1 Әдеби шолу
Бастапқы айдаудың түрлері
Жоғарыда атап өткеніміздей өзара еріткіш көмірсутектерінің аса күрделі қоспасы болып табылады [3]. Оны бүтінімен құрамдас бөліктеге бөліп тастау тіптен мүмкін емес, алайда ондай бөлу де мұнай өнімдерін өндірістік мақсатта қолдану барысында талап етілмейді. Өндірістік тәжрибеде мұнайды айдаудың температуралық шектерімен ерекшелетін шектерімен ерекшеленетін фракцияларға бөледі. Ондай бөлу дистиляциялау және ректификациялау процестерін қолдана отырып, мұнайды бастапқы айдау жабдықтарында жүзеге асырылады.
Нәтижесінде алынған фракциялар ары қарай өңдеуге қажетті шикізат ретінде немесе тауарлық өнім ретінде қолданылады. Бастапқы айдау - мұнай өңдеудің ең бірінші технологиялық процесі. Бастапқы айдау жабдықтары әр мұнай өңдеу зауыттарында бар.
Дистиляция. Дистиляциялану немесе айдау дегеніміз өзара еріткіш қабілетіне не сұйықтықты фракцияларға бөлу процесі, олар бір-бірінен және бастапқы қоспадан қайнау температуралары арқылы ерекшеленеді. Айдау барысында қоспа қайнауға дейін қыздырылады және жартылай буға айналып кетеді. Алынған булар сорапталып, конденсацияланады. Айдау нәтижесінде дистиллят пен қалдыққа қол жеткіземіз, олар құрамдары жағынан бастапқы қоспадан ерекшеленеді.
Айдауды бір реттік, көп реттік немесе сатылы буландыру арқылы жүзеге асыруға болады.
Өнімдер қоспасын белгіленген бір температураға дейін қыздыру уақыты барысында пайда болған булар жүйеден шығарылмай, сұйықтықпен байланыста қала береді. Жылу қатынасы аяқталғаннан кейін, барлық бу сұйықтық қоспасы сеператорға жіберіледі. Бұл жерде жиналған бу бірден (бір реттік) сұйықтықтан ажыратылады.
Бір реттік булану процессінің сатылы булануға қарағанда бір артықшылығы бар. Бір ретті булану кезінде, төмен қайнағыш фракциялар буға айнала отырып, аппаратта қалып отырады, қатты қайнап жатқан фракциялардың парциялды қысымы төмендейді, соның нәтижесінде айыруды төмен температураларда жүзеге асыру мүмкіндігі туады. Сатылы булану кезінде керісінше, жеңіл фракцияларды алдымен, ал ауырларды соңында айдайды. Сондықтан жеңіл буға айналған жеңіл фракциялар аппараттан шығарылған, олар ауыр фракциялардың қайнау температурасына ықпалын тигізбейді. Сатылы булану кезінде керісінше, жеңіл фракцияларды алдымен, ал ауырларды соңында айдайды. Сондықтан жеңіл буға айналған жеңіл фракциялар аппараттан шығарылған, олар ауыр фракциялардың қайнау температурасына ықпалын тигізбейді. Жеңіл фракциялардың ықпал етуінің арқасында, бір реттік буландыруды қолдана отырып, сатылы буландыру мен салыстырғанда айдау шикізатының қайнау сойын 50-100 °С дейін төмендетуге болады.
Қазіргі заман қондырғыларында мұнай айдау бір реттік булануда қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Өзімізге белгілі болғандай, мұнай құрамында 400-5000С және одан да жоғары температуралар интервалында атмосфералық қысым жағдайында қайнайтын көмірсутектері бар, ал көмірсутектерінің термалдық тұрақтылығы тек 380-4000С температурасында сақталады. Ал одан жоғары температура жағдайында жүктеу процесі – көмірсутектер крекингі басталады, сонымен қатар аса жоғары ыстықта қайнайтын көмірсутектері өте төмен термалдық тұрақтылыққа ие болады [4].
Көмірсутектерінің жіктелуін болдырмау үшін, олардың қайнау температураларын азайту қажет. Ол мұнайды вакуумда айдау арқылы жүзеге асырылады. 450-5000С. Температура интервалы жағдайында атмосфералық қысым ықпалы мен қайнап кететін мұнай фракциясы 200-2500С жағдайында вакуумда айдалынған болуы мүмкін (қалдық қысымы 20-40 мм рт.ст.).
Мұнай өндіру тәжрибесінде қайнау температурасын көмірсутектерінің парциалды қысымын азайтатын су буымен жүзеге асырылатын айдауды қолданады.
Фракцияның қайнау температурасын түсіру үшін инертті газ (азот, көмірқышқыл газы және т.б.) айдау арқылы да жүзеге асыруға болады. Алайда бұл әдіс кеңінен қолданылдмайды, себебі инертті газдың болуы мұнай фракцияларының конденсациялану жағдайын нашарлатады. Қазіргі заманның бастапқы мұнай айдау қондырғыларында төмендетілген қысым мен су буын енгізудің біріктірілген ықпалы қолданылады.
Ректификациялау. Өзара еріткіш сұйықтықтарды бір реттік буландыру және буды кейін конденсациялау нәтижесінде екі фракцияға қол жеткіземіз: құрамында төменгі температурада қайнайтын фракциялары бар жеңіл және бастапқы шикізатпен салыстырғанда, соның салдарынан айдау бір фазаны төмен температурада қайнайтынмен, ал екіншісін жоғары температурада қайнайтын құрамдас бөліктермен қорландыру жүзеге асырылады. Алайда мұнайдың компоненттерін қажетті түрде бөліп, айдау арқылы берілген температуралар интервалында қайнайтын нәтижелі өнімдерді алу мүмкін емес. Сондықтан да бастапқы буландырудан кейін мұнай булары ректификациядан өтеді.
Ректификациялау дегеніміз булар мен сұйықтықтардың ағымға қарсы көп реттік түйісулері есебінен қайнау температуралары арқылы ерекшеленетін диффузиялық процесс.
Булар мен сұйықтықтардың түйісулері тік цилиндрлік аппараттарда – ректификациялық колонналарда жүзеге асырылады, ол колонналар арнайы жабдықтармен – колонна бойымен жоғары көтерілетін бу мен төмен қарай ағатын сұйықтықтың тығыз контактісін қамтамасыз ететін ректификациялық табақшалармен және саптамалармен жабдықталған (Сурет 1).
I – сулық суландыру; II – ректификат; III – ағынды ыстық айналдыру; IV – қалдық; V – шикізат.
1- сурет. Ректификациялық колоннаның сызбасы
Ортаңғы бөлігіне бу, сұйықтық және бу тәріздес сұйықтық қоспасы түрінде шикізат жеткізіледі, оны – жоғары температурада қайнайтын және төменгі температурада қайнайтын екі түрге бөлу қажет. Ең қарапайым жағдайды, бастапқы шикізат екі компоненттен тұрады (мысалы, бензол мен толуол, бутан мен изобутан т.б.). Алайда көптеген жағдайда шикізат ректификациялау арқылы біреуі төмен қайнайтын компоненттен, екіншісі жоғары қайнайтын компоненттен тұратын екі өнімге бөлетін компонентті шикізат түрінде кездеседі. Шикізат жіберілетін зона эвапорциялық деген атқа ие, себебі оның ішінде эфаорация – жылу алмастырғышта немесе пеште қыздырылған қоспаның бу және сұйықтық фазаларына бір реттік булануы жүзеге асады. Кей жағдайларда эвапорациялық зона колоннадан алшақтатылған, сонымен эвапорация жеке аппаратта жүзеге асырылады. Алайда көптеген колонналарда, атап айтқанда бастапқы айдау қондырғыларында бір сатылы булану мен ректификациялау бірігіп жүзеге асырылады.
Өндірістік ректификациялық колоннаның жұмыс жасау принципі зертханаларда аналогты. Жұмыс жасап тұрған ректификациялық колоннаның әрбір табақшасы арқылы төрт ағым өтеді:
сұйықтық – жоғарыда орналасқан табақшадан ағатын флегма;
төменде орналасқан табақшаларда түсетін булар;
төменде орналасқан табақшаларға жіберілетін флегма – сұйықтығы;
жоғарыда орналасқан табақшаға көтерілетін булар.
Табақшаға келіп түсетін бу мен сұйықтық тепе-теңдік жағдайында болмайды, алайда түйісе отырып, сол күйге жету талпыныстарын жасайды. Жоғарыда орналасқан табақшадан сұйық ағыны жоғары температура зонасына түседі, сондықтан оның құрамынан төмен температурада қайнайтын компоненттер ұшып кетеді, соның нәтижесінде соңғының сұйықтық құрамындағы шоғырлануы азаяды. Басқа жағынан алып қарағанда, төменде орналасқан табашадан келіп түсетін бу ағымы төменірек температура зонасына келіп түседі, және жоғары температурада қайнайтын өнімдердің жартысы осы ағымнан сұйыққа айнала отырып, конденсациялайды. Жоғары температурада қайнайтын бу компоненттері осылайша төмендейді, ал төмен температурада қайнайтыны – көтеріледі. Бу мен сұйықтықтың фракциялық құрамы колонна биіктігі бойынша үзіліссіз өзгеріп отырады. Шикізаттың кіре берісінен жоғары орналасқан ректификациялық колоннаның жартысы концентрациялық деп аталады, ал төменгі бөлікте орналасқан концентрациялы деп аталады. Колоннаның екі жағында да ректификацияның бірдей процесі жүріп отырады.
Концентрациялық бөліктің жоғарғы жағынан қажетті тазалықтағы мақсатты өнім – ректификат шығарылады, ал төменгі жағынан – төменгі температурада қайнайтын компоненттер мен жеткілікті деңгейде байытылған сұйықтық шығарылады. Айдалым бөлігінде осы сұйықтықтан төменгі температурада қайнайтын компоненттер булану арқылы шығарылып тасталады. Осы колоннаның төменгі бөлігінен сұйықтық түрінде екінші мақсаттық компонент – қалдық шығарылады.
Ректификациялық колоннаның қалыпты жұмыс жасауы үшін колоннаның жоғарғы бөлігінен төмен орналасқан табақшаларға сұйықтықтың (флегма) ағуы қажет. Сондықтан дайын өнімнің бөлігі (ректификаттың) конденсациялаудан кейін колоннаның жоғарғы табақшасына суару түрінде қайтып оралады. Басқа жағынан алып қарастырғанда, колоннаның қалыпты жұмыс жасауына колоннаның төменгі бөлігінен жоғары қарай будың көтерілуі қажет. Колоннада бу ағымын жасау үшін колоннадан шығарылатын қалдық қыздырылып, буланып қайта колоннаға оралады.
1 суретте ректификациялық колоннаға қатысты құрылымы көрсетілген. Тек қана концентрациялық бөлімі ғана бір колоннада кездеседі, шикізат колоннаның төменгі табақшасы арқылы шығарылады. Немесе тек компонент бөлігі ғана болады, ол кезде шикізат жоғарғы табақшаға жеткізіледі.