Тұрақтандырғыш колоннаны есептеу

          Біріншілік  айдауда үлбір пайда болатын  ингибиторларды пайдаланады, ал  тұрақтандыру және бензинді екіншілік  ректификациялаукезіндегі коррозияның  алдын ала алмайды.

          Пештің  құбырларында жиналған коррозия өнімдері, тұрақтандыру және екіншілік ректификация процестеріндегі өнімдерге коррозия ізі ретінде жиналады.

 

1.7  Ректификациялау

        

Бір бірінде жақсы еритін сұйықтықтарды бір рет буландыруда және буларды одан кейін  конденсациялағанда, құрамында төмен температурада қайнайтын фракциялары көп жеңіл және бастапқы шикізатқа қарағанда құрамында тез қайнайтұғын фракциялары аз, ауыр екі фракция алады. Сондықтан, айдау процесінде бір фаза төмен қайнаушы, ал басқа фаза жоғары қайнаушы компоненттерменбайиды. Бірақ мұнайдың компоненттердің қажетті бөлінуіне жету және айдау көмегімен белгілі бір температура аралығында қайнайтұғын түпкілікті өнім алу мүмкін емес. Сондықтан мұнай фракцияларын бір рет буландырудан кейін ректификациялайды.

Ректификациялау деп қайнау температурасы бір бірімен айырмашылығы бар сұйықтардың, булар мен сұйықтардың қарама қарсы қайта – қайта жанасуының нәтижесінде, бөлінуінің диффузиялық процесін айтады.

Булар мен сұйықтардың жанасуы тік цилиндр тәрізді  құралдарда- арнайы  жабдықтармен жарақталған ректификациялаушы табақшалары немесе отырғыштары бар, колонна бойымен жоғары көтерілуші бу мен төмен ағушы сұйықтық арасында өте тығыз жанасуды қамтамасыз ететін – ректификафиялық колонналарда іске асырылады.

Колоннаның орта бөлігіне бу, сұйық немесе бу мен сұйық қоспасы күйінде шикізатты береді,оны жоғары және төмен қайнаушы өнімге бөлу қажет. Шикізатты беретін аймақты эваперациялық аймақ дейді, себебі онда эвапорация- пеште немесе жылу алмастырғышта қыздырылған қоспаның бу және сұйық фазаларға бір рет буландыруы жүреді. Кейбір жағдайларда эвапорациялық аймақ колоннадан бөлек болады да эвапорация өз алдына тұрған апаратта жүргізіледі. Бірақ көпшілік колонналарда, сонымен қатар, бірінші алғашқы айдау қондырғыларында   да,  бір   рет  буландыруды және ректификациялауды бірге жүргізеді. 

Істеп тұрған ректификациялау колоннасында әрбір табақшадан төрт ағым өтеді: 1) жоғарғы табақшадан құйылатын сұйық – флегма;  2) төменгі табақшадан көтерілетін бу;  3) төменгі табақшаға түсетін сұйық – флегма;  4) жоғарғы табақшаға көтерілетін бу.   

Табақшаға түсетін бу мен сұйықтық тепе – теңдік жағдайда болмайды, бірақ жанасу жағдайында осы қалыпқа жетуге тырысады. Жоғарғы табақшадан сұйық ағым жоғарғы температура аумағында түскендіктен, одан кейбір төмен температурада қайнаушы компонент буға айналады, осының нәтижесінде сұйықтықта оның концентрациясыазаяды. Екінші жағынан,  төменгі табақшадан көтерілген бу ағымы температурасы төмендеу аумаққа түскендіктен одан жоғары қайнаушы өнімнің бөлігі осы аумақта конденсацияланып сұйылады. Сонымен жоғары қайнаушы компоненттің булардағы концентрациясы төмендейді, ал төмен қайнайтындары – көтеріледі. Булар мен сұйықтықтың фракциялық құрамы колоннаның жоғарғы бойы бойынша үздіксіз өзгереді.  

Ректификацилау  колоннасының шикі затты беретін орнына жоғары жағын концентрациялау, ал төменгі – айдау бөлігі деп атайды. Колоннаның екі бөлігінде де бірдей ректификациялау процесі жүреді. Концентрациялау бөлімінің жоғарғы жағынан бу фазасындақажетті тазалықтағы мақсатты өнім – ректификат, ал төменгі жағынан төмен температурада қайнайтұғын компонентпен байыған – сұйық өнім алады. Айдау бөлігінде бұл сұйықтфқтан төмен температурада қайнаушы компонент түпкілікті буланады. Колоннаның бұл бөлігінің төменгі жағынан сұйық күйінде екінші мақсатты өнім – қалдық алынады.

Колоннада ректификациялау процесін жүргізу үшін булар жоғарылаушы ағымын және сұйықтықтың төмендеуші ағымын іске асыру қажет. Жоғарылаушы ағым колоннаның айдау бөлігіне жылу беру арқылы, екінші – концентрациялау бөлігіне берілетін ағынның көмегімен жасалынады.

Ректификациялау колонналары жай (толық жәнетолық емес) және күрделі болып бөлінеді. Жай колоннаның толық жүйесі, концентрациялау мен айдау бөліктерінен тұратын және өнімдерді екі жерден – жоғары мен төменнен шығаратыны көрсетілген. Жоғары мен төмен температураларда қайнайтұғын фркациялардың аз мөлшерін бөліп алу үшін толық емес ректификациялау колоннасы – концентрациялаушы мен айдаушы бөліктері бар, пайдаланады. Концентрациялаушы колоннаға шикізаттағы бу фазасы күйінде төменгі табақшаның астына, ал айдаушы бөлігіне жоғарғы табақшаға сұйық фаза ретінде беріледі.

Егер көп компонентті қоспаны бірнеше жеке компоненттерге немесе фракцияларға, бір бірінен қайнау температураларының шегімен айырмашылық көрсететін, бөлу қажет болған жағдайда, көп колонналы жүйені қолданады, n компоненттер n-1 жай колонналар қажет. Көп колонналы ректификациялау жүйесі бензинді екінші ректификациялау, газды фракцияға бөлу қондырғыларында және т.б. қолданылады.

Егер өнімдердің тазалығына қойылатын талап аса жоғары болмаған жағдайда, күрделі колонналарды қолданады. Күрделі колонна – ол бөлінуші затты колоннаның бойымен бірнеше жерден беретін немесе өнімдерді бүйірден алатын аппарат. Күрделі колоннаны бірнеше жай колоннаның құрамасы деп қарауға болады. Аппараттың конструкциясын қарпайымдау мақсатында, оның біреуіне колоннаның концентрациялаушы бөлігін жинайды, ал айдаушы бөлігін өз алдына секция етіп бөледі.

Дайын өнімдер айдаушы секциялардың төменгі жағынан алынады, ал айдалған жеңіл фракциялар негізгі колоннаға жіберіледі, оның жоғарғы жағынан жеңіл дистиллят шығады [1].

 

1.8 Ректификациялау колонналары

        

 Мұнай мен газды өңдеу  қондырғыларында көп қолданылатын  аппараттар мен құрал – жабдықтар  қатарына ректификациялау колонналары, құбырлы пештер, жылу алмастырғыштар және әртүрлі сыйымдылық аппараттар жатады. МӨЗ қолданылып жүрген ректификациялау колонналар технологиялық міндетіне, қысымына, бу мен сұйық арасындағы жанасуды іске асыру тәсіліне, қоспа өнімдерді бөлгенде алынған заттардың сапасына байланысты жіктеледі. Ректификациялау аппараттары атқаратын міндетіне байланысты мұнайды атмосферада айдау колоннасына, бензинсіздендіру, мазутты вакуумда айдау, тұрақтандырушы және т.б. бөлінеді. Қысымға байланысты – қысымда істейтіғұн атмосфералы, вакуумды болып бөлінеді. Жанасуды іске асыру тәсіліне байланысты – табақшалы және отырғызғышты болып бөлінеді. Көпшілік технологиялық  қондырғыларда мұнайды өңдеуде тек табақшалы колонналар қолданылады.

         Ректификациялау табақшаларының әртүрлілері болады – қақпақты, қақпақсыз, бағытталған – ағушы және т.б. Қақпақты табақшаның жұмыс істеу жүйесі 3-суретте көрсетілген. Табақша деген металдан жасалған, бойында көптеген, булардың өтуіне жасалған,тесіктері бар диск.Тесіктер бойынша белгілі биіктікте бортиктер- стакандар орналасады, олардың әсерімен табақшада белгілі сұйық қабаты ұсталып тұрады. Стакандар жоғары жағынан қақпақпен жабылады. Стаканның жоғарғы белдеуі мен қақпақтың арасында, төменгі табақшалардан түсетін буларды өткізу үшін саңылау болады. Жұмыс кезінде қақпақтар сұйық қабатына батып тұрады да, оның әсерінен, гидравликалық кедергітүзіледі, бу сұйықтық арқылы барботаждан өтеді.

        Табақшалардағы  сұйықтың деңгейі құйылушы қалқамен  реттеледі, оның төменгі бөлігі келесі табақшаға дейін жетеді. Артық сұйықтық құйылушы қалқамен төмен орналасқан табақшаға түседі. Қақпақтың деңгейін, қақпақ пен стаканның жоғары ернеуінің арасын өзгертумен реттеуге болады.

        Қақпақтың  әртүрлі конструкциялары – науалы, дөңгелек, алтықабырғалы, S- тәрізді болады. МӨЗ 1960 ж. дейін науалы қақпақты табақшалар қолданылып келді. Олардың конструкциясы қарапайым және тез жиналатын. Науалы табақшалардың негізгі кемістіктері – барботаж бетінің аздығы, бұл бу жылдамдығын өсіріп, флегманың онымен ілесіп кетуіне алып кетіп соғады. 

 

 

1-патрубок; 2- қақпақ; 3- табақша дискі; 4- құйылу құбыры; 5- құйылу қалқаны;Н-құйылу стаканындағы сұйықтық деңгейінің биіктігі; Нст- стакан биіктігі; Нсл- табақша үстіне шығып тұратын құйылушы қалқаның бөлігіне немесе құбыр биіктігі.

 3-сурет. Қақпақты табақшаның жұмыс істеу жүйесі.

 

1- жазық сегмент; 2- S-тәрізді элемент; 3- қалта; 4- құйылу қалқаны; 5- бірінші элемент; 6- қақпақ; 7- тіреу жолағы; 8- бекітуші бөлшек.

4-сурет. S-тәрізді элементтерімен табақща

 

 S-тәрізді қақпақты табақшаларда сұйықтық құйылу бөлігіне бағытталғанда қақпақтарға қарсы жүреді (4-сурет), ал қақпақтар болса науамен бірге жасалынады. Әрбір S-тәрізді элемент қақпақты және науалы бөліктен тұрады. Оларды жинаған кезде, бір элементтің қақпағы басқаның науа бөлігін жауып, гидравликалық кедергі түзіп тұратындай етіп орналастырылады.

  S-тәрізді элементті табақшалар атмосфералық қысымда немесе төмен қысымда істейтіғұн колонналар үшін арналған, оларға түсетін күштің өзгеруіне байланысты, тұрақты біркелкі жұмыс істеу тән. Бұл табақшалардың қуаты, науа тәрізділерге қарағанда 20% жоғары.

Қақпақты табақшалар тобына қақпақты тура ағушы табақшалар жатады, соңғы жылдары жаңа салынып жатқан МӨЗ технологиялық қондырғыларда олар көп қолданыс табуда. Бұл табақшалар, бу мен сұйықтық әсерінің өзгеру жағдайында жұмыс істейтұғын, тағы да бөлу дәрежесі жоғары колонналарда тиімді. Мұндай табақшаның негізгі элементі – қақпақ (4-сурет), ол булар әсерімен табақша бетінен әртүрлі биіктікке көтеріледі. Басқа қақпақты статикалық жағдайда істейтүғын табақшалардан айырмашылығы, қақпақты табақшалар үшін динамикалық ауыспалы жұмыс істеу режимі тән.

 

 

1. қақпақ; 2- ұстаушы тұтқа.

 5-сурет. Қалпақты қақпақтар-тікбұрышты (а) және дөңгелек (б)

Жылжымалы қақпақтар бу күшіне байланысты, табақшаның еркін қию бетін реттей тура келтіреді немесе төмен түседі. Осындай конструкцияның нәтижесінде, түскен күштің алшақтығы қақпақтың жолының ұзындығымен анықталатындықтан, бу жылдамдығы көп өзгере қоймайды.

 Қақпақсыз табақшалар арасынан соңғы жылдары құлап ағу принципіне негізделген торлы және лақтырушы элементтері бар сүзгі табақшалар қолданыс табуда. Торлы табақшалар технологиялық режимінің өзгеруіне өте  сезімтал және сондықтан оларды түсетін күш тұрақты колонналарда ғана пайдаланады. Сүзгі табақшалардың гидравликалық кедергісі төмен және вакуум колонналарында пайдаланады [1].

 

1.9  Комбинирленген ЭЛОУ-АВҚ – бензинді екіншілік айдау қондырғысының технологиялық схемасының сипаттамасы

       

Бастапқы мұнай бірнеше паралельді ағынмен (VII, VIII, IX, XI, XII, XIII, X) жылу алмастырғыштар 100-130ºС қыздырылып беріледі. Одан әрі ағын екі паралельге бөлініп электродегидраторға (14) енгізеді. ЭЛОУ- блогынан шыққан мұнай алдымен (15,16) жылу алмастырғыштарда , одан кейін (18) жылу алмастырғышында 200-250ºС –қа дейін қыздырылып, (19) жартылай бензинсіздендіру аппаратына екі жерден кіргізіледі (тангенциаль вход). 19-дың жоғарғы жағынан газдар, су буы және де қайнау соңы120-160ºС –қа жететін жеңіл бензин фракциясы шығарылады. Қоспаны суыту және конденсациялау үшін (20) ауамен суытқыш, (21) сумен суытқыш аппарат қолданылады.(22) сепараторда конденсацияланған жеңіл бензин фракциясынан газ бен су ажыратылады. Газ Н2S – ден тазалау секциясына жіберіледі, ал су ағын сулары (сточные воды) тазалау секциясына жіберіледі. Бензин (жеңіл) бір бөлігі (25) насос арқылы бүріккіш ретінде қайта колоннаға келеді, ал қалған бөлігі бензинді тұрақтандыру колоннасына (59) жіберіледі. (19) колоннаның төменгі жағы температурасын сақтау үшін жартылай бензинсізденген мұнайдың бір бөлігі (24) насос арқылы (23) құбырлы пешке жіберіліп, 350-370ºС дейін қыздырылып колоннаның төменгі жағына қайтарылады. Мұнайдың баланстық бөлігі (26) насос арқылы (27) құбырлы пеште 370-380ºС дейін  қыздырылып, (30) күрделі ректификациялық колоннаға екі жерден енгізіледі(тангенциальный вход). (30) жоғары су мен ауыр бензин фракцияларының буы және ыдырау газдары шығарылып (31) ауа (32) су холодильниктеріне өтіп, (33) сепараторға жіберіледі. (33) жоғарысынан газ кетеді, астынан су конденсаты кетеді.Ауыр бензин фракциясы (44) насоспен жеңіл бензин фракциясымен бірігіп (59) тұрақтандырғыш колоннаға жіберіледі. (30) колоннада бүріккіш ретінде жоғарғы жағында циркуляциялық бүріккіш қолданылады. Флегма (30) үшінші табақшасынан (34) ауа және (37) су тоңазытқыштары арқылы (43) насоспен колоннаның жоғарғы табақшасына қайтарылады. Керосин фракциясы- (35) булағыш колоннаның төменгі жағынан шығарылып, (42) насоспен (7,6) тоңазытқыштар арқылы қондырғыдан шығарылады.  Дизельдік отын фракциясы- (36) булағыш колоннадан, (41) насоспен шығарылады. Дизельдік отының жылуы (68) колоннаның (78) жылу алмастырғышында және (9) жылу алмастырғышында қолданылады. Одан кейін дизельдік отын (4) тоңазытқышында суытылып қондырғыдан шығарылады.Дизельдік отын шығымын арттыру үшін (30) колоннаның төменгі жағына 400ºС – қа дейін қыздырылған су буы беріледі. Сондай ақ су буы (35,36) колонналарға да беріледі. (30)колоннада тағы да екі циркуляциялық бүріккіш бар. Ортаңғы циркуляциялық бүріккіш принципі флегма (38) насоспен табақшадан шығарылып, (10) және (28) тоңазытқыштар арқылы өтіп, (30) колоннаға тағы да қайта келеді. Төменгі циркуляциялық бүріккіш принципі – флегма табақшадан (39) насоспен шығарылып, (15) жылу алмастырғыштан (29) тоңазытқыштан өтіп, колоннаға үш табақша жоғары қайтып келеді. (30) төменгі жағынан мазут (40) насоспен (56) пеште қыздырылып, (48) вакуумдық колоннаға екі жерден енгізіледі. Бұл колоннаның шикізат енгізілетін жерінен жоғарылау отбойные тарелкалар орналастырылады. (48) жоғарғы жағында циркуляциялық бүріккіш қолданылады. Принципі вакуумдық колоннаның жоғарғы III- ші табақшасынан   I-ші май фракциясы (51) насоспен шығарылады. Ол (12) жылуалмастырғыш (47) тоңазытқыш арқылы өтіп, (48) қайтып оралады. Ал, I-к майдың балансты бөлігі қондырғыдан шығарылады. Вакуумдық колоннаның (48) жоғарғы жағынан ыдырау газынан, су буынан, ауадан және жеңіл фракциялар қоспасынан тұратын фракциялар шығып(45,46) тоңазытқыштан өтіп, вакуум түзегіш жүйеге жіберіледі. (49) буландырғыш колоннадан (54) насоспен 2-ші майлы фракциялары шығарылып, (11) жылуалмастырғыш, (3) ауамен суытқыштан өтіп қондырғыдан шығады.(50) буландырғыш колоннадан 3-ші майлы фракция (52) насос арқылы ,(13) жылу алмастырғыш пен (2) ауамен суытқыш арқылы резервуарға жіберіледі. (48) вакуумдық колоннаның төменгі циркуляциялық бүріккіші (55) насостың көмегімен жүргізіледі. Флегма (16) ауа жылу алмастырғыш (17) колоннаға қайтарылып отырады. (3) майлы фракция шығымын арттыру үшін (48) төменгі жағынан гудрон (53)-ші насоспен шығарылып, (18) – ші (8)-ші жылуалмастырғыштармен, (5)-ші ауамен суытқыш арқылы қондырғыдан шығарылады. (22), (23) – аппараттардан тұрақсыз бензин фракциясы (25,44) насостар арқылы 11-к ағынменен (60,61) жылу алмастырғыштардан өтіп, (59) колоннаға келеді. Бұл колоннаны жеңіл және ауыр бензиндер ағынымен әртүрлі секцияға жіберілуі энергия шығынын үдетеді. (59) бензин фракциясынан еріген газдар жоғары жағынан шығарылып, (58) ауа мен (57) сумен суытқыштар арқылы өткізіліп, (72) сепараторға жеткізіледі. (72)-де майлы газ сұйылған газдан және жеңіл көмірсутектер (ден) газ-дан айырылады. Сұйылған газдың бір бөлігі (59) төменгі жағына жылу тұрақтанған бензин арқылы беріледі.Тұрақтанған бензин (59) төменгі жағынан шығарылып (62, 68) бензинді 2- ші рет фракцияға жібереді. (62) жоғарғы жағынан қайнау басымен 85ºС фракция шығып кетеді. Бұл (68) қондырғыға булық қондырғыш ретінде жіберіледі, оның циркуляциялық бөлігі (65) ауамен салқындатқыш және (66) тоңазытқышпен (67) жинағыш аппаратқа жіберіледі. Одан (77) насоспен (62) не бүріккіш ретінде жіберіледі. Ал (62) – нің төменгі жағынан (85-120ºС) фракциясы шығарылып, (61) жылуалмастырғыш пен (63) ауамен сақындатқыш  арқылы өтеді. (68) колоннаның жоғарғы жағынан қайнау басы -62ºС арасындағы фракциялар шығарылып, (69) ауамен тоңазытқыш (70) сумен тоңазытқыш арқылы өтіп, (71) жинағышқа жиналады. Оның циркуляциялық бөлігі (68) – бүркуге жіберіледі, ал балансты бөлігі қондырғыдан шығарылады. (68)-дің төменгі жағына жылу (78)- жылу  алмастырғыштан дизельдік отын жылуымен жылытылады. Ал (68)- төменгі жағынан (62-85ºС) арасындағы фракция шығарылып, (79) насос арқылы (60) жылуалмастырғышпен 64 ауамен суытқыш арқылы қондырғыдан шығарылады.

[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             

1.10 Шикізат, дайын өнім және қосымша материалдардың                                  сипаттамасы

 

 Шикі заттың дайын өнімі: Көмірсутекті  газдар, тұрақтанған бензин.

Алынатын газдар: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, газ бензині (С4 және жоғары).

 

1-кесте

Алынған өнімнің физикалық константасы

Көмірсутек		Балқу температурасы, ºС	Қайнау температурасы, ºС		Тығыздығы,  r (кг/м³)
Метан	-182,6			-161,6	0,3020, (-100)
Этан	-183,6			-88,6	05612, (-100)
Пропан	-187,7			-42,3	0,5794, (-40)
Бутан	-138,3			-0,5	0,5789
Изобутан	-159,6			-11,7	0,5593
Пентан	-129,7			36,08	626,2

 

2-кесте

Газ көмірсутектердің кейбір физикалық константасы

Көмірсу-тек	Тқай, 760 мм.сын. бағ., ºС	Газ тығыздығы, кг/м³	Сұйытыл-ған газ тығызды-ғы, кг/м³	Критика-лық температу-ра, ºС	Критика- лық қысымы, МПа
Метан	-161,6	0,7166	380	-82,1	4,58
Этилен	-103,7	1,2594	569,9 (-103,4ºС)	9,5	5,07
Этан	-88,6	1,3551	374	32,3	4,82
Пропилен	-47,7	1,8753	609,5 (-47 ºС)	91,4	4,54
Пропан	-42,1	2,0193	500,7	96,8	4,20
Изобути-лен	-7,0	2,5001	626,8    (-6,8 ºС)	144,7	3,95
a- бутилен	-6,3	2,5001	625   (-6,1 ºС)	147,2	4,00
Транс-b-бутилен	0,9	-	604,2	-	-
Изобутан	-11,7	2,6720	557,2	134,4	3,64
Н-бутан	-0,50	2,6720	578,7	152,0	3,75