауға мүмкіндік
береді. Мұндай мәліметтер өндіріс қондырғыларын жоспарлауда және
пайдалануда қолданылады.
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен тетігінің
негіздері
Қазіргі кездегі бар мұнай өңдеу үрдістері біріншілік және екіншілік
мұнай өңдеу үрдістері болып бөлінеді (немесе структивті және деструктивті).
Біріншілік процесстерге мұнайды тұссыздандыру, сусыздандыру, мұнайды
механикалық қоспалардан тазарту, мұнайды тұрақтандыру (еріген көмірсутек
газдарын бөліп алу), мұнайды қайнау температураларына байланысты бөлу
(айдау) жатады. Бұл процесстер мұнай құрамындағы қосылыстардың құрылымына
әсерін тигізбейді.
Екіншілік процесстерде мұнай құрамындағы көмірсутектердің құрылымы
өзгереді, әр түрлі мұнай өнімдері және мұнайхимия өнеркәсібіне шикізат
алынады. Екіншілік процесстер өз кезегінде термиялық (жоғары температурада
жүреді) және термокаталитикалық (жоғары температура мен катализатор
қатысында). Термиялық процесстер – термиялық крегинг, пиролиз, кокстеу.
Термокаталитикалық процесстерге – каталитикалық крекинг, риформинг,
алкилдеу, изомерлеу полимерлеу, гидрокрекинг, гидротазалау. Бұл үрдістер әр
түрлі механизм бойынша жүреді.
Термиялық процесстер жоғары температурада көмірсутектердің С – С
байланыстарының бос радикалды механизм бойынша жүреді.
Бұл сыныпты көмірсутектердің термиялық крекинг жағдайындағы негізгі
аусуы – С-С байланысы бойынша ыдырау реакциясына түсіп алкан мен алкен
түзу:
СnН2n+2→СmН2m+Сq+2
Түзілген қаныққан төменмолекулалы көміртегі тағы да алкен мен
алканға ыдырайды. Алкандардың ыдырауы барлық С – С байланыстар бойынша
жүруі мүмкін. Үзілу орны температура мен қысымға байланысты. Температура
жоғары және қысым төмен болған сайын, көміртегі тізбегінің үзілу орны оның
шеткі көміртегіне ығыса түседі де газ түріндегі өнімдер шығымы өседі. 4500С
шамасындағы температурада байланыстың үзілуі тізбектің ортасынан жүреді.
Қысымды көтеру де үзілу орнын молекуланың ортасына ығыстырады. Сондықтан
жоғары қысымда жүргізілетін крекинг көбірек сұйық және азырақ газ өнімдерін
алуға мүмкіндік береді.
Алкандар қатарында термиялық жағынан метанға ең жоғары тұрақтылық
тән, себебі онда С – С байланысы жоқ. Метанның көміртегі және сутегіне
ыдырауы өте жоғары температурада (шамамен 15000С) жүруі мүмкін. Этан мен
пропаның ыдырауы екі бағытта – С – С және С – Н байланыстары бойынша
жүреді:
СnН2n+2 → СnН2n + Н 2
Этан дегидрлеу реакциясына бейімдеу, ал пропан үшін 6000С этилен
мен метанға ыдырау реакциясы басымдау.
Алдағы келтірілген алкандардың ауысуының химиялық реакциялары
сутегінің, қанықан және қанықпаған көмірсутектердің түзілу процестерінің
күрделі теттігінің сырын толық бере алмайды. Ф. Райс крекинг жағдайында
парафин көмірсутектерінің ыдырауының тізбекті тетігін ұсынды. С – С
байланысының энергиясы С – Н байланысының энергиясынан көп аз болғандықтан,
парафин көмірсутектерінің молекуласының алғашқы ыдырауы осы байланыс орны
бойынша жүреді де, қосарланбаған электроны бар радикал түзеді: СН3, С2Н5,
С3Н7 және т.б С3Н7 радикалынан күрделілеулердің өмір сүру уақыты крекинг
температурасында өте аз. Олар бірден қарапйым радикалдарға түсіп, олардан
сутегін өзіне қосып алып, өздері қаныққан көмірсутегіне мынадай жолмен
ауысады:
С2Н6 +R→ C2H5 + R H
түзілген радикал жаңа көмірсутек молекулаларымен реакцияға түседі. Егер
радикал күрделі болса ол бірден қарапайым радикалға және қанықпаған
көмірсутегіне ыдырайды:
С5Н11 → С2Н5 + С3Н 6
Белгілі бір уақытта ұзақ өмір сүретін, берілген температурада
көмірсутегімен реакцияға түсетін радикалдарды (оларға Н, СН3 және С2Н5) бос
радикалдар дейді. Алкандардың термиялық аусуы тізбектік сипатты және
Райстың бос радикалдар теориясына бағынады. Оның негізгі қағидалары
төмендегідей.
1.Молекуланың радикалға алғашқы ыдырауы. Нәтижесінде әр түрлі
молекулалық массалы радикалдар түзіледі, мысалы:
СН3(СН2)5СН3→С4Н9+С3Н7
СН3 – СН2 – СН2 – СН3 →2С2Н5
Осының нәтижесінде тізбекті реакция бастау алады. 6000С температура
шамасында және атмосфералы немесе төмен қысымда метил (СН3) және этил
(C2H5) радикалдарының аз уақыт өз алдына өмір сүре алатындығы дәлелденген.
Жоғары қысымда мұндай қабілет үлкен молекулалық массалы радикалдарға да
тән. Босвалентті байланысты қанықпаған заттарды, бірден тұрақты
қосылыстарға ыдырамайтын бос радикалдар дейді. Олар қатарына сутегі
радикалы да Н жатады.
2.Тізбектің өсуі.Түзілген радикал бастапқы көмірсутектермен
әректтеседі. Берілген жағдайда да тұрақсыз жоғары молекулалық массалы
радикалдары бірден тұрақты алкен және жаңа, сонымен қабат, сутегі радикалын
түзіп ыдырайды, мысалы:
С5Н11 С4Н8 + СН3·
С5Н10 + Н·
осының нәтижесінде радикалдың концентрациясы реакция аумағында өседі.
3.Бос радикалдар бастапқы шикізат молекулаларымен соқтығысып жаңа
радикалдар түзілуін жүргізеді:
R′H + H → H2 + R′
R′H + R → RH + R′
Нәтижесінде тізбекті реакция өсе түседі. Бос радикалдың шикізат
молекуласымен сқтығысуының бірден бір нәтижесі қанықан көмірсутегінен
сутегін бөлу болып саналады.
СН3СН2СН3 + СН3 → СН3СНСН3 + СН4
СН3СН2СН3 + СН3 → СН3СН2СН2 + СН4
6000С бос радикалдардың бірінші немесе екіні көміртегі атомдары сутегімен
реакцияласу мүмкіндігінің қатынасы 1:2. Бос радикалдардың өмір сүру уақыты
өте аз 10-3 – 10-4с шамасында, осы уақытта олар әректтеспеген шикізат
молекуласымен кездесіп үлгереді. Мұндай реакциялардың активтеу энергиясы 40-
80 кДжмоль, яғни алканның ыдырау энергиясынан көп төмен. Тізбекті
реакцияның өсуінен бос радикалдар көп пайда болып, бастапқы алкан
молекуласының көбісі реакцияға түседі. Осының нәтижесінде рекация
өнімдерінің негізгі массасы тікелей көміртегі тізбегінің үзілу нәтижесінде
емес, бос радикалдар арқылы тізбек реакциясының өсуінің нәтижесінде
алынады. Бұл реакция алғашқы бастау, ауысудың ұзын қатарының тек бастамасы
ғана.
4. Тепе-теңдікке жеткенде бос радикалдардың бір-бірімен
кездесу мүмкіндігі, олардың бастапқы шикізат молекуласымен соқтығысу
мүмкіндігінен кем болмайды. Нәтижесінде тізбек үзіліп парафин
көмірсутегінің немесе сутегі молекуласының түзілу орын алады:
а) радикалдардың рекомбинациясы
СН3 + СН3 → С2Н6; Н + Н → Н2;
б) радикалдардың диспропорциялану
СН3 + С2Н5 → СН4 + С2Н4
Нәтижесінде реакция өнімдері құрамында берілген температурада
тұрақты қаныққан және қанықпаған көмірсутектері және сутегі молекуласы
жиналады.
Қанықпаған көмірсутектердің крекингі. Крегингтің шикізатында және
мұнайды алғашқы айдау қалдықтары құрамында алкендер өте аз немее тіптен
болмайды. Бірақ олардың крекинг химясындағы рөлі өте зор, себебі олар
көмірсутектердің басқа сыныптарының нәтижесінде түзіледі. Алкендерге
көптенген химиялық ауысуға түсу тән. Төменгі температура және жоғарғы қысым
төменмолекулалы көмірсутектерінің тығыздану реакциясына түсуіне
көмектеседі:
nСnН2n → (СnН2n) n
Қысым жоғары болған сайын полимерлену терең жүреді. Бірақ
температураны көтеруден полимерленудің термодинамикалық мүмкіндігі күрт
төмендейді де, тепе-теңдік кері бағытқа ығысады. Шикізаттың жоғары
температура аумағында көп болған сайын, тығыздану өнімдерінің ыдырауы
тереңдеу жүреді. Термиялық крекинг жағдайында (5000С шамасында, 4МПа ),
алкандардың ыдырауынан немесе төменмолекулы алкендердің тығыздану
нәтижесінде түзілген алкендер негізінен ыдырауға түседі.
Алкенднердің термиялық ыдырауының алғашқы реакцияларының тетігі,
парафмндер сияқты, радикалды-тізбекті болып келеді. Олардың алғашқы ыдырауы
диссоциялану энергиясы өте аз қос байланысқа β-орында орналасқан С – С
байланысы арқылы жүреді.
– С – С – С = С – С – С –
С–
γ β α α
β γ δ
Бұл β-байланыс ережесі деп аталатын ұғым, көміртегі тізбегінің
мүмкіндігі ең жоғары үзілу орнын анықтайды.
Алкендердің алғашқы термиялық ыдырау реакцияларының тетігі алкандар
сияқты, радикалды тізбекті болып келеді. β-байланысы арқылы алғашқы ыдырау
екі радикалды туындатады. Мысалы α-амилен (пентен) этил және алкил
радикалдарына ыдырайды:
СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2 → СН3 – СН2 + СН2 – СН = СН2
Түзілген радикалдар бастапқы амиленмен кездеседі:
С5Н10 + R → RH + СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2
С5Н9 радикалы өте тұрақсыз және оның метил радикалын бөліп ыдырауы әбден
мүмкін:
СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2→ С4Н6 + СН3
Тізбек реакциясының одан әрі қарай дамуы радикалы арқылы жүреді:
С5Н10 + СН3 → С5Н9 + СН4
Бұл тетік пентеннен бутадиен мен метанның алынуын жақсы түсіндіреді:
С5Н10 → С4Н6 + СН 4
Жоғары температурада (600-7000С), пиролиз процесі сияқты, осындай
реакциялар төмен молекулалы С2-С4 олефиндермен де жүреді. Мысалы, этиленнен
бутадиен және сутегін алады. Пиролиз жағдайы алкендердің дегидрлеу
реакцияларының жүруіне де көмектеседі:
С4Н8 → С4Н6 + Н 2
Нәтижесінде пиролиз өнімдерінің құрамында алкадиендер жиналады.
Мұндай көмірсутектер 7000С шамасы температураларда полимерлену жолымен (1)
тығыздануға және алкендермен кондесациялануға, сақиналы көмірсутектер
түзіп, өте ыңғайлы.
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері
Мұнай шикі затын өңдеудегі термодеструкциялық процестердің
оптималды режимін анықтау үшін тиісінше реакциялардың кинетикасы туралы
мәліметтер қажет, тағы да бұл мәліметтер өндірістік процесті моделдейтін
жағдайда алынуы керек.
Егер өндірістік процесс толық үздіксіз, яғни шикі затты үздіксіз
беретін және өнімдерді үздіксіз шығарып тұратын болса онда мұндай процесті
мезгілді жұмыс істейтін аппаратты жүргізу (мысалы, лаборатория кубында),
материалдық баланс пен өнімдер сапасы жөнінде дәл емес шамалас мәліметтер
береді. Шикі заттың айналу тереңдігінің температураға және уақытқа
байланыстылығы, яғни процестің кинетикасы туралы мәліметтер алу, ол бұдан
да беймәлімдеу шартты. Мезгілді процесте өнімдер реакция аумағынан үздіксіз
шығады, ал реакцияға түспеген шикі зат бірінші ыдырау және тығыздану
өнімдерімен бірге сұйық фазада (аппаратта) қалуымен соңғы жағдай
түсіндіріледі. Мұнда температуралық режим және әсіресе реакция аумағында
шикі заттың болу уақыты, әдетте зауыт мәліметтерімен сәйкес келмейді және,
егер критерия есебінде шикі заттың ыдырау тереңдігін немесе мақсатты өнім
шығымын пайдаланса, онымен шартты түрде ғана салыстыруға болады. Бірақ
мезгілді жұмыс істейтін аппаратта шикі заттың кинетикасын зерттеу кейбір
жағдайларда қызықты және пайдалы мәліметтер беруі мүмкін. Ол үшін екі
жағдай қажет:
1) крекингті шикі заттың айналу тереңдігі аз болған жағдайда
жүргізу;
2) ауыр фракциялық құрамды шикі затты пайдалану.
Айналу тереңдігі аз жағдайында, өнімдердің аздап булануымен,
ыдырау мен тығызданудың екіншілік реакцияларымен әлі
күрделенбегенде, шикі заттың ыдырауының реакцияларының кинетикасын
анықтауға болады. Екіншіден, ауыр шикі затты пайдалану шикі заттың да, оның
бірінші ыдырау өнімдерінің де өте аз булануын қамтамасыз етеді.
Лабораториялық ағымдағы қондырғыда шикі зат реакциялық аумақтан
ауысу тереңдігі біртіндеп өсу жағдайында өтеді, яғни бұл жағынан процесс
толық өндіріс жағдайды қайталайды. Бірақ бүл жағдайда да кейбір режимді
ұстамау алынған мәндерді ауытқытып жіберуі мүмкін. Олардың қатарына ағымның
гидравликалық режимі жатады - ол өндіріс пештерінің реакциялық ирек
құбырларында әдетте турбулентті және лабораториялық қондырғыларда көбінесе
ламинарлы болып келеді. Соңғы жағдайда бұл қабырғаның шектен тыс қызуына,
осының салдарынан жанама ыдырау мен тығыздану реакцияларының өріс алуына
алып келіп соғады. Реакция жүретін ирек құбырдың ішкі беті мен оның
көлемінің қатынасымен анықталынатын қабырғалық эффект те үлкен міндет
атқарады. Бұл фактордың әсері қондырғының масштабы кішкене болған сайын
жоғары болады; ол қабырғаның материалына байланысты және мысалы, кварц
шынысын пайдаланып, оның әсерін болдырмауға немесе азайтуға болады.
Лабораторияда алынған кинетикалық мәндердің келтірілген шарттылығы мұндай
зерттеулердің мәнін төмендетпейді. Термиялық крекингтің бірінші
реакцияларының кинетикасы, оның салыстырмалы ауысу тереңдігі аз болғанда
шамамен молекулалық ауысу тереңдігіне бағынады.
оны интегралдағаннан кейін мына түрге өтеді:
мұнда, К - реакция жылдамдығының константасы, с; бастапқы шикізаттың
мөлшері, мольс; х -шикі заттың ауысу тереңдігі, мольс,т-уақыт, с.
Осы теңдеу бойынша мезгілді және үздіксіз жұмыс істейтін реакторларда
алынған мұнай шикі затын термиялық крекингтеудің мәндерін, егер шикі
заттың ауысу тереңдігіІ салыстырмалы көп болмаса, шығаруға болады. Кейбір
мұнай фракциялары үшін бірмолекулалық реакция теңдеуімен есептелінетін
крекинг жылдамдығының константасы М.Д.Тиличеевтің, С.Н.Обрядчиковтың, В.Л.
Нельсонның және т.б. жұмыстарында келтірілген.
А.И.Динцес және А.В. Фрост процесті тереңдеткенде реакция
жылдамдығының константасы кемитіндігін көрсетті. Бұл құбылысты олар негізгі
реакция ыдырау өнімдерінің кедергі жасау әсерімен (мұндай өзіне-өзі кедергі
жасау түзілуші өнімдермен реакция тізбегінің үзілуінен болады) түсіндірді.
Бұл зерттеушілер крекинг үшін басқа теңдеу ұсынды
оны интегралдағаннан кейін, мынадай түрге өтеді:
мұнда - кедергі жасау дәрежесін сипаттайтын тұрақты, ал басқа белгілеулер
бұрынғыдай.
Мұндай теңдеуді кейіннен А.Д. Серпухович крекингтің радикал-тізбекті
тетігі негізінде теориялық жолмен шығарды.
Ағымдағы реакциялар үшін (үздіксіз жүмыс істейтін қондырғыда) шикі
заттың ыдырау тереңдігі өскен сайын, түзілген өнімдер көлемі шикі зат
буларының көлемінен анағұрлым көп болады, оны реакцияның жүру уақытын
анықтауда ескеру керек. Г.М.Панченков термиялық крекингті сипаттайтын,
ағымда жүретін бірінші дәрежелі реакция есебінде (өндіріс қондырғыларының
режимімен сәйкес), мынадай кинетикалық теңдеу ұсынды:
мұнда n- реакция аумағына белгілі-бір уақытта түсетін бастапқы заттың
моль саны; k- жылдамдықтьң салыстырмалы константасы мынаған тең:
v- стехиометриялы коэффициенттер
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері
Мұнай шикі затын термиялық крекингтеудің негізгі факторларына шикі
заттың термиялық тұрақтылығы, температура, қысым және реакцияның жүру
уақыты жатады. Бұл факторларды өндірістік жағдайға қатынаста қарағанда шикі
заттың фракциялық және топтық химиялық құрамын еске алу қажет.
Мысалы, М.Д. Тиличеев мәліметі бойынша, құрамында шамамен 60%
парафин көмірсутектері бар Грозныйдың парафинді мұнайының үш фракциясын
крекингтегенде, крекингтің режимі бірдей жағдайда ауысу тереңдігі бензин
үшін 24%, керосинге 35% соляр дистиллятына 47% құрады.
Шикі затты ароматикалық көмірсутектермен байыту оның термиялық
тұрақтылығын арттырады: құрамында 15,4% ароматикалық көмірсутектері бар
бензинді пиролиздегенде, сондай бензинді 35% толуол қосып пиролиздегеннен,
газ түзілу 25% көп болады. Жоғары ароматизацияланған шикі зат
температураның әсеріне өте тұрақты: құрамында шамамен 40% (масс.) қос және
көп сақиналы ароматикалық көмірсутектері бар пиролиз шайырын құбырлы пеште
500-510°С дейін байқалатындай ыдыраусыз қыздыруға болады. Кокс түзіліп оның
жиналу кинетикасында шикі заттағы ароматикалық және қ-парафин
көмірсутектерінің салыстырмалы мөлшері үлкен рөл атқарады: қ-парафиндер
құбырлы пеште қыздырылатын ауыр шикізаттың ағымынан асфальтендерді
тұндырады, нәтижесінде құбырдың ішкі бетіне кокс түсіп жиналады, ал
ароматикалық көмірсутектері асфальтендердің ерітіндіде болуын қамтамасыз
етеді.
Тұрақтылығы ең төмен парафин негізді шикі зат ыдырау өнімдері
(пиролиз газы, қысыммен істейтін термиялық крекинг қондырғыларының бензин
және газойль фракциялары) мақсатты өнімдер болатын процестер үшін өте
тиімді. Керісінше, ароматикалық шикі зат мақсатты өнімі- поликонденсация
өнімі, яғни мұнай коксы болатын процестер үшін өте қажет. Нафтенді шикі зат
аралық орын алады және крекингтің тереңдігіне байланысты, алкилсізденген
нафтендер тәрізді ыдыраудың жеңіл өнімдерін бере алады; олар крекинг-бензин
құрамына өтіп, парафинді шикі затты крекингтеуден алынған бензинге
қарағанда жоғары октан санын көрсетеді. Нафтен шикі заты терең ауысуда,
мысалы, пиролизде, газды аз түзеді, бірақ парафин шикі затын пиролиздегенге
қарағанда шайыр қүрамында ароматикалық көмірсутектер көп болады. Мұнда,
жоғарыда айтылғандай, ыдырау реакцияларына жоғары температура мен процестің
аз жүру уақыты оң әсер етеді, тығыздану реакцияларына - жоғары емес
температуралардағы реакция уақытының ұзақтығы.
Термиялық крекингке негізгі факторларды қарағанда, термодеструкция
шикі заты мен өнімдер реакция аумағында газ немесе сұйық (көбінесе аралас,
сұйық-бу) фазада болуын ескеру қажет. Жеңіл дистиллятты шикі зат үшін
процестің температурасы шикі заттың толық булану температурасынан әр
уақытта жоғары. Егер жоғары қысым қолданса шикізатты толық булану
температурасы өседі. Бірақ бұл жағдайда да шикізат газ фазасында болады,
себебі реакция аумағындағы температура шикізаттың критикалық
температурасынан жоғары. Қалдық ауыр шикізатты крекингтегенде басқа жағдай
орын алады. Мұнда әдетте шикі зат пен өнімдер аралық қалыпта (сұйық және
бу) болады: температура жоғары және қысым төмен болған сайын, газ
фазасының үлесі көп болады. Крекинг өнімдерінің фазалық қалпы шикі заттың
ауысу тереңдігіне байланысты, себебі ыдырау өнімдерінің шығымы көп болғанда
олардың буларының жоғары сыбағалы қысымы жоғары қайнаушы тығыздану
өнімдерінің де газ фазасына өтуін қамтамасыз етеді.
Барлық реакциялық массаны газ фазасына ауыстыруға көмектесетін
факторлардың болуы кокс түзілу қауіпсіздігін азайтады. Газ фазадан
көміртегінің тікелей түзілуі және оны реакциялық ирек құбырдың ішкі
беттерінде пирокөміртегі түрінде жиналуы өте жоғары температураларда (850°С
және одан да жоғары) орын алуы мүмкін.
Мұндай жағдайда көмірсутегінің элементке де, радикалдарға да ыдырау
реакцияларына қабырғаның салыстырмалы бетінің әсері, яғни, осы беттің
реакция көлеміне қатынасы шешуші рөл атқарады. Төменгі қысымдарда радикалды-
тізбекті крекинг процесінде тізбектердің реактор беттерінде үзілуі үлкен
рөл атқарады. Қысымды көтеру тек газ фазасында жүретін реакцияға әсер етуі
заңды. Қысым белгілі-бір шекке дейін молекуланың жанасуына ықпал етіп,
олардың әрекеттесуін активтейді. Одан әрі қарай қысымды көтеру
молекуланыңқозғалуын баяулатады және мұндай жағдайда газ фазасы қасиеті
жағынан сұйыққа жақындайды, ол тізбектің өсуін қиындатады.
Сонымен, газфазалы процестер үшін қысымның абсолюттік мәні рөл
атқарады. М.Г. Гоникберг жэне В.В.Воеводский, жоғары емес қысымдарда
(бірнеше бөлік ондық МПа) оны өсіру крекинг жылдамдығының константасын
көбейтетіні, ал өте жоғары қысымдарда (ондық МПа) кері құбылыс орын
алатынын көрсетті. А.И. Динцестің мәліметтері бойынша, 575°С және 9-13%
ыдырау тереңдігінде н-бутанның термиялық крекинг процесінде артық қысымды
0,39-дан 1,08 Мпа дейін көтеру жылдамдық константасын 0,007-ден 0,022
с1 дейін, яғни, екі есе өсіреді. Г.М. Панченков және В.Я. Баранов
грозныйдың парафинді мұнайының 300-480°С фракциясын 510°С және артық
қысым 1 және 5 МПа крекингке салып, ең жоғары жылдамдық константасы 1 МПа
қысымға сәйкес келетінін көрсетті; қысымды одан әрі көтеруде ыдырау
жылдамдығы кемиді.
Қысымның көтерілуі реакция жылдамдығына ғана емес,сонымен қабат
олардың бағыттарына да, яғни, крекинг өнімдерінің құрамына да
әсер етеді. Қысымның өсуімен ыдырау онімдерінің екінші
ауысуларының (полимерлену, алкилдеу, сутегінің аралық бөлінуі) жылдамдығы
көбейеді.Сонымен, қысымның өсуімен газ түріндегі ыдырау өнімдерінің шығымы
кемиді жэне тығыздану өнімдерінің мөлшері өседі. Бұл фазалы (төменгі
қысымдағы крекинг) және қысыммен жүретін термиялық крекинг
өнімдерінің құрамымен дәлелденеді. Төменде бір типтік дистиллятты шикі
заттың (салыстырмалы тығыздығы 0,820 керосин) төменгі және жоғарғы
қысымдағы типтік материалдық балансы келтірілген; мұнда газ түзілуге тек
төменгі қысым ғана емес, сонымен қабат жоғары температура да ықпал етеді:
1.1-кесте
С.Н. Обрядчиков мәліметтері
Көрсеткіштер Бу фазалы крекинг Қысыммен жүретін
Крекинг
Температура, °С 550-560 500-510
Артық қысым, МПа 0,2-0,5 4-5
Материалдық баланс, − −
% масс.):
Газ 32.0-32.3 15,0
бензин дистилляты 58,5-62,2 75,0
крекинг-қалдық 10,4-13,1 0,0
Гидрлеу реакцияларына жоғары қысымның әсерінің болатындығы,
буфазалы крекинг өнімдерінің құрамында көп қанықпаған комірсутектерінің
болатындығымен дәлелденеді: осы процесте алынған газ қурамында 40-50%
қанықпаған көмірсутектер, ал қысыммен жүретін термиялық крекинг газында
олардың мөлшері бар болғаны 15-20% болады. Буфазалы крекинг бензинінде
қанықпаған көмірсутектерінің мөлшері 40-45%, ал қысыммен жүретін крекинг
бензинінде болғаны 20-30%. Қысымның өсуімен газ фазасының көлемі азаяды,
әрі оның тығыздығы қысымға шамамен тура байланыста өседі. Егер тез буланушы
шикі затты төмен қысымда крекингке салса, онда будардың сыбағалы көлемі
және олардың қозғалу жылдамдығы өте жоғары болады және оларды реакция
аумағында химиялық ауысуға қажет уақытта ұстап тұру үщің, реакциялық аумақ
көлемі жеткілікті болуы керек. Рсакциялық көлемді ықшамдау жоғары қысымда
істейтін крекинг-қондырғылардың көбеюіне алып келіп соқты.
Төменгі қысымда жеңілденген шикі затты өңдейтін крекинг қондырғылары
(буфазалы крекинг қолдырғылары) қуаты төмен және сондықтан, олар тиімсіз
болғандықтан мұнай өңдеу өндірісінде көп қолдану таппады. Бірақ термиялық
крекингтің бір түрі пиролизде, қысымның төмен болуы газ түріндегі мақсатты
өнімдер (этилен, пропилен) алуда, тағы да термоконтактты процестерде де,
төменгі қысым ыдырау мен шикі заттан алғашқы бөліыген өнімдердің реация
аумағынан шығуына көмектеседі.
Сұйық фазада жүретін термиялық крекинг процестерінің ауыр шикі зат -
мұнай қалдықтары, ауыр дистилляттар пайдаланады. Егер шикі заттың терең
емес ыдырауы қажет болса (мысалы, висбрекинг процесінде қалдықтың
тұтқырлығыы азайту үшін), газ фазасындағы жеңіл фракциялар құрамында аз
мөлшерде соңғы өнім (газ, бензин) болады: Өнімнің негізгі массасы шикі зат
сияқты сұйық фазада болады. Терең ауысуда, мысалы, кокстеу процесінде
крекинг камерада немесе жылубергіштің бетінде қатты қалдық пен ыдырау
өнімдерінің булары түзіліп жүреді. Висбрекинг процесінде қысымның әсері көп
емес - қысымды көтеру қондырғының өткізу қабілетін аздап қана көтереді.
Кокстеуде қысымның рөлі жоғары (әсіресе дистиллятты шикі затты өңдеуде),
себебі тығыздану реакциялары тек сұйық фазада жүріп қана қоймай, жоғары
ароматизацияланган ыдырау өнімдерінің буларының конденсациялануы есебінен
орын алады.
1.4 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі
Соңғы жылдары электрмен балқыту процестерінің жұмысын жақсарту
мақсатында, жоғары сапалы графиттелінген электродтар, жоғары сыбағалы тоқ
күшіне (30-35омсм2) есептелінген, көп қолдануда. Шет ел және өз еліміздің
тәжірибесі көрсеткендей, мұндай электродтарды аз күлді және күкіртті,
инелік құрылымды деп атайтын, кокс негізінде алуға болады. Тек қана инелік
кокстен жасалған арнайы электродтар өте қажетті мынадай қасиеттерді:
төменгі термиялық кеңею коэффицентін және жоғары электр өткізгіштікті
көрсете алады. Металургия қажеттігі, мұндай кокс сорттарына шет елдерде де
және КСРО-да әрдайым өсуде. Дүние жүзінде инелік кокс өндіру көлемі қазір
2,0 млн.тж құрайды. Инелік кокстың ең көп өндірушісі – АҚШ, Жапония,
Ұлыбритания және Нидерланды елдері.
Қазақстанда өндіріс тәжірибелік инелік кокс Атырау және Павлодар
МӨЗ ЖКҚ коксты пісіру секциясында алынуда және бұл бағытта өндірісті
жүйелі жолға қою саласында жұмыс атқарылуда. Инелік кокстың әдеттегі
электрод коксынан қасиеті жөнінен көп айырмашылығы бар: талшықтарының айқын
анизотроптылығы, гетероқоспаның аздығы, сыбағалы тығыздығының жоғарылығы
және жақсы графиттелуі.
Инелік кокс өндіруде дәстүрлі шикізат болып термиялық крекингтің
дистилляты, аз күкіртті ароматитзацияланған қалдықтар, каталитикалық
крекинг газойлдері, май өндірісінің экстракттары, көмірсутектерді
пиролиздеудің ауыр шайыры, сонымен қатар тас көмір шайыры саналады. Инелік
кокс алудағы қондырғы аппараттары, кәдімгі кокстеудегідей; кокстеу
температурасы инелік кокс өндіруде жай кокс алудағыдай, тек қайта айналу
коэффиценті аздап жоғары және реактордағы қысым көптеу. Инелік коксты
пісіру жай кокспен салыстырғанда, жоғарылау температурада (1400-14500С)
жүргізіледі.
Инелік коксты өндіруге, МӨЗ дистиллятты шикізатты териялвы
крегингтеу қондырғысының және ЖКҚ болуы қажет. Зауыттарда бар
ароматизацияланған қалдықтар жоғары қысымда (6-8МПа) термиялық крегингтен
одан ары қарай ароматизациялау және қалдықтың кокстену қабілетін арттыру
мақсатында өткізіледі. Одан әрі дистиллятты-крегинг қалдық (ДК) ЖКҚ
жіберіледі. ЖКҚ күкіртті гудрондардан инелік кокс алу үшін, гудронды одан
әрі вакуум-айдау арқылы бөліп жеңіл және ауыр вакуум газойілін оларды одан
әрі гидротазалаумен тазалап, кокстеп инелік кокс алуға болады. Осы мақстақа
сонымен қатар қалдықтарды асфальттерден айыру яғни Добен атты БашМӨҒЗИ
жасаған процесін де пайлалануға болады: алынған деасфальтизат одан әрі
гидротазаланады және дистиллятты шикізат термиялы крекингтелінеді.
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының атқаратын
мақсаты және негізгі түрлері
Кокстеу мақсаты. Термиялық крекингте кокс түзілу процестің одан әрі
тереңдей түсуін шектейді. Бірақ, егер кокстің түзілуінен қорықпағанда, оны
пайдасыз жанама өнім деп санамаса, онда мөлдір дистилляттар шығымын көп
көтеруге болады.
Дистилляттармен бірге соңғы өнім есебінде мұнай коксын да алатын
термиялық процесті кокстеу деп атайды. Қазіргі кезде кокстеу ауыр шикі
заттан мөлдір мұнай өнімдерінің шығымын аттырумен қатар, өндірісте көп
қолдану табатын мұнай электрод коксын өндіруге де қолданылады.
Қондырғы түрлері. Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік
көлемде үш әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді
процесс); қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс);
кокс жылубергңшінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
Кубтарда кокстеу кокстеу процестерінің ең ескісі, мұндай қондырғылар
елдегі МӨЗ құрамында 1920ж. салынған. Қондырғының негізгі жабдығы болып
кокс кубы саналады, ол ашық отпен қыздырылатын тегіс цилиндр тәрізді
аппарат. Техникалық деңгейі жағынан кубтарда кокстеу қондырғысы ескі, бірақ
олар әлі күнге дейін пайдаланылады.
Мерзімді кокстеуде ыдырау өнңмдері реакция аумағынан ұздіксіз
шығарылады да қалдық біртіндеп ауырланып кокске айналады. Кокс құрамында
ұшқыш заттар аз болады, оны қосымша пісіру өажет емес. Куб қондырғыларында
крекинг қалдықтар мен пиролиз шайырларынан басқа әдістермен алуға болмайтын
кокстің арнайы түрлерін алады.
Қыздырылмайтын камераларда кокстеу немесе жай кокстеу қазіргі кезде
дүние жүзінде қте кқп таралған процесс. Мұнай коксының коксының негізгі
мөлшері (90% астамы) жәй кокстеу қондырғыларында өндіріледі.
Жәй кокстеу шикізаты құбырлы пеште 5000C дейін қыздырылады да қуыс
вертикалды цилиндр тәрізді аппаратқа кокс камерасына (реакторға)
жіберіледі. Камерада шикізат көп уақыт болады және онда жылудың
аккумуляциялануының есеьінен кокстеледі. Камераның жоғарғы жағынан жеңіл
дистилляттар ағымы шығады. Реактор кокспен 70-90% толған соң шикізаттың
ағымы басқа камераға ауыстырылады,ал үзілген камерадан кокс түсіріледі.
Жәй кокстеу процесі коксті түсіруге байланысты мерзімді, ал шикізатты
беру мен дистилляттық өнімдерді шығаруға келгенде үздіксіз сипат корсетеді.
Жалған қабатты кокстеуде қыздырылған шикізат жоғары теператураға дейін
қыздырылған қозғалушы инетті жылуалмастырғышпен жанасып реакциялық
аппаратта осы жылуалмастырғыш бетінде кокстенеді. Реакциялық аппараттан
регенералорға бетінде кокс отырған жылу бергіштің бір бөлігі біртіндеп
шығарылады. Регенераторда коксты жандырады, жағудан бөлінген жылумен
жылубергіш қажетті температураға дейін қыздырылады. Қызған жылубергіш
реакция аумағына қайта беріледі.
Кокстеуге қажетті жылудың негізгі мөлшері шикізаттың қызған
жылубергішпен жанасуының нәтижесінде орын алатындықтан, шикізатты реакторға
бері алдында жәй кокстеу температурасына қарағанда төмендеу температураға
дейін қыздыруға болады. Бұл өте жоғары тұтқырлы, шайырлы өнімдерді құбырлы
пештерде қыздырғанда имекқұбырдың тез кокстенуіне алып келетін өңдеуді
жеңілдетеді.
Жұмыс істейтұғын үздіксіз кокстеу қондырғыларында жылубергіш есебінде
бөлшек мөлшері 0,3мм дейін ұнтақ кокс пайдаланылады, ал кокстеу процесі
жылубергіштің қайнаушы қабатында жұреді.
Коксты жылубергішті қозғалтуда пневмотранспорт принципі пайдаланылады.
Негізгі қозғаушы күш кокс бқлшектерін өзімен ілестіріп алып кететін бу
немесе газ болып саналады. Пневмотранспорттың әртүрлі жүйелері болады:
сұйылтылған қабатта және тығыз қабатта.
Қайнаушы қабатта үздіксіз кокстеуде бірден үш процесс болып алады:
ыдырау мен тығыздану өнімдерінің түзілуімен жүретін кокстеудің өзі, кокстен
ұшқыш заттардың бөлінуі жүретін коксті пісіру процесі және бу фазасында
болатын кокстеу өнімдерінің екінші ыдырауы мен тығыздану реакциялары.
Кокс жылубергіштің жоғары температурасы ыдырау өнімдерінің булануына
жіне олардың кокс бөлшектерінің бетінен блінуіне көмектеседі. Өнімдердің
қайта түзілу мүмкіндігі азаяды. Сондықтан үздіңсіз кокстеуде жәй кокстеуге
қарағанда кокс шығымы аз болады.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері
Кокстеудің шикізаты. Кокстеуге жоғары молекулалы мынадай мұнай
қалдықтарын салады: гудрондарды, термиялық крекингтің крекинг қалдықтарын,
май өндіру қондырғысынан асфальтар мен экстракттарды, пиролиз шайырларын.
Шикі заттың негізгі қажетті көрсеткіштері болып химиялық құрам (шайырлар,
майлар, асфальтендер, күкірт мқлшері), кокстену, механикалық қоспа мөлшері
саналады.
Кокстеуге жіберілетін қалдықтар жоғары молекулалық көмірсутектерден,
шайыр асфальтенді заттардан, карбиндерден және карбоидтардан тұрады. Шикі
заттағы компонеттер қатынасы мұнайдың шығу тегіне қалдықты алудағы процесс
жағдайына байланысты. Күкірттің мөлшеріне байланысты шикі зат аз күкіртті
және күкіртті болып бөлінеді. Азкүкіртті шикі заттан коксте күкірт мөлшері
1,5% көп емес өнім алады.
Ең көп тараған шикі заттар арасынан (гудрондар, мазуттар, крекинг
қалдықтар) күкірттің кокс пен шикі заттағы мөлшерінің қатынасы 1,2-1,9
аралығында болады. Бірақ кейбір екінші өңдеуден алынған мұнай фракцияларын
кокстеуден алынған коксте күкіттің мөлшері шикі заттағы күкірттің мөлшеріне
қарағанда аз болады.
Мұнай коксын пайдаланушылардың негізгі талабы оның құрамында күкірттің
аз болуы. Сондықтан өндірісте құрамында шикізат мөлшері 0,5-0,8% көп емес
шикі зат жіберіледі. Қазіргі кездерде күкіртті шикі заттардан да кокс
алудың технологиясы жасалған. Бірақ мұндай жүйемен алынған кокстің құны
азкүкіртті қалдықтардан алынғанға қарағанда көп жоғары.
Шикі заттың кокс түзілу қабілеті стандартты жағдайда анықталатын
кокстену көрсеткішімен сипатталады. Кокстену, яғни, кокстеуде кокс шығымы
шикі затта шайыр асфальтен заттары коп болған сайын өседі. Экономикалық
жағынан шикі заттың кокстенуі 10% кем болмауы тиімді. Бірақ, егер шикі
заттың құрамында шайыр асфальтен заттары көп болып, оның кокстенуі 20% асып
кетсе, онда шикі заттың қыздыру пешінде тез кокстенуі орын алып,
қондырғының аралық жүру уақыты азаяды.
Өнімдердің құрамы және қасиеті. Газ құрамы термиялық газына ұқсас,
бірақ қаныққан көмірсутектерінің мөлшері көп. Кокстеу температурасын көтеру
газ құрамында қанықпаған көмірсутектердің мөлшерін көбейтеді. Мысалы,
кокстеу температурасы 4900C-ден 5100С дейін көтеру алкендер мөлшерін 16-18-
ден 22-25% дейін өсіреді.
Кокстеу бензинінің құрамында қанықпаған көмірсутектерімен кұкірт көп
болғандықтан, оны алдын ала тазалаудан өткізбестен тауар бензинін
дайындауда пайдалану қиындайды. Бензиндердің сапасын жақсартудың келешекте
ең тиімді әдістері төмендегідей: таза немесе алғашқы айдау бензинімен қоспа
күінде терең гидрлеу мен оны риформингке салу; тура айдаумен алынғаг дизель
фракцияларымен өосып гидроасылдандыру.
Жеңіл газоильді пеш және газтурбина отындарын алуда пайдаланады,
сонымен қабат оны гидротазалаудан кейін дизель отынын дайындауға жіберуге
болады.
Ауыр газолді техникалық көміртегі өндіруге шикі зат дайындайтын
термиялық крекинг қондырғымына немесе казан отынын алуға жібереді.
Мұнай коксы қара түсті кеуек өнім. Оны алюминий өндірісінде
анод массасын, болат балқыту өндірісінде, күкіртті көміртегі, кальций мен
кремний карбидтерін өндіруге графиттелінген электродтар алуда пайдаланады.
Кокстың арнайы түрлерін өте агрессивті ортада жұмыс істейтұғын химиялық
аппараттар материялы есебінде қолданады.
Кокс шығымын Конрадсон әдісімен кокстену көрсеткіші арқылы анықтайды,
оны атмосфералық қысымда мезгілді кокстеу жағдайында шикізаттың кокс түзу
қабілетімен бағалайды. Жәй кокстеу процесінде қысымның өсуімен және ауыр
дистиляттарды қайта беруден қосымша кокс түзіледі. Жәй кокстеуде кокс
шығымын анықтау үшін К=ВС формуланы пайдаланады, мұнда К – кокс шығымы, С –
Конрадсон бойынша кокстену, В=1,5ч2,0.
Кокстың негізгі сапалық қасиеттері –күкірт, күл, ылғал, ұшқыш
заттар мөлшері, гранулометриялық құрамы, механикалық мекемдігі. Күкірттің
мөлшеріне байланысты кокстерді азкүкіртті (1,0% дейін), ортакүкіртті
(1,5%дейін), күкіртті (4,0% дейін), жоғарыкүкіртті (4,0% жоғары) деп
бөледі; гранулометриялық құрамы бойынша – кесек (кесек мөлшері 25мм жоғары
фракция), жаңғақ (6-25мм фракция), ұнтақ (6мм кем) бөлінеді. Күлдің
мөлшері бойынша – азкүлді (0,5% дейін), ортакүлді (күлі 0,5-08%),
жоғарыкүлді (0,8% көп) болады.
2.1-кесте
Мұнай кокстеріне қойылатын талап.
Көрсеткіштер Куб қондырғыларының коксы Жәй кокстеу коксы
(кесек мөлшері)
Крекинг Пиролиз 25мм көп6-25мм6мм
қалдықтан пештерінен КЗ-25 дейін дейін
КЗ -6 КЗ-0
КНКЭ КН КНПЗ КНПС
Ылғал мөлшері,% көп 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
емес
Күлі, % көп емес 0,6 0,5 0,3 0,4 0,5-0,6 0,7 0,8
Күкірт мөлшері,% көп 0,8 1,0 1,0 0,4 1,3-1,5 1,5 1,5
емес
Ұшқыш заттар шығымы,%7,0 7,0 6,5 7,0 7,0-9,0 9,5 10,0
көп емес
Ұнтақтылығы, % көп 7,0 - 13 13 - - -
емес
25мм кем кесек 4 4 4 4 10 - -
мөлшері,% көп емес
Электродтар өніруде пайдаланатын коксты қосымша әрекеттеуге тура
келеді – оны 1200-13000С пісіреді. Пісіруді бірден МӨЗ немесе пайдалану
орнында іске асырады. Пісіруде ұшқыш заттар бөлінеді, электр тогын өткізу
кедергісі азаяды, шөгу құбылысы болмайды. Алюминий және электродттар
өндіру, зауыттарындағы пісіру пештерін тек мөлшері 25 ммжоғары кокс
бөлшектері үшін пайдаланады; жәй кокстеу коксының 50 шамасын құрайтын кокс
ұнтағын мұндай пештерде пісіруге болмайды. Кокс ұнтағын пісіру үшін, сланец
өңдеуші жанғыш сланецтерден жасанды газ алуда пайдаланатын камералық
пештерді қолданады.
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздіксіз кокстеу
(термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
Үздіксіз кокстеу процесін іске асыру үшін, түзілуші коксты реактордан
тұрақты түрде шығарып тұру керек. Мұндай мақсатты жалғансұйылушы қабатты,
яғни термоконтактты қондырғыда (ТКҚ) ғана іске асыруға болады. Қондырғының
негізгі аппараты – реактор, онда кокс жылубергіші – 2мм көп емес кокс
бөлшектерінің жалғансұйылушы (қайнаушы) қабаты болады. Бөлшектер бетіне
сұйық шикі зат түсіп, ыстық бетпен жанасып, оның бетінде жұқа қабат пайда
болады. Ұшқыш заттар беттен арылады да, ал бөлшектер жаңа түзілуші кокстың
жұқа қабатымен қапталады. Реакторда жалғансұйылушы қабат су буы кокстеу
өнімдерінің буын беру арқылы жасалады.
Процесті мынадай үш сатылы деп қарауға болады:
1) Ыдырау мен тығыздану өнімдерінің негізгі массасының түзілуімен
жүретін өзіндік кокстеу;
2) Коксты кептіру немесе пісіпу, осының нәтижесінде ұшқыш заттардан
арылады;
3) Газ фазасындағы кокстеу өнімдерінің ыдырау мен тығызданудың екінші
реакциялары.
Бірінші сатының жылдамдығы екінші сатыға қарағанда көп жоғары. Кокс –
жылубергіштің жоғары температурада (480-5000С) болуы салдарынан және
бөлшектер қабатына су буын беруден, бөлшектер бетінен ыдырау өнімдерінің
түзілуі болмайды. Сондықтан, жалғансұйылу қабатында кокстеуде кокс шығымы,
жәй кокстеу мен кубтарда кокстеуге қарағанда төмен.
Жалғансұйылу қабатында кокстеу қондырғысының реактор блогының
принципиалды жүйесі 19 сур. келтірілген. Кокс – жылубергіш (бөлшек диаметрі
0,075-0,3мм ұнтақ) 1 реактор мен 3 коксқыздырғыш арасында, өне бойы
үздіксіз жалғансұйылу принцпі бойынша су буы мен процестің газ өнімдерінің
әсерімен, қозғалуда болады. Коксқыздырғышта жалғансұйылу қабатын ауа беру
арқылы жасайды.
Қондырғыда шикізатты қыздыруға құбырлы пеш қойылмайды – шикізат
реакторға вакуум қондырғысынан немесе жылуалмастырғышта қыздырылғаннан
кейін, 300-3500С температурамен түседі. Шикізатты реакциялық аумаққа
жалғансұйылу қабаты астына бүрку жүйесі арқылы береді. Кокстеу булары мен
газдары циклонды сепараторлардан кокс ұнтағын бөліну үшін өтіп, 2 сыбағалы
кондесатор-скрубберге түседі. Онда скруббердің төменгі бөлігінде
қайталанушы ағынның жылуы арқылы кокстеу дистиллятының ең ауыр бөлігі
конденсацияланады; оны 1реакторға қайта береді. Бугаз қоспасы реактордан
кәдімгі ректификациялау колоннасына бөлуге жібереді, нәтижесінде газ, басқа
тұрақсыз фракция, бензин, жеңіл және ауыр газойлдер алады.
Бұл қондырғының басты жетістігі, оның қуатының жоғары болу мүмкіндігі
және шикізаттың кез-келген түрін пайдалануға болатындығы. Қазіргі кезде
шикізатқа есептнгенде қуаты ≈ 7 мың т сөткесіне (2млн т жылына көп), ал
ауыр қалдықтарды қайта берумен оны 10 мың т сөткесіне дейін жеткізуге
болатын қондырғылар жұмыс істеуде. Коксқыздырғыштан шығатын өнімдерді
жағудың артық жылуын пайдалану-қазанында жоғары қысымды (≈4МПа) бу процесті
жылуды қажет ететін мұнай өңдеудің басқа процестерімен, мысалы, алғашқы
айдау қондырғысымен құрастырма түрінде (АҚ-ТҚҚ) пайдаланады.
Баяу кокстеуден өзгешелігі термотүйістіре кокстеу (ТТК) үздіксіз,
өнімділігі жоғары, технологиялық жағынан біраз әмбебап процесс болып
табылады, ол мазут, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ 4
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Термиялық крекингтің даму тарихы 6
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен 7
тетігінің негіздері
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері 12
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері 15
1.5 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі. 20
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ.
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының 22
атқаратын мақсаты және негізгі түрлері.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері. 24
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздікссіз 27
кокстеу (термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
3. ЕСЕПТІК БӨЛІМ
3.1 Кокстеу қондырғысының материалдық балансы 34
3.2. Кокстеу реакторының материалдық балансы 35
3.3 Жылулық баланс. 35
3.4 Аппараттың өлшемдерін есептеу. 36
3.5 Корпустың цилиндрлі қабырғасының кернеуін есептеу. 37
4 ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ.
4.1 Өнімді өндіруді есептеу. 39
4.2 Ғимараттар, құрылыстар және жабдықтарға жұмсалатын 40
жалпы шығындарды есептеу
4.3 Еңбек және еңбекақыны есептеу. 42
4.4 Жалақының жылдық қорын есептеу. 45
4.5 Өнімнің өзіндік құнын есептеу. 50
4.6 Процестің негізгі техника-экономикалық көрсеткіштерін есептеу 52
5 ТЕХНИКАЛЫҚ ҚАУІПСІЗДІК ЖӘНЕ ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1Қазақстан Республикасында еңбек қорғау 54
саласында негізделген заңдастырылған актілер
5.2 Еңбекті қорғауды ұйымдастыру 54
5.3 Еңбекті қорғаудағы техникалық қауіпсіздік шаралары 55
5.4 Электрлік қауіпсіздік. 56
5.5 Өндірістік санитария.. 57
5.6 Өндірістік жарықтама. 58
5.7 Өндірістік микроклимат 59
5.8 Шу мен дірілден қорғау. 59
5.9 Еңбек қорғаудағы өртке қарсылық шаралары. 60
5.10 Өрттік сигнализация және байланыс 60
5.11 Ғимараттар мен имараттардың өрт қауіпсіздік нормасы. 61
ҚОРЫТЫНДЫ 63
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 65
ҚОСЫМШАЛАР
КІРІСПЕ
Қазақстан әлемдік мұнай бизнесіне аршынды қадаммен аяқ басты.
1990-шы жылдардың бас кезінде жаста болса талабы мол мемлекет туралы
білетіндер кем де кем болатын. Еліміз тәуелсіздік алғаннан кейін небәры 15
жылдан астам уақыт өткенде ғаламның жетекші мемлекеттеріне дүние жүзінің
картасында құлақты елең еткізетін жаңа атудың пайда болғанын мойындап отыр.
Қазақстан экономикасының аса маңызды әрі тез арада көш басына
шыққан салаларының бірі – мұнай және газ саласы. Еліміз қиын қыстау
кезеңінде елдің бір кездері кенжелеп қалған облыстарының өнеркәсібін
көтеріп, пәрменді өсірген нағыз локомотивке айналған мұнай – газ секторының
серпінді дамуына объективті алғышарттар себеп болды. Еліміз мұнайдың
дәлелденген қорлары бойынша әлемдегі жетекші елдердің қатарына кіреді.
Көмірсутек шикізатының шоғырлары жағынан Қазақстан барлық ТМД елдерінің
арасында Ресей Федерациясынан кейін екінші орын алады. Бүгін еліміздің
дәлелденген қорлары 3,6 млрд. тонна мұнай мен конденсат және 1,9 трлн.
текше метр газ көлемінде бағаланады.
Бұл салада тек мұнайды өндіру емес, сонымен қатар мұнайды
өңдеудің де өзіндік үлесі бар. Қазіргі кезде Қазақстан жылына аумағында
мұнай өңдей- тін 3 зауыт жұмыс істейді. Олар: еліміздің батысындағы Атырау
қаласындағы – Атырау мұнай өңдеу зауыты; Солтүстік Қазақстандағы – Павлодар
мұнай химиялық Зауыты және Оңтүстік Қазақстан Облысында орналасқан –
Шымкент мұнай өңдеу зауыты. Аталған өндіріс орындарында мұнайды өңдеу
арқылы негізгі отын көздері алынады. Дегенмен жыл санап қарқынды дамып келе
жатқан ел экономикасында мұнай өнімдеріне деген сұраныс арта түсуде.
Сұранысты қанағаттандырудың бірден-бір жолы – шикізат көзін тиімді
пайдалану, яғни мұнайды өте жоғары сапалы және терең өңдеп, қалдық отын
мөлшерін азайту болып саналады. Сол себепті біз қара алтынды шет елдерге
шикі күйінде сатуға емес, оны өзімізде өңдеуге көп бөлгеніміз дұрыс.
Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік көлемде үш
әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді процесс);
қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс); кокс
жылубергішінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
Менің дипломдық жобамда кокс жылубергішінің қайнаушы кабатында
үздіксіз кокстеу қондырғысы қарастырылған. Бұл қондырғының басты жетістігі,
оның қуатының жоғары болу мүмкіндігі және шикізаттың кез-келген түрін
пайдалануға болатындығы. Қазіргі кезде шикізатқа есептнгенде қуаты ≈ 7 мың
т сөткесіне (2млн т жылына көп), ал ауыр қалдықтарды қайта берумен оны 10
мың т сөткесіне дейін жеткізуге болатын қондырғылар жұмыс істеуде.
Коксқыздырғыштан шығатын өнімдерді жағудың артық жылуын пайдалану-қазанында
жоғары қысымды (≈4МПа) бу процесті жылуды қажет ететін мұнай өңдеудің басқа
процестерімен, мысалы, алғашқы айдау қондырғысымен құрастырма түрінде (АҚ-
ТҚҚ) пайдаланады.
1 ТЕХНИКАЛЫҚ БӨЛІМ
1. Термиялық крекингтің даму тарихы
Ауыр мұнай қалдықтарын термиялық өңдеудің өндірістік қондырғылары, рет
бензин алу үшін 1912 жылдан термиялық крекинг (ТК) қондырғылары соғылғалы
бар.
АҚШ-та 1930 ж.ж ТК өндірісі ең жоғарғы деңгейге жетті, бірақ
кейінерек автомобиль бензинінің сапа көрсеткішіне қойылатын талаптардың
күшеюінен ТК процесіне деген сұраныс азая бастады. Еуропа елдерінде және
бұрынғы Кеңес одағында ТК процесінің тарихы 20 жыл кейін басталды. 1960 ж.ж
бастап ТК процесінің негізгі қолдануы өзгерді. Бензин өндіруші процестен ол
кокстеу және термогазойль алу үшін қолданылатын шикізатты дайындау үшін
қолданыла бастады.
Термиялық процестердің қазіргі кезеңдегі өсуінде шикі зат есебінде газ
көмірсутектерінен бастап ауыр жоғары молекулалы қалдықтарға дейін
қолданылады. Сондықтан әртүрлі шикі заттың жоғары температураларда өзгеруін
байқау үшін термиялық крекингке жеке көмірсутектерді, мұнай фракцияларын
және қалдықтарды салады. Көмірсутектерді крекингтеуді зерттеу кинетикалық
мәліметтер алуға жэне процестің тетігін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл
мақсат реакция өнімдерін реакцияға түспеген шикі заттан дәл айыру
мүмкіндігінің болатындығыван жеңілденеді. Мұнайдың алшақ фракциясын
крекингтегенде, шикі заттың химиялық құрамының күрделігінен және оның
реакцияға түспеген бөлігін жете білмегендіктен, ауысу тереңдігін анықтау
қиынға түседі. Бірақ фракциялық құрамы алшақ шикі затты крекингтеу
процестің әртүрлі температуралардағы салыстырмалы жылдамдығын (яғни
бензиннің, газдың, кокстың және басқа өнімдердің) анықтауға мүмкіндік
береді. Мұндай мәліметтер өндіріс қондырғыларын жоспарлауда және
пайдалануда қолданылады.
1.2 Көмірсутектердің термиялық ауысуының химизмі мен тетігінің
негіздері
Қазіргі кездегі бар мұнай өңдеу үрдістері біріншілік және екіншілік
мұнай өңдеу үрдістері болып бөлінеді (немесе структивті және деструктивті).
Біріншілік процесстерге мұнайды тұссыздандыру, сусыздандыру, мұнайды
механикалық қоспалардан тазарту, мұнайды тұрақтандыру (еріген көмірсутек
газдарын бөліп алу), мұнайды қайнау температураларына байланысты бөлу
(айдау) жатады. Бұл процесстер мұнай құрамындағы қосылыстардың құрылымына
әсерін тигізбейді.
Екіншілік процесстерде мұнай құрамындағы көмірсутектердің құрылымы
өзгереді, әр түрлі мұнай өнімдері және мұнайхимия өнеркәсібіне шикізат
алынады. Екіншілік процесстер өз кезегінде термиялық (жоғары температурада
жүреді) және термокаталитикалық (жоғары температура мен катализатор
қатысында). Термиялық процесстер – термиялық крегинг, пиролиз, кокстеу.
Термокаталитикалық процесстерге – каталитикалық крекинг, риформинг,
алкилдеу, изомерлеу полимерлеу, гидрокрекинг, гидротазалау. Бұл үрдістер әр
түрлі механизм бойынша жүреді.
Термиялық процесстер жоғары температурада көмірсутектердің С – С
байланыстарының бос радикалды механизм бойынша жүреді.
Бұл сыныпты көмірсутектердің термиялық крекинг жағдайындағы негізгі
аусуы – С-С байланысы бойынша ыдырау реакциясына түсіп алкан мен алкен
түзу:
СnН2n+2→СmН2m+Сq+2
Түзілген қаныққан төменмолекулалы көміртегі тағы да алкен мен
алканға ыдырайды. Алкандардың ыдырауы барлық С – С байланыстар бойынша
жүруі мүмкін. Үзілу орны температура мен қысымға байланысты. Температура
жоғары және қысым төмен болған сайын, көміртегі тізбегінің үзілу орны оның
шеткі көміртегіне ығыса түседі де газ түріндегі өнімдер шығымы өседі. 4500С
шамасындағы температурада байланыстың үзілуі тізбектің ортасынан жүреді.
Қысымды көтеру де үзілу орнын молекуланың ортасына ығыстырады. Сондықтан
жоғары қысымда жүргізілетін крекинг көбірек сұйық және азырақ газ өнімдерін
алуға мүмкіндік береді.
Алкандар қатарында термиялық жағынан метанға ең жоғары тұрақтылық
тән, себебі онда С – С байланысы жоқ. Метанның көміртегі және сутегіне
ыдырауы өте жоғары температурада (шамамен 15000С) жүруі мүмкін. Этан мен
пропаның ыдырауы екі бағытта – С – С және С – Н байланыстары бойынша
жүреді:
СnН2n+2 → СnН2n + Н 2
Этан дегидрлеу реакциясына бейімдеу, ал пропан үшін 6000С этилен
мен метанға ыдырау реакциясы басымдау.
Алдағы келтірілген алкандардың ауысуының химиялық реакциялары
сутегінің, қанықан және қанықпаған көмірсутектердің түзілу процестерінің
күрделі теттігінің сырын толық бере алмайды. Ф. Райс крекинг жағдайында
парафин көмірсутектерінің ыдырауының тізбекті тетігін ұсынды. С – С
байланысының энергиясы С – Н байланысының энергиясынан көп аз болғандықтан,
парафин көмірсутектерінің молекуласының алғашқы ыдырауы осы байланыс орны
бойынша жүреді де, қосарланбаған электроны бар радикал түзеді: СН3, С2Н5,
С3Н7 және т.б С3Н7 радикалынан күрделілеулердің өмір сүру уақыты крекинг
температурасында өте аз. Олар бірден қарапйым радикалдарға түсіп, олардан
сутегін өзіне қосып алып, өздері қаныққан көмірсутегіне мынадай жолмен
ауысады:
С2Н6 +R→ C2H5 + R H
түзілген радикал жаңа көмірсутек молекулаларымен реакцияға түседі. Егер
радикал күрделі болса ол бірден қарапайым радикалға және қанықпаған
көмірсутегіне ыдырайды:
С5Н11 → С2Н5 + С3Н 6
Белгілі бір уақытта ұзақ өмір сүретін, берілген температурада
көмірсутегімен реакцияға түсетін радикалдарды (оларға Н, СН3 және С2Н5) бос
радикалдар дейді. Алкандардың термиялық аусуы тізбектік сипатты және
Райстың бос радикалдар теориясына бағынады. Оның негізгі қағидалары
төмендегідей.
1.Молекуланың радикалға алғашқы ыдырауы. Нәтижесінде әр түрлі
молекулалық массалы радикалдар түзіледі, мысалы:
СН3(СН2)5СН3→С4Н9+С3Н7
СН3 – СН2 – СН2 – СН3 →2С2Н5
Осының нәтижесінде тізбекті реакция бастау алады. 6000С температура
шамасында және атмосфералы немесе төмен қысымда метил (СН3) және этил
(C2H5) радикалдарының аз уақыт өз алдына өмір сүре алатындығы дәлелденген.
Жоғары қысымда мұндай қабілет үлкен молекулалық массалы радикалдарға да
тән. Босвалентті байланысты қанықпаған заттарды, бірден тұрақты
қосылыстарға ыдырамайтын бос радикалдар дейді. Олар қатарына сутегі
радикалы да Н жатады.
2.Тізбектің өсуі.Түзілген радикал бастапқы көмірсутектермен
әректтеседі. Берілген жағдайда да тұрақсыз жоғары молекулалық массалы
радикалдары бірден тұрақты алкен және жаңа, сонымен қабат, сутегі радикалын
түзіп ыдырайды, мысалы:
С5Н11 С4Н8 + СН3·
С5Н10 + Н·
осының нәтижесінде радикалдың концентрациясы реакция аумағында өседі.
3.Бос радикалдар бастапқы шикізат молекулаларымен соқтығысып жаңа
радикалдар түзілуін жүргізеді:
R′H + H → H2 + R′
R′H + R → RH + R′
Нәтижесінде тізбекті реакция өсе түседі. Бос радикалдың шикізат
молекуласымен сқтығысуының бірден бір нәтижесі қанықан көмірсутегінен
сутегін бөлу болып саналады.
СН3СН2СН3 + СН3 → СН3СНСН3 + СН4
СН3СН2СН3 + СН3 → СН3СН2СН2 + СН4
6000С бос радикалдардың бірінші немесе екіні көміртегі атомдары сутегімен
реакцияласу мүмкіндігінің қатынасы 1:2. Бос радикалдардың өмір сүру уақыты
өте аз 10-3 – 10-4с шамасында, осы уақытта олар әректтеспеген шикізат
молекуласымен кездесіп үлгереді. Мұндай реакциялардың активтеу энергиясы 40-
80 кДжмоль, яғни алканның ыдырау энергиясынан көп төмен. Тізбекті
реакцияның өсуінен бос радикалдар көп пайда болып, бастапқы алкан
молекуласының көбісі реакцияға түседі. Осының нәтижесінде рекация
өнімдерінің негізгі массасы тікелей көміртегі тізбегінің үзілу нәтижесінде
емес, бос радикалдар арқылы тізбек реакциясының өсуінің нәтижесінде
алынады. Бұл реакция алғашқы бастау, ауысудың ұзын қатарының тек бастамасы
ғана.
4. Тепе-теңдікке жеткенде бос радикалдардың бір-бірімен
кездесу мүмкіндігі, олардың бастапқы шикізат молекуласымен соқтығысу
мүмкіндігінен кем болмайды. Нәтижесінде тізбек үзіліп парафин
көмірсутегінің немесе сутегі молекуласының түзілу орын алады:
а) радикалдардың рекомбинациясы
СН3 + СН3 → С2Н6; Н + Н → Н2;
б) радикалдардың диспропорциялану
СН3 + С2Н5 → СН4 + С2Н4
Нәтижесінде реакция өнімдері құрамында берілген температурада
тұрақты қаныққан және қанықпаған көмірсутектері және сутегі молекуласы
жиналады.
Қанықпаған көмірсутектердің крекингі. Крегингтің шикізатында және
мұнайды алғашқы айдау қалдықтары құрамында алкендер өте аз немее тіптен
болмайды. Бірақ олардың крекинг химясындағы рөлі өте зор, себебі олар
көмірсутектердің басқа сыныптарының нәтижесінде түзіледі. Алкендерге
көптенген химиялық ауысуға түсу тән. Төменгі температура және жоғарғы қысым
төменмолекулалы көмірсутектерінің тығыздану реакциясына түсуіне
көмектеседі:
nСnН2n → (СnН2n) n
Қысым жоғары болған сайын полимерлену терең жүреді. Бірақ
температураны көтеруден полимерленудің термодинамикалық мүмкіндігі күрт
төмендейді де, тепе-теңдік кері бағытқа ығысады. Шикізаттың жоғары
температура аумағында көп болған сайын, тығыздану өнімдерінің ыдырауы
тереңдеу жүреді. Термиялық крекинг жағдайында (5000С шамасында, 4МПа ),
алкандардың ыдырауынан немесе төменмолекулы алкендердің тығыздану
нәтижесінде түзілген алкендер негізінен ыдырауға түседі.
Алкенднердің термиялық ыдырауының алғашқы реакцияларының тетігі,
парафмндер сияқты, радикалды-тізбекті болып келеді. Олардың алғашқы ыдырауы
диссоциялану энергиясы өте аз қос байланысқа β-орында орналасқан С – С
байланысы арқылы жүреді.
– С – С – С = С – С – С –
С–
γ β α α
β γ δ
Бұл β-байланыс ережесі деп аталатын ұғым, көміртегі тізбегінің
мүмкіндігі ең жоғары үзілу орнын анықтайды.
Алкендердің алғашқы термиялық ыдырау реакцияларының тетігі алкандар
сияқты, радикалды тізбекті болып келеді. β-байланысы арқылы алғашқы ыдырау
екі радикалды туындатады. Мысалы α-амилен (пентен) этил және алкил
радикалдарына ыдырайды:
СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2 → СН3 – СН2 + СН2 – СН = СН2
Түзілген радикалдар бастапқы амиленмен кездеседі:
С5Н10 + R → RH + СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2
С5Н9 радикалы өте тұрақсыз және оның метил радикалын бөліп ыдырауы әбден
мүмкін:
СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2→ С4Н6 + СН3
Тізбек реакциясының одан әрі қарай дамуы радикалы арқылы жүреді:
С5Н10 + СН3 → С5Н9 + СН4
Бұл тетік пентеннен бутадиен мен метанның алынуын жақсы түсіндіреді:
С5Н10 → С4Н6 + СН 4
Жоғары температурада (600-7000С), пиролиз процесі сияқты, осындай
реакциялар төмен молекулалы С2-С4 олефиндермен де жүреді. Мысалы, этиленнен
бутадиен және сутегін алады. Пиролиз жағдайы алкендердің дегидрлеу
реакцияларының жүруіне де көмектеседі:
С4Н8 → С4Н6 + Н 2
Нәтижесінде пиролиз өнімдерінің құрамында алкадиендер жиналады.
Мұндай көмірсутектер 7000С шамасы температураларда полимерлену жолымен (1)
тығыздануға және алкендермен кондесациялануға, сақиналы көмірсутектер
түзіп, өте ыңғайлы.
1.3 Термиялық процестердің кинетикалық негіздері
Мұнай шикі затын өңдеудегі термодеструкциялық процестердің
оптималды режимін анықтау үшін тиісінше реакциялардың кинетикасы туралы
мәліметтер қажет, тағы да бұл мәліметтер өндірістік процесті моделдейтін
жағдайда алынуы керек.
Егер өндірістік процесс толық үздіксіз, яғни шикі затты үздіксіз
беретін және өнімдерді үздіксіз шығарып тұратын болса онда мұндай процесті
мезгілді жұмыс істейтін аппаратты жүргізу (мысалы, лаборатория кубында),
материалдық баланс пен өнімдер сапасы жөнінде дәл емес шамалас мәліметтер
береді. Шикі заттың айналу тереңдігінің температураға және уақытқа
байланыстылығы, яғни процестің кинетикасы туралы мәліметтер алу, ол бұдан
да беймәлімдеу шартты. Мезгілді процесте өнімдер реакция аумағынан үздіксіз
шығады, ал реакцияға түспеген шикі зат бірінші ыдырау және тығыздану
өнімдерімен бірге сұйық фазада (аппаратта) қалуымен соңғы жағдай
түсіндіріледі. Мұнда температуралық режим және әсіресе реакция аумағында
шикі заттың болу уақыты, әдетте зауыт мәліметтерімен сәйкес келмейді және,
егер критерия есебінде шикі заттың ыдырау тереңдігін немесе мақсатты өнім
шығымын пайдаланса, онымен шартты түрде ғана салыстыруға болады. Бірақ
мезгілді жұмыс істейтін аппаратта шикі заттың кинетикасын зерттеу кейбір
жағдайларда қызықты және пайдалы мәліметтер беруі мүмкін. Ол үшін екі
жағдай қажет:
1) крекингті шикі заттың айналу тереңдігі аз болған жағдайда
жүргізу;
2) ауыр фракциялық құрамды шикі затты пайдалану.
Айналу тереңдігі аз жағдайында, өнімдердің аздап булануымен,
ыдырау мен тығызданудың екіншілік реакцияларымен әлі
күрделенбегенде, шикі заттың ыдырауының реакцияларының кинетикасын
анықтауға болады. Екіншіден, ауыр шикі затты пайдалану шикі заттың да, оның
бірінші ыдырау өнімдерінің де өте аз булануын қамтамасыз етеді.
Лабораториялық ағымдағы қондырғыда шикі зат реакциялық аумақтан
ауысу тереңдігі біртіндеп өсу жағдайында өтеді, яғни бұл жағынан процесс
толық өндіріс жағдайды қайталайды. Бірақ бүл жағдайда да кейбір режимді
ұстамау алынған мәндерді ауытқытып жіберуі мүмкін. Олардың қатарына ағымның
гидравликалық режимі жатады - ол өндіріс пештерінің реакциялық ирек
құбырларында әдетте турбулентті және лабораториялық қондырғыларда көбінесе
ламинарлы болып келеді. Соңғы жағдайда бұл қабырғаның шектен тыс қызуына,
осының салдарынан жанама ыдырау мен тығыздану реакцияларының өріс алуына
алып келіп соғады. Реакция жүретін ирек құбырдың ішкі беті мен оның
көлемінің қатынасымен анықталынатын қабырғалық эффект те үлкен міндет
атқарады. Бұл фактордың әсері қондырғының масштабы кішкене болған сайын
жоғары болады; ол қабырғаның материалына байланысты және мысалы, кварц
шынысын пайдаланып, оның әсерін болдырмауға немесе азайтуға болады.
Лабораторияда алынған кинетикалық мәндердің келтірілген шарттылығы мұндай
зерттеулердің мәнін төмендетпейді. Термиялық крекингтің бірінші
реакцияларының кинетикасы, оның салыстырмалы ауысу тереңдігі аз болғанда
шамамен молекулалық ауысу тереңдігіне бағынады.
оны интегралдағаннан кейін мына түрге өтеді:
мұнда, К - реакция жылдамдығының константасы, с; бастапқы шикізаттың
мөлшері, мольс; х -шикі заттың ауысу тереңдігі, мольс,т-уақыт, с.
Осы теңдеу бойынша мезгілді және үздіксіз жұмыс істейтін реакторларда
алынған мұнай шикі затын термиялық крекингтеудің мәндерін, егер шикі
заттың ауысу тереңдігіІ салыстырмалы көп болмаса, шығаруға болады. Кейбір
мұнай фракциялары үшін бірмолекулалық реакция теңдеуімен есептелінетін
крекинг жылдамдығының константасы М.Д.Тиличеевтің, С.Н.Обрядчиковтың, В.Л.
Нельсонның және т.б. жұмыстарында келтірілген.
А.И.Динцес және А.В. Фрост процесті тереңдеткенде реакция
жылдамдығының константасы кемитіндігін көрсетті. Бұл құбылысты олар негізгі
реакция ыдырау өнімдерінің кедергі жасау әсерімен (мұндай өзіне-өзі кедергі
жасау түзілуші өнімдермен реакция тізбегінің үзілуінен болады) түсіндірді.
Бұл зерттеушілер крекинг үшін басқа теңдеу ұсынды
оны интегралдағаннан кейін, мынадай түрге өтеді:
мұнда - кедергі жасау дәрежесін сипаттайтын тұрақты, ал басқа белгілеулер
бұрынғыдай.
Мұндай теңдеуді кейіннен А.Д. Серпухович крекингтің радикал-тізбекті
тетігі негізінде теориялық жолмен шығарды.
Ағымдағы реакциялар үшін (үздіксіз жүмыс істейтін қондырғыда) шикі
заттың ыдырау тереңдігі өскен сайын, түзілген өнімдер көлемі шикі зат
буларының көлемінен анағұрлым көп болады, оны реакцияның жүру уақытын
анықтауда ескеру керек. Г.М.Панченков термиялық крекингті сипаттайтын,
ағымда жүретін бірінші дәрежелі реакция есебінде (өндіріс қондырғыларының
режимімен сәйкес), мынадай кинетикалық теңдеу ұсынды:
мұнда n- реакция аумағына белгілі-бір уақытта түсетін бастапқы заттың
моль саны; k- жылдамдықтьң салыстырмалы константасы мынаған тең:
v- стехиометриялы коэффициенттер
1.4 Термиялық крекинг процесіне әр түрлі факторлардың әсері
Мұнай шикі затын термиялық крекингтеудің негізгі факторларына шикі
заттың термиялық тұрақтылығы, температура, қысым және реакцияның жүру
уақыты жатады. Бұл факторларды өндірістік жағдайға қатынаста қарағанда шикі
заттың фракциялық және топтық химиялық құрамын еске алу қажет.
Мысалы, М.Д. Тиличеев мәліметі бойынша, құрамында шамамен 60%
парафин көмірсутектері бар Грозныйдың парафинді мұнайының үш фракциясын
крекингтегенде, крекингтің режимі бірдей жағдайда ауысу тереңдігі бензин
үшін 24%, керосинге 35% соляр дистиллятына 47% құрады.
Шикі затты ароматикалық көмірсутектермен байыту оның термиялық
тұрақтылығын арттырады: құрамында 15,4% ароматикалық көмірсутектері бар
бензинді пиролиздегенде, сондай бензинді 35% толуол қосып пиролиздегеннен,
газ түзілу 25% көп болады. Жоғары ароматизацияланған шикі зат
температураның әсеріне өте тұрақты: құрамында шамамен 40% (масс.) қос және
көп сақиналы ароматикалық көмірсутектері бар пиролиз шайырын құбырлы пеште
500-510°С дейін байқалатындай ыдыраусыз қыздыруға болады. Кокс түзіліп оның
жиналу кинетикасында шикі заттағы ароматикалық және қ-парафин
көмірсутектерінің салыстырмалы мөлшері үлкен рөл атқарады: қ-парафиндер
құбырлы пеште қыздырылатын ауыр шикізаттың ағымынан асфальтендерді
тұндырады, нәтижесінде құбырдың ішкі бетіне кокс түсіп жиналады, ал
ароматикалық көмірсутектері асфальтендердің ерітіндіде болуын қамтамасыз
етеді.
Тұрақтылығы ең төмен парафин негізді шикі зат ыдырау өнімдері
(пиролиз газы, қысыммен істейтін термиялық крекинг қондырғыларының бензин
және газойль фракциялары) мақсатты өнімдер болатын процестер үшін өте
тиімді. Керісінше, ароматикалық шикі зат мақсатты өнімі- поликонденсация
өнімі, яғни мұнай коксы болатын процестер үшін өте қажет. Нафтенді шикі зат
аралық орын алады және крекингтің тереңдігіне байланысты, алкилсізденген
нафтендер тәрізді ыдыраудың жеңіл өнімдерін бере алады; олар крекинг-бензин
құрамына өтіп, парафинді шикі затты крекингтеуден алынған бензинге
қарағанда жоғары октан санын көрсетеді. Нафтен шикі заты терең ауысуда,
мысалы, пиролизде, газды аз түзеді, бірақ парафин шикі затын пиролиздегенге
қарағанда шайыр қүрамында ароматикалық көмірсутектер көп болады. Мұнда,
жоғарыда айтылғандай, ыдырау реакцияларына жоғары температура мен процестің
аз жүру уақыты оң әсер етеді, тығыздану реакцияларына - жоғары емес
температуралардағы реакция уақытының ұзақтығы.
Термиялық крекингке негізгі факторларды қарағанда, термодеструкция
шикі заты мен өнімдер реакция аумағында газ немесе сұйық (көбінесе аралас,
сұйық-бу) фазада болуын ескеру қажет. Жеңіл дистиллятты шикі зат үшін
процестің температурасы шикі заттың толық булану температурасынан әр
уақытта жоғары. Егер жоғары қысым қолданса шикізатты толық булану
температурасы өседі. Бірақ бұл жағдайда да шикізат газ фазасында болады,
себебі реакция аумағындағы температура шикізаттың критикалық
температурасынан жоғары. Қалдық ауыр шикізатты крекингтегенде басқа жағдай
орын алады. Мұнда әдетте шикі зат пен өнімдер аралық қалыпта (сұйық және
бу) болады: температура жоғары және қысым төмен болған сайын, газ
фазасының үлесі көп болады. Крекинг өнімдерінің фазалық қалпы шикі заттың
ауысу тереңдігіне байланысты, себебі ыдырау өнімдерінің шығымы көп болғанда
олардың буларының жоғары сыбағалы қысымы жоғары қайнаушы тығыздану
өнімдерінің де газ фазасына өтуін қамтамасыз етеді.
Барлық реакциялық массаны газ фазасына ауыстыруға көмектесетін
факторлардың болуы кокс түзілу қауіпсіздігін азайтады. Газ фазадан
көміртегінің тікелей түзілуі және оны реакциялық ирек құбырдың ішкі
беттерінде пирокөміртегі түрінде жиналуы өте жоғары температураларда (850°С
және одан да жоғары) орын алуы мүмкін.
Мұндай жағдайда көмірсутегінің элементке де, радикалдарға да ыдырау
реакцияларына қабырғаның салыстырмалы бетінің әсері, яғни, осы беттің
реакция көлеміне қатынасы шешуші рөл атқарады. Төменгі қысымдарда радикалды-
тізбекті крекинг процесінде тізбектердің реактор беттерінде үзілуі үлкен
рөл атқарады. Қысымды көтеру тек газ фазасында жүретін реакцияға әсер етуі
заңды. Қысым белгілі-бір шекке дейін молекуланың жанасуына ықпал етіп,
олардың әрекеттесуін активтейді. Одан әрі қарай қысымды көтеру
молекуланыңқозғалуын баяулатады және мұндай жағдайда газ фазасы қасиеті
жағынан сұйыққа жақындайды, ол тізбектің өсуін қиындатады.
Сонымен, газфазалы процестер үшін қысымның абсолюттік мәні рөл
атқарады. М.Г. Гоникберг жэне В.В.Воеводский, жоғары емес қысымдарда
(бірнеше бөлік ондық МПа) оны өсіру крекинг жылдамдығының константасын
көбейтетіні, ал өте жоғары қысымдарда (ондық МПа) кері құбылыс орын
алатынын көрсетті. А.И. Динцестің мәліметтері бойынша, 575°С және 9-13%
ыдырау тереңдігінде н-бутанның термиялық крекинг процесінде артық қысымды
0,39-дан 1,08 Мпа дейін көтеру жылдамдық константасын 0,007-ден 0,022
с1 дейін, яғни, екі есе өсіреді. Г.М. Панченков және В.Я. Баранов
грозныйдың парафинді мұнайының 300-480°С фракциясын 510°С және артық
қысым 1 және 5 МПа крекингке салып, ең жоғары жылдамдық константасы 1 МПа
қысымға сәйкес келетінін көрсетті; қысымды одан әрі көтеруде ыдырау
жылдамдығы кемиді.
Қысымның көтерілуі реакция жылдамдығына ғана емес,сонымен қабат
олардың бағыттарына да, яғни, крекинг өнімдерінің құрамына да
әсер етеді. Қысымның өсуімен ыдырау онімдерінің екінші
ауысуларының (полимерлену, алкилдеу, сутегінің аралық бөлінуі) жылдамдығы
көбейеді.Сонымен, қысымның өсуімен газ түріндегі ыдырау өнімдерінің шығымы
кемиді жэне тығыздану өнімдерінің мөлшері өседі. Бұл фазалы (төменгі
қысымдағы крекинг) және қысыммен жүретін термиялық крекинг
өнімдерінің құрамымен дәлелденеді. Төменде бір типтік дистиллятты шикі
заттың (салыстырмалы тығыздығы 0,820 керосин) төменгі және жоғарғы
қысымдағы типтік материалдық балансы келтірілген; мұнда газ түзілуге тек
төменгі қысым ғана емес, сонымен қабат жоғары температура да ықпал етеді:
1.1-кесте
С.Н. Обрядчиков мәліметтері
Көрсеткіштер Бу фазалы крекинг Қысыммен жүретін
Крекинг
Температура, °С 550-560 500-510
Артық қысым, МПа 0,2-0,5 4-5
Материалдық баланс, − −
% масс.):
Газ 32.0-32.3 15,0
бензин дистилляты 58,5-62,2 75,0
крекинг-қалдық 10,4-13,1 0,0
Гидрлеу реакцияларына жоғары қысымның әсерінің болатындығы,
буфазалы крекинг өнімдерінің құрамында көп қанықпаған комірсутектерінің
болатындығымен дәлелденеді: осы процесте алынған газ қурамында 40-50%
қанықпаған көмірсутектер, ал қысыммен жүретін термиялық крекинг газында
олардың мөлшері бар болғаны 15-20% болады. Буфазалы крекинг бензинінде
қанықпаған көмірсутектерінің мөлшері 40-45%, ал қысыммен жүретін крекинг
бензинінде болғаны 20-30%. Қысымның өсуімен газ фазасының көлемі азаяды,
әрі оның тығыздығы қысымға шамамен тура байланыста өседі. Егер тез буланушы
шикі затты төмен қысымда крекингке салса, онда будардың сыбағалы көлемі
және олардың қозғалу жылдамдығы өте жоғары болады және оларды реакция
аумағында химиялық ауысуға қажет уақытта ұстап тұру үщің, реакциялық аумақ
көлемі жеткілікті болуы керек. Рсакциялық көлемді ықшамдау жоғары қысымда
істейтін крекинг-қондырғылардың көбеюіне алып келіп соқты.
Төменгі қысымда жеңілденген шикі затты өңдейтін крекинг қондырғылары
(буфазалы крекинг қолдырғылары) қуаты төмен және сондықтан, олар тиімсіз
болғандықтан мұнай өңдеу өндірісінде көп қолдану таппады. Бірақ термиялық
крекингтің бір түрі пиролизде, қысымның төмен болуы газ түріндегі мақсатты
өнімдер (этилен, пропилен) алуда, тағы да термоконтактты процестерде де,
төменгі қысым ыдырау мен шикі заттан алғашқы бөліыген өнімдердің реация
аумағынан шығуына көмектеседі.
Сұйық фазада жүретін термиялық крекинг процестерінің ауыр шикі зат -
мұнай қалдықтары, ауыр дистилляттар пайдаланады. Егер шикі заттың терең
емес ыдырауы қажет болса (мысалы, висбрекинг процесінде қалдықтың
тұтқырлығыы азайту үшін), газ фазасындағы жеңіл фракциялар құрамында аз
мөлшерде соңғы өнім (газ, бензин) болады: Өнімнің негізгі массасы шикі зат
сияқты сұйық фазада болады. Терең ауысуда, мысалы, кокстеу процесінде
крекинг камерада немесе жылубергіштің бетінде қатты қалдық пен ыдырау
өнімдерінің булары түзіліп жүреді. Висбрекинг процесінде қысымның әсері көп
емес - қысымды көтеру қондырғының өткізу қабілетін аздап қана көтереді.
Кокстеуде қысымның рөлі жоғары (әсіресе дистиллятты шикі затты өңдеуде),
себебі тығыздану реакциялары тек сұйық фазада жүріп қана қоймай, жоғары
ароматизацияланган ыдырау өнімдерінің буларының конденсациялануы есебінен
орын алады.
1.4 Инелік кокс өндіру технологиясының ерекшелігі
Соңғы жылдары электрмен балқыту процестерінің жұмысын жақсарту
мақсатында, жоғары сапалы графиттелінген электродтар, жоғары сыбағалы тоқ
күшіне (30-35омсм2) есептелінген, көп қолдануда. Шет ел және өз еліміздің
тәжірибесі көрсеткендей, мұндай электродтарды аз күлді және күкіртті,
инелік құрылымды деп атайтын, кокс негізінде алуға болады. Тек қана инелік
кокстен жасалған арнайы электродтар өте қажетті мынадай қасиеттерді:
төменгі термиялық кеңею коэффицентін және жоғары электр өткізгіштікті
көрсете алады. Металургия қажеттігі, мұндай кокс сорттарына шет елдерде де
және КСРО-да әрдайым өсуде. Дүние жүзінде инелік кокс өндіру көлемі қазір
2,0 млн.тж құрайды. Инелік кокстың ең көп өндірушісі – АҚШ, Жапония,
Ұлыбритания және Нидерланды елдері.
Қазақстанда өндіріс тәжірибелік инелік кокс Атырау және Павлодар
МӨЗ ЖКҚ коксты пісіру секциясында алынуда және бұл бағытта өндірісті
жүйелі жолға қою саласында жұмыс атқарылуда. Инелік кокстың әдеттегі
электрод коксынан қасиеті жөнінен көп айырмашылығы бар: талшықтарының айқын
анизотроптылығы, гетероқоспаның аздығы, сыбағалы тығыздығының жоғарылығы
және жақсы графиттелуі.
Инелік кокс өндіруде дәстүрлі шикізат болып термиялық крекингтің
дистилляты, аз күкіртті ароматитзацияланған қалдықтар, каталитикалық
крекинг газойлдері, май өндірісінің экстракттары, көмірсутектерді
пиролиздеудің ауыр шайыры, сонымен қатар тас көмір шайыры саналады. Инелік
кокс алудағы қондырғы аппараттары, кәдімгі кокстеудегідей; кокстеу
температурасы инелік кокс өндіруде жай кокс алудағыдай, тек қайта айналу
коэффиценті аздап жоғары және реактордағы қысым көптеу. Инелік коксты
пісіру жай кокспен салыстырғанда, жоғарылау температурада (1400-14500С)
жүргізіледі.
Инелік коксты өндіруге, МӨЗ дистиллятты шикізатты териялвы
крегингтеу қондырғысының және ЖКҚ болуы қажет. Зауыттарда бар
ароматизацияланған қалдықтар жоғары қысымда (6-8МПа) термиялық крегингтен
одан ары қарай ароматизациялау және қалдықтың кокстену қабілетін арттыру
мақсатында өткізіледі. Одан әрі дистиллятты-крегинг қалдық (ДК) ЖКҚ
жіберіледі. ЖКҚ күкіртті гудрондардан инелік кокс алу үшін, гудронды одан
әрі вакуум-айдау арқылы бөліп жеңіл және ауыр вакуум газойілін оларды одан
әрі гидротазалаумен тазалап, кокстеп инелік кокс алуға болады. Осы мақстақа
сонымен қатар қалдықтарды асфальттерден айыру яғни Добен атты БашМӨҒЗИ
жасаған процесін де пайлалануға болады: алынған деасфальтизат одан әрі
гидротазаланады және дистиллятты шикізат термиялы крекингтелінеді.
2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
2.1 Мұнай қалдықтарын кокстеу қондырғыларының атқаратын
мақсаты және негізгі түрлері
Кокстеу мақсаты. Термиялық крекингте кокс түзілу процестің одан әрі
тереңдей түсуін шектейді. Бірақ, егер кокстің түзілуінен қорықпағанда, оны
пайдасыз жанама өнім деп санамаса, онда мөлдір дистилляттар шығымын көп
көтеруге болады.
Дистилляттармен бірге соңғы өнім есебінде мұнай коксын да алатын
термиялық процесті кокстеу деп атайды. Қазіргі кезде кокстеу ауыр шикі
заттан мөлдір мұнай өнімдерінің шығымын аттырумен қатар, өндірісте көп
қолдану табатын мұнай электрод коксын өндіруге де қолданылады.
Қондырғы түрлері. Мұнай қалдықтарын кокстеуді қазіргі кезде өндірістік
көлемде үш әдіспен әске асырады: тегіс қыздырушы кубтарда (мезгілді
процесс); қыздырылмайтын кокс камераларында (жартылай мезгілді процесс);
кокс жылубергңшінің қайнаушы кабатында (үздіксіз процесс).
Кубтарда кокстеу кокстеу процестерінің ең ескісі, мұндай қондырғылар
елдегі МӨЗ құрамында 1920ж. салынған. Қондырғының негізгі жабдығы болып
кокс кубы саналады, ол ашық отпен қыздырылатын тегіс цилиндр тәрізді
аппарат. Техникалық деңгейі жағынан кубтарда кокстеу қондырғысы ескі, бірақ
олар әлі күнге дейін пайдаланылады.
Мерзімді кокстеуде ыдырау өнңмдері реакция аумағынан ұздіксіз
шығарылады да қалдық біртіндеп ауырланып кокске айналады. Кокс құрамында
ұшқыш заттар аз болады, оны қосымша пісіру өажет емес. Куб қондырғыларында
крекинг қалдықтар мен пиролиз шайырларынан басқа әдістермен алуға болмайтын
кокстің арнайы түрлерін алады.
Қыздырылмайтын камераларда кокстеу немесе жай кокстеу қазіргі кезде
дүние жүзінде қте кқп таралған процесс. Мұнай коксының коксының негізгі
мөлшері (90% астамы) жәй кокстеу қондырғыларында өндіріледі.
Жәй кокстеу шикізаты құбырлы пеште 5000C дейін қыздырылады да қуыс
вертикалды цилиндр тәрізді аппаратқа кокс камерасына (реакторға)
жіберіледі. Камерада шикізат көп уақыт болады және онда жылудың
аккумуляциялануының есеьінен кокстеледі. Камераның жоғарғы жағынан жеңіл
дистилляттар ағымы шығады. Реактор кокспен 70-90% толған соң шикізаттың
ағымы басқа камераға ауыстырылады,ал үзілген камерадан кокс түсіріледі.
Жәй кокстеу процесі коксті түсіруге байланысты мерзімді, ал шикізатты
беру мен дистилляттық өнімдерді шығаруға келгенде үздіксіз сипат корсетеді.
Жалған қабатты кокстеуде қыздырылған шикізат жоғары теператураға дейін
қыздырылған қозғалушы инетті жылуалмастырғышпен жанасып реакциялық
аппаратта осы жылуалмастырғыш бетінде кокстенеді. Реакциялық аппараттан
регенералорға бетінде кокс отырған жылу бергіштің бір бөлігі біртіндеп
шығарылады. Регенераторда коксты жандырады, жағудан бөлінген жылумен
жылубергіш қажетті температураға дейін қыздырылады. Қызған жылубергіш
реакция аумағына қайта беріледі.
Кокстеуге қажетті жылудың негізгі мөлшері шикізаттың қызған
жылубергішпен жанасуының нәтижесінде орын алатындықтан, шикізатты реакторға
бері алдында жәй кокстеу температурасына қарағанда төмендеу температураға
дейін қыздыруға болады. Бұл өте жоғары тұтқырлы, шайырлы өнімдерді құбырлы
пештерде қыздырғанда имекқұбырдың тез кокстенуіне алып келетін өңдеуді
жеңілдетеді.
Жұмыс істейтұғын үздіксіз кокстеу қондырғыларында жылубергіш есебінде
бөлшек мөлшері 0,3мм дейін ұнтақ кокс пайдаланылады, ал кокстеу процесі
жылубергіштің қайнаушы қабатында жұреді.
Коксты жылубергішті қозғалтуда пневмотранспорт принципі пайдаланылады.
Негізгі қозғаушы күш кокс бқлшектерін өзімен ілестіріп алып кететін бу
немесе газ болып саналады. Пневмотранспорттың әртүрлі жүйелері болады:
сұйылтылған қабатта және тығыз қабатта.
Қайнаушы қабатта үздіксіз кокстеуде бірден үш процесс болып алады:
ыдырау мен тығыздану өнімдерінің түзілуімен жүретін кокстеудің өзі, кокстен
ұшқыш заттардың бөлінуі жүретін коксті пісіру процесі және бу фазасында
болатын кокстеу өнімдерінің екінші ыдырауы мен тығыздану реакциялары.
Кокс жылубергіштің жоғары температурасы ыдырау өнімдерінің булануына
жіне олардың кокс бөлшектерінің бетінен блінуіне көмектеседі. Өнімдердің
қайта түзілу мүмкіндігі азаяды. Сондықтан үздіңсіз кокстеуде жәй кокстеуге
қарағанда кокс шығымы аз болады.
2.2 Кокстеу процесінің шикізаты мен өнімдері
Кокстеудің шикізаты. Кокстеуге жоғары молекулалы мынадай мұнай
қалдықтарын салады: гудрондарды, термиялық крекингтің крекинг қалдықтарын,
май өндіру қондырғысынан асфальтар мен экстракттарды, пиролиз шайырларын.
Шикі заттың негізгі қажетті көрсеткіштері болып химиялық құрам (шайырлар,
майлар, асфальтендер, күкірт мқлшері), кокстену, механикалық қоспа мөлшері
саналады.
Кокстеуге жіберілетін қалдықтар жоғары молекулалық көмірсутектерден,
шайыр асфальтенді заттардан, карбиндерден және карбоидтардан тұрады. Шикі
заттағы компонеттер қатынасы мұнайдың шығу тегіне қалдықты алудағы процесс
жағдайына байланысты. Күкірттің мөлшеріне байланысты шикі зат аз күкіртті
және күкіртті болып бөлінеді. Азкүкіртті шикі заттан коксте күкірт мөлшері
1,5% көп емес өнім алады.
Ең көп тараған шикі заттар арасынан (гудрондар, мазуттар, крекинг
қалдықтар) күкірттің кокс пен шикі заттағы мөлшерінің қатынасы 1,2-1,9
аралығында болады. Бірақ кейбір екінші өңдеуден алынған мұнай фракцияларын
кокстеуден алынған коксте күкіттің мөлшері шикі заттағы күкірттің мөлшеріне
қарағанда аз болады.
Мұнай коксын пайдаланушылардың негізгі талабы оның құрамында күкірттің
аз болуы. Сондықтан өндірісте құрамында шикізат мөлшері 0,5-0,8% көп емес
шикі зат жіберіледі. Қазіргі кездерде күкіртті шикі заттардан да кокс
алудың технологиясы жасалған. Бірақ мұндай жүйемен алынған кокстің құны
азкүкіртті қалдықтардан алынғанға қарағанда көп жоғары.
Шикі заттың кокс түзілу қабілеті стандартты жағдайда анықталатын
кокстену көрсеткішімен сипатталады. Кокстену, яғни, кокстеуде кокс шығымы
шикі затта шайыр асфальтен заттары коп болған сайын өседі. Экономикалық
жағынан шикі заттың кокстенуі 10% кем болмауы тиімді. Бірақ, егер шикі
заттың құрамында шайыр асфальтен заттары көп болып, оның кокстенуі 20% асып
кетсе, онда шикі заттың қыздыру пешінде тез кокстенуі орын алып,
қондырғының аралық жүру уақыты азаяды.
Өнімдердің құрамы және қасиеті. Газ құрамы термиялық газына ұқсас,
бірақ қаныққан көмірсутектерінің мөлшері көп. Кокстеу температурасын көтеру
газ құрамында қанықпаған көмірсутектердің мөлшерін көбейтеді. Мысалы,
кокстеу температурасы 4900C-ден 5100С дейін көтеру алкендер мөлшерін 16-18-
ден 22-25% дейін өсіреді.
Кокстеу бензинінің құрамында қанықпаған көмірсутектерімен кұкірт көп
болғандықтан, оны алдын ала тазалаудан өткізбестен тауар бензинін
дайындауда пайдалану қиындайды. Бензиндердің сапасын жақсартудың келешекте
ең тиімді әдістері төмендегідей: таза немесе алғашқы айдау бензинімен қоспа
күінде терең гидрлеу мен оны риформингке салу; тура айдаумен алынғаг дизель
фракцияларымен өосып гидроасылдандыру.
Жеңіл газоильді пеш және газтурбина отындарын алуда пайдаланады,
сонымен қабат оны гидротазалаудан кейін дизель отынын дайындауға жіберуге
болады.
Ауыр газолді техникалық көміртегі өндіруге шикі зат дайындайтын
термиялық крекинг қондырғымына немесе казан отынын алуға жібереді.
Мұнай коксы қара түсті кеуек өнім. Оны алюминий өндірісінде
анод массасын, болат балқыту өндірісінде, күкіртті көміртегі, кальций мен
кремний карбидтерін өндіруге графиттелінген электродтар алуда пайдаланады.
Кокстың арнайы түрлерін өте агрессивті ортада жұмыс істейтұғын химиялық
аппараттар материялы есебінде қолданады.
Кокс шығымын Конрадсон әдісімен кокстену көрсеткіші арқылы анықтайды,
оны атмосфералық қысымда мезгілді кокстеу жағдайында шикізаттың кокс түзу
қабілетімен бағалайды. Жәй кокстеу процесінде қысымның өсуімен және ауыр
дистиляттарды қайта беруден қосымша кокс түзіледі. Жәй кокстеуде кокс
шығымын анықтау үшін К=ВС формуланы пайдаланады, мұнда К – кокс шығымы, С –
Конрадсон бойынша кокстену, В=1,5ч2,0.
Кокстың негізгі сапалық қасиеттері –күкірт, күл, ылғал, ұшқыш
заттар мөлшері, гранулометриялық құрамы, механикалық мекемдігі. Күкірттің
мөлшеріне байланысты кокстерді азкүкіртті (1,0% дейін), ортакүкіртті
(1,5%дейін), күкіртті (4,0% дейін), жоғарыкүкіртті (4,0% жоғары) деп
бөледі; гранулометриялық құрамы бойынша – кесек (кесек мөлшері 25мм жоғары
фракция), жаңғақ (6-25мм фракция), ұнтақ (6мм кем) бөлінеді. Күлдің
мөлшері бойынша – азкүлді (0,5% дейін), ортакүлді (күлі 0,5-08%),
жоғарыкүлді (0,8% көп) болады.
2.1-кесте
Мұнай кокстеріне қойылатын талап.
Көрсеткіштер Куб қондырғыларының коксы Жәй кокстеу коксы
(кесек мөлшері)
Крекинг Пиролиз 25мм көп6-25мм6мм
қалдықтан пештерінен КЗ-25 дейін дейін
КЗ -6 КЗ-0
КНКЭ КН КНПЗ КНПС
Ылғал мөлшері,% көп 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
емес
Күлі, % көп емес 0,6 0,5 0,3 0,4 0,5-0,6 0,7 0,8
Күкірт мөлшері,% көп 0,8 1,0 1,0 0,4 1,3-1,5 1,5 1,5
емес
Ұшқыш заттар шығымы,%7,0 7,0 6,5 7,0 7,0-9,0 9,5 10,0
көп емес
Ұнтақтылығы, % көп 7,0 - 13 13 - - -
емес
25мм кем кесек 4 4 4 4 10 - -
мөлшері,% көп емес
Электродтар өніруде пайдаланатын коксты қосымша әрекеттеуге тура
келеді – оны 1200-13000С пісіреді. Пісіруді бірден МӨЗ немесе пайдалану
орнында іске асырады. Пісіруде ұшқыш заттар бөлінеді, электр тогын өткізу
кедергісі азаяды, шөгу құбылысы болмайды. Алюминий және электродттар
өндіру, зауыттарындағы пісіру пештерін тек мөлшері 25 ммжоғары кокс
бөлшектері үшін пайдаланады; жәй кокстеу коксының 50 шамасын құрайтын кокс
ұнтағын мұндай пештерде пісіруге болмайды. Кокс ұнтағын пісіру үшін, сланец
өңдеуші жанғыш сланецтерден жасанды газ алуда пайдаланатын камералық
пештерді қолданады.
2.3 Ұнтақ түрдегі кокстың жалғансұйытылған қабатында үздіксіз кокстеу
(термотүйістіре кокстеу) қондырғысынның сызбанұсқасы
Үздіксіз кокстеу процесін іске асыру үшін, түзілуші коксты реактордан
тұрақты түрде шығарып тұру керек. Мұндай мақсатты жалғансұйылушы қабатты,
яғни термоконтактты қондырғыда (ТКҚ) ғана іске асыруға болады. Қондырғының
негізгі аппараты – реактор, онда кокс жылубергіші – 2мм көп емес кокс
бөлшектерінің жалғансұйылушы (қайнаушы) қабаты болады. Бөлшектер бетіне
сұйық шикі зат түсіп, ыстық бетпен жанасып, оның бетінде жұқа қабат пайда
болады. Ұшқыш заттар беттен арылады да, ал бөлшектер жаңа түзілуші кокстың
жұқа қабатымен қапталады. Реакторда жалғансұйылушы қабат су буы кокстеу
өнімдерінің буын беру арқылы жасалады.
Процесті мынадай үш сатылы деп қарауға болады:
1) Ыдырау мен тығыздану өнімдерінің негізгі массасының түзілуімен
жүретін өзіндік кокстеу;
2) Коксты кептіру немесе пісіпу, осының нәтижесінде ұшқыш заттардан
арылады;
3) Газ фазасындағы кокстеу өнімдерінің ыдырау мен тығызданудың екінші
реакциялары.
Бірінші сатының жылдамдығы екінші сатыға қарағанда көп жоғары. Кокс –
жылубергіштің жоғары температурада (480-5000С) болуы салдарынан және
бөлшектер қабатына су буын беруден, бөлшектер бетінен ыдырау өнімдерінің
түзілуі болмайды. Сондықтан, жалғансұйылу қабатында кокстеуде кокс шығымы,
жәй кокстеу мен кубтарда кокстеуге қарағанда төмен.
Жалғансұйылу қабатында кокстеу қондырғысының реактор блогының
принципиалды жүйесі 19 сур. келтірілген. Кокс – жылубергіш (бөлшек диаметрі
0,075-0,3мм ұнтақ) 1 реактор мен 3 коксқыздырғыш арасында, өне бойы
үздіксіз жалғансұйылу принцпі бойынша су буы мен процестің газ өнімдерінің
әсерімен, қозғалуда болады. Коксқыздырғышта жалғансұйылу қабатын ауа беру
арқылы жасайды.
Қондырғыда шикізатты қыздыруға құбырлы пеш қойылмайды – шикізат
реакторға вакуум қондырғысынан немесе жылуалмастырғышта қыздырылғаннан
кейін, 300-3500С температурамен түседі. Шикізатты реакциялық аумаққа
жалғансұйылу қабаты астына бүрку жүйесі арқылы береді. Кокстеу булары мен
газдары циклонды сепараторлардан кокс ұнтағын бөліну үшін өтіп, 2 сыбағалы
кондесатор-скрубберге түседі. Онда скруббердің төменгі бөлігінде
қайталанушы ағынның жылуы арқылы кокстеу дистиллятының ең ауыр бөлігі
конденсацияланады; оны 1реакторға қайта береді. Бугаз қоспасы реактордан
кәдімгі ректификациялау колоннасына бөлуге жібереді, нәтижесінде газ, басқа
тұрақсыз фракция, бензин, жеңіл және ауыр газойлдер алады.
Бұл қондырғының басты жетістігі, оның қуатының жоғары болу мүмкіндігі
және шикізаттың кез-келген түрін пайдалануға болатындығы. Қазіргі кезде
шикізатқа есептнгенде қуаты ≈ 7 мың т сөткесіне (2млн т жылына көп), ал
ауыр қалдықтарды қайта берумен оны 10 мың т сөткесіне дейін жеткізуге
болатын қондырғылар жұмыс істеуде. Коксқыздырғыштан шығатын өнімдерді
жағудың артық жылуын пайдалану-қазанында жоғары қысымды (≈4МПа) бу процесті
жылуды қажет ететін мұнай өңдеудің басқа процестерімен, мысалы, алғашқы
айдау қондырғысымен құрастырма түрінде (АҚ-ТҚҚ) пайдаланады.
Баяу кокстеуден өзгешелігі термотүйістіре кокстеу (ТТК) үздіксіз,
өнімділігі жоғары, технологиялық жағынан біраз әмбебап процесс болып
табылады, ол мазут, ... 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