Дәріс №3. 1. Абсорбциялық бөлу тәсілі

Тақырыбы: МҰНАЙ, ГАЗ, КӨМІРДІ ӨҢДЕУ ПРОЦЕСТЕРІНІҢ ЖӘНЕ ТАУАРЛЫ ӨНІМ АЛУДЫҢ ФИЗИКА-ХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРІНІҢ ҒЫЛЫМИ НЕГІЗДЕРІ.

Сабақ жоспары:

1. Абсорбциялық бөлу тәсілі

2. Кристалдандыру арқылы бөлу

3. Экстрациялық бөлу тәсілдері

4. Адсорбциялық бөлу тәсілдері

5. Мембранды бөлу тәсілі

 

Сабақ мақсаты: Мұнай, газ және көмірді өңдеу процестерімен таныстыру мен процесс нәтижесінде тауарлы өнімдер туралы түсінік беру.

 

Мұнай құрамы күрделі болғандықтан оны компоненттерге бөлуге әр түрлі әдістерді қолданады. Олар: айдау, ректификация, вакуумдық айдау, адсорбция, абсорбция, экстракция, крекинг.

Айдау. Көмірсутектердің қайнау температурасы құрамындағы көміртек атомдарының саны артқан сайын жоғарылайды.

Мысалы, бензол С₆Н₆ 80,1°С-та қайнайды, ал толуол С₇Н₈ 110,6°С-та қайнайды. Керісінше бензолдың буын қайнау температурасынан төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа айналады. Мұнайды айдап құрам бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.

Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйықтың температурасы 80°С-ден асқанда одан бензол ұшып шығады. Онымен бірге қайнау температурасы бензолдікіне жақын басқа да көмірсутектер ұшады, яғни мұнайдан қайнау температурасы 80°С-қа жуық фракция бөлінеді.

Аппараттағы температураны тағы 25°С-қа көтерсек мұнайдан қайнау температурасы 80-105°С аралықта жататын келесі фракция – құрамында С₇ бар көмірсутектер ұшып шығады. Осылай температураны 350°С-қа дейін көтере отырып, мұнайды басқа да құрам бөліктеріне бөлуге болады.

Ректификация – екінші айдау – мұнайдан қайнау температуралары өзара біршама жақын жататын фракциялар алу үшін қолданылады.

Екіншілік айдау арқылы автомобильдер мен авиа-жанармайларын – бензин фракцияларын алу үшін пайдаланады. Бензин фракцияларынан ары қарай ароматтық көмірсутектер – бензол, толуол және т.б. алуға болады.

Вакуумдық айдау. Атмосфералық қысымда айдағанда қалдық ретінде мазут бөлінеді. Мазут 350°С-тан жоғары температурада айдалады. Вакуумдық айдаудың негізі болып мына қағида саналады: қысым азайған сайын сұйықтықтың қайнау температурасы төмендейді.

Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары 350-500°С аралығында жататын фракциялар алынады.

Адсорбция. Бұл әдіс мұнай құрамындағы компоненттердің белгілі бір сорбенттің бетіне таңдамалы түрде адсорбциялануына негізделген. Бұл кезде компоненттердің сорбциялану энергиялары да әр түрлі болады. Мұнайда адсорбент арқылы өткізгенде оның бетіне белгілі бір компоненттер жақсы адсорбцияланады да, қалғандары сұйықта қалады. Осылай мұнайды құрам бөліктеріне бөлуге болады. Қазіргі кездегі адсорбциялық қондырғылар хромотографияға негізделген. Хроматографияның ығыстырушы және элюенттік деген түрлері бар.

Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі қолданылады. Әдетте ол газдарды органикалық булардан тазартуға, жағымсыз иістерді, газ тәрізді қоспаларды және ұшқыш компоненттерді жоюға жұмсалады.

Адсорбенттер ретінде активтелген көмірге қарағанда сонымен қатар таңдамалы қабілеттері жоғары жай және комплексті оксидтер пайдаланылады – активтелген глинозем, силикагель, активтелген алюминий оксиді, синтетикалық циолиттер және молекулярлық торлар.

Адсорбция – фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі. Адсорбент – өзінің сыртқы бет қабатына басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте қатты немесе сұйық заттар).

Абсорбция – фаза көлемінде жүретін бір компоненттің екінші компонентке сіңуі. Абсорбент – өзінің тек сыртқы бет қабатына ғана емес, сонымен қатар ішкі көлем бойынша басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).

Десорбция – адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция – адсорбен және адсорбат (адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында химиялық әрекеттесу арқылы жүретін адсорбция процесі.

Хемосорбция – екі фазаның бөлу бетінде жүретін химиялық реакция деп қарастыруға болады.

Абсорбция әдісі бойынша газ-ауа қоспадағы бір немесе бірнеше компоненттерді абсорбент (сіңіргіш) бойына сіңіру арқылы бөледі.

Абсорбентті газдың белгілі сіңіргіш сұйықтықта еру жағдайларына (температура, еріткіш бетіндегі парциал қысым) қарай таңдайды.

Абсорбент таңдаудың негізгі шарты – бөлінетін газдың сол сіңіргіш сұйықтықта температура мен қысымға байланысты ерігіштігі.

Крекинг. Бұл термин ыдырату деген мағынаны береді. Ол мұнайдың ауыр фракцияларын жеңіл фракцияларға ыдырату үшін пайдаланылады.

Ол үшін үздіксіз жұмыс істейтін құбырлы реакторларды қолданады. Мұнайдың ауыр фракциясын құбырлар арқылы айдайды да, құбырлар арасындағы кеңістіктерге қыздырылған жағу газдарын жібереді. Сонда жоғары температураның немесе катализатордың әсерінен ұзын молекулалар, мысалы, С₂₀ алкандары молекуласы – құрамындағы С₂-ден С₁₈-ге дейін көміртегі бар компоненттерге ыдырайды. Құрамында С₈ – С₁₀ бар көмірсутектер бензин фракциясын, ал С₁₅ бар көмірсутектер дизель фракциясын құрайды. Термиялық крекинг кезінде үзілген молекулалар қалдықтарының рекомбинациялануы нәтижесінде біршама жеңіл көмірсутектер түзіледі. Сонда көміртек пен сутектің шикізат пен өнім арасында қайта таралу құбылысы болады.

Крекингтің мақсаты – алғашқы өңдеуден кейін түзілетін ауыр дистилляттар мен қалдықтарды ыдырату арқылы шикі мұнайдан түзілетін бензиннің шығымын арттыру болып саналады.

Ұзын молекулалар көмірсутектердің (КС) қысқа молекулаларына ыдырау прцесі. Крекинг нәтижесінде мұнайда химиялық өзгерістер жүреді – КС құрылымы өзгереді.

Катализатордың әсерінен крекинг күшейеді:

 

 

Пиролиз деп затты тотықтырмай-ақ термиялық жолмен ыдырату және өзгеріске ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы олефиндерді – қанықпаған көмірсутектер алуға негізделген. Шикізат ретінде парафинді КС қолданылады. 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 органикалық еріткіш аоқылы ерітінді құрамындағы бір компонентті шығарып алуға негізделген әдіс.

Экстракцияның негізгі мақсаты – су фазасынан органикалық фазаға белгілі компонентті толық өткізу. Бұл әдістің ерекшелігі: экстракцияны өте сұйытылған ерітінділерден де жүргізуге болады, басқа әдістермен бөлінбейтін заттарды бөліп алуға болады.

Кристалдану. Балқу температурасы жоғары, мұнай құрамында еріген қатты көмірсутектерді бөліп алу үшін пайдаланылады. Кристалдануды ерітіндіден белгілі еріткіште мұзтадып түсіру арқылы жүргізеді. Сонда еріткіш бөліп алынатын заттар үшін, мүмкіндігінше, бір мезгілде еріткіш және тұнбаға түсіруші зат болуы тиіс.

Еріткіш ретінде сұйық пропан, көмірсутектердің галоген туындылары, этил мен изоамил спирттерінің қоспасы, ацетон мен толуолдың қоспасы, этил эфирі және т.б. пайдаланылады.

Еріткіштен кристаллизациялау процесін бірнеше рет қайталай отырып тазалығы өте жоғары қатты заттар алуға болады. Парафиндер мен церезиндерді зерттегенде сатылап кристалдау әдісін пайдаланады.