Мұнай өңдеу үрдістері
7
8
9
10
Аннотация
Темой данного дипломного проекта является автоматизация
регулирования технологического процесса реакторно-регенераторного блока
установки коталитического крекинга.
Данная работа включает в себя описание технологического процесса,
разработку принципиально
-
технологической схемы
реакторно-
регенераторного блока.
Разработана схема автоматизации, осуществлен
выбор необходимого оборудования, система исследована на устойчивость,
произведен расчет параметров регулятора и написана программа системы
автоматизаций объекта на контроллере.
В экономической части был расчитан строительно-пользовательский
расход автоматизированной системы реакторно-регенераторного блока и была
определена экономическая эффективность.
В разделе безопасности жизнедеятельности произведен
заземление диспетчерного пункта нефтеперерабатовающего завода.
Аңдатпа
расчет
Осы дипломдық жобаның тақырыбы
- каталитикалық крекинг
қондырғысындағы реактор-регенератор блогындағы технологиялық
процесстің автоматты реттеу жүйесін құру болып табылады.
Осы жұмыс реактор-регенератор блогының технологиялық үрдісінің
бейнелеуінен, приципиалдық - технологиялық сұлбасын жасаудан тұрады.
Автоматтандыру сұлбасы жасалып, қажетті құралдар таңдалған, реттеуіштің
параметрлері есептеліп, жүйе орнықтылыққа зерттелген және контроллерде
объектті автоматтандыру жүйесінің бағдарламасы жазылған.
Экономикалық бөлімде реактор-регенератор блогының автоматтандыру
жүйесінің құрылыстық-пайдалану шығындары есептелінген және
экономикалық тиімділігі анықталған.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде мұнай өңдеу зауытындағы
диспетчерлік пунктінің электрқауіпсіздік шаралары қарастырылып,жерге
тұйықталу есептелінді.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері және ерекшеліктері, жіктелуі
1.2 Мұнай өңдеу үрдістері
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
1.4 Каталитикалық крекингтің технологиялық сұлбасы
2 Арнайы бөлім
2.1 Каталитикалық крекинг процесінің автоматты басқару жүйесін құру
2.2 АБЖ буындары және жүйенің математикалық модельдері
7
8
8
13
26
29
32
32
37
2.3
Жүйені орнықтылыққа зерттеу және ПИ-реттеуішінің
42
көрсеткіштерін анықтау
2.4 Бағдарламалық қамтамасыздықтың сипаттамасы
2.5 Символдар кестесін және бағдарламаның орындау алгоритмі құру
2.6 Жоғарғы деңгейлі бағдарламаның қамтамасыздықты өңдеу
3 Экономикалық бөлім
3.1 Бизнес - жоспар
3.2 Экономикалық көрсеткіштерді есептеу
3.3 Маркетинг жоспары
3.4 Қаржылық жоспар
4 Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімі
4.1 Еңбек шартын талдау
4.2 Электрқауіпсіздік
4.3 Жерге тұйықталуды есептеу
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Қосымша А
50
51
54
50
50
50
50
50
58
58
59
65
71
72
74
80
КІРІСПЕ
12
Қазіргі таңда дүниежүзілік экономикада мұнайдың алатын орны
ерекше.Бүгінгі дамыған заманда мұнай және оның өнімдеріне деген сұраныс
күннен-күнге артуда.
Мұнайдың құрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуде әр түрлі
әдіс қолданылады.Атап айтсақ: айдау, ректификация, вакуумдык айдау,
адсорбция, абсорция, экстракция,каталитикалық крекинг.
Каталитикалық крекинг - мұнайдың екінші ретті өңдеу процесіне жатады.Бұл
процесс мұнайды терең өңдеп,жанармай түрлері мен мұнайхимия өнімдерін
береді.Каталикалық крекинг процесінің кең етек алуы отандық автопарктің
дамуымен байланысты.
Каталикалық крекингті басқару - тіпті оңай процесс емес.Ол келесі
жағдайлармен түсіндіріледі.
Біріншіден,қазіргі заманғы технологиялық қондырғы бір-бірімен
материалды және энергетикалық ағындармен байланысқан реактор,колонна
сияқты түрлі аппараттардан тұрады.Және операторға процестің орындалу
барысына араласу туралы шешім қабылдау үшін үлкен көлемді ақпаратты
өңдеп шығуы керек.
Екіншіден,қондырғыда өте күрделі,толық зерттелмеген физика-
химиялық процесстер жүреді.Бұл процесстерге көп жағдайда кездейсоқ
сипатты келетін ауытқулар үлкен ықпал етеді.Және де ауытқулардың бір
бөлігі тікелей бақылауға қол жетімсіз болғандықтан жақсы нәтижелерді алу
қиындық тудырада.Бұл мәселені шешуде математикалық модельдер мен
оларды қолдану әдістерін білумен қатар техникалық құрал-жабдықтар қажет.
Каталитикалық крекинг қондырғысын басқару қиындығы,оларды нақты уақыт
масштабында шешу,өңдеуді қажет ететін үлкен көлемді ақпарат-осының
барлығы каталитикалық крекинг қондырғысындағы технологиялық
процесстердің автоматты басқару жүйесін құруға себеп болды.
Бұл дипломдық жобада нақтылы үлгіде мұнайды екіншілік өңдеу өндірісінің
технологиялық үрдісінде каталитикалық крекинг қондырғысының реактор
мен регенератор блогындағы қысымды реттеуді автоматтандыру жүйелері
қарастырылады. Қажетті құрылғылар таңдалынып, математикалық модельдері
құрастырылды. Қысым реттеуіштің параметрлері анықталып, жүйе
орнықтылыққа зерттелді. Контроллер техникасын қолдану арқылы қысым
реттеу жүйесінің бағдарлама техникалық кешені құрастырылды.
Экономикалық бөлімде реактор-регенератор блогының автоматтандыру
жүйесінің құрылыстық-пайдалану шығындары және экономикалық тиімділігі
есептемесі жүргізіледі.
13
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде диспетчерлік пунктінің
электрқауіпсіздік шаралары қарастырылып және жерге тұйықталу есептелді.
Материал баяндауы MATLAB және STEP7, ProToolPro компьютерлік
замандас интеграцияланған жүйе мүмкіншіліктерінің қолдануына негізделеді.
14
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері және ерекшеліктері, жіктелуі
Қазіргі кездегі қолданатын жанармайлар, майлау майлары, пластикалық
майлардың негізгі, тежегіштік және бәсеңдеткіштік сұйықтар мұнай өңдеудің
өнімдері болып табылады. Мұнай газдарының өнімдері - синтетикалық қаптау
материалдары, пласмасстар, резиналық бұйымдар конструкторлық, жөндеу
материалдары ретінде кеңінен қолдануда. Былайша айтқанда металл емес
материалдардың дені Жер қойнауының өнімдері болып саналып, қазіргі
көліктік техника да кеңінен қолданады. Жер қойнауының өнімдері - мұнай,
көмір шым тезектер мен түсті және қара металдардың кендері негізгі шикі
заттары болып келеді. Осының ішінде мұнай өңдеуінің қағидаларына тоқталып
кетсек.
Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және
химиялық сипаттамалармен аныкталады. Онын тығыздығын, тұткырлығын,
химиялық кұрамын осы және басқа да көптеген касиеттерінің өзгеру
заңдылықтарын білмейінше мұнайдын сапасын, сәйкесінше оның бағасын және
өндеу сұлбасын аныктау мүмкін емес.
Мұнай - тұтқырлы майлы сұйық түрі қарақоңыр, кейде жасыл қоңыр, көмір
сутегі құрамында 99 % шейін жететін, ал құрлысы жағынан әртүрлі болып
келеді. Оның құрамына кіретін көмір сутектері үш класқа бөлінеді:
- парафиндік;
- нафтендік;
- ароматтық.
Мұнай құрамына кіретін көмір сутегінің молекуласындағы атомдардың
сандары бірнеше мәндермен анықталады. Қарапайым парафиндік
көмірсутектері екі, үш және төрт атомды көміртегі әдеттегі жағдайда газ болып
келеді де, кейбір мұнайлардың құрамында ертінді күйінде болуы да мүмкін.
Көмір сутегін құрымындағы көміртегін атомдар саны бестен және одан жоғары
молекулада болған жағдай сұйық түрде болуы мүмкін. Парафин қатарындағы
көмір сутегінің құрамындағы атомдар саны он жетіден және одан жоғары
атомды көміртегі қатты зат болып, мұнай құрамында ертінді ретінде кездеседі.
Көмір сутегінің бұндай әртүрлігі мұнайлардың қайнау температурасы тұрақсыз
және қыздырған кезде булану температурасының шегі бірнеше мәнді
қабылдайтынын көрсетеді. Мұнайдың басым көпшілігін жай ғана қыздырғанда
30 ... 40 0С шамасында, олар буланып, жеңіл көмір сутегілері тез қайнап кетеді.
Ал қыздыру температурасын одан әрі жоғарылатқан жағдайда мұнайдан
ауырақ, көмірсутегілері қайнап бөліне бастайды. Мұнайдың бұлай бөлшектену
15
қасиетін мұнайдың анықталған температура шегінде фракцияға бөліну қасиеті
деп атайды.
Температура бойынша көмірсутегін мұнай деп бөлшектеу іс амалын тура айыру
дейді.
Атмосфералық қысым жағдайда мұнайды тура айыру үрдісін мұнай өңдеуде ең
қажетті түрдегі алғашқы іс-амалы ретінде қолданылады.
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның элементік
құрамы бес химиялық әлементтің - көміртек, сутек, оттек, күкірт, азот міндетті
түрде болуымен сипатталады (1.1 сурет).
1.1 сурет - Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы
Мұнайдың элементтік құрамы көптеген мұнайлар үшін:
-көміртек (С) - шамамен 83 - 87 %;
-сутек (Н) - 12-14 %-ке дейін;
-оттек (О) - 0,05 - 3,6 %;
-азот (N) - 0,00001 - 1,7 %;
-күкірт (S) - 0,02 - 14%.
Молекулалық құрамы бойынша мұнайды көп жағдайда кіші, орташа және
жоғары молекулалық деп үш бөлікке бөлуге болады.
16
Мұнайдың кіші молекулалық құрам бөліктері:
1.Парафиндер (алкандар) Cn H 2 n 2
- (қаныққан көмірсутектер, алкандар)
біршама химиялық тұрақты қосылыстар.
Атмосфералық қысым жағдайында құрамындағы көміртек атомдарының
санына байланысты алкандардың фазалық күйлері: C1 - C4
- газтәріздес
қосылыстар, C5 - C16 - сұйықтар, С16 - қатты заттар.
2. Нафтендер - құрамындағы көміртек атомдары 4-тен көп циклді қосылыстар.
Мұнайлар құрамында негізінен циклопентан C5 H10 , циклогексан C6 H12 және
олардың гомологтары кездеседі (25-тен 75%-ке дейін).
Мұнайдың орташа молекулалық құрам бөліктеріне: Арендер (ароматтық
көмірсутектер):
Cn H 2 n 6 -моноциклді ароматтық көмірсутектер,
Cn H 2 n 8
-
бициклді аралас көмірсутектер, Cn H 2 n 12 - бициклді ароматтық көмірсутектер.
Мұнайдың жоғары молекулалық құрам бөліктері:
1. Күрделі арендер - құрамында үш, төрт және бес конденсирленген бензол
сақиналары бар күрделі полициклді ароматтық көмірсутектер.
2. Асфальтендер мен шайырлар - жоғары молекулалық қосылыстар. Бұлардың
құрамына мұнай құрамында кездесетін барлық көмірсутектер кластарының
жоғары молекулалық өкілдері кіреді. Асфальтендер бензинде ериді, шайырлар-
ерімейді.
Мұнай құрамындағы гетероатомдық қосылыстарды
оттекті,
азотты,
күкіртті, минералды деп бөлуге болады. Олар:
Оттекті қосылыстардың мұнай құрамындағы үлес салмағы көп жағдайда
10%-тен аспайды. Олар қышқылдар, эфирлер, фенолдар және т.б. түрінде
кездеседі. Мұнай фракцияларындағы оттектің үлес салмағы оның қайнау
температурасы артқан сайын өсе түседі. Мұнай құрамындағы оттектің 90-95%
мөлшері асфальтендер мен шайырлардың үлесіне тиеді.
Азотты қосылыстарды азотты негіздер мен нейтрал азотты қосылыстар деп
үлкен екі топқа бөледі. Мұнай құрамындағы нейтрал азотты қосылыстар
пирролдың арил туындылары және қышқылдардың амидтері түрінде кездеседі.
Мұнай фракциясының қайнау температурасы артқан сайын оның құрамындағы
нейтрал азотты қосылыстардың үлес салмағы арта түседі де, ал негіздік азотты
қосылыстардікі кемиді.
Күкіртті қосылыстар мұнайлар құрамында біркелкі тарамаған. Көбінесе
олардың үлес салмағы мұнай фракциясының қайнау температурасы артқан
сайын арта түседі. Күкірт мұнай және мұнай өнімдері құрамдарындағы бірден-
бір кең тараған гетероэлемент болып саналады.
Мұнай құрамында күкірт еріген элементар күкірт, күкіртті сутек, меркаптандар,
сульфидтер, дисульфидтер мен тиофеннің туындылары түрінде, сонымен бірге
17
құрамында бір мезгілде күкірт, азот және оттек атомдары болатын күрделі
қосылыстар түрінде де кездеседі.
Минералды қосылыстар мұнайлар құрамында металдар, қышқылдар тұздары,
металдардың комплексті қосылыстары түрінде, сонымен бірге минералды
қосылыстардың коллоидтық ерітінділері түрінде кездеседі.
Мұндай қосылыстардың құрамдарына кіретін элементтерді микро-элементтер
деп атайды. Олардың мұнай құрамындағы үлес салмағы 2-тен 10 %-ке дейін
жетеді.
Мұнайлар құрамында көптеген металдар, мысалы сілтілік және сілтілік жер
металдар, сонымен бірге мыс, мырыш, бор, ванадий топшасының металдары
кездеседі. Мұнайлар құрамдарында нағыз бейметалдарда кездеседі.
Мұнайдың фракциялық құрамы.
Мұнайдың әрбір фракциясына бастапқы және соңғы қайнау температуралары
тән. Қайнау температурасы 3500С-тан аспайтын фракцияларды атмосфералық
қысымнан біршама жоғары қысымда бөліп алады, оларды мөлдір дистиляттар
(фракциялар) деп атайды. Фракциялардың атауларын олардың пайдалануына
қарай береді.
Мазут-мөлдір дистилляттарды бөліп алғаннан кейінгі қалған қалдық. Оны ары
қарай құрғақ айдайды. Құрғақ айдағаннан кейінгі түзілетін қалдықты гудрон
деп атайды.
1.1 к е с т е - Мұнайдын фракциялық кұрамы
Сонымен қатар мұнайлар физикалық және химиялык сипаттамалар және ауыр
калдықтардың кұрамы бойынша жіктелінеді (1.2 кесте).
Генетикалық жіктелу мұнайлар құрамында жоғары және төмен өсімдіктер
қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит-сапропелді, сапропелді және
сапропелді-гумитті болып үш типке бөлінеді. Компонеттердің анаэробты
ортада өзгеру дәрежесіне қарай типтер кластарға және топтарға бөлінеді.
18Қайнау температурасы
Фракциялар
Молекуладағы көміртек
атомдарынын мөлшері
32°С төмен
Көмірсутекті газдар
1-4
32-105°С
105-160°С
Бензин
Нафта (лигроин)
5-12
8-14
160-230°С
230-430°С
430°С жогары
Керосин
Газойль
Мазут
12-18
14-20
20-45
1.2 к е с т е - Мұнайды физикалык сипаттамалар бойынша жіктелу
Технологиялык жіктелу.
Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге сәйкес мұнайларды былай
жіктейді (1.3 кесте):
1. құрамыңдағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт класқа бөледі (I II
III IV);
2. 350°С-ка дейін айдалатын фракциялардың шығымына карай үш түрге бөледі
( T1 T2 T3 );
3.
базалык майлардың
үлес
салмақтарына
карай
үш
топқа
бөледі
( M1 M 2 M 3 );
4. тұткырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі ( И1 И 2 И3 И4 );
5.
қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге бөледі
( П1 П2 П3 ).
Күкірттің массалык үлесі бойынша азкүкіртті мұнай - I класқа, күкіртті - II
класка, жоғарыкүкіртті - III класқа, аса жоғары күкірт-ті - IV класқа жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұнай - П1 түрі,
парафинді мұнай - П 2 түрі, жогарыпарафинді - П3 түрі болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түрлердің
көрсеткіштерімен жүйелі құрастырылған шифрімен сипатталады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай нөмірі төмен топқа жатса, ал
екінші көрсеткіш арқылы нөмірі жоғары топқа сәкес келетін болса, онда
мұнайды нөмірі жоғары болатын топка жатыстырады.
1.3 к е с т е - Мұнайдың технологиялык классификациясы
19Көрсеткіштің аталымы
Кластың аталымы
Өлшем
бірлігі
Мәні
Тығыздығы
өте жеңіл мұнай
кПм'
04-800
жеңіл мұнай
3
кІІм
800-840
тығыздыгы орта
мұнай
3
кПм
840-880
ауыр мұнай
3
кПм
880-920
Тұткырлығы
аз тұткырлы
мм с
04-40
Тұткырлы
ммс
404-80
жоғары тұтқырлы
ммс
80
Көрсеткіштері
бойынша жіктелуі
Құрамы
Құрамындағы
I
II
III
IV
1.2Мұнай өңдеу үрдістері
Мұнай мен газды өңдеу үрдістері өздерінің дамуында сапалық та, сандық
өзгертулер болды. Қазіргі таңда мұнайгазөңдеу және мұнайхимиялық
өндірістерде жылу мен масса тасымалдау реакцияларының кезеңдерінің бір
уақытта ағуымен көп функционалды аппараттарды қолдану сай келетін біріккен
үрдістер көп қолданылады. Әсіресе, бүтін өнімнің сапа көрсеткіштерін
стандарттың талаптарына дейін жеткізу үшін көміртекті шикізатты өңдеудің аз
габаритті аз тонажды қондырғыларындағы көп функционалды аппараттарды
кең қолданылады (1.2 сурет).
1.2 сурет - Мұнай өндірісі
20 күкірттің үлесі, %
масс.
0,60-қа
дейін
0,61 -1,8
1,81-3,50
3,5-тен
көп
Қатты парафиндердін
үлес салмагы, %
масс.
П1
5ке дейін
П 2
5-10
П3
10-нан көп
Базалык майлардың
үлес салмагы, %
масс.
M 1
25-тен кем
емес
M 2
15-25
M 3
15-ке дейін
Тұткырлык индексі
И1
95-тен көп
И 2
90-95
И 3
85-90
И 4
85-тен
кем емес
350° С-ка дейін
айдалатын мөлдір
фракциялардың
Т1
55 кем емес
Т 2
45-55
Т 3
45 кем
емес
Мұнайды өңдеудің тереңдігін ұлғайту үшін, екіншілік үрдістердің үлесін
ұлғайту қажет, прогрессивті қондырғылар мен тиімді катализаторды жасап,
енгізу қажет.
Газды конденсатты, гелийді және басқа да бағалы өнімдерді алу арқылы мұнай
мен табиғи газды кешенді қолдану қарастырылған.
Қазіргі заманғы мұнай және газ өңдеу өнеркәсіптері, химиялық және мұнай
машина жасау зауыттарымен жеткізілетін, қазіргі заманғы құрал-жабдықтармен
қамтамасыз етілген мұнай және газдың біріншілік өңдеудің, каталитикалық
крекингтің, гидротазалаудың, риформингтің, майды депарафинизациялаудың,
битумды жасаудың және т.б. қуатты қондырғыларының кешендері болып
келеді.
Біріншілік өңдеуінің қазіргі заманғы қондырғыларының өнімділігі: мұнай 8,5-9
млн. тжыл және газ 5 млрд. М3жыл дейін жетеді. Екіншілік үрдіс (бензинді
екіншілік айдау, каталитикалық крекинг, пиролиз және т.б.) жүретін
қондырғылар қуаты көп өсті.
Техниканың қарқынды дамуына байланысты мұнай өнімдерінің ассортиментін
ұлғайту мен олардың сапасына сұраныстары әрі қарай ұлғаюы мұнай мен газды
өңдеудегі химиялық технологиялар үрдістерінің көп түрлерін қолдану
қажеттілігі туындады. Бұл жерде ректификация, абсорбция, экстракция,
адсорбция, кептіру, тұндыру, сүзгілеу және т.б. сияқты үрдістер, сонымен қатар
әр түрлі химиялық және каталитикалық үрдістер: пиролиз, каталитикалық
крекинг, риформинг, гидро тазалау және т.б айтылған. Бұл мұнайгазөңдеуді тек
отынмен, майлармен және басқа да тауар өнімдерімен ғана емес, оған қоса әр
түрлі синтетикалық өнім: пластикалық масса, синтетикалық каучук, химиялық
талшық, спирт, синтетикалық майлар шығаратын химялық және
мұнайхимиялық өндіріс салаларына арналған арзан шикізатпен қамтамасыз
етуге бағыттады.
Мұнай мен газды өңдеуде осынша әр түрлі үрдістерді жүргізу жұмыс
параметрлерінің өзгеруі үлкен аралықта жұмыс істейтін аппараттарлы
қолдануды қажет етті. Мысалы, температура 60 °С-ден (майды жасау
өндірісінде) 800-900 °С-ге (пиролиз) дейін, ал қысым терең вакуумнан (ауыр
мұнай қаллдықтарын өңдеуде) 150 МПа-ға (полиэтилен жасауда) дейін болуы
мүмкін. Бұл аппараттың есебіне және үрдіс жұмыс параметрлерін түсіндіруге
жоғары талап қояды.
Негізгі үрдістердің жіктелуінің негізіне әр түрлі принциптер қарастырылуы
мүмкін, бірақ оларды үрдістің жүргізу күшін тудыру мүмкіндігі бойынша
жіктеу дұрыс болып келеді.
Мұнай өндеу заводтардың технологиялық процестерін екі топка бөледі:
физикалық және химиялық (1.4 кесте).
21
Физикалық процестер арқылы мұнайды кұрамындағы компоненттереді
химиялык өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция,
абсорбция, кристалдану және т.б процестер жатады.
Химиялык өзгерістердің түріне байланыста үш топқа бөлінеді:
1.Деструктивті
процестерде шикізатгағы косылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалык көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі.
2.Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің өзінде
түзілетін сутектің катысуымен жүреді.
3.Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы оттегімен,
су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксидтерімен және т.б.) көміртек
оксидтерін, сутегі, әлементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.
Атмосфералык айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жаксартуға
ұшыратады: гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық
риформинг арқылы бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның
шикізаттарын жеке ароматты көмірсутектерді (бензол, толуол, ксилолдар және
т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазуттан мотор отындар компонентерінен шикізаты -
вакуумды газойлдің кең фракциясын (350-500°С), немесе кейінгі тазалау
процестеріне жіберілетін - жіңішке дистиллятты май фракцияларын алады.
1.4 к е с т е - Технологиялық процестердің жіктелуі
22Процестер тобы
Процестің аталымы
1
2
А. Физикалық
1. Тұзсыздандыру және сусыздандыру.
2. Атмосфералық және и вакуумды айдау.
3. Сольвентті деасфальттау.
4. Полюсті еріткіштермен экстракциялық
жаксарту.
5. Кристалдау аркылы депарафиндеу:
- адсорбциялык
- карбамидті
В. Химиялық
1. Деструктивті
Каталитикалық
Каталитикалык крекинг
2. Алкилдеу
3. Полимерлеу
Термиялық
1. Термиялық крекинг және висбрекинг
2. Кокстеу
3. Пиролиз
2. Гидрогенді
Каталитикалық
Термиялық
Каталитикалық
Термиялык
1. Гидрожакеарту
2. Гидрокрекинг
3. Гидрокаталитикалық риформинг
4. Гидроизомерлеу
5. Гидродепарафиндеу
6. Гидродеароматгау
1. Гидровисбрекинг
2. Гидропиролиз
3. Донорлы-сольвентті крекинг
4. Тотықтыру
1.Газдар синтезі және көміртек өндірісі
2. Элементарлы күкірт өндірісі
3. Демеркаптанизация
1. Битум өндірісі
2. Пектер өндірісі
3. Көмірлер мен кокстерді газдау
Мұнай кұрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге түрлі
әдістерді қолданады.
Оларға: айдау, ректификация, вакуумдык айдау,
адсорбция, абсорция, экстракция, крекинг.
Айдау.
Көмірсутектердің қайнау температурасы кұрамындағы
көміртек
атомдарының саны арткан сайын жоғарылайды. Керісінше, бензолдың буын
кайнау температурасынан төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа
айналады. Мұнайды айдап кұрам бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйыктың температурасы 80°С-ден
асқанда одан бензол ұшып шығады..
Аппараттағы температураны тағы 25°С градусқа көтерсек мұнайдан қайнау
температурасы 80-105°С аралықта жататын келесі фракция кұрамында С7 бар
көмірсутектер ұшып шығады. Осылай температураны 350°С-ға дейін көтере
отырып мұнайды басқа да құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Ректификация - екінші айдау. Мұнайдан кайнау температуралары өзара
біршама жақын жататын фракцияларды алу үшін қолданылады.
Екіншілік айдау арқылы автомобильдер мен авиажанармайларын бензин
фракцияларын алу үшін пайдаланады. Бензин фракцияларынан ары қарай
ароматтық көмірсутектер - бензол, толуол және т.б. алуға болады.
23
Вакуумдық айдау. Атмосфералык кысымда айдағанда қалдык ретінде мазут
бөлінеді. Мазут 350°С-тан жоғары температурада айдалады. Вакуумдық
айдаудың негізі болып мына қағида саналады: қысым азайған сайын
сұйықтықтың кайнау температурасы төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350-500°С
аралығында жататын фракциялар алынады (1.3 сурет).
Адсорбция. Бұл әдіс мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір
сорбенттің бетіне таңдамалы түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде
компоненттердің сорбиялану энергиялары да әр түрлі болады. Мұнайды
адсорбент арқылы өткізгенде оның бетіне белгілі бір компоненттер жақсы
адсорбцияланады да, қалғандары сұйықта қалады. Осылай мұнайды кұрам
бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі кездегі адсорбциялық қоңдырғылар
хроматографияға негізделген. Хроматографияның
ығыстырушы
және
элюгенттік деген түрлері бар.
1.3 сурет - Мазутты вакуумдық айдау фракциялары
Адсорбция - фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші
компонснтке сіңуі. Адсорбент (адсорбтеуші зат) - өзінің сыртқы бет қабатына
баска затты сіңіріп алатын зат (әдетте катты немесе сұйық заттар).
Абсорбция - фаза көлемінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі
(өндірісте ацетиленді табиғи газдың тотығу пиролизі- ацетон, метанол, аммиак
). Абсорбент - өзінің тек сыртқы бет қабатына ғана емес сонымен катар ішкі
көлем бойынша басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).
Десорбция - адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция - адсорбент және адсорбат
(адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында химиялық әрсккеттесу аркьшы
жүретін адсорбция процесі.
Адсорбция әдісі. Газ қоспасының құрамындағы белгілі бір компонентті
таңдамалы түрде өзінің бетіне сіңіретін кеуек қатты заттар қасиеттеріріне
негізделген. Капиллярлық құрылымды кеуек қатты
24
заттарда беттегі
адсорбциямен бірге капиллярлық конденсация құбылысы да жүзеге асады.
Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі қолданылады. Әдетте ол газдарды
органикалық булардан тазартуға, жағымсыз иістерді, газ тәрізді қоспаларды
және ұшқыш компоненттерді жоюға жұмсалады
Пиролиз деп затты тотықтармай-ақ термиялык жолмен ыдырату және өзгеріске
ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы олефиндерді - қаныкпаған
көмірсутектер (КС) алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді КС
колданылады. Пиролизге табиғи, қосалқы газдар және мұнай өнімдері
ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компоненттердің әркелкі
еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүргізеді. Сонда бөлініп
алынған әрбір фракцияның құрамында критикалық температуралары бір-біріне
жуық, олай болса құрылысы өзара ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалык еріткіш аркылы ерітінді кұрамындағы
бір компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.
Крекинг. Бұл термин (сгаскіng) ыдырату деген магынаны береді. Ол мұнайдың
ауыр фракцияларын жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады (1.4
және 1.5 суретке қара).
Үрдіс пен аппарат есебі әдетте жұмыс параметрлерінің, ағындарының,
конструктивті безендіру және т.б. әр түрлі нұсқаларымен сипатталатынын
айтып кеткен жөн. Бұл дербес ЭЕМ қолдануымен қарапайым мен тез
жасалатын есептеу жұмысының үлкен көлемінің орындалуын талап етеді.
Бірнеше нұсқалардың сәйкестендіру нәтижесінде кез келген критерий
(минималды салыстырмалы капиталды салым, минималды энергетикалық
шығын, тауар өнімінің максималды шығысы, минималды салыстырмалы
металл сыйымдылық және т.б.) қолданылатын оптималдысы таңдалуы мүмкін.
Оптималдық критериін таңдау үрдіс спецификасымен, оның бөлек
құраушыларының бағаларымен, керек материалдарының, хладагенттің, жылу
тасымалдаушының және т.б. бар болуымен жүргізіледі.
Үрдіс пен аппарат есептеуі құрал-жабдықтың жұмысының техникалық ақталған
және экономикалық мақсатқа лайықты шартын таңдауын қатамасыз ететін
негізгі факторлардың бірі болып табылады.
Стандартталған аппаратты қолдануда тексеру есептеуі жүргізіледі. Оның
мақсаты болып бар өлшемдер негізінде оның жұмысының режимі мен аппарат
өнімділігін түсіндіру, сонымен қатар берілген жұмыс шартында берілген
стандарт аппаратын қолдану мүмкіндігін табу табылады.
Химиялық технологияда кез келген үрдісті жүргізу басты күйде жылу
формасында берілетін энергия түрлері мен әртүрлі материалдарды қолданумен
25
байланысты. Материалды баланс массаны сақтау заңына, ал энергетикалық
(жылулық) - энергияны сақтауға негізделген.
Материалды да, энергетикалық та баланстар процес үшін де, оның бөлек
кезеңдері үшін де құралуы қажет.
Балансты қарым-қатынасты құру мақсаты қолданылатын аппарат типі мен
үрдіс заңдылығына сәйкес олардың таратылуы мен жоғалуын ескеру арқылы
заттар мен энергия ағынының үрдісінде қатысатындардың барлығын
шығарудан тұрады.
Материалды (немесе энергетикалық) баланстардың құру принципі жүйеге
енгізілетін заттардың ағыны, баланстың келу мақалаларын құраушылары
баланстың шығын мақалаларын құрайтын жүйеден шығатын заттар ағынына
теңгерілуі тиіс. Жалпы жағдайда баланстың шығын мақалаларына заттың
жоғалуы (немесе энергия) да енгізілуі тиіс.
Орнықпаған үрдіске баланс келесідей принцип бойынша құралады: баланстың
кіріс және шығыс мақалаларының арасындағы айырымы берілген уақыт
арасында жүйедегі заттың массасының (немесе энергияның санының) өзгеруіне
тең. Жеке жағдайларда мұндай өзгерулердің жоқ болуы орныққан үрдістің
материалды балансын алады.
Материалды және энергетикалық (немесе жылулық) баланстары теңдеу, кесте
немесе сәйкес заттар ағыны мен энергиясын көрсетумен сұлбасын құру болуы
мүмкін.
Үрдістер мен аппараттар үшін орындалатын есептің келесі үш түрлері
есептеледі: технологиялық, гидравликалық және механикалық.
Технологиялық есеп. Оны жүргізуде үрдістің жұмыс параметрлері
(қысым, температура және т.с.с.) түсіндіріледі, материалды және энергетикалық
ағындар анықталады және шығын нормалары нақтыланады.
Гидравликалық есеп. Оны жүргізу барысында аппараттың жұмыс
қимасының өлшемі мен жұмыс ортасының материалды және энергетикалық
ағындарының технологиялық есебінде алынатын қысым құлауы анықталады.
Механикалық есеп. Оны жүргізуде аппараттың қауіпсіз, сенімді және ұзақ
эксплуатациясын қамтамасыз ететін материалдың, аппарат элементтерінің
конструкциясының, қабырға қалыңдығының және т.б. таңдалуы түсіндіріледі.
26
Үдерістер
Массаалм
асу
Гидромехан
икалық
Механика
лық
Жылулық
Химиялы
қ
Айдау
Ректифика
Тұндыру
Сүзгілеу
Ұсақтау
Шашырат
Жылыту
Сууту
Крекинг
Косктеу
ция
у
Абсорбция
Центрге
Тасымалд
Булану
Пиролиз
тарту
ау
Десорбция
Адсорбция
Араласты
ру
Дозалау
Араласты
Конденса
циялау
Жүзу
Гидротаза
лау
Риформин
ру
г
Экстракци
я
Кептіру
Кристалда
ндыру
Қату
Полимерл
еу
Алкирлеу
Қышқылд
ау
Дегидрле
у
Изомерле
у
1.4 сурет-Мұнайгазөңдеу мен мұнайхимияның негізгі үдерістерінің жіктелу
сұлбасы
27
Аппараттар мен
машиналар
Массаал
масу
Гидромехан
икалық
Механик
алық
Жылулық
Химиялық
Айдау
кубы
Тұндыру
шы
Ұсақтау
шы
Жылыту
пеші
Бос
денелі
реактор
Ректифика
ция
Сүзгі
Диірмен
Суутуш
ы
Қозғалм
айтын
колоннасы
қабатты
реактор
Кристал-
дандыруш
Центрге
тартушы
Тасымал
даушы
Буланды
рушы
Қозғалат
ын
ы
қабатты
реактор
Десорбер
Араласты
рушы
Дозалау
шы
Конденс
атор
Араласт
ырушы
қондырғ
ысы бар
реактор
Адсорбер
Экстрактор
Циклондар
Электрод
егидрат
Араласт
ырушы
Жіктеуші
Жүзу
пеші
Кристал
-
дандыру
шы
Кептіргіш
Электроф
ильтр
Абсорбер
1.5 сурет-Мұнайгазөңдеу мен мұнайхимияның жылу үдерістерін жүргізуге
арналған аппараттар мен машинаны жіктелу сұлбасы
28
1.5 кесте балансты қатынастардың формаларының бірі, ал 1.6 суретте
баланстарды құруда қолданылатын ағындар сұлбасы көрсетілген.
1.5 к е с т е -Үдерістің материалды және жылулық баланс мақалалары
Келтірілген принциптерге сәйкес келесі баланс теңдеулерін жазуға болады.
Орныққан үрдіс үшін материалды баланс:
;
Энергетикалық (жылулық) баланс:
;
(1.1)
(1.2)
Орнықпаған үрдіс үшін материалды баланс:
;
Энергетикалық (жылулық) баланс:
;
(1.3)
(1.4)
Материалды және энергетикалық (жылулық) баланстардың бөлек
мақалаларының таладауы заттар мен энергияның жалпы ағынында олардың
29 Ағын және оның
шартты белгіленуі
Тығыз-
дық,
кгм3
Темпера-
тура, 0С
Энталь-
пия,
Джкг
Масса
ағыны,
кгс
Жылу
ағыны,
Вт
Кіріс
Мұнай (м)
'н
t 'н
h'н
G'н
Q'н
Жылы ағын (ж.а.)
'гс
t 'гс
h'гс
G'гс
Q'гс
Хладагент (суыт)
'суыт
t 'суыт
h'суыт
G'суыт
Q'суыт
Барлығы
Шығын
Газ (г)
"г
t"г
h"г
G"
Q"г
Бензин (б)
"б
t"б
h"б
G"б
Q"б
Бензинсізденді-
рілген мұнай (б.м.)
"б . м
t"б . м
h"б . м
G"б . м
Q"б . м
Жылы ағын (ж.а.)
"ж.а
t"ж.а
h"ж.а
G"ж.а
Q"ж.а
Хладагент (суыт)
"суыт
t"суыт
h"суыт
G"суыт
Q"суыт
Шығындар (шығ)
"шыг
t"шыг
h"шыг
G"шыг
Q"шыг
Барлығы
салыстырмалы рөлін анықтауға және ағындардың өзара байланысын анықтауға
мүмкіндік береді. Жүріп жатқан өндірісті талдауда материалды және жылулық
баланс шығындардың өлшемін және оның көзін анықтауға, сонымен қатар
олардың төмендеу жолдарын белгілеуге мүмкіндік береді.
1.6 сурет-Материалды және энергетикалық балансты құруға арналған сыртқы
ағындардың сұлбасы
Энергетикалық балансты құруда энергияның бір түрінен екінші түріне
ауысуына, жылудың бөлуімен немесе жұтуымен, химиялық реакцияның жылу
эффектілерімен және т.б. жүретін заттардың агрегатты күйінің өзгеруіне
ерекше көңіл аудару қажет.
30
Материалды баланс жалпы массаның ағыны бойынша да, бөлек заттары немесе
атомдардың түрлері бойынша да, мысалы көміртек, сутек, күкірт және т.б.,
құрылуы мүмкін.
Аппарат үшін жалпы құралған материалды және энергетикалық баланс
заттардың сыртқы ағыны, яғни берілген жүйеге кіретін және одан шығатын
ағыны, мен энергиясын есептеуге мүмкіндік береді.
Аппарат өлшемін анықтау үшін (көлденең қимасын, биіктігін, ішкі
құрылығысының өлшемін және т.б. анықтау) заттардың сытқы ағыны мен
энергиясын анықтау жеткіліксіз, аппараттың ішіндегі сәйкес қималарында
материалды және жылу ағынын анықтау қажет. Өздерінің өлшемдері бойынша
ішкі ағындар сыртқыларынан үлкен болуы мүмкін, оған қоса онда қысым,
температура мен жылуфизикалық құрамының әсернен аппарат биіктігі (оның әр
қимасы) бойынша өзгерістер болуы мүмкін.
Аппараттың кез келген қимасында I мен G ішкі ағынын анықтауын түсіндіретін
сұлба 1.7 суретте келтірілген. Көрсетілген ағынды анықтау үшін аппаратты
бізге керекті қимасынан 1 -- 1 кесіп аламыз (1.6 сурет) және бөліктерінің біреуін
(1.7 сурет, а,б) алып тастаймыз.
1.7 сурет - Ішкі ағындарын анықтауға арналған сұлба а-аппараттың жоғарғы
бөлігі (1 -- 1), б-аппараттың төменгі бөлігі (1 -- 1 қимасынан төмен)
Алынып тасталынған бөліктің әрекетін ішкі ағындармен алмастырады. Сосын
1.7 суретте көрсетілген екі нұсқаның біреуіне материалды және энергетикалық
баланс теңдеуін жазады. Мысалы, 1-1 қимасының үстінде орналсқан
аппараттың бөлігіне материалды және жылу балансы келесідей:
материалды баланс
31
жылулық баланс
;
.
(1.5)
(1.6)
Ішкі ағындардың H G мен hL белгілі ағындары арқылы 1.5 және 1.6 теңдеуден I
және G ішкі ағындарын анықтауға болады.
Аппараттың бірнеше қималары үшін сәйкес есптерді жүргізіп, оның сәйкес
қималарының өлшемдерін анықтайтын аппараттың жұмыс зонасында ағын
мәндерін аламыз.
Аппараттың әр түрлі қималарындағы ішкі ағындарының мәндерінің өзгеруін
материалды және жылулық баланс теңдеуін бір уақытта талдау арқылы ғана
шығаруға болатынын ескеру қажет.
Сәйкес үрдісті жүргізуге арналған өндірістік аппаратты жасауда алынатын
өнімнің сапасына бірілген талаптары үшін аппараттың өлшемін және оның
өнімділігін анықтайтын негізгі заңдылықтарды білу қажет. Бұл заңдылықтарды
алудың негізі үрдістің маңызды жақтарының терең білімінде жинақталған
тәжірибе болып табылады. Ол салыстырмалы түрде азғантай масштабтағы
қондырғыда тәжірибені жүргізу арқылы үрдіс пен аппараттардың үлгілеуін
жүргізуге мүмкіндік береді. Теңдеу, график немесе кесте түрінде көрсетілген,
алынған мәліметті өндірістік аппаратты есептеу үшін қолданады.
Қазіргі үлгілеу теориясы келесідей үш түрде көрсетілуі мүмкін:
- физикалық үлгілеу;
- гидравликалық үлгілеу;
- математикалық үлгілеу.
Физикалық үлгілеу өндірістік шарттарда жүргізуге болжалатын нақты жұмыс
жүйелерінде және жұмыс параметрлерінде үрдістің негізгі заңдылықтарын
зерттеуде негізделген. Физикалық үлгілеу орындалатын қондырғы өндірістік
қондырығылардан өздерінің өлшемдері мен ағындар мәндерімен ерекшеленеді.
Аппараттардың конструкциясы өндірістегіге ұқсамауы да мүмкін. Үлгі
қондырғысында олардың арасындағы байланысты анықтау үшін үрдістің негізгі
жұмыс параметрлерін (температура, қысым, концентрация, ағын жылдамдығы
және т.б.) қарастырады.
Гидравликалық үлгілеу шын нақты өлшемге аппараттың негізгі жұмыс
элементтерінің фрагменттерін қосатын арнайы стендте жүргізіледі. Жұмыс
ортасы ретінде үлгі жүйесін: су, ауа, құм және т.б.қолданады.
Гидравликалық үлгіледе әр түрлі түрдегі байланыс жабдықтары үшін
аппараттың гидравликалық кедергісі мен өнімлігін анықтайтын заңдылықтарды
қарастырады.
32
Физикалық және гидравликалық үлгілеу мәліметтер бойынша үрдістің
оптимады шартын және аппараттың өлшемін таңдауға болады.
Математикалық үлгілеу соңғы кездері дербе ЭЕМ-нің көп қолдануы барысында
дамыды. Үлгілеудің бұл түрі физикалық және гидравликалық үлгілеудің бағалы
толықтыруы болйып табылады.
Математикалық үлгілеу деп үрдісті немесе аппарат жұмысын жүргізуінің
оптималды шартын шығару мақсатында сәйкес бастапқы және шекаралық
шарттарда үрдіс теңдеуінің жүйелерін жасау мен талдауды айтады. Бұл әдісті
қолдану үрдістің негізгі заңдылықтарын жеткілікті терең білуін қажет етеді.
Математикалық үлгілеу келесідей негізгі кезеңдерге бөлінеді:
a) бастапқы және шекаралық шарттарының теңдеулер жүйесін құру;
б) ЭЕМ қолдану арқылы теңдеулр жүйесін талдау (үлгі деформациясы);
в) физикалық және гидравликалық үлгілеу мәліметтерінің негізінде үлгі теңдеу
параметрлерін түзеу;
г)үлгінің нақты нысанға сәйкестігін тексеру (үлгінің нысанға барабарлығына
тексеру) және егер қажет болған жағдайда үлгіге түзетулер енгізу.
Үлгінің деформациясымен байланысты (б) кезең сол немесе басқа да
айнымалылар үрдістің соңғы көрсеткіштеріне (өнімің шығысы, шикізат
конверсиясының дәрежесі, өнімнің тазалығы және т.б.) әсерін және одан ең
маңыздысын шығаруына мүмкіндік береді. Бұл кезең физикалық тәжірибені
толықтырады да, сонымен қатар оны алмастырмайды да.
Үлгінің деформация кезеңінен кейін физикалық және гидравликалық үлгілеуді
жүргізу (в) кезең - мақсатқа бағытталған және тәжірибелердің аз көлемінде
орындалуы мүмкін.
Математикалық үлгілеу тәжірибе мәліметтеріне негізделген болғандықтан
өндірістік нысандар есептеулерінде қолданылатын үлгінің теңдеулерінің
параметрлерін нақтылауды талап ететін (в,г) кезеңдері пайда болады.
Математикалық үлгілеудің бұл кезеңдерінде ұқсас үлкейтілген немесе
өндірістік қондырғыларда алынған мәліметтер кең қоланылады.
Есептік тәуелділіктерді алу мақсатымен тәжірибелік мәліметтерді өңдеуді
осындай үрдістердің жалпы класы үшін теңдеулерді қолдануға рұқсат ететін
ұқсастықтың өлшемсіз критерийлерін қолданумен орындайды. Егер үлгінің
теңдеуі жақсы жасалған болса және оның формасы есептік инженерлі
практикаға ыңғайлы болса, онда сәйкес теңдеулер параметрлері тәжірибелік
мәліметтер негізінде анықталады.
Қазіргі уақытта дербес ЭЕМ қолданушыларына мұнайгазөңдеудің және
мұнайхимияның аппараттарының және үрдістерінің математикалық үлгілеуіне
арналған әр түрлі бағдарламалар жасалған. Бағдарламалардың көп бөлігі кем
дегенде үш құраушыдан тұрады: физикалық құрылымының есептері бойынша
33
Институтпен (Design Institute for Physical Property Research) және Америка
химия инженерлер Институтымен (American Institute of Chemical Engineers)
және т.б. жасалған жеке компонент құрамы бойынша мәліметтер қорының
кітапханасы; бір немесе бірнеше есептеулер әдісін қолданумен ақпаратты
өңдеу құралдары; физикалық құрамы бойынша мәліметтердің синтезі үшін
алгоритм, мысалы регрессия әдісі арқылы.
Америкалық Simulation Sciennces Inc. (Бри, Калифорния шт.) компаниясы
мұнайгаз өңдеу, химиялық және газ өндірістерінде инженерлі есептер үшін
бірнеше бағдарламалар жасады. Оның ішінде технологиялық үрдістерді
үлгілеуге және оптималдауға арналған PROII, жылуалмасу жүйесін үлгілеуге
арналған HEXTRAN, зауыт құбырларын есептеу үшін INPLANT, динамикалық
үлгілеу үшін PROTISS бағдараламаларын айтсақ болады. Simulation Sciennces
Inc компаниясының бағдарламалары үлгілеу бойынша мәліметтерді енгізуі мен
талдауын жеңілдететін Microsoft Windows негізінде PROvision графикалық
интерфейісімен толықтырылған.
Статикалық және динамикалық үлгілеуге арналған Hysys атты интегралданған
бағдарлама пакетін канадалық Hyprotech Ltd. (Калгари, пров. Альберта)
фирмасы жасап шығарған.
Hysys жүйесі оның икемдеушілігін және әмбебаптығын жетілдіру үшін С++
тілінде қайта жазылған.
Негізінен мұнайгаз өндірісіне арналып жасалған Chem-stations Inc. (Хьюстон)
американдық компаниясының ChemCad III бағдарламасын және Bryan Research
& Engineering (Брайен, шт. Техас) компаниясының Prosim үлгілеу
бағдарламасын да айтып кеткен жөн. Prosim бағдарламасы шикі мұнайды
бөлумен және табиғи және мұнай газын өңдеумен байланысты есептерді
шешуге мүмкіндік береді. Мысалы, гликолмен құрғату, сұйық мұнай газдарын
бөлінуі мен фракционды бөлу. Оған ұқсас Tsweet бағдарламасы газдарды
аминмен тазалау үрдістері үшін арнап жасалған.
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
Крекинг - мұнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин фракциясын
кұрайтын кіші молекулаларға ыдырату. Мұнай өндеуде бензин фракцияларына
үлкен көңіл бөлінеді. Саны жағынан да, сапасы жағынан да жоғары бензин
алуға тырысады.
Крекинг мұнай өңдеу процесінің тереңдігін жоғарылатты. Бензин, керосин,
дизель отыны алынатын мөлдір фракциялар мөлшері 40-45%-тен 55-60%-ке
дейін өсті.Жаңа технологиялар көмегімен май өндірісінде мазуттың шикізат
34
ретінде пайдаланыла бастауы крекингтің ең маңызды жетістігі болып
табылады.
Крекинг процесінде катализаторды колдану жоғарыоктанды отынның шығу
мөлшерін арттырды және технологиялык параметрлерді одан әрі жетілдірді.
Термиялық процеспен салыстырғанда, каталитикалық крекинг тезірек өтеді.
Крекинг процесі кезінде көмірсутек сымдары үзіледі және қарапайым шектеулі
жәңе шектеусіз көмірсутектер пайда болады. Алкандар үшін катализатор
катысында крекинг реакциялары төмендегі түрде өтеді:
-тотығу және полимеризациялану процестері катализ нәтижесінде пайда болған
көмірсутектер бойында жүрмейді, себебі катализ нәтижесінде осы процестер
тән болып келетін шектеусіз көмірсутектер мөлшері азаяды. Мұндай бензин
сақтауда тұрақты болады.
Катализдік крекингтің термиялық крекингпен салыстырғандағы негізгі
артықшылықтары:
1.Процесті каталитикалық жылдамдатудың нәтижесінде, процесті төменірек
температурада және төменірек қысымда жүргізуге болады.
2.Катализатордың селективтік әсері жинақталуға алып келетін процесстерді
жеделдетеді - хош иісті, изопарафиндік жәнс изоолефиндік үлкен октандық
саны бар крекинг - бензиндерде анықталған.
Каталитикалық крекингтің негізгі мақсаты тек сапалы отынның қосымша
мөлшерін алу ғана емес, сонымен қатар мұнайды пайдалану мүмкіншіліктерін
ұлгайту. Каталитикалык крекинг ары қарай химиялық өндеуге түсетін ароматты
көмірсутектер алуға мүмкіндік береді. Бәріміз білетіндей, химиялық өнімнің
25%-тен көбі мұнай өңдеу өндірісінен алынады.
35
1.8 сурет - Каталитикалық крекинг қондырғысы
Крекинг процесіңде катализаторлар ретінде алюмосиликаттар, хром, алюминий
оксидтері және т.б. сиякты кышқылды функциялы заттар кең колданылады.
КК катализаторларының ерекшеліктері болып олардың тез дезактивизациясы
саналады. Катализатордың қуыстары 10-15 минут жұмыс арасында кортқы
көмірмен толтырылып отырады. Сондықтан да крекинтті катализатордын
регенерация процесімен кезектестестіріп отыру қажет. Жұмыс циклін және
регенерацияны жиі ауыстырып отыратын катализдік процесстер циклдік деп
аталады.
Регенерация - катализатор бетінен 540-680 -ғы ауамен қортқы көмірді және
шәйір жинағын жандыру құбылысы. Катализаторды жергілікті қызып кетуден
корғау үшін ауаны инерттік газдармен араластырады.
Катализдік крекингтің вакуум-дистилятта жұмыс атқаруындағы типтік
параметрлері (фр.350-500°С):
- температурасы 450-480°С;
36
- қысымы 0,14-0,18 МПа.
Қорытындылағанда көмірсутегі газдар (20%), жанармай фракциясы (50%),
дизель фракциясы (20%) алынады. Қалғандары ауыр газиольға немесе крекинг-
калдыкка, қортқы көмір және шығындарға кетеді. Катализатор бетінде әр 10-15
минут сайын қортқы көмір жиналып отырады. Сондықтан крекингті
катализатордың регенера-ция процесімен алмастырып отырады.
Процесті жүргізудегі технологиялык сұраныстар берілген октан санды бензин
фракцияларының шығуымен анықталады.
Термиялық крекингтегідей
каталитикалық крекингте температураны көтеру газтәріздес көмірсутектер
шығымының артуына және соған сәйкес сүйық көмірсутектердің шығымының
төмендеуіне алып келеді. Бүл жағдайда заттар салмағының газдық және
сұйықтык фазасының орташа молекулярлық салмагы төмендейді,
соныменқатар қортқы комірдің пайда болуы өседі. Сондықтан процес
катализаторларына ерекше көңіл бөлінеді.
Крекингтік бірінші қолдан жасалған катализаторы болып алюмосиликатты
формаланатын диаметрі 3 мм жуык түйіршек түріндегі катализаторлар болды.
Оның негізі болып табиги қуыстығы, алдымен мұнай ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
8
9
10
Аннотация
Темой данного дипломного проекта является автоматизация
регулирования технологического процесса реакторно-регенераторного блока
установки коталитического крекинга.
Данная работа включает в себя описание технологического процесса,
разработку принципиально
-
технологической схемы
реакторно-
регенераторного блока.
Разработана схема автоматизации, осуществлен
выбор необходимого оборудования, система исследована на устойчивость,
произведен расчет параметров регулятора и написана программа системы
автоматизаций объекта на контроллере.
В экономической части был расчитан строительно-пользовательский
расход автоматизированной системы реакторно-регенераторного блока и была
определена экономическая эффективность.
В разделе безопасности жизнедеятельности произведен
заземление диспетчерного пункта нефтеперерабатовающего завода.
Аңдатпа
расчет
Осы дипломдық жобаның тақырыбы
- каталитикалық крекинг
қондырғысындағы реактор-регенератор блогындағы технологиялық
процесстің автоматты реттеу жүйесін құру болып табылады.
Осы жұмыс реактор-регенератор блогының технологиялық үрдісінің
бейнелеуінен, приципиалдық - технологиялық сұлбасын жасаудан тұрады.
Автоматтандыру сұлбасы жасалып, қажетті құралдар таңдалған, реттеуіштің
параметрлері есептеліп, жүйе орнықтылыққа зерттелген және контроллерде
объектті автоматтандыру жүйесінің бағдарламасы жазылған.
Экономикалық бөлімде реактор-регенератор блогының автоматтандыру
жүйесінің құрылыстық-пайдалану шығындары есептелінген және
экономикалық тиімділігі анықталған.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде мұнай өңдеу зауытындағы
диспетчерлік пунктінің электрқауіпсіздік шаралары қарастырылып,жерге
тұйықталу есептелінді.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері және ерекшеліктері, жіктелуі
1.2 Мұнай өңдеу үрдістері
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
1.4 Каталитикалық крекингтің технологиялық сұлбасы
2 Арнайы бөлім
2.1 Каталитикалық крекинг процесінің автоматты басқару жүйесін құру
2.2 АБЖ буындары және жүйенің математикалық модельдері
7
8
8
13
26
29
32
32
37
2.3
Жүйені орнықтылыққа зерттеу және ПИ-реттеуішінің
42
көрсеткіштерін анықтау
2.4 Бағдарламалық қамтамасыздықтың сипаттамасы
2.5 Символдар кестесін және бағдарламаның орындау алгоритмі құру
2.6 Жоғарғы деңгейлі бағдарламаның қамтамасыздықты өңдеу
3 Экономикалық бөлім
3.1 Бизнес - жоспар
3.2 Экономикалық көрсеткіштерді есептеу
3.3 Маркетинг жоспары
3.4 Қаржылық жоспар
4 Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімі
4.1 Еңбек шартын талдау
4.2 Электрқауіпсіздік
4.3 Жерге тұйықталуды есептеу
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Қосымша А
50
51
54
50
50
50
50
50
58
58
59
65
71
72
74
80
КІРІСПЕ
12
Қазіргі таңда дүниежүзілік экономикада мұнайдың алатын орны
ерекше.Бүгінгі дамыған заманда мұнай және оның өнімдеріне деген сұраныс
күннен-күнге артуда.
Мұнайдың құрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуде әр түрлі
әдіс қолданылады.Атап айтсақ: айдау, ректификация, вакуумдык айдау,
адсорбция, абсорция, экстракция,каталитикалық крекинг.
Каталитикалық крекинг - мұнайдың екінші ретті өңдеу процесіне жатады.Бұл
процесс мұнайды терең өңдеп,жанармай түрлері мен мұнайхимия өнімдерін
береді.Каталикалық крекинг процесінің кең етек алуы отандық автопарктің
дамуымен байланысты.
Каталикалық крекингті басқару - тіпті оңай процесс емес.Ол келесі
жағдайлармен түсіндіріледі.
Біріншіден,қазіргі заманғы технологиялық қондырғы бір-бірімен
материалды және энергетикалық ағындармен байланысқан реактор,колонна
сияқты түрлі аппараттардан тұрады.Және операторға процестің орындалу
барысына араласу туралы шешім қабылдау үшін үлкен көлемді ақпаратты
өңдеп шығуы керек.
Екіншіден,қондырғыда өте күрделі,толық зерттелмеген физика-
химиялық процесстер жүреді.Бұл процесстерге көп жағдайда кездейсоқ
сипатты келетін ауытқулар үлкен ықпал етеді.Және де ауытқулардың бір
бөлігі тікелей бақылауға қол жетімсіз болғандықтан жақсы нәтижелерді алу
қиындық тудырада.Бұл мәселені шешуде математикалық модельдер мен
оларды қолдану әдістерін білумен қатар техникалық құрал-жабдықтар қажет.
Каталитикалық крекинг қондырғысын басқару қиындығы,оларды нақты уақыт
масштабында шешу,өңдеуді қажет ететін үлкен көлемді ақпарат-осының
барлығы каталитикалық крекинг қондырғысындағы технологиялық
процесстердің автоматты басқару жүйесін құруға себеп болды.
Бұл дипломдық жобада нақтылы үлгіде мұнайды екіншілік өңдеу өндірісінің
технологиялық үрдісінде каталитикалық крекинг қондырғысының реактор
мен регенератор блогындағы қысымды реттеуді автоматтандыру жүйелері
қарастырылады. Қажетті құрылғылар таңдалынып, математикалық модельдері
құрастырылды. Қысым реттеуіштің параметрлері анықталып, жүйе
орнықтылыққа зерттелді. Контроллер техникасын қолдану арқылы қысым
реттеу жүйесінің бағдарлама техникалық кешені құрастырылды.
Экономикалық бөлімде реактор-регенератор блогының автоматтандыру
жүйесінің құрылыстық-пайдалану шығындары және экономикалық тиімділігі
есептемесі жүргізіледі.
13
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде диспетчерлік пунктінің
электрқауіпсіздік шаралары қарастырылып және жерге тұйықталу есептелді.
Материал баяндауы MATLAB және STEP7, ProToolPro компьютерлік
замандас интеграцияланған жүйе мүмкіншіліктерінің қолдануына негізделеді.
14
1 Технологиялық бөлім
1.1 Мұнайдың қасиеттері және ерекшеліктері, жіктелуі
Қазіргі кездегі қолданатын жанармайлар, майлау майлары, пластикалық
майлардың негізгі, тежегіштік және бәсеңдеткіштік сұйықтар мұнай өңдеудің
өнімдері болып табылады. Мұнай газдарының өнімдері - синтетикалық қаптау
материалдары, пласмасстар, резиналық бұйымдар конструкторлық, жөндеу
материалдары ретінде кеңінен қолдануда. Былайша айтқанда металл емес
материалдардың дені Жер қойнауының өнімдері болып саналып, қазіргі
көліктік техника да кеңінен қолданады. Жер қойнауының өнімдері - мұнай,
көмір шым тезектер мен түсті және қара металдардың кендері негізгі шикі
заттары болып келеді. Осының ішінде мұнай өңдеуінің қағидаларына тоқталып
кетсек.
Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және
химиялық сипаттамалармен аныкталады. Онын тығыздығын, тұткырлығын,
химиялық кұрамын осы және басқа да көптеген касиеттерінің өзгеру
заңдылықтарын білмейінше мұнайдын сапасын, сәйкесінше оның бағасын және
өндеу сұлбасын аныктау мүмкін емес.
Мұнай - тұтқырлы майлы сұйық түрі қарақоңыр, кейде жасыл қоңыр, көмір
сутегі құрамында 99 % шейін жететін, ал құрлысы жағынан әртүрлі болып
келеді. Оның құрамына кіретін көмір сутектері үш класқа бөлінеді:
- парафиндік;
- нафтендік;
- ароматтық.
Мұнай құрамына кіретін көмір сутегінің молекуласындағы атомдардың
сандары бірнеше мәндермен анықталады. Қарапайым парафиндік
көмірсутектері екі, үш және төрт атомды көміртегі әдеттегі жағдайда газ болып
келеді де, кейбір мұнайлардың құрамында ертінді күйінде болуы да мүмкін.
Көмір сутегін құрымындағы көміртегін атомдар саны бестен және одан жоғары
молекулада болған жағдай сұйық түрде болуы мүмкін. Парафин қатарындағы
көмір сутегінің құрамындағы атомдар саны он жетіден және одан жоғары
атомды көміртегі қатты зат болып, мұнай құрамында ертінді ретінде кездеседі.
Көмір сутегінің бұндай әртүрлігі мұнайлардың қайнау температурасы тұрақсыз
және қыздырған кезде булану температурасының шегі бірнеше мәнді
қабылдайтынын көрсетеді. Мұнайдың басым көпшілігін жай ғана қыздырғанда
30 ... 40 0С шамасында, олар буланып, жеңіл көмір сутегілері тез қайнап кетеді.
Ал қыздыру температурасын одан әрі жоғарылатқан жағдайда мұнайдан
ауырақ, көмірсутегілері қайнап бөліне бастайды. Мұнайдың бұлай бөлшектену
15
қасиетін мұнайдың анықталған температура шегінде фракцияға бөліну қасиеті
деп атайды.
Температура бойынша көмірсутегін мұнай деп бөлшектеу іс амалын тура айыру
дейді.
Атмосфералық қысым жағдайда мұнайды тура айыру үрдісін мұнай өңдеуде ең
қажетті түрдегі алғашқы іс-амалы ретінде қолданылады.
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның элементік
құрамы бес химиялық әлементтің - көміртек, сутек, оттек, күкірт, азот міндетті
түрде болуымен сипатталады (1.1 сурет).
1.1 сурет - Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы
Мұнайдың элементтік құрамы көптеген мұнайлар үшін:
-көміртек (С) - шамамен 83 - 87 %;
-сутек (Н) - 12-14 %-ке дейін;
-оттек (О) - 0,05 - 3,6 %;
-азот (N) - 0,00001 - 1,7 %;
-күкірт (S) - 0,02 - 14%.
Молекулалық құрамы бойынша мұнайды көп жағдайда кіші, орташа және
жоғары молекулалық деп үш бөлікке бөлуге болады.
16
Мұнайдың кіші молекулалық құрам бөліктері:
1.Парафиндер (алкандар) Cn H 2 n 2
- (қаныққан көмірсутектер, алкандар)
біршама химиялық тұрақты қосылыстар.
Атмосфералық қысым жағдайында құрамындағы көміртек атомдарының
санына байланысты алкандардың фазалық күйлері: C1 - C4
- газтәріздес
қосылыстар, C5 - C16 - сұйықтар, С16 - қатты заттар.
2. Нафтендер - құрамындағы көміртек атомдары 4-тен көп циклді қосылыстар.
Мұнайлар құрамында негізінен циклопентан C5 H10 , циклогексан C6 H12 және
олардың гомологтары кездеседі (25-тен 75%-ке дейін).
Мұнайдың орташа молекулалық құрам бөліктеріне: Арендер (ароматтық
көмірсутектер):
Cn H 2 n 6 -моноциклді ароматтық көмірсутектер,
Cn H 2 n 8
-
бициклді аралас көмірсутектер, Cn H 2 n 12 - бициклді ароматтық көмірсутектер.
Мұнайдың жоғары молекулалық құрам бөліктері:
1. Күрделі арендер - құрамында үш, төрт және бес конденсирленген бензол
сақиналары бар күрделі полициклді ароматтық көмірсутектер.
2. Асфальтендер мен шайырлар - жоғары молекулалық қосылыстар. Бұлардың
құрамына мұнай құрамында кездесетін барлық көмірсутектер кластарының
жоғары молекулалық өкілдері кіреді. Асфальтендер бензинде ериді, шайырлар-
ерімейді.
Мұнай құрамындағы гетероатомдық қосылыстарды
оттекті,
азотты,
күкіртті, минералды деп бөлуге болады. Олар:
Оттекті қосылыстардың мұнай құрамындағы үлес салмағы көп жағдайда
10%-тен аспайды. Олар қышқылдар, эфирлер, фенолдар және т.б. түрінде
кездеседі. Мұнай фракцияларындағы оттектің үлес салмағы оның қайнау
температурасы артқан сайын өсе түседі. Мұнай құрамындағы оттектің 90-95%
мөлшері асфальтендер мен шайырлардың үлесіне тиеді.
Азотты қосылыстарды азотты негіздер мен нейтрал азотты қосылыстар деп
үлкен екі топқа бөледі. Мұнай құрамындағы нейтрал азотты қосылыстар
пирролдың арил туындылары және қышқылдардың амидтері түрінде кездеседі.
Мұнай фракциясының қайнау температурасы артқан сайын оның құрамындағы
нейтрал азотты қосылыстардың үлес салмағы арта түседі де, ал негіздік азотты
қосылыстардікі кемиді.
Күкіртті қосылыстар мұнайлар құрамында біркелкі тарамаған. Көбінесе
олардың үлес салмағы мұнай фракциясының қайнау температурасы артқан
сайын арта түседі. Күкірт мұнай және мұнай өнімдері құрамдарындағы бірден-
бір кең тараған гетероэлемент болып саналады.
Мұнай құрамында күкірт еріген элементар күкірт, күкіртті сутек, меркаптандар,
сульфидтер, дисульфидтер мен тиофеннің туындылары түрінде, сонымен бірге
17
құрамында бір мезгілде күкірт, азот және оттек атомдары болатын күрделі
қосылыстар түрінде де кездеседі.
Минералды қосылыстар мұнайлар құрамында металдар, қышқылдар тұздары,
металдардың комплексті қосылыстары түрінде, сонымен бірге минералды
қосылыстардың коллоидтық ерітінділері түрінде кездеседі.
Мұндай қосылыстардың құрамдарына кіретін элементтерді микро-элементтер
деп атайды. Олардың мұнай құрамындағы үлес салмағы 2-тен 10 %-ке дейін
жетеді.
Мұнайлар құрамында көптеген металдар, мысалы сілтілік және сілтілік жер
металдар, сонымен бірге мыс, мырыш, бор, ванадий топшасының металдары
кездеседі. Мұнайлар құрамдарында нағыз бейметалдарда кездеседі.
Мұнайдың фракциялық құрамы.
Мұнайдың әрбір фракциясына бастапқы және соңғы қайнау температуралары
тән. Қайнау температурасы 3500С-тан аспайтын фракцияларды атмосфералық
қысымнан біршама жоғары қысымда бөліп алады, оларды мөлдір дистиляттар
(фракциялар) деп атайды. Фракциялардың атауларын олардың пайдалануына
қарай береді.
Мазут-мөлдір дистилляттарды бөліп алғаннан кейінгі қалған қалдық. Оны ары
қарай құрғақ айдайды. Құрғақ айдағаннан кейінгі түзілетін қалдықты гудрон
деп атайды.
1.1 к е с т е - Мұнайдын фракциялық кұрамы
Сонымен қатар мұнайлар физикалық және химиялык сипаттамалар және ауыр
калдықтардың кұрамы бойынша жіктелінеді (1.2 кесте).
Генетикалық жіктелу мұнайлар құрамында жоғары және төмен өсімдіктер
қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит-сапропелді, сапропелді және
сапропелді-гумитті болып үш типке бөлінеді. Компонеттердің анаэробты
ортада өзгеру дәрежесіне қарай типтер кластарға және топтарға бөлінеді.
18Қайнау температурасы
Фракциялар
Молекуладағы көміртек
атомдарынын мөлшері
32°С төмен
Көмірсутекті газдар
1-4
32-105°С
105-160°С
Бензин
Нафта (лигроин)
5-12
8-14
160-230°С
230-430°С
430°С жогары
Керосин
Газойль
Мазут
12-18
14-20
20-45
1.2 к е с т е - Мұнайды физикалык сипаттамалар бойынша жіктелу
Технологиялык жіктелу.
Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге сәйкес мұнайларды былай
жіктейді (1.3 кесте):
1. құрамыңдағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт класқа бөледі (I II
III IV);
2. 350°С-ка дейін айдалатын фракциялардың шығымына карай үш түрге бөледі
( T1 T2 T3 );
3.
базалык майлардың
үлес
салмақтарына
карай
үш
топқа
бөледі
( M1 M 2 M 3 );
4. тұткырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі ( И1 И 2 И3 И4 );
5.
қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге бөледі
( П1 П2 П3 ).
Күкірттің массалык үлесі бойынша азкүкіртті мұнай - I класқа, күкіртті - II
класка, жоғарыкүкіртті - III класқа, аса жоғары күкірт-ті - IV класқа жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұнай - П1 түрі,
парафинді мұнай - П 2 түрі, жогарыпарафинді - П3 түрі болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түрлердің
көрсеткіштерімен жүйелі құрастырылған шифрімен сипатталады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай нөмірі төмен топқа жатса, ал
екінші көрсеткіш арқылы нөмірі жоғары топқа сәкес келетін болса, онда
мұнайды нөмірі жоғары болатын топка жатыстырады.
1.3 к е с т е - Мұнайдың технологиялык классификациясы
19Көрсеткіштің аталымы
Кластың аталымы
Өлшем
бірлігі
Мәні
Тығыздығы
өте жеңіл мұнай
кПм'
04-800
жеңіл мұнай
3
кІІм
800-840
тығыздыгы орта
мұнай
3
кПм
840-880
ауыр мұнай
3
кПм
880-920
Тұткырлығы
аз тұткырлы
мм с
04-40
Тұткырлы
ммс
404-80
жоғары тұтқырлы
ммс
80
Көрсеткіштері
бойынша жіктелуі
Құрамы
Құрамындағы
I
II
III
IV
1.2Мұнай өңдеу үрдістері
Мұнай мен газды өңдеу үрдістері өздерінің дамуында сапалық та, сандық
өзгертулер болды. Қазіргі таңда мұнайгазөңдеу және мұнайхимиялық
өндірістерде жылу мен масса тасымалдау реакцияларының кезеңдерінің бір
уақытта ағуымен көп функционалды аппараттарды қолдану сай келетін біріккен
үрдістер көп қолданылады. Әсіресе, бүтін өнімнің сапа көрсеткіштерін
стандарттың талаптарына дейін жеткізу үшін көміртекті шикізатты өңдеудің аз
габаритті аз тонажды қондырғыларындағы көп функционалды аппараттарды
кең қолданылады (1.2 сурет).
1.2 сурет - Мұнай өндірісі
20 күкірттің үлесі, %
масс.
0,60-қа
дейін
0,61 -1,8
1,81-3,50
3,5-тен
көп
Қатты парафиндердін
үлес салмагы, %
масс.
П1
5ке дейін
П 2
5-10
П3
10-нан көп
Базалык майлардың
үлес салмагы, %
масс.
M 1
25-тен кем
емес
M 2
15-25
M 3
15-ке дейін
Тұткырлык индексі
И1
95-тен көп
И 2
90-95
И 3
85-90
И 4
85-тен
кем емес
350° С-ка дейін
айдалатын мөлдір
фракциялардың
Т1
55 кем емес
Т 2
45-55
Т 3
45 кем
емес
Мұнайды өңдеудің тереңдігін ұлғайту үшін, екіншілік үрдістердің үлесін
ұлғайту қажет, прогрессивті қондырғылар мен тиімді катализаторды жасап,
енгізу қажет.
Газды конденсатты, гелийді және басқа да бағалы өнімдерді алу арқылы мұнай
мен табиғи газды кешенді қолдану қарастырылған.
Қазіргі заманғы мұнай және газ өңдеу өнеркәсіптері, химиялық және мұнай
машина жасау зауыттарымен жеткізілетін, қазіргі заманғы құрал-жабдықтармен
қамтамасыз етілген мұнай және газдың біріншілік өңдеудің, каталитикалық
крекингтің, гидротазалаудың, риформингтің, майды депарафинизациялаудың,
битумды жасаудың және т.б. қуатты қондырғыларының кешендері болып
келеді.
Біріншілік өңдеуінің қазіргі заманғы қондырғыларының өнімділігі: мұнай 8,5-9
млн. тжыл және газ 5 млрд. М3жыл дейін жетеді. Екіншілік үрдіс (бензинді
екіншілік айдау, каталитикалық крекинг, пиролиз және т.б.) жүретін
қондырғылар қуаты көп өсті.
Техниканың қарқынды дамуына байланысты мұнай өнімдерінің ассортиментін
ұлғайту мен олардың сапасына сұраныстары әрі қарай ұлғаюы мұнай мен газды
өңдеудегі химиялық технологиялар үрдістерінің көп түрлерін қолдану
қажеттілігі туындады. Бұл жерде ректификация, абсорбция, экстракция,
адсорбция, кептіру, тұндыру, сүзгілеу және т.б. сияқты үрдістер, сонымен қатар
әр түрлі химиялық және каталитикалық үрдістер: пиролиз, каталитикалық
крекинг, риформинг, гидро тазалау және т.б айтылған. Бұл мұнайгазөңдеуді тек
отынмен, майлармен және басқа да тауар өнімдерімен ғана емес, оған қоса әр
түрлі синтетикалық өнім: пластикалық масса, синтетикалық каучук, химиялық
талшық, спирт, синтетикалық майлар шығаратын химялық және
мұнайхимиялық өндіріс салаларына арналған арзан шикізатпен қамтамасыз
етуге бағыттады.
Мұнай мен газды өңдеуде осынша әр түрлі үрдістерді жүргізу жұмыс
параметрлерінің өзгеруі үлкен аралықта жұмыс істейтін аппараттарлы
қолдануды қажет етті. Мысалы, температура 60 °С-ден (майды жасау
өндірісінде) 800-900 °С-ге (пиролиз) дейін, ал қысым терең вакуумнан (ауыр
мұнай қаллдықтарын өңдеуде) 150 МПа-ға (полиэтилен жасауда) дейін болуы
мүмкін. Бұл аппараттың есебіне және үрдіс жұмыс параметрлерін түсіндіруге
жоғары талап қояды.
Негізгі үрдістердің жіктелуінің негізіне әр түрлі принциптер қарастырылуы
мүмкін, бірақ оларды үрдістің жүргізу күшін тудыру мүмкіндігі бойынша
жіктеу дұрыс болып келеді.
Мұнай өндеу заводтардың технологиялық процестерін екі топка бөледі:
физикалық және химиялық (1.4 кесте).
21
Физикалық процестер арқылы мұнайды кұрамындағы компоненттереді
химиялык өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау, экстракция, адсорбция,
абсорбция, кристалдану және т.б процестер жатады.
Химиялык өзгерістердің түріне байланыста үш топқа бөлінеді:
1.Деструктивті
процестерде шикізатгағы косылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалык көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі.
2.Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процестердің өзінде
түзілетін сутектің катысуымен жүреді.
3.Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен (ауадағы оттегімен,
су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксидтерімен және т.б.) көміртек
оксидтерін, сутегі, әлементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.
Атмосфералык айдаудың отынды фракцияларын ары қарай жаксартуға
ұшыратады: гетероатомды қосылыстардан гидротазалау, каталитикалық
риформинг арқылы бензиндердің сапасын жоғарылату және мұнайхимияның
шикізаттарын жеке ароматты көмірсутектерді (бензол, толуол, ксилолдар және
т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазуттан мотор отындар компонентерінен шикізаты -
вакуумды газойлдің кең фракциясын (350-500°С), немесе кейінгі тазалау
процестеріне жіберілетін - жіңішке дистиллятты май фракцияларын алады.
1.4 к е с т е - Технологиялық процестердің жіктелуі
22Процестер тобы
Процестің аталымы
1
2
А. Физикалық
1. Тұзсыздандыру және сусыздандыру.
2. Атмосфералық және и вакуумды айдау.
3. Сольвентті деасфальттау.
4. Полюсті еріткіштермен экстракциялық
жаксарту.
5. Кристалдау аркылы депарафиндеу:
- адсорбциялык
- карбамидті
В. Химиялық
1. Деструктивті
Каталитикалық
Каталитикалык крекинг
2. Алкилдеу
3. Полимерлеу
Термиялық
1. Термиялық крекинг және висбрекинг
2. Кокстеу
3. Пиролиз
2. Гидрогенді
Каталитикалық
Термиялық
Каталитикалық
Термиялык
1. Гидрожакеарту
2. Гидрокрекинг
3. Гидрокаталитикалық риформинг
4. Гидроизомерлеу
5. Гидродепарафиндеу
6. Гидродеароматгау
1. Гидровисбрекинг
2. Гидропиролиз
3. Донорлы-сольвентті крекинг
4. Тотықтыру
1.Газдар синтезі және көміртек өндірісі
2. Элементарлы күкірт өндірісі
3. Демеркаптанизация
1. Битум өндірісі
2. Пектер өндірісі
3. Көмірлер мен кокстерді газдау
Мұнай кұрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге түрлі
әдістерді қолданады.
Оларға: айдау, ректификация, вакуумдык айдау,
адсорбция, абсорция, экстракция, крекинг.
Айдау.
Көмірсутектердің қайнау температурасы кұрамындағы
көміртек
атомдарының саны арткан сайын жоғарылайды. Керісінше, бензолдың буын
кайнау температурасынан төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа
айналады. Мұнайды айдап кұрам бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйыктың температурасы 80°С-ден
асқанда одан бензол ұшып шығады..
Аппараттағы температураны тағы 25°С градусқа көтерсек мұнайдан қайнау
температурасы 80-105°С аралықта жататын келесі фракция кұрамында С7 бар
көмірсутектер ұшып шығады. Осылай температураны 350°С-ға дейін көтере
отырып мұнайды басқа да құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Ректификация - екінші айдау. Мұнайдан кайнау температуралары өзара
біршама жақын жататын фракцияларды алу үшін қолданылады.
Екіншілік айдау арқылы автомобильдер мен авиажанармайларын бензин
фракцияларын алу үшін пайдаланады. Бензин фракцияларынан ары қарай
ароматтық көмірсутектер - бензол, толуол және т.б. алуға болады.
23
Вакуумдық айдау. Атмосфералык кысымда айдағанда қалдык ретінде мазут
бөлінеді. Мазут 350°С-тан жоғары температурада айдалады. Вакуумдық
айдаудың негізі болып мына қағида саналады: қысым азайған сайын
сұйықтықтың кайнау температурасы төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350-500°С
аралығында жататын фракциялар алынады (1.3 сурет).
Адсорбция. Бұл әдіс мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір
сорбенттің бетіне таңдамалы түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде
компоненттердің сорбиялану энергиялары да әр түрлі болады. Мұнайды
адсорбент арқылы өткізгенде оның бетіне белгілі бір компоненттер жақсы
адсорбцияланады да, қалғандары сұйықта қалады. Осылай мұнайды кұрам
бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі кездегі адсорбциялық қоңдырғылар
хроматографияға негізделген. Хроматографияның
ығыстырушы
және
элюгенттік деген түрлері бар.
1.3 сурет - Мазутты вакуумдық айдау фракциялары
Адсорбция - фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші
компонснтке сіңуі. Адсорбент (адсорбтеуші зат) - өзінің сыртқы бет қабатына
баска затты сіңіріп алатын зат (әдетте катты немесе сұйық заттар).
Абсорбция - фаза көлемінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі
(өндірісте ацетиленді табиғи газдың тотығу пиролизі- ацетон, метанол, аммиак
). Абсорбент - өзінің тек сыртқы бет қабатына ғана емес сонымен катар ішкі
көлем бойынша басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).
Десорбция - адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция - адсорбент және адсорбат
(адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында химиялық әрсккеттесу аркьшы
жүретін адсорбция процесі.
Адсорбция әдісі. Газ қоспасының құрамындағы белгілі бір компонентті
таңдамалы түрде өзінің бетіне сіңіретін кеуек қатты заттар қасиеттеріріне
негізделген. Капиллярлық құрылымды кеуек қатты
24
заттарда беттегі
адсорбциямен бірге капиллярлық конденсация құбылысы да жүзеге асады.
Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі қолданылады. Әдетте ол газдарды
органикалық булардан тазартуға, жағымсыз иістерді, газ тәрізді қоспаларды
және ұшқыш компоненттерді жоюға жұмсалады
Пиролиз деп затты тотықтармай-ақ термиялык жолмен ыдырату және өзгеріске
ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы олефиндерді - қаныкпаған
көмірсутектер (КС) алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді КС
колданылады. Пиролизге табиғи, қосалқы газдар және мұнай өнімдері
ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компоненттердің әркелкі
еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүргізеді. Сонда бөлініп
алынған әрбір фракцияның құрамында критикалық температуралары бір-біріне
жуық, олай болса құрылысы өзара ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалык еріткіш аркылы ерітінді кұрамындағы
бір компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.
Крекинг. Бұл термин (сгаскіng) ыдырату деген магынаны береді. Ол мұнайдың
ауыр фракцияларын жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады (1.4
және 1.5 суретке қара).
Үрдіс пен аппарат есебі әдетте жұмыс параметрлерінің, ағындарының,
конструктивті безендіру және т.б. әр түрлі нұсқаларымен сипатталатынын
айтып кеткен жөн. Бұл дербес ЭЕМ қолдануымен қарапайым мен тез
жасалатын есептеу жұмысының үлкен көлемінің орындалуын талап етеді.
Бірнеше нұсқалардың сәйкестендіру нәтижесінде кез келген критерий
(минималды салыстырмалы капиталды салым, минималды энергетикалық
шығын, тауар өнімінің максималды шығысы, минималды салыстырмалы
металл сыйымдылық және т.б.) қолданылатын оптималдысы таңдалуы мүмкін.
Оптималдық критериін таңдау үрдіс спецификасымен, оның бөлек
құраушыларының бағаларымен, керек материалдарының, хладагенттің, жылу
тасымалдаушының және т.б. бар болуымен жүргізіледі.
Үрдіс пен аппарат есептеуі құрал-жабдықтың жұмысының техникалық ақталған
және экономикалық мақсатқа лайықты шартын таңдауын қатамасыз ететін
негізгі факторлардың бірі болып табылады.
Стандартталған аппаратты қолдануда тексеру есептеуі жүргізіледі. Оның
мақсаты болып бар өлшемдер негізінде оның жұмысының режимі мен аппарат
өнімділігін түсіндіру, сонымен қатар берілген жұмыс шартында берілген
стандарт аппаратын қолдану мүмкіндігін табу табылады.
Химиялық технологияда кез келген үрдісті жүргізу басты күйде жылу
формасында берілетін энергия түрлері мен әртүрлі материалдарды қолданумен
25
байланысты. Материалды баланс массаны сақтау заңына, ал энергетикалық
(жылулық) - энергияны сақтауға негізделген.
Материалды да, энергетикалық та баланстар процес үшін де, оның бөлек
кезеңдері үшін де құралуы қажет.
Балансты қарым-қатынасты құру мақсаты қолданылатын аппарат типі мен
үрдіс заңдылығына сәйкес олардың таратылуы мен жоғалуын ескеру арқылы
заттар мен энергия ағынының үрдісінде қатысатындардың барлығын
шығарудан тұрады.
Материалды (немесе энергетикалық) баланстардың құру принципі жүйеге
енгізілетін заттардың ағыны, баланстың келу мақалаларын құраушылары
баланстың шығын мақалаларын құрайтын жүйеден шығатын заттар ағынына
теңгерілуі тиіс. Жалпы жағдайда баланстың шығын мақалаларына заттың
жоғалуы (немесе энергия) да енгізілуі тиіс.
Орнықпаған үрдіске баланс келесідей принцип бойынша құралады: баланстың
кіріс және шығыс мақалаларының арасындағы айырымы берілген уақыт
арасында жүйедегі заттың массасының (немесе энергияның санының) өзгеруіне
тең. Жеке жағдайларда мұндай өзгерулердің жоқ болуы орныққан үрдістің
материалды балансын алады.
Материалды және энергетикалық (немесе жылулық) баланстары теңдеу, кесте
немесе сәйкес заттар ағыны мен энергиясын көрсетумен сұлбасын құру болуы
мүмкін.
Үрдістер мен аппараттар үшін орындалатын есептің келесі үш түрлері
есептеледі: технологиялық, гидравликалық және механикалық.
Технологиялық есеп. Оны жүргізуде үрдістің жұмыс параметрлері
(қысым, температура және т.с.с.) түсіндіріледі, материалды және энергетикалық
ағындар анықталады және шығын нормалары нақтыланады.
Гидравликалық есеп. Оны жүргізу барысында аппараттың жұмыс
қимасының өлшемі мен жұмыс ортасының материалды және энергетикалық
ағындарының технологиялық есебінде алынатын қысым құлауы анықталады.
Механикалық есеп. Оны жүргізуде аппараттың қауіпсіз, сенімді және ұзақ
эксплуатациясын қамтамасыз ететін материалдың, аппарат элементтерінің
конструкциясының, қабырға қалыңдығының және т.б. таңдалуы түсіндіріледі.
26
Үдерістер
Массаалм
асу
Гидромехан
икалық
Механика
лық
Жылулық
Химиялы
қ
Айдау
Ректифика
Тұндыру
Сүзгілеу
Ұсақтау
Шашырат
Жылыту
Сууту
Крекинг
Косктеу
ция
у
Абсорбция
Центрге
Тасымалд
Булану
Пиролиз
тарту
ау
Десорбция
Адсорбция
Араласты
ру
Дозалау
Араласты
Конденса
циялау
Жүзу
Гидротаза
лау
Риформин
ру
г
Экстракци
я
Кептіру
Кристалда
ндыру
Қату
Полимерл
еу
Алкирлеу
Қышқылд
ау
Дегидрле
у
Изомерле
у
1.4 сурет-Мұнайгазөңдеу мен мұнайхимияның негізгі үдерістерінің жіктелу
сұлбасы
27
Аппараттар мен
машиналар
Массаал
масу
Гидромехан
икалық
Механик
алық
Жылулық
Химиялық
Айдау
кубы
Тұндыру
шы
Ұсақтау
шы
Жылыту
пеші
Бос
денелі
реактор
Ректифика
ция
Сүзгі
Диірмен
Суутуш
ы
Қозғалм
айтын
колоннасы
қабатты
реактор
Кристал-
дандыруш
Центрге
тартушы
Тасымал
даушы
Буланды
рушы
Қозғалат
ын
ы
қабатты
реактор
Десорбер
Араласты
рушы
Дозалау
шы
Конденс
атор
Араласт
ырушы
қондырғ
ысы бар
реактор
Адсорбер
Экстрактор
Циклондар
Электрод
егидрат
Араласт
ырушы
Жіктеуші
Жүзу
пеші
Кристал
-
дандыру
шы
Кептіргіш
Электроф
ильтр
Абсорбер
1.5 сурет-Мұнайгазөңдеу мен мұнайхимияның жылу үдерістерін жүргізуге
арналған аппараттар мен машинаны жіктелу сұлбасы
28
1.5 кесте балансты қатынастардың формаларының бірі, ал 1.6 суретте
баланстарды құруда қолданылатын ағындар сұлбасы көрсетілген.
1.5 к е с т е -Үдерістің материалды және жылулық баланс мақалалары
Келтірілген принциптерге сәйкес келесі баланс теңдеулерін жазуға болады.
Орныққан үрдіс үшін материалды баланс:
;
Энергетикалық (жылулық) баланс:
;
(1.1)
(1.2)
Орнықпаған үрдіс үшін материалды баланс:
;
Энергетикалық (жылулық) баланс:
;
(1.3)
(1.4)
Материалды және энергетикалық (жылулық) баланстардың бөлек
мақалаларының таладауы заттар мен энергияның жалпы ағынында олардың
29 Ағын және оның
шартты белгіленуі
Тығыз-
дық,
кгм3
Темпера-
тура, 0С
Энталь-
пия,
Джкг
Масса
ағыны,
кгс
Жылу
ағыны,
Вт
Кіріс
Мұнай (м)
'н
t 'н
h'н
G'н
Q'н
Жылы ағын (ж.а.)
'гс
t 'гс
h'гс
G'гс
Q'гс
Хладагент (суыт)
'суыт
t 'суыт
h'суыт
G'суыт
Q'суыт
Барлығы
Шығын
Газ (г)
"г
t"г
h"г
G"
Q"г
Бензин (б)
"б
t"б
h"б
G"б
Q"б
Бензинсізденді-
рілген мұнай (б.м.)
"б . м
t"б . м
h"б . м
G"б . м
Q"б . м
Жылы ағын (ж.а.)
"ж.а
t"ж.а
h"ж.а
G"ж.а
Q"ж.а
Хладагент (суыт)
"суыт
t"суыт
h"суыт
G"суыт
Q"суыт
Шығындар (шығ)
"шыг
t"шыг
h"шыг
G"шыг
Q"шыг
Барлығы
салыстырмалы рөлін анықтауға және ағындардың өзара байланысын анықтауға
мүмкіндік береді. Жүріп жатқан өндірісті талдауда материалды және жылулық
баланс шығындардың өлшемін және оның көзін анықтауға, сонымен қатар
олардың төмендеу жолдарын белгілеуге мүмкіндік береді.
1.6 сурет-Материалды және энергетикалық балансты құруға арналған сыртқы
ағындардың сұлбасы
Энергетикалық балансты құруда энергияның бір түрінен екінші түріне
ауысуына, жылудың бөлуімен немесе жұтуымен, химиялық реакцияның жылу
эффектілерімен және т.б. жүретін заттардың агрегатты күйінің өзгеруіне
ерекше көңіл аудару қажет.
30
Материалды баланс жалпы массаның ағыны бойынша да, бөлек заттары немесе
атомдардың түрлері бойынша да, мысалы көміртек, сутек, күкірт және т.б.,
құрылуы мүмкін.
Аппарат үшін жалпы құралған материалды және энергетикалық баланс
заттардың сыртқы ағыны, яғни берілген жүйеге кіретін және одан шығатын
ағыны, мен энергиясын есептеуге мүмкіндік береді.
Аппарат өлшемін анықтау үшін (көлденең қимасын, биіктігін, ішкі
құрылығысының өлшемін және т.б. анықтау) заттардың сытқы ағыны мен
энергиясын анықтау жеткіліксіз, аппараттың ішіндегі сәйкес қималарында
материалды және жылу ағынын анықтау қажет. Өздерінің өлшемдері бойынша
ішкі ағындар сыртқыларынан үлкен болуы мүмкін, оған қоса онда қысым,
температура мен жылуфизикалық құрамының әсернен аппарат биіктігі (оның әр
қимасы) бойынша өзгерістер болуы мүмкін.
Аппараттың кез келген қимасында I мен G ішкі ағынын анықтауын түсіндіретін
сұлба 1.7 суретте келтірілген. Көрсетілген ағынды анықтау үшін аппаратты
бізге керекті қимасынан 1 -- 1 кесіп аламыз (1.6 сурет) және бөліктерінің біреуін
(1.7 сурет, а,б) алып тастаймыз.
1.7 сурет - Ішкі ағындарын анықтауға арналған сұлба а-аппараттың жоғарғы
бөлігі (1 -- 1), б-аппараттың төменгі бөлігі (1 -- 1 қимасынан төмен)
Алынып тасталынған бөліктің әрекетін ішкі ағындармен алмастырады. Сосын
1.7 суретте көрсетілген екі нұсқаның біреуіне материалды және энергетикалық
баланс теңдеуін жазады. Мысалы, 1-1 қимасының үстінде орналсқан
аппараттың бөлігіне материалды және жылу балансы келесідей:
материалды баланс
31
жылулық баланс
;
.
(1.5)
(1.6)
Ішкі ағындардың H G мен hL белгілі ағындары арқылы 1.5 және 1.6 теңдеуден I
және G ішкі ағындарын анықтауға болады.
Аппараттың бірнеше қималары үшін сәйкес есптерді жүргізіп, оның сәйкес
қималарының өлшемдерін анықтайтын аппараттың жұмыс зонасында ағын
мәндерін аламыз.
Аппараттың әр түрлі қималарындағы ішкі ағындарының мәндерінің өзгеруін
материалды және жылулық баланс теңдеуін бір уақытта талдау арқылы ғана
шығаруға болатынын ескеру қажет.
Сәйкес үрдісті жүргізуге арналған өндірістік аппаратты жасауда алынатын
өнімнің сапасына бірілген талаптары үшін аппараттың өлшемін және оның
өнімділігін анықтайтын негізгі заңдылықтарды білу қажет. Бұл заңдылықтарды
алудың негізі үрдістің маңызды жақтарының терең білімінде жинақталған
тәжірибе болып табылады. Ол салыстырмалы түрде азғантай масштабтағы
қондырғыда тәжірибені жүргізу арқылы үрдіс пен аппараттардың үлгілеуін
жүргізуге мүмкіндік береді. Теңдеу, график немесе кесте түрінде көрсетілген,
алынған мәліметті өндірістік аппаратты есептеу үшін қолданады.
Қазіргі үлгілеу теориясы келесідей үш түрде көрсетілуі мүмкін:
- физикалық үлгілеу;
- гидравликалық үлгілеу;
- математикалық үлгілеу.
Физикалық үлгілеу өндірістік шарттарда жүргізуге болжалатын нақты жұмыс
жүйелерінде және жұмыс параметрлерінде үрдістің негізгі заңдылықтарын
зерттеуде негізделген. Физикалық үлгілеу орындалатын қондырғы өндірістік
қондырығылардан өздерінің өлшемдері мен ағындар мәндерімен ерекшеленеді.
Аппараттардың конструкциясы өндірістегіге ұқсамауы да мүмкін. Үлгі
қондырғысында олардың арасындағы байланысты анықтау үшін үрдістің негізгі
жұмыс параметрлерін (температура, қысым, концентрация, ағын жылдамдығы
және т.б.) қарастырады.
Гидравликалық үлгілеу шын нақты өлшемге аппараттың негізгі жұмыс
элементтерінің фрагменттерін қосатын арнайы стендте жүргізіледі. Жұмыс
ортасы ретінде үлгі жүйесін: су, ауа, құм және т.б.қолданады.
Гидравликалық үлгіледе әр түрлі түрдегі байланыс жабдықтары үшін
аппараттың гидравликалық кедергісі мен өнімлігін анықтайтын заңдылықтарды
қарастырады.
32
Физикалық және гидравликалық үлгілеу мәліметтер бойынша үрдістің
оптимады шартын және аппараттың өлшемін таңдауға болады.
Математикалық үлгілеу соңғы кездері дербе ЭЕМ-нің көп қолдануы барысында
дамыды. Үлгілеудің бұл түрі физикалық және гидравликалық үлгілеудің бағалы
толықтыруы болйып табылады.
Математикалық үлгілеу деп үрдісті немесе аппарат жұмысын жүргізуінің
оптималды шартын шығару мақсатында сәйкес бастапқы және шекаралық
шарттарда үрдіс теңдеуінің жүйелерін жасау мен талдауды айтады. Бұл әдісті
қолдану үрдістің негізгі заңдылықтарын жеткілікті терең білуін қажет етеді.
Математикалық үлгілеу келесідей негізгі кезеңдерге бөлінеді:
a) бастапқы және шекаралық шарттарының теңдеулер жүйесін құру;
б) ЭЕМ қолдану арқылы теңдеулр жүйесін талдау (үлгі деформациясы);
в) физикалық және гидравликалық үлгілеу мәліметтерінің негізінде үлгі теңдеу
параметрлерін түзеу;
г)үлгінің нақты нысанға сәйкестігін тексеру (үлгінің нысанға барабарлығына
тексеру) және егер қажет болған жағдайда үлгіге түзетулер енгізу.
Үлгінің деформациясымен байланысты (б) кезең сол немесе басқа да
айнымалылар үрдістің соңғы көрсеткіштеріне (өнімің шығысы, шикізат
конверсиясының дәрежесі, өнімнің тазалығы және т.б.) әсерін және одан ең
маңыздысын шығаруына мүмкіндік береді. Бұл кезең физикалық тәжірибені
толықтырады да, сонымен қатар оны алмастырмайды да.
Үлгінің деформация кезеңінен кейін физикалық және гидравликалық үлгілеуді
жүргізу (в) кезең - мақсатқа бағытталған және тәжірибелердің аз көлемінде
орындалуы мүмкін.
Математикалық үлгілеу тәжірибе мәліметтеріне негізделген болғандықтан
өндірістік нысандар есептеулерінде қолданылатын үлгінің теңдеулерінің
параметрлерін нақтылауды талап ететін (в,г) кезеңдері пайда болады.
Математикалық үлгілеудің бұл кезеңдерінде ұқсас үлкейтілген немесе
өндірістік қондырғыларда алынған мәліметтер кең қоланылады.
Есептік тәуелділіктерді алу мақсатымен тәжірибелік мәліметтерді өңдеуді
осындай үрдістердің жалпы класы үшін теңдеулерді қолдануға рұқсат ететін
ұқсастықтың өлшемсіз критерийлерін қолданумен орындайды. Егер үлгінің
теңдеуі жақсы жасалған болса және оның формасы есептік инженерлі
практикаға ыңғайлы болса, онда сәйкес теңдеулер параметрлері тәжірибелік
мәліметтер негізінде анықталады.
Қазіргі уақытта дербес ЭЕМ қолданушыларына мұнайгазөңдеудің және
мұнайхимияның аппараттарының және үрдістерінің математикалық үлгілеуіне
арналған әр түрлі бағдарламалар жасалған. Бағдарламалардың көп бөлігі кем
дегенде үш құраушыдан тұрады: физикалық құрылымының есептері бойынша
33
Институтпен (Design Institute for Physical Property Research) және Америка
химия инженерлер Институтымен (American Institute of Chemical Engineers)
және т.б. жасалған жеке компонент құрамы бойынша мәліметтер қорының
кітапханасы; бір немесе бірнеше есептеулер әдісін қолданумен ақпаратты
өңдеу құралдары; физикалық құрамы бойынша мәліметтердің синтезі үшін
алгоритм, мысалы регрессия әдісі арқылы.
Америкалық Simulation Sciennces Inc. (Бри, Калифорния шт.) компаниясы
мұнайгаз өңдеу, химиялық және газ өндірістерінде инженерлі есептер үшін
бірнеше бағдарламалар жасады. Оның ішінде технологиялық үрдістерді
үлгілеуге және оптималдауға арналған PROII, жылуалмасу жүйесін үлгілеуге
арналған HEXTRAN, зауыт құбырларын есептеу үшін INPLANT, динамикалық
үлгілеу үшін PROTISS бағдараламаларын айтсақ болады. Simulation Sciennces
Inc компаниясының бағдарламалары үлгілеу бойынша мәліметтерді енгізуі мен
талдауын жеңілдететін Microsoft Windows негізінде PROvision графикалық
интерфейісімен толықтырылған.
Статикалық және динамикалық үлгілеуге арналған Hysys атты интегралданған
бағдарлама пакетін канадалық Hyprotech Ltd. (Калгари, пров. Альберта)
фирмасы жасап шығарған.
Hysys жүйесі оның икемдеушілігін және әмбебаптығын жетілдіру үшін С++
тілінде қайта жазылған.
Негізінен мұнайгаз өндірісіне арналып жасалған Chem-stations Inc. (Хьюстон)
американдық компаниясының ChemCad III бағдарламасын және Bryan Research
& Engineering (Брайен, шт. Техас) компаниясының Prosim үлгілеу
бағдарламасын да айтып кеткен жөн. Prosim бағдарламасы шикі мұнайды
бөлумен және табиғи және мұнай газын өңдеумен байланысты есептерді
шешуге мүмкіндік береді. Мысалы, гликолмен құрғату, сұйық мұнай газдарын
бөлінуі мен фракционды бөлу. Оған ұқсас Tsweet бағдарламасы газдарды
аминмен тазалау үрдістері үшін арнап жасалған.
1.3 Мұнай фракцияларын өңдеудің каталитикалық крекинг әдісі
Крекинг - мұнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин фракциясын
кұрайтын кіші молекулаларға ыдырату. Мұнай өндеуде бензин фракцияларына
үлкен көңіл бөлінеді. Саны жағынан да, сапасы жағынан да жоғары бензин
алуға тырысады.
Крекинг мұнай өңдеу процесінің тереңдігін жоғарылатты. Бензин, керосин,
дизель отыны алынатын мөлдір фракциялар мөлшері 40-45%-тен 55-60%-ке
дейін өсті.Жаңа технологиялар көмегімен май өндірісінде мазуттың шикізат
34
ретінде пайдаланыла бастауы крекингтің ең маңызды жетістігі болып
табылады.
Крекинг процесінде катализаторды колдану жоғарыоктанды отынның шығу
мөлшерін арттырды және технологиялык параметрлерді одан әрі жетілдірді.
Термиялық процеспен салыстырғанда, каталитикалық крекинг тезірек өтеді.
Крекинг процесі кезінде көмірсутек сымдары үзіледі және қарапайым шектеулі
жәңе шектеусіз көмірсутектер пайда болады. Алкандар үшін катализатор
катысында крекинг реакциялары төмендегі түрде өтеді:
-тотығу және полимеризациялану процестері катализ нәтижесінде пайда болған
көмірсутектер бойында жүрмейді, себебі катализ нәтижесінде осы процестер
тән болып келетін шектеусіз көмірсутектер мөлшері азаяды. Мұндай бензин
сақтауда тұрақты болады.
Катализдік крекингтің термиялық крекингпен салыстырғандағы негізгі
артықшылықтары:
1.Процесті каталитикалық жылдамдатудың нәтижесінде, процесті төменірек
температурада және төменірек қысымда жүргізуге болады.
2.Катализатордың селективтік әсері жинақталуға алып келетін процесстерді
жеделдетеді - хош иісті, изопарафиндік жәнс изоолефиндік үлкен октандық
саны бар крекинг - бензиндерде анықталған.
Каталитикалық крекингтің негізгі мақсаты тек сапалы отынның қосымша
мөлшерін алу ғана емес, сонымен қатар мұнайды пайдалану мүмкіншіліктерін
ұлгайту. Каталитикалык крекинг ары қарай химиялық өндеуге түсетін ароматты
көмірсутектер алуға мүмкіндік береді. Бәріміз білетіндей, химиялық өнімнің
25%-тен көбі мұнай өңдеу өндірісінен алынады.
35
1.8 сурет - Каталитикалық крекинг қондырғысы
Крекинг процесіңде катализаторлар ретінде алюмосиликаттар, хром, алюминий
оксидтері және т.б. сиякты кышқылды функциялы заттар кең колданылады.
КК катализаторларының ерекшеліктері болып олардың тез дезактивизациясы
саналады. Катализатордың қуыстары 10-15 минут жұмыс арасында кортқы
көмірмен толтырылып отырады. Сондықтан да крекинтті катализатордын
регенерация процесімен кезектестестіріп отыру қажет. Жұмыс циклін және
регенерацияны жиі ауыстырып отыратын катализдік процесстер циклдік деп
аталады.
Регенерация - катализатор бетінен 540-680 -ғы ауамен қортқы көмірді және
шәйір жинағын жандыру құбылысы. Катализаторды жергілікті қызып кетуден
корғау үшін ауаны инерттік газдармен араластырады.
Катализдік крекингтің вакуум-дистилятта жұмыс атқаруындағы типтік
параметрлері (фр.350-500°С):
- температурасы 450-480°С;
36
- қысымы 0,14-0,18 МПа.
Қорытындылағанда көмірсутегі газдар (20%), жанармай фракциясы (50%),
дизель фракциясы (20%) алынады. Қалғандары ауыр газиольға немесе крекинг-
калдыкка, қортқы көмір және шығындарға кетеді. Катализатор бетінде әр 10-15
минут сайын қортқы көмір жиналып отырады. Сондықтан крекингті
катализатордың регенера-ция процесімен алмастырып отырады.
Процесті жүргізудегі технологиялык сұраныстар берілген октан санды бензин
фракцияларының шығуымен анықталады.
Термиялық крекингтегідей
каталитикалық крекингте температураны көтеру газтәріздес көмірсутектер
шығымының артуына және соған сәйкес сүйық көмірсутектердің шығымының
төмендеуіне алып келеді. Бүл жағдайда заттар салмағының газдық және
сұйықтык фазасының орташа молекулярлық салмагы төмендейді,
соныменқатар қортқы комірдің пайда болуы өседі. Сондықтан процес
катализаторларына ерекше көңіл бөлінеді.
Крекингтік бірінші қолдан жасалған катализаторы болып алюмосиликатты
формаланатын диаметрі 3 мм жуык түйіршек түріндегі катализаторлар болды.
Оның негізі болып табиги қуыстығы, алдымен мұнай ... 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