Атырау мұнай және газ институты 72(88)

«Мұнай мен газды өңдеу негіздері» пәнінің оқу-әдістемелік кешені.

1 Глосарий

	Жаңа түсініктер	Мазмұны
	Тығыздығы	Заттың массасының көлемге қатынасы
	Тұтқырлығы (ішкі үйкелістер)	Бір сұйықтықтың екіншіге қарағандағы қарсылық көрсететін сұйықтықтың қасиеті
	Қату температурасы	Сұйықтың өзіндік қозғалысы тоқтайтын температура
	От алу температурасы	Мұнайдың өзі жанбайды, бірақ мұнайдың буы мен ауа қоспасының тұтанатын температура
	Крекинг	Жоғары молекулалы көмірсутектердің ыдырауы
	Ректификация	Қайнау температуралары бойынша фракциялану
	Эмульсия	Ерімейтін немесе аз еритін екі сұйықтықтың қоспасы
	Деэмульсия	Эмульсияның бұзылуы (мұнай мен суға)
	АҚ	Мұнайдың атмосфералық айдалуы
	АВҚ	Атмосфералық-вакуумда айдалуы
	Октан саны	Изооктанның көлемдік проценттік мөлшерінің осындай оның қалыпты гектан мен қоспасына тең шама.
	Цетан саны	Цетанның көлемдік проценттік мөлшерінің осындай оның α-метилнафталинмен қоспасына тең шама.
	Жылуалмастыру аппараттары	Жылудың қайта қалпына келуі жүретін аппарат
	Компрессорлар	Газды сығу және орын ауыстыру үшін қажет қондырғы
	Сорғылар	Сұйықтықты орын ауыстыратын қондырғы
	Термиялық процестер	Жоғары температураның әсерінде мұнайдың бірінші өңдеуінен қалған ауыр қалдықтары ыдырауға ұшырайтын процесс
	Катализатор	Химиялық реакцияны жылдамдататын және шақыратын зат
	Каталитикалық крекинг	Жоғары температурада қайнайтын фракциялардың базалық жоғары октанды авиа және автобензиндерге айналу процессі
	Гидротазарту	Мұнай өнімдерін күкіртті қосылыстардан тазалау процессі
	Каталитикалық риформинг	Төмен октанды бензин фракцияларының жоғары октанды авиа бензиндерге айналу процессі
	Химиялық тұрақтылық	Өнімнің түсі мен химиялық құрамын сақтау қасиеті
	ЭЛТҚ	Электротұзсыздандыру қондырғысы
	Карбюраторлық отындар	Авиациялық, автомобилді бензин және трактор керосині
	Майларды компаундировалау	Компоненттердің қатынасының өзгеруі және әр түрлі присадкаларды қосуы

2. Лекциялық сабақтың конспектісі Лекция №1 Тақырыбы: Мұнай және оның мәні.

Отандың мұнай өндірісінің пайда болуы. Қазақстандағы мұнайгаз өңдеу өндірісінің дамуы. Мұнай өңдеу өндірісінің даму жетістіктері.

Мұнай – судан жеңіл, түсі ашық қоңырдан қараға дейін, өзіне тән иісі бар, қозғалмалы, майлы, жанатын сұйықтық. Химия тұрғыдан алғанда мұнай газ тәрізді, сұйық және қатты көмірсутекті, әртүрлі құрамды көп компонентті өзара ерігіштігі бар күрделі сұйықтық. Мұнайдың түсі шайырдың сандық және сапалық қасиетіне байланысты, шайыр көп болған сайын мұнайдың түсі соғұрлым қарая береді. Мұнайдың тұтқырлығы оның құрамына байланысты әртүрлі болады, бірақта судың тұтқырлығынан әлдеқайда жоғары.

Өкінішке орай қазірге дейін мұнайдың пайда болу проблемасы бойынша бірегей ұғым қалыптаспаған, яғни біржақты жауап та, жалпыға бірдей мұнайдың пайда болу теориясы да жоқ. Талас екі түрлі болжам төңірегінде жүріп келеді: мұнай – биогенді текті (органикалық) яғни өсімдіктермен жануарлардың қалдықтарынан түзелген және мұнай – жансыз (органикалық емес) жер қойнауларында пайда болған қуыстармен.

Алғаш мұнайдың органикалық генезесі туралы болжамды ұсынған М. В. Ломоносов болса, мұнайдың минералды тегі екені жөнінде болжам айтқан Д. И. Менделеев мұнай үлкен тереңдікте жоғары температурада судың металлкарбидімен өзара әрекетінен пайда болған.

Қазіргі барынша дәл ақпарат беретін әдістер – геологиялық, геофизикалық және геохимиялық. Геологиялық әдіс дегеніміз – кен жыныстарының жер бетіне өздігінен және ұңғылау мен скважина қазу арқылы шығару құрылымындарын зерттеу. Геофизикалық әдістер өте сезімтал аспаптармен гравиметрикалық және магниттік аномалдарды тау жынысының электр өткізгіштігін анықтау болып табылады. Геохимиялық әдістер жер асты сулары мен қаптарды химиялық және микробиологиялық талдауға негізделген. Одан кейін мұнай, газ көздерін табу үшін іздестіру скважиналары бұрғыланады. Жер қыртысында мұнай, газ кені бар екені анықталған соң барлау мақсатында бұрғылау жүргізіледі, сөйтіп мұнай мен газдың орналасу көлемі мен қоры, құрамы анықталады. Мұнай мен газды барынша тиімді пайдалану көптеген факторларға, оның ішінде кеннің энергиялық режиміне, алаңның геологиялық құрамы мен көлеміне, қабатты мұнайдың, жыныс пен коллектордың физика - химиялық құрамына байланысты. Мұнай скважиналарын пайдалану мына әдістермен жүзеге асырылады: бұрқақты, компрессорлы және терең насосты. Пайдаланудың алғашқы кезеңінде бұрқақты әдіс қолданылады. Мұнай скважинадан қабаттағы қысыммен трапқа ағады, одан газ бөлінеді ол өңдеу зауытына жөнелтіледі. Одан кейін мұнай кәсіптік дайындыққа жөнелтіледі. Егер жер қабатында мұнай бұрқақтану үшін қысымы төмен болса, компрессорлы скважина (газлифті) қолданылады. Бұл әдісті қолдағанда пайдалану коллоннасы мен насы – компрессор тұрбалары аралығындағы шеңбер кеңістікке компрессор күшімен қысымы МПа – ға дейін табиғи газ үрленеді. Мұнайды өндірудің үшінші кең тараған әдісі –терең-насосты. Ол жер қыртысында қысымның төмендеген кезінде қолданылады.

Мұнайдың әлемдік өндірілу қоры 139,5 млрд. тоннамен бағаланады. Бұл қорлар мұнайды қазіргідей өндіру жағдайында 40 жылға жетеді. Мұның 66,4%-ы Таяу және Орта Шығыс елдерінде орналасқан. Осы аймақта аталған көрсеткіш бойынша Сауд Арабиясы дүние жүзінде бірінші орында тұр, мұнда әлемдік мұнай қорының төрттен бірі шоғырланған. Бұл аймақта Иран, Ирак, Кувейт және Абу-Даби секілді араб елдері мұнайды көп иеленеді олардың әрқайсысында әлемдік мұнай қорының оннан бір бөлігі бар. Аймақтар ішінде әлемдік мұнай қорының 15,3% өндіретін Америка құрлығы екінші орында. Сол сияқты Венесуэла, Мексика, АҚШ, Аргентина және Бразилия мұнайдың барынша мол қорына ие. Шығыс Еуропадағы бұрынғы социалистік елдер және бұрыңғы КСРО шығаратын мұнай қорларының 5,8% -ын имендейді, оның ішінде Ресейдің – 4,76%, яғни 646 млрд. тонна қоры бар. Мұнайдың барланған қоры жөнінен Қазақстан дүгие жүзінде 13, газ бойынша – 15 орында. Қазақстан жерінде 207 көмірсутегі шикізатының кені есепке алынған (1998 ж) оның ішінде: Батыс Қазақстан облысында-15, Ақтөбе облысында-21, Атырау облысында-80, Маңғыстау облысында-54, Оңтүстік Қазақстан облысында -16, Қызылорда облысында-11 кенорны анықталған. Кенорындарының көпшілігі мұнай жаңғыш газбен конденсаттың негізгі қоры Батыс Қазақстанда шоғырланған және олар Каспий маңы ойпатының өңірінде, Маңғыстау-Үстірт ойыстар жүйесінің, Оңтүстік Ембі және Солтүстік Бозачы көтерілімдеріне тура келеді. Қазақстан кенорындары дүние жүзінің көптеген мұнай-газ алаптары сияқты көмірсутегілер шоғырларындағы басым келетін фазалық құрамына қарай, мұнайлы, мұнайлыгазды, газдымұнайлы, газыконденсатты және мұнайгазыконденсатты болып бөлінеді. ХХ ғасырдың 20 жылдар басында, Кеңес өкімет тұсында Орал-Ембі ауданының мұнай өнеркәсібі басқармасы құрылды, 30-жылдары Байшонас, Ескене, Сағыз кенорындары ашылды. 1960 жылы Қарсақ, Мартыши кенорындары іске қосылды. Осы жылдары Маңғышлақ түбегінде, Батыс Қазақстан, Ақтөбе облыстарында мұнайдың бірқатар ірі кенорындары ашылып, бұл сала айтарлықтай дами бастады. Мұнай өндіруден Қазақстан, Кеңестер Одағы республикаларының арасынан 2-ші орынға көтерілді. 1976-1980 жылдары Маңғыстау облысының Бозашы түбегіндегі жаңа мұнай өндіретін ауданы және Ақтөбе обылысындағы Жаңажол кенорнын пайдалану басталды. 1979 жылы Батыс Қазақстан обылысында дүние жүзіндегі ең ірі кен орындарының бірі Қарашығанақ газыконденсат кен орны ашылды. 1990 жылдары ХХ ғасырда Құмкөл, Солтүстік Жолдыбай, Шығыс Мақат, Мәтен, Кенбай және теңіз мұнай кәсіпшіліктерін пайдалану басталды.

Мұнай және газды тасымалдау. Ішкі және халықаралық мұнай мен газды тасымалдаудың көлемі соңғы жылдары тез қарқынмен дамып, жүздеген миллион тоннаға және миллиард текше метрге жетті. Бұған қоса мынаны атап өту керек, мұнай мен газды ашық немесе дұрыс сақталмайтын ыдыспен тасуға болмайды, өнімнің жартысы буланып жоғалады әрі қауіпті де.

Жазда мұнай ысиды, ол жарылысқа апаруы мүмкін, ол қыста қатып қалады. Мұнай мен газды алыс қашықтыққа тасымалдаудағы ең арзан, үнемді және техникалық жетілген көлік түрі теңіз мұнай құю флоты болып табылады. Әсіресе, оны бір құрлықтан екіншісіне тасымалдауда оған жететін көлік түрі жоқ. Қазіргі кезде сиымдылығы 750 мың тонналық супертанкерлер іске қосылды. Құрлықта мұнай мен газды құбыр арқылы тасымалдау үнемді әрі сенімді. Біздің елімізде мұнай мен газды құбырмен тасымалдау көліктің басқа түрлерімен салыстырғанда әлдеқайда артық. Оның үлесі мұнай тасымалында 85%-ға жетті. Мұнайды құбыр арқылы жөнелту темір жол тасымалындағы еңбек шығынына қарағанда 10 есе аз. Бірақта құбыр желісін пайдалануға бергеннен кейін мұнай мен газ конденсаттарында пайда болатын парафин тотануна байланысты қиындықтар туындайды. Ол үшін жылытқыш пештер салынады. Тотанумен күресу үшін мұнайды айдау кезінде арнайы химиялық реагенттер қолданылады. Әлемде және елде мұнай тасымалдауда құбыр желісінен кейін темір жол көлігі кең қолдану тапқан. Елімізде үш мұнай өңдеу зауыты: Атырау, Павлодар, Шымкент және үш газ өңдеу зауыты: Өзен, Теңіз, Жаңажол.

Әдебиеттер

1. Надиров Н.К. Нефть и газ, А-А, I и II том.

2. Эрих В.Н., Расина М. Т. и др. Химия и технология нефти и газа Л., «Химия», 1972. с. 5-16

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. ҚР негізгі мұнай мен газ, газконденсат кен орындарын атаңдар.

2. Қазақстандағы МӨЗ және ГӨЗ атаңдар.

3. Қазақстан Республикасы аймағынан өтетін негізгі мұнайқұбырларын атаңдар.

Лекция №2

Тақырыбы: Мұнайдың көмірсутектік және химиялық құрамы.

Элементтік және топтық құрамы. Мұнайдың оттектік қосылыстары. Мұнайдың күкірттік, азоттық қосылыстары. Мұнайдың минералдық қосылыстары.

Мұнайдың химиялық құрамы өте күрделі, себебі ол өте көп компонентті сұйықтық. Ондағы көмірсутегі атомы 100 және одан асады, күкірт, азот, оттегі және кейбір металл қосындылары да бар. Әр кенорнындағы мұнайдың құрамы да әртүрлі. Мұнайдың элементтік құрамы: 82,5-87% көміртегі, 11,5-14,5-ы сутегі, 0,05-0,35 сиректеу 0,7-ға дейін оттегі, 1,8-ға дейін азот және 5,3-10%-ға дейін күкірт. Бұлардан басқа аз мөлшерде элементтер, оның ішінде металдар (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na және т.б.) табылады.

Мұнай көмірсутегі мен гетероатомдық қосылыстардың үздіксіз көп компонентті қоспасы болғандықтан, оны қарапайым айыру әдісімен жеке физикалық константтары бойынша және қосылыстарға бөлуге болмайды. Мұнай мен мұнай өнімдерін айыру жолымен жеке компоненттерге бөлуге болады, мұндай компоненттер фракция немесе дистиллятор деп аталады. Мұнай мен оның фракциясы қайнау температурасымен сипатталмайды, қайнаудың бастапқы (қ.б.) және қайнаудың соңындағы (қ.с.) температуралық шекпен сипатталады. Жаңа мұнай сапасын зерттеу кезінде оның фракциялық құрамын АОН-2 аппараттарында анықтайды. 200⁰ С-ға дейінгі Фракцияны бөлу атмосфералық қысымда, ал одан жоғары қайнайтындары – термиттік ыдырауды болдырмау үшін вакуум көмегімен жүргізіледі. Қабылданған әдіс бойынша қайнау басынан 300⁰ С-ға дейін 10 градустық содан соң 50 градустық фракциялар қ.с. 175-500⁰ С-да іріктеліп алынады. Көптеген мұнайлардың бензиндік фракциясы 15-25%, олар 180⁰ С-ға дейін қайнайды. Фракциялық 45-55%-ы 300-350⁰ С-ға дейін қайнайды. Құрамы жоғары ашық (350⁰ С-ғадейін) жеңіл мұнайдың кен орындары мәлім. Қаршығанақ конден. - 90%. Өңдеу әдісін ассортиментін және алынған мұнайдың пайдалану қасиетін анықтайтын химиялық құрам мен оның фракцияларға бөлінуі-мұнайдың негізгі сапалық көрсеткіші болып табылады. Бастапқы мұнайда көмірсутегінің барлық класстары болады: парафинді, нафтенді және ароматты.

Парафинді көмірсутектер (алкандар) - C_HH_2n+2 алкандары – барлық кенорындарындағы мұнай мен табиғи газдың тыстық компаненттерінің елеулі бөлігін құрайды.Олардың мұнайдағы жалпы құрамы массаның 25 – 35% құрады, оның ішінде тек Манғыстау мұнайларында массаның 40 – 50% дейін жетеді. Парафинді көмірсутектер – газ тәрізді алкандар, сұйық алкандар және қатты алкандар болып үш түрге бөлінеді.

Газ тәрізді алкандар – C₁ - C ₄ метан, пропан, бутан және изобутан. Олардың бәрі табиғи, газды конденсатта, мұнай құрамындағы ілеспелі газдар.Табиғи газдар таза газ кен орындарынан алынады. Олар негізінен аз ғана гомологтар бар метаннан, көмірсутексіз компаненттер:күкіртті сутегінен көміртегі диоксидінен және басқа сирек газдардан тұрады.

Газды конзенсатты кен орындарындағы газдар мен ілеспелігаздар таза газдардан гөрі C₂ – C₄ және бұдан жоғары концентрациясының елеулі мөлшерде болуымен ерекшеленеді. Олардан жеңіл газды бензин алады.

Сұйық алкандар – C₅ –тен C₁₅ – ке дейінгі алкандар кәдімгі жағдайда мұнайдың бензин (C₅ – C₁₀) және жермай (C₁₁ – C₁₅) францияларына кіретін сұйықтар болып табылады.

Қатты алкандар – C₁₆ және одан жоғары алкандар қалыпты жағдайда қатты заттар, олар мұнай парафині мен церезиндер құрамына кіреді. Парафиндер нормалдық және изопарафиндер түзеді. Мысалы: C₄ H ₁₀ - бутан, C₅ H ₁₂ - пентан

CH₃ CH₃ CH₃

C H₃ -CH CH₃ -CH₂ -CH CH₃ – C – CH₃

CH₃ CH₃

CH₃

Изобутан Изопентан

Изоалкандар мен n – алкандардың айырмашылығы қайнау және балқу температурасы, қату температурасы, басқа органикалық заттармен әрекеттесумен ерекшеленеді.

Нафтенді көмірсутектер (цикландар) – циклді алкандар газдан басқа мұнайдың барлық фракциялары құрамына кіреді. Жалпы эмперикалық формуласы C_H H_2n , мұндағы н – көміртегі атомдарының саны. Мысалы

C H₂ CH₂ CH₂ CH₂

CH₂ CH₂ CH₂ CH-CH₃

C H₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

Циклопентан CH₂ CH₂

Циклогексан Метилциклогексан

Нафтенді көмірсутектер (циклоалкандар) фракцияның ауырлауына қарай өсіп отырады және тек қана өте жоғары қайнайтын май фракцияларында ол төмендейді. Циклді алкандарға Баку және Ембі мұнайлары (40- 50%) бай, кейбір фракцияларында 60-80%-ға дейін болады. Нефтенді көмірсутектер автобензин-дерге, реактивті, дизель отындарына жоғары пайдалану қасиетін береді, катализдік реформинг процестерінде барынша саналы шикізат болып табылады.

Ароматты көмірсутектер (арендер) – эмпериялық формуласы C_n H_2n-6 - мұнайда, әдетте алкандар мен циклді алкандарға қарағанда аз мөлшерде (массасы – 15 – 30%) бар және олар гомологтары ретінде бензин фракциялары мен орташа отын және май фракцияларында берілген. Жеңіл мұнайда арендар құрамы фракцияның қайнау температурасының жоғарылауымен төмендейді. Ароматты көмірсутектер қатарына бензол – C₆ H₆ , толуол - C₇ H₈ , ксилол C₈ H₁₀ тағы басқалары жатады.

Ароматты көмірсутектері автобензиндегі бағалы, бірақ реактивті және дизель отындарындағы қасиетсіз компоненттер болып табылады.

Дара ароматты көмірсутектер – мұнай химиясы және органикалық синтез процесстері үшін өте бағалы шикізат.

H H H

C C C

C H CH CH C-CH₃ HC C-CH₃

CH CH CH CH HC C-CH₃

CH CH CH

Бензол Толуол Ксилол

Мұнайдың гетероатомдық қосылыстары

Мұнайдағы гетероатомдық (күкірт, азот және оттегісі бар) және минералдық қосылыстар қажетсіз компоненттер болып саналады өйткені алынатын мұнай өнімдері сапасын күрт төмендетеді, өңдеуді күрделендіреді (катализаторды уландырады т.б.). Гетероатом қосылыстар мен мұнай тығыздығы арасында заңды ықпал байқалады. Жеңіл мұнайлар гетероқосылыстарға кедей де, ауыр мұнай оларға бай келеді.

Күкірт мұнай мен мұнай өнімдерінде кең тараған гетер элемент болып есептеледі. Мұнайдағы оның құрамы массаның 5-6% -нан массаның 14%-на дейінгі үлесте ауытқып отырады. Мысалы Маңғыстау мұнайы (Өзен, Жетыбай) -0,25%, ал Бозачы мұнайларында 3-5%-ға өседі. Мұнайда күкірт қосындылары бар қосылыстар мына типке бөлінеді:

1. Элементті күкірт пен күкіртті сутегі (H₂S)

2. Меркаптандар – тиолдар (RSH)

3. Алифатты сулбфидтер (тиоэфирлер) төменгі температурада бейтарап,

бірақ термитті жақтан төзгіштігі төмен және 130-160⁰ С-да қыздырған кезде ыдырап, күкіртті сутегі мен меркаптандар түзеді. Жеке алкимеркаптандардың С₁-С₆ қайнау температурасы 6-140⁰ С. Олардың жағымсыз иісі бар. Оның бұл қасиеті қалалар мен ауылдарда газ желісінің ақауын ескерту мақсатында қолданылады. Элементті күкірт, күкіртті сутегі мен меркаптандар - күкірттің

агрессивті қосылыстары, оларды мұнай өнімдерінен бөліп тастауы қажет.

H₂C CH₂ HC CH

H ₂C CH₂ HC CH

S S

Тиофан Тиофен

Азоты бар қосылыстар

Барлық мұнайда аз мөлшерде (1%-дан кем) қосылыстар түрінде азот кездеседі. Оның көп бөлігі жоғарғы қайнайтын және мұнайды айыру қалдықтарында жинақталады.

Шайырлы – асфальтты заттар (ШАЗ) ауыр мұнай қалдықтары- мазуттарда, гидронда, қарамайда, крекинг қалдықтарында жинақталады. ШАЗ-дың мұнайдағы құрамы оның типтерімен тығыздылығына қарай үлестік 45%-ға дейін, ал АМҚ-да 70%-ға дейін ауытқып отырады. Бәрінен ШАЗ-ға нафтенді ароматты және ароматты типті жас мұнайлар бай. ШАЗ молекулалық массасы бойынша өте күрделі компонентті, оның құрамына 82-87% көміртегі, 10-12% сутегі, 2,5%-ға дейін оттегі, 0,8-7%-ға дейін күкірт және 1% -ға дейін азот болады.

ШАЗ: нейтралдық шайырға, асфальтендерге және асфальтогендік қышқылға бөлінеді. Нейтралдық шайырлар жеңіл бензинде ериді, асфальтендер жеңіл бензинде ерімейді, бірақ бензолда, хлороформда, күкіртті көміртегіде ериді; асфальтогендік қышқылдар және оның ангидридтері жеңіл бензинде ерімейді, бірақта спиртте жақсы ериді.

Мұнайдың құрамында минералды заттар (кешендерде олар механикалық қоспалардан тазартылған болса) өте аз мөлшерде кездеседі.

Мұнайды жағып күлдің құрам бөліктерін систематикалық зерттегенде элементтердің шамамен мөлшерін көрсетті (үлкенінен кішісіне қарай): S-O-N-V-P-K-Ni-J-Si-CA-Fe-MG-Na-AL-mn-PB-Ag-Cu-Ti-U-Sn-As.