Бишімбаева Г.Қ., Букетова А.Е.
МҮНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ ХИМИЯСЫ МЕН
ТЕХНОЛОГИЯСЫ
АЛМАТЫ
2007
УДК 541.182+665.63
ББК35.514я7
Б59
Б59 Бишімбаева Г.Қ., Букетова А.Е. Мұнай және газ химиясы мен техно-
логиясы: Оқу құралы. - Алматы: «Бастау», 2007. 242 б.
І5ВИ 9965-814-14-7
Мұнай мен газдардың, сонымен бірге олардың құрамына кіретін
көмірсутектердің химиялық құрамы, физикалық және химиялық қасиеттері;
мұнай шикізатын өндіру, дайындау және өндеудің негізгі процестері,
технологиялық процестердің теориялық негіздері мен типтік технологиялық
схемалары қарастырылған.
Оқу құралы Қазақстан-Британ техникалық университетінде «Мұнай және
газ химиясы» пәні бойынша 050708 - «Мұнай-газ ісі», 050715 - «Теңіз техника-
сы» және 050721 — «Органикалық заттардың химиялық технологиясы» маман-
дықтарының бакалавриат студентеріне авторлардың лекциялар курсы негізінде
жазылған.
Мұнай мамандарын дайындайтын жоғары оқу орыңдарынын студен-
теріне, сонымен бірге мұнайгаз өңдірісінің мамандарына арналған.
ББК 35.514я7
Е2804020200
00(05)-06
І8ВИ 9965-814-14-7
© «Бастау» баспасы, 2007
© Бишімбасва Г.К., Букетова А.Е.
КІРІСПЕ
Қазіргі заманғы дүниежүзілік экономикада мүнай мен газдың
алатын орны ерекше. Бүгінгі таңда миллиартаған адамдар есептеп
жатпастан мүнай мен газды күн сайын, сағат сайын қолданады.
Күнделікгі тіршілігіміздің өзінде қаншама мүнай мен газды пайда-
панымыз десеңші. Үйімізде шам жанып, ыстық суымыз ағып түрады;
машинамен, қоғамдық көлікпен, үшақпен, кемелерімен жүреміз. Тіпті
ракеталарды алсақ осылардың барлығы да мүнай мен газды пайда-
ланады. Әлемнің ірі кен орындарында бүгінгі таңда мың және бес
мың метр тереңдікке дейін мыңдаған, он мыңдаған мүнайдың сква-
жиналары бүрғыланған. Миллиондаған бүрғылаушы жэне компрес-
сорлық станциялар жер қыртысындағы мүнай мен газды жер астынан
тартып, сорып, мүнай өнімдерінің қүбырлары мен газ қүбырлары
дамыған елдер территориясына еніп тірі организмдегі қан тамырлары
сияқты эртүрлі мемлекеттер мен континенттерді бірікгіре байланыс-
тыруда. Көмірсутек шикізаттары тиелген танкерлер қазіргі заманғы
жүк таситын көлікгің қатаң графигінде Дүниежүзілік мүхит аквато-
риясында бағыт алуда. Үшінші мыңжылдыққа аяқ баса отырып, адам-
зат қазір де мүнай мен газдың көмегімен өзінің ең қажетті жер бетін-
дегі жэне космостағы проблемаларын шешуге тырысуда. Бір жарым
ғасыр бүрынғыдай «ақылды адам» планета миллиард жылдар бойы
түрғызып, сақтаған мүнай мен газ қорын тоқтаусыз қолдануда, мұнай
мен газ дүниежүзілік жылу энергетикалық шаруашылығында алдың-
ғы орындарды алады. Ресурстарды жалпы түтынудағы олардың үлесі:
1900 ж. 3 %-тен, ал 2006 ж. 50 %-тен асып, үздіксіз өсуде. Жыл сайын
көмірсутектерді дүниежүзінде өндіру 320 миллион тонна мүнайға
жэне 580 миллиард куб метр газға артуда. Жалпы алғанда, бүгінгі
таңда мүнайдың дүниежүзілік шығарылатын қоры мынандай сандар-
мен (млрд. т) бағаланады;
-	газ конденсаты - 1,0-1,5 (шығарылатыны-1,0);
-	кэдімгі мүнай - 220-280 (шығарылатыны - 100);
-	өте ауыр мүнай - 650-730 (шығарылатыны - 350).
Қазіргідей қарқынмен мүнайды өндіру көлемінің осы қоры қырық
жылдан артық уақытқа жетуі керек. Барлық дүниежүзлік қордың көп
бөлігі 60%-ға жуығы - Таяу жэне Орта Шығысқа келеді. Екінші
орында 15 % үлесіне тиетін Оңтүстік жэне Солтүстік Америка. ТМД
елдері мен Қытайдың үлесінде - 12%, Африкада - 8%, қалған елдерде
5%-ке жуық.
3
Мұнайға ең бай мемлекет - Сауд Аравиясы (дәлелденген дүние-
дүзілік қордың 25%), Ирак (10,8%), ОАЭ (9,3%), Кувейт (9,2%), Иран
(8,6%) және Венесуэла (7,3%) - бүлардың барлығы МЭЕ¥ (мүнайды
экспортқа шығаратын елдер үйымы ОРЕС) мүшелері болып табы-
лады, олардың үлесіне дүниежүзілік қордың 78% келеді. Аса ауыр
мүнайдың қоры негізінен Канадада, Венесуэлада жэне ТМД елдерінің
территориясында шоғырланған (1 сурет).
1-сурет. Дэлелденген мүнай қорлары
Мүнаймен салыстырғанда (эсіресе тас көмірмен) табиғи газдың
энергия тасымалдаушы жэне шикізат ресурсы ретінде бірнеше
маңызды артықшылықгары бар: өндірісте жэне түрмыста пайдалан-
ғанда, сонымен қатар көмірді біраз мөлшерде газбен алмастырған
электр энергиясы өндірісінде қоршаған ортаны ластау мүмкіндігі
төменірек. Бүдан басқа химиялық өндірісте де газды кеңінен қол-
дануға зор мүмкіндік бар. Қазіргі кезде көлік саласында басты ролді
бензин атқаратынына қарамастан, табиғи газ басты энергия тасы-
малдаушы қызметін атқарады.
Әртүрлі энергия тасымалдаушыларды қолдану, мысалы АҚШ-та,
2005 жылғы көрсеткіштерге сэйкес мынадай қатынастармен сипат-
талады:
бензин - 40%,
табиғи газ - 23 %,
4
тас көмір - 23 %,
атом энергиясы - 8 % ,
энергия ресурстарының жаңартылатын түрлері - 6 %.
Әлемнің әртүрлі аймақтарында газды пайдаланудың таралуын
мынадай көрсеткіштермен беруге болады:
Таяу Шығыс - 39%,
Шығыс Еуропа және бұрынғы ССРО - 35%,
Батыс Еуропа - 9%,
Азия мен Океания - 8%,
Африка - 7%,
Солтүстік Америка - 4%,
Орталық және Оңтүстік Америка - 4%.
Қазіргі кезде табиғи газдың дәлелденген әлемдік ресурстары
оның дүниежүзілік тұтыну дәрежесінен 70 есе асып түседі, айта
кететін жағдай нақты анықталған ресурстар дәрежесі 1970 жылдан
бастап жыл сайын өсіп отырған.
Көмірсутекті газдың әлемдік қоры 142 трлн. м3 (115 млрд. т)
бағаланады. Қазіргі заманғы өндіру қарқыны бойынша газ ресурс-
тары болжамдарға сәйкес шамамен 60 жылға жетеді. Табиғи газдың
барлық жалпы қоры бойынша 55% жуығы ТМД елдеріне келеді.
Қалған қорлар былайша таралған (трлн. м3):
Таяу Шығыс	- 45
Америка	-15
Азия мен Тынық мұхит - 10
Африка	-10
Батыс Еуропа	- 6
1-ші кестеде әйгілі мұнай (1 млрд. тоннадан астам қоры бар өте
ірі) кен орындары, 2-ші кестеде - табиғи газ (1 трлн. м3 астам қоры
бар) кен орындары көрсетілген.
Қазақстан әлемнің байырғы мұнай шығаратын елдерінің бірі
болып табылады, оның табиғи байлықтары орасан зор, атап айтқанда
табиғи жанғыш қазбалар қорлары: мұнай, газ және көмірге өте бай
мемлекет. Қазақстанның көмірсутек потенциалы мамандардың айтуы-
на қарағанда әлемдік қордың жалпы көлемі бойынша жеткілікті дәре-
жеде. Мұнайдың анықталған қоры бойынша Қазақстан әлемнің алдың-
ғы елдерінің қатарына кіреді. Мұнай мен газ Қазақстанның барлық
аудандарында дерлік кездеседі. Қазақстандағы көмірсутек шикізат-
тарының алынатын қорлары 30 млрд. баррель немесе 4 млрд. тонна
5
мұнайды және 3 трлн. куб.метрге жуық газды құрайды. Мұнай қоры
бойынша Қазақстан көітгеген мұнай өндіретін елдерден асып түседі.
Республикада барланған мұнай және конденсат қорлары - 2,8 мил-
лиард тонна, газ қоры - 1,9 триллион куб. метр.
1 кесте.
Әлемнің әйгілі мұнай кен орындары
№	Кен орны	Мемлекет	Бастапқы алынатын қоры, млрд.т
1	Гавар	Сауд Аравиясы	10,2
2	Бурган	Кувейт	9,9
3	Боливар	Венесуэла	4,4
4	Сафания	Сауд Аравиясы	4,1
5	Румайла	Ирак	2,7
6	Ахваз	Иран	2,4
7	Киркук	Ирак	2,2
8	Марун	Иран	2,2
9	Гачсаран	Иран	2,1
10	Ата-Джари	Иран	1,7
2 кесте.
Әлемнің әйгілі газ кен орындары
№	Кен орны	Мемлекет	Бастапқы алынатын қоры, трлн. м3
1	Уренгой	Ресей	4
2	Ямбург	Ресей	3,78
3	Штокман	Ресей	3
4	Медвежье	Ресей	1,55
5	Харасавей	Ресей	-
6	Заполярное	Ресей	2,6
7	Астрахань	Ресей	-
8	Оренбург	Ресей	1,78
9	Манхандл-Хьюготон	АҚШ	2
10	Слохетерен	Нидерланды	1,65
6
Алғашқы кен орындары Эмбі өзенінің бассейндерінде 1911
жылы ашылған болатын. Қазақстанның мұнай газ индустриясының
даму бастамасы Қарашанғұл аймағындағы барлау скважинасынан
мұнай-дың фонтан болып атқылаған уақыты осы кезеңге жатады.
Бүгінгі таңда мұнайдың ең үлкен кен орны еліміздің батысында
орналасқан. Атырау және Маңғыстау облыстарының территория-
сында мұнайдың өндірістік қорларынан тұратын 70% қазақстандық
кен орындары бар. Анықгалған 207 кен орындарының 80-ге жуығы
Атырау облысында, Каспий өңірі ойпатыпың территориясында орна-
ласқан (1-ші кесте). Маңғыстау облысында 54 кен орны, Ақгөбе
облысында - 22, Оңтүстік Қазақстанда - 16, Батыс Қазақстанда - 15,
Қызылорда облысында - 11, Жамбыл облысында - 6 және Қараған-
дыда - 4 кен орны бар.
Мұның өзінде де Қазақстанның мұнай газ саласының потен-
циалды мүмкіндіктері орасан зор. Алдын-ала болжаулар бойынша,
республикадағы мұнай мен газ қоры 13 миллиард тоннадан асады,
олардың жартысынан көбі Каспий теңізіндегі Қазақстан секторының
шельфінің шегінде орналасқан. Каспий шельфін терең зерттеу және
теңіздегі геологиялық барлау жұмыстарының дамуы 2000 жылы өте
ірі Кашаган, Оңтүстік-Батыс Қашаған, Ақтоты теңіз кен орындарын
табуға мүмкіндік берді. Аналитиктердің пайымдауы бойынша олар-
ды игеру республиканың ірі мұнай өндіретін 10 елдің қатарына кіруге
мүмкіндік береді. Осы сектордағы табиғи газдың геологиялық қор-
лары 3 трлн. куб. м-ге жуық, алынатыны - шамамен 1 трлн. куб. м.
Қазақстандағы ең ірі мұнай кен орындары Теңіз (мұнай) кен
орны, Өзен (мұнай-газ), Қарашығанақ (мұнай-газ конденсатты), Қа-
ламкас (мұнай-газ) болып табылады.
Мұнай-газ кен орындарында мұнаймен ірге біршама мөлшерде
ілеспе газдар болады. Ілеспе газдар табиғи газ тәрізді тек өндірістік
қана емес, күнделікті тұрмыстық мәні бар ыңғайлы және арзан отын.
Қазақстандағы ең ірі газ кен орны Қарашығанақ (1330 млрд. м3-тан
астам), Жаңажол (130,6 млрд. м3) және Үрықтау (40,1 млрд. м3).
Соңғы жылдары мұнай мен табиғи газды өндіру мәліметтері 3-ші
және 4-ші кестелерде берілген.
Республикада мұнай өңдеу деңгейі соңғы жылдары түптен
өзгермейді, газ өндіру артуда және алдағы уақытта көмірсутек ши-
кізаттарын алу мүмкіндіктері жоғарылауда. Мұнай - газ Қазақстан
экономикасын дамытуда маңызды роль атқаратындығында және
өнеркәсіп өндірісінде капиталдық мүмкіндіктер секторының бірі
екендігінде сөз жоқ.
7
3 кесте.
Қазақстанның негізгі мұнай-газ бассейндері
Қазақстанның негізгі мұнай-газ бассейндері					
Бассейн	Ауда ны тыс. км2	Алынатын қоры			Ескерту
		Мұнай млн. т	Газ млрд. м3	Кон- денсат млн т	
Каспий өңірінің ойпаты	385	4 000	1 200	325	125 кен орны 50% мүнай қоры - Қашаған және Теңіз 60% газ және коңденсат қоры - Қарашығанақ
Бозашы үстірті	100	270	45		16 кен орнының ең ірілері - Қаламқас, Қаражанбас
Маңғышлақ	50	337	78	4	50 кен орны ірілері - Өзен, Жетібай.
Шу-Сарысу	168	-	50	2	9 кен орны Ең ірілері - Амангелді, Айрақгы, Орталық, Придорожное. Амангелді кен орны игерілуде, 15 скважина бүрғыланған, Амангедді- Тараз (160 км) газ қүбыры пайдалануға берілген.
Оңтүстік - Торғай	80	134	24	1	15 кен орны Ең ірілері - Қүмкөл, Арыскум, Акшабұлақ.
4 кесте.
Қазақстанда мұнай және табиғи газ өндіру
Қазақстанда мұнай және табиғи газ өндіру					
	2004 г.	2006 г.	2007 г.	2010 г. болжам	2015 г. болжам
Мұнай, млн. т	59,1	64,0	65,5	80,0	130,0
Газ, млрд. м3	17,0	28,7	36,0	40,5	75
8
1 тарау. МҰНАЙДЫҢ ШЫҒУ ТЕГІ, ҚАСИЕТТЕРІ
ЖӘНЕ ЖІКТЕЛУІ
1.1.	Мұнай мен газдың шығу тегі
Мұнайды өндірумен адамзат бұрынғы заманнан іпұғылданып
келе жатқандығы белгілі және оны біздің эраға дейінгі VI ғасырдан
бері өндіреді. Алғашында ең қарапайым әдістер қолданылатын: су
қоймаларының бетінен мұнайды жинап алу, құдықгардың көмегімен
мұнай сіңген құмдыкгы немесе эктастарды өңдеу. Алынған мұнайды
құрылыста қолданып немесе дэріге қосып, оталдырғыш қоспа алуға,
жарық беруге жэне басқа да көптеген жағдайларда пайдаланған.
Дегенмен мұнай өндірісінің бастамасы ретінде 1859 жылы АҚШ-да
ұңғымаларды мұнайға механикалық бұрғылау жасау кезеңі пайда
болған уақытты есептеу қабылданған, қазіргі кезде дүниежүзінде
өндірілетін мұнайдың барлығы бұрғылау ұңғымасының көмегімен
алынады. Бүгінгі күні жанғыш қазбаларды негізінен энергетикалық
отын ретінде қолданады, атап айтқанда мұнай мен газдың жылу
шығару қасиеті оларды өте пайдалы қазбаларға жатқызады.
Мұнай мен газдың нағыз шын қоры туралы сұрақ геологиялық
жэне геохимиялық жағдайда мұнай мен газдың түзілуі туралы білімді
қажет етеді. Мұнай орындарын дэл бағалауға мүмкіндік беретін
мұнайды барлау мен өндірудің жоғары технологиясының дамуына
қарамастан қор мөлшері эрдайым қадағаланып отырады. Мұнай
көлемі бұрын максималды алынатын қарастырылған кен орындарын-
дағы мұнай өндіріліп қойған, ал мұнайды өндіру элі жалғасуда.
Мұнай қорының таусылмайтындығы туралы сұраққа жауап беру үшін
оның шығу тегін қарастырған жөн. Ғылым мен технологиялардың
дамуына байланысты пайдалы қазбалардың сол немесе баска түрле-
рінің шығу тегінің алғы шарттары да бірге дамып отырды.
Ондаған жылдар бойы мұнайдың шығу тегі туралы екі концеп-
цияның - биогенді (органикалық) жэне абиогенді (бейорганикалық
немесе минералдық) қарама қайшылығы сақталуда. Өткен жүз жыл-
дықта мұнай проблемасы туралы химиялық, геохимиялық жэне гео-
логиялық мэліметтердің біразы жинақгалған болатын. Дегенмен мұ-
най түзілетін бастапқы зат туралы, мұнайдыц концентрленген шөгін-
ділерінің бүтін кен орындарына қалыптасу процесі осы күнге дейін
аяғына дейін шешілген жоқ. Мұнайдың органикалық генезисі туралы
9
көзқарастарды нақты деп есептейтін ғалымдардың көп болуына
қарамастан, олардың біразы келіспеушілік тудырып, оның минерал-
дық шығу тегінің пайдасына жаңа дәйектер іздеуде.
Мұнайдың шығу тегі туралы гипотеза алғаш рет XVIII ғасырдың
бірінші жартысында пайда болды. Оны М.В. Ломоносов «О слоях
земных» (1733 ж.) еңбегінде жазған болатын, осыған іле-шала бұл
ойды неміс ғалымы И. Генкель және француз ғалымы Б. де Молье тұ-
жырымдады. М.В. Ломоносов өзінің трактатында мұнайдың бастапқы
құрамы тас көмір, ал И. Генкель мен Б. де Молье - өсімдіктер мен
жануарлардың қалдықгары болып табылады деп жазды. Кейінірек
академик В. И. Вернадский мұнайда органикалық әлемде кездесетін
азотты қосылыстардың болатындығына көңіл аударды.
XIX және XX ғасырдың басында ғалымдардың арасында мұнай
түзетін шикізат ретінде не қолданылатындығы, өсімдік немесе жану-
арлар қалдықтары ма осы мәселе төңірегінде талас туды. 1888 ж.
неміс химиктері Г.Гефер және К.Энглер балық майын 400°С тем-
пература мен 1 МПа қысымда айдау нәтижесінде шектеулі спирттер,
парафиндер және жағар майлар алды. Осылайша әйгілі ғалымдардың
зерттеу нәтижесінде мұнайдың шығу тегінің биогендік табиғаты
дәлелденген еді.
1919 жылы Н.Д. Зелинский Балқаш көлінен батпақтар мен көл-
дердің түбіндегі өсімдіктер мен жануарлардың шіріп қалған қалдық-
тарынын лай қабаты - сапропельді өңдеу жұмыстарын жүргізді. Ака-
демик Н.Д. Зелинский жануарлар мен өсімдік қалдықгарының құра-
мына кіретін пальмитин, стеарин және басқа да қышқылдардың жоға-
ры емес температура (150-400°С) жағдайында алюминий хлоридінің
каталитикалық әсерін зертгеді. Нәтижесінде химиялық құрамы, физи-
калық қасиеті және сыртқы түрі бойынша мұнайға ұқсас өнім алды.
Профессор А.В. Фрост мұнай түзілу процесінде алюминий хло-
ридінің ролін табиғатта кәдімгі саз, сазды әктастар және құрамында
сазды минералдар болатын басқа да жыныстар атқаруы мүмкін
екендігін дәлелдеді.
Жалпы алғанда, барлық елдің мұнайының құрамы мен құрылы-
сының ұқсастығы, біріңғай ішкі құрылымы мен мұнайдың элементтік
құрамының бірдей болуы сияқіы мәселелер органикалық теорияның
аргументтерінің артығырақ екенін көрсетті.
Екінші жағынан 1866 жылы француз химигі М. Бертло мұнай-
дың Жер қыртысында минералды заттардан түзілгендігі туралы
10
өзінің болжамын айтты. Оны дәлелдеу үшін сілтілік металдардың
көмір қышқылы және сумен әрекеттесуі нәтижесінде ацетилен С2Н2
синтездеп алып, бірнеше эксперимент жасады. Сол кездері осы
бағытта зертханалық зерттеулерді химиктер А. Биассон (1866) және
С. Клоэц (1878) та жүргізген болатын.
Он жылдан соң 1876 жылдың 15 қазанында Орыс химиялық
қоғамының мәжілісінде Д. И. Менделеев баяндама жасады. Ол өзінің
мүнайдың түзілуі жөніндегі гипотезасын түсіндіріп берді. Жер
қыртысын бұзып тау түзілу процестері кезінде түбіне су жиналады.
Д.И.Менделеевтің көзқарасы бойынша мүнай жер қойнауында
металдар карбидтері (ҒеС, ТіС, Сг2С3, \УС т.б.) сумен әрекеттесуінің
нәти-жесінде түзіледі. Жер қыртысымен жанаса отырып, ол темір
карбидімен жанасып, қоршаған орта температурасы мен қысымның
әсерінен онымен реакцияға түседі. Осы реакцияның нәтижесінде
темір оксидтері мен көмірсутектер, мысалы этан түзіледі.
2ҒеС + ЗН2О = Ғе2О3+ С2Н6.
Алынған заттар сол кеуектер арқылы жер қыртысының беткі
қабатына көтеріліп, кеуек жыныстарды қанықтырады. Газ және
мүнай кен орындары да осылайша түзілсді. Осыны дәлелдеу үшін
Д.И. Менделеев құрамында жеткілікті мөлшерде көміртек болатып
шойынға күкірт қышқылымен әсер ету арқылы сутек және қанық-
паған көмірсутектер алу тәжірибесін жасап көрсетті. Тәжірибелерде
металл карбидтерінің сумен әрскеттесуі нәтижесінде сұйык көмір-
сутектердің түзілгендігі байқалды.
Ресей мұнай ісінің дамуында Д.И.Менделеевтің ерекше роль
атқарғандығын атап өткен жөн. XIX ғасырдың 90-шы жылдары Баку
жанындағы Сураханда керосин алатын кішігірім зауыты бар орыс
ондіріс саласының қызметкері Кокорев құлдырауға ұшырағалы тұр-
ған зауыттың тиімділігі туралы кеңес алу мақсатында Менделеевті
шақырады. Оның зауыт дсп жүргені, шынту айтқа келгенде астынан
газ жанып тұрған үлкен қазан еді. Қазаннан бөшке арқылы бос
бөшкеге түтік жүргізілген. Су толтырылған бөшке тоңазытқыштың,
ал бос бөшке керосинді құйып алатын қабылдағыш ролін атқаратын.
Менделеев мұнай айдау технологиясын өзгертіп, сұйықтық
үздіксіз құйылып тұруы үшін ыдысқа саңылау жасауды ұсынды. Бұл
өз кезегінде қалдықгарды аластау үшін процесті тоқгатпауға мүмкін-
дік береді. Ол мұнайды арбамен тасып жүрмес үшін өндіріс орнынан
түтік шығарып, осындай түтікті алынған керосин тұтынушыға тікелей
тиуі үшін зауыттан жағалауға дейіп тартты.
11
Менделеев ағаш бөшкелерді металдан жасалған бөшкелерге
ауыстырғызып, теңіз үстімен мүнайды тасымалдау үшін арнайы
металдан жасалған баржаларды қолдануды үсынды. Оның осындай
кеңестері Кокорев, Рагозин, Нобель және тағы басқа өндіріс үйымдас-
тырушыларына Ресейдегі енді етек жайып келе жатқан мүнай өнеркә-
сібінің дамуына әсерін тигізді.
Мұнайдың минералды (абиогенді) шығу тегі туралы гипоте-
залардың барлығы көмірсутектерді мүнай қүрамында оттек, күкірт
және азот болатын компоненттерді бастапқы жай заттар С, Н2, СО,
СО2, СН4, Н2О мен жоғары температурада радикалдардан және синтез
өнімдерінің тереңде жатқан жыныстардың минералды бөліктерімен
әрекеттесетіндігі туралы идеяны біріктірді.
Д.И. Менделеевтің абиогенді немесе карбидті теориясын күтпе-
ген жерден астрофизиктердің қорытындылары дәлелдеді. Аспан дене-
лерінің спектрін зерттеу нәтижесінде Юпитер және басқа да үлкен
планеталар атмосферасында, сонымен бірге кометаның газ қауызын-
да көміртектің сутекпен қосылыстары кездеседі. 1889 жылы геолог
В.Д. Соколов көмірсутектердің метеориттер мен комета қүйрығында
болатындығын анықтады. Осының негізінде ол Жер пайда болғанда
көмірсутектер магмамен жүтылып, нәтижесінде ол суығанда түзілген
көмірсутектер сынықтар аймақгары арқылы стратосфераға енген
деген болжам жасады.
Осылайша мүнай осы гипотеза бойынша Жерге басқа космос
материясымен бірге түскен космостың біріншілік көмірсутектерінің
айналу өнімі болып табылады. Бүдан егер көмірсутектер космоста
кең таралған болса, онда табиғатта бейорганикалық заттардан органи-
калық заттар синтездеу процесі жүруі керек. Менделеевтің теориясы
осындай болжаммен қалыптасқан болатын.
XX ғасырдың 30-шы жылдары абиогенді гипотеза мүнайдың
органикалық шығу тегі теориясының негізін салушы академик
И.М. Губкин санатынан сынға үшырады. Дегенмен ол «кішігірім,
практикалық маңызы жоқ мүнайдың магмадан бөліну нәтижесінде
туындайтын жиналуынан бейорганикалық шығу тегі болуы мүмкін»
деді.
XX ғасырдың ортасында мүнайдың органикалық шығу тегі
туралы геологиялық және геохимиялық дәлелдемелері алынды. Бірақ
осы кезде кейбір планеталардың қауыздарында және жүлдыздар
арасындағы бүлттардың газ қабатында көп мөлшерде әртүрлі
көміртекті қосылыстардың, оның ішінде көмірсутектердің болатын-
12
дығы туралы мәліметтер алынған болатын. Метеориттерде аминқыш-
қылдарының, көмірсутектердің, порфириндердің және басқа да
органикалық қосылыстардың болатындығы дәлелденген. Осыған
байланысты көмірсутектердің космостық және магмалық синтезі
туралы гипотезаны тағы да дәйектеуге мүмкіндік берді. Осылайша
гипотезалардың әртүрлі варианттары дами бастады.
1932 жылы И. М. Губкин өзінің «Учение о нефти» кітабында сол
кездегі мүнай мен газдын даму тарихынын корытындыларын жасады.
Мүнай түзілу үшін бастапқы зат ретінде сапропельді, яғни теңіздер
мен басқа да су қоймаларының шөгінділерінде ыдыраған өнімдерді
қарастырды.
Органикалық заттардың мұнайға ауысуының бірінші сатысында
өсімдік және жануарлар қалдықгарының түнбаға түсуі болады. Әрі
қарай екінші биохимиялық сатысында жинақталған органикалық
тұнба жаймен өзгеріп, тығыздалып, біртіндеп суынан айырылады.
Үшінші сатысы - шөгінділердің тау жыныстарына айналуы.
Органикалық тұнбаның бөліктері бетінде жаңа тұнбалардың қабаты
пайда болып біртіндеп 1,5-2 км тереңдікке жылжиды (2 сурет).
2-сурет. Мұнайдың органикалық шығу тегіне сәйкес мұнай мен
газдың түзілу сатылары.
1. Өсімдік және жануарлар қалдықтарының тұнбаға түсуі.
2. Органикалық материалдың химиялық реакция нәтижесінде тығыздалуы.
3. Шөгінділердің тау жыныстарына ауйналуы.
4. Мұнай катагенезі. 5. Газдыңтүзілуі.
13
Органикалық қалдықгармен байытылған қабат терең бойлаған
сайын ондағы температура мен қысым артады. Микроорганизмдердің
жойылуы салдарынан биохимялық процестер толық тоқтап қалады да
органикалық жоғары конденсирленген макромолекулалар - кероген-
дерге өзгеруін туғызатын белсенді термокаталикалық реакциялар
жүре бастайды.
Керогеннің одан әрі пісуі одан «микромұнай» деп аталатын
көмірсутек компоненттерінің біртіндеп бөлінуі мен бірге жүреді де,
катагенез деп аталды. Олар ұзақ және көп сатылы, ондаған және
жүздеген миллон жыл бойы жалғаса береді. Жаңа мүнайдың жасын
50-60 млн жыл деп бағалау жеткілікті.
Мүнай мен газдың шығу тегі проблемасының күрделілігі оның
өзіне тән қасиеті - жер қыртысындағы қабат суларымен бірге көшіп
жүру қабілетінде. «Микромұнай» аналық тау жынысынан өткізгіш
қабатқа көшеді. Осылайша қозғала отырып, көмірсутектер әлсіз өте-
тін жыныстармен шектелген табиғи резервуарлар қабаттар коллек-
торларға түсіп, оларда топталады. Мұнайдың түзілуі туралы Губкин-
нің көзқарасы оның органикалық шығу тегініц осы заманғы гипо-
тезасының негізін құрайды.
Энергия тасымалдаушылардың бағасының және оларға деген
сұраныстың өсуін ескере отырып, мұнай мен газдың шығу тегі
сұрақгарының стратегиялық мәні бар.
Егер мұнай органикалық заттардың өзгеруінің ұзақ процестері
есебінен түзілсе, оның қоры бітіп қалуы мүмкін және адамзат энер-
гиясының альтернативті көздері туралы ойланулары керек. Егер мұ-
най көміртек пен сутектен тереңнен синтезделіп алған өнім болса,
оның қорын сарқылмайды деп санауға болады. Геологиялық ғылым
мен мұнай өндіру практикасының алдында мұнайдың нақты қорын
дәл анықтау және сскі, қайтадан ашылатын кен орындарының ерек-
шеліктерін ескере отырып, жұмыстар жүргізу мәселелері тұр.
1.2.	Мұнай мен газдың химиялық және элементтік
құрамы
Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық
және химиялық сипаттамалармен анықгалады. Оның тығыздығын,
тұтқырлығын, химиялық құрамын осы және басқа да көптеген
қасиеттерінің өзгеру заңдылықгарын білмейінше мұнайдың сапасын,
сәйкесінше оның бағасын және өңдеу сұлбасын анықтау мүмкін емес.
14
Табиғатта мұнай-жанғыш майлы сұйықтық, судан жеңіл, өзіне
тән исі бар, көбінесе қара түсті болады. Мұнайдың тусі жоғары
молекулалы шайырлы заттардың құрылысы мен санына байланысты,
ашық сары түстен қараға дейін, кейбір мұнайлар жарыққа шағылыс-
қанда жасыл немесе пурпур түске флуоресцирленеді. Мұнай түрлері
қасиеттері бойынша бір-бірінен ерекшеленеді: түсі, тығыздығы, ұш-
қыштығы, қайнау температурасы. Дегенмен кез келген мұнай - суда
мүлдем ерімейтін, құрамы бойынша — көп компонентті (бірнеше мың
әртүрлі химиялық қосылыстар) көміртек атомдарының саны 100-ге
дейің және одан да көп гетероорганикалық қосылыстар мен кейбір
металдардың қоспасынан тұратын көмірсутектердің күрделі қоспасы.
Көмірсутектердің молекулалары құрыпымы бойынша әртүрлі,
олардың құрамында көміртек атомының жай және күрделі атомдары
болады, олардың ішінде нормальді, тармақталған, сақинаға тұйықгал-
ған, көп шығыршықты құрылымды айта кеткен жөн..
Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның
элементік құрамы бес химиялық элементтің - көміртек, сутек, оттек,
күкірт, азот міндетті түрде болуымен сипатталады (3 сурет).
Ают
Арендер
Асфадыеіпер
меп шавырллр
К^рте.іі
арендер
Металтар
3-сурет. Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы.
15
Мұнай мен мұнай өнімдерінің көп бөлігін көміртек (83-87%)
және сутек (12-14%) құрайды. Гетероатомдық қрсылыстардың мөл-
шері мұнайдың жасы мен шығу тегіне байланысты. Гетереатомды
гетероорганикалық қосылыстар - құрамында күкірт, азот және оттек,
сонымен қатар барлық мұнайда болатын минералды қосылыстар.
Күкірт молшері 0,2 ден 8,0%-ға дейін, одан да коп болуы мүм-
кін, оттек мұнайда 0,05-тен 3,6%-ға дейін болады, ал азот 1,7%-тен
аспайды. Мұнайдың құрамынан аз мөлшерде басқа да кейбір эле-
менттер, оның ішінде металдар табылған. Табиғи жанғыш газ негі-
зінен газтәрізді парафинді көмірсутектер - метан, этан, пропаннан
тұрады.
Баку (Апшерон) кенінде 86,6-87,0% көміртек және 13,1-13,4%
сутек болады. Пенсильвания (АҚПІ) мұнайында - 83-84% көміртек
және 13,7-14,7% сутек, Огай (АҚШ) мұнайында 83,8% көміртек және
12,7% сутек болады. в огайской (США) - 83,6-85,8% көміртек және
13,05-14,6 % сутек болады (4 сурет). Көрініп тұрғандай элементтік
құрамындағы айырмашылық азғантай ғана, бірақ Баку мен Пенсиль-
вания мұнайының қасиеттерінің айырмашылығы айтарлықтай. Аме-
рика мұнайының 12 грамына (атомдық мөлшері) 1,95 грамға жуық
сутек келеді, ал Баку мұнайында тек 1,82 бұл мұнай сапасына әсерін
тигізеді.
Көміртек ( С) - 83-87 %.
Сутегі ( Н) - 12-14 % -дейін.
Оттегі (О) - 0,05 -3,6 % -дейін.
Азот (Ы) - 0,00001-1,7 %.
Күкірт(8) - 0,2-14%.
4-сурет. Мұнайдың химиялық
құрамы диаграммасы.
Көмірсутекті қосылыстар парафинді (метанды немесе алканды)
нафтенді (полиметиленді немесе цикландар), ароматты көмірсутектер
(арендер) және аралас көмірсутектер болып бөлінеді.
Жалпы формуласы СпН2п+2 парафиндер немесе алкандар нор-
мальді және тармақталған болып бөлінеді. Нафтендерге формуласы
СпНт болатын көмірсутектер (мононафтендер) жатады СпНгп-2 немесе
16
СН2і+4 (полинафтендер). Ароматты көмірсутектер сондай-ақ моно-
арендер (бензол және оның гомологтары СпН2п.6) және полиарендер
(СпН2п.8 СпН2п.і2, СпНгп-гд) болып бөлінеді. Аралас көмірсутектердің
молекулаларында әртүрлі құрылымдық элементтер болады. Конден-
сирленген ароматты сақина парафинді тізбек, бес және алты мүшелі
нафтен циклдер.
Гетеороорганикалық қосылыстардың саны шикі мұнайда 10-20%
жетуі мүмкін. Көптеген мұнайдың күлінде никель, ванадий, натрий,
күміс, кальций, алюминий, мыс және басқалары табылған. Бұл эле-
менттер кейбір органикалық қосылыстардың құрамында болған болуы
керек.
1860 жылы пенсильвания мұнайының жеңіл көмірсутектермен
(бензинмен) жүргізілген алғашқы зерттеулері онда қаныққан (май)
көмірсутектердің СпН2п+2, болатынын көрсетті. Мұндайда еріген газ-
тәріздіден бастап (метан СНд мұнайымен бірге жүреді), одан соң
неғұрлым жоғары п мәнімен сипатталады. Лигроин мен бензинде
парафиндер С5Н12-ден С8Н18, дейін, керосинде С9Н2о-дан бастап
неғұрлым жоғары молекулалы көмірсутектер болады. Парафиндерден
басқа сутектің аз мөлшерімен СпН2п, СпН2п.2. қатарындағы көмірсу-
тектер теңдестірілген.
Мұнайдың барлық түрінің басты массасын шектеулі СпН2п+2
көмірсутектер мен СпНгп нафтендер және СпН2п.2-ден СпНгп-қ аромат-
ты көмірсутектермен қоспасы құрайтындығы қазіргі кезде белгілі.
1.3.	Мұнайдың фракциялық және топтық құрамы
Мұнай бірнеше мың химиялық қосылыстардың қоспасы болып
табылады және олардың көбісінің өзінің қайнау температурасымен
сипатгалады да, бұл қасиетін мұнайды және мұнай өнімдерін жеке
қоспаларға бөлу үшін кеңінен қолданылады. Қарапайым қайнату
арқылы мұнайды құраушы қоспаларға бөлу айдау деп аталады. Бұл
процестің мәні өте қарапайым. Мұнайдағы кез келген сұйық көмір-
сутектің өзіне тән қайнау температурасы болады, одан жоғары темпе-
ратурада буланып кетеді. Егер осы көмірсутектің буын қайнау темпе-
ратурасынан төмен суытса, ал қайтадан сұйық күйге ауысады. Айдау
осы қасиетке негізделген. Мұнайдың қайнауының әрбір сатысында
белгілі бір қосылыс буланады. Күрделі қосылыстарды неғұрлым
қарапайым немесе жеке компоненттерге бөлу фракциялау деп атала-
17
ды. Мұнайды фракциялауға қолданылатын әдістер болінетін компо-
ненттердің физикалық және химиялық қасиеттерінің әртүрлілігіне
негізделген.
Фракцияға бөлудің неғұрлым кең таралған әдістері - айдау
(дистилдеу) және ректификация. Айдауды мұнай өңдейтін зауыттарда
ілеспе газдарды бөліп алған соң жүргізеді.
Ол мұнай құрамына кіретін көмірсутектердің қайнау темпера-
тураларының айырымына негізделген. Мұнайдың құрамында көбісі-
нің қайнау температуралары бір-біріне жақын жүздеген әртүрлі зат-
тар болатындықтан жеке көмірсутектер бөліп алу мүмкін емес.
Сондықтан да мұнайды айдау арқылы жеке фракцияларға бөле-
ді. Берілген температура аралығында буланатын қосылыстарды фрак-
циялар, қайнаудың бастапқы және соңғы температураларын фракция-
лаудың қайнау піегі деп атайды.
Бастапқы және соңғы қайнау (б.қ) және соңғы қайнау (с.қ.)
температуралары қайнау температурасы бір-біріне жақын көмірсутек-
тер қоспасы фракцияларының қарқынды булануы жүретін темпера-
туралық аралықгы көрсетеді. Булану аяқталғанда келесі фракция
бөліну үшін және т.с.с. температураны жоғарлату керек.
Осылайша, айдау арқылы оны жеке фракцияларға бөледі.
Мұнайдың фракциялық құрамын стандартты айдау аппаратта-
рында (АРН-2 типтегі) зертханалық тәсілімен анықгайды. Әдетте
350°С дейін қайнайтын фракцияларда ашық түсті мұнай өнімдерін
алады, атап айтқанда ұшақ және автомобиль бензиндері, бензиндер -
еріткіштер, дизель майларының әртүрлі сұрыптары өндіріледі. Өнді-
рісте мұнайды фракцияларға бөлу үздіксіз жұмыс істейтін ректифи-
кациялық колонналарда (5 сурет) жүзеге асады. Ректификациялық
колонна биіктігі 50-60 м, диаметрі 3 м болат цилиндр. Оның ішінде
көлденең орналасқан тесіктері бар бірнеше ондаған қалқалардан
(тәрелкелерден) тұрады. 300-350°С-ға дейін қыздырылған мұнай рек-
тификациялық колоннаның төменгі бөлігіне беріледі.
Мұнай буы саңылаулар арқылы біртіндеп суып жоғары көтері-
леді. Неғұрлым жеңіл ұшатын көмірсутектер (бу аралық) колоннаның
ең басына дейін көтеріліп, жоғарғы тәрелкеде сұйылады. Неғұрлым аз
ұшатындары аз ғана биіктікке көтеріліп төменде сұйылады. Түзілген
сұйық фракциялар колонна тәрелкелерімен шығарылады. Қалыпты
қысымда айдау арқылы мұнайды төрт фракцияға бөледі: бензин
(30-180°С), керосин (120-315 °С), дизель отыны (180-350°С) және
мазут (айдаудан кейін қалған қалдық) (6 сурет).
18
5-сурет. Ректификациялық
колонна:
1 — сүйенетін түтік, 2 - какпағы,
3 - тәрелке, 4 - патрубок.
Газдар Сг С4
Тікелей айдалатьгн
бензнн С5- Си
Нафга (лигроин) С«-См
Ксросин С12-С18
Г азойль С 14-Сго
Мазут > С2о
6-сурет. Мұнайдың
фракциялық құрамы.
Өте тиянақты айдауда осы фракциялардың әрқайсысын тағы да
бірнеше фракцияларға (төменгі температуралар аралығында қайнай-
тын фракциялар) бөледі. Бензин фракциясынан (С5-Сі2 көмірсу-
тектердің қоспасы) петролейнді эфир (40-70 °С), бензин (70-120°С)
және лигроин (120-180°С) бөліп алуға болады. Петролейн эфирінің
құрамына жеңіл қайнайтын көмірсутектер пентан және гексан кіреді.
Петролейн эфирі - майлар мен шайырларды өте жақсы ерітеді.
Бензиннің құрамында пентаннан деканға дейін тармақталмаған
құрылысты шектеулі көмірсутектер, циклоалкандар (циклопентан
және циклогексан) және бензол болады. Бензин ұшақ пен көліктердің
двигетельдері үшін жанармай ретінде қолданылады. Шикі мұнай
мынадай фракциялардан тұрады (5 кесте).
Құрамына байланысты жеңіл және ауыр мұнай деп боледі.
Жеңіл мұнайдың құрамында аз мөлшерде май фракциясы болады,
бірақ ол өте сирек кездеседі. Жеңіл мұнайда әдетте бензин, нафталар
мен керосин, ал ауыр мұнайда газойль мен мазут көп болады. Бензин
мөлшері шамамен 20-30% болатын мұнай көп кездеседі.
19
5 кесте.
Мұнайдың фракциялық құрамы
Қайнау температурасы	Фракциялар	Молекуладағы көміртек атомдарының мөлшері
32°С төмен	Көмірсутекті газдар	1-4
32-105°С	Бензин	5-12
105-160°С	Нафта(лигроин)	8-14
160-230°С	Керосин	12-18
230-430°С	Газойль	14-20
430°С жоғары	Мазут	20-45
Мұнайдан ашық тусті өнімдерді бөліп алғаннан кейін қара тусті
тұтқыр да қоймалжың сұйықгық - мазут қалады.
Әртүрлі кен орындарындағы мұнай құрамдарының бір-бірінен
біршама айырмашылығы болады, сәйкесінше олардың фракциялық
құрамы да әртүрлі, демек, бензин, керосин, дизель және май дистил-
ляттарының да мөлшері әртүрлі. Жағар май алу үшін мазутты әрі қарай
вакуумда айдайды. Мазут фракциясы қайнау температурасы бойынша
емес, тұтқырлығы бойынша ерекшеленеді. Тұтқырлығының арту реті
бойынша мазуттың мынадай дистилляттарын алады: соляр, транс-
форматор, ұршық, машина, автол, цилиндр майлары. Айырған соң
алынатын мазут қалдығын гудрон деп атайды. Шикі мұнайдың түрлі
сұрыптарында болатын фракциялардың саны мен қатынасы әртүрлі.
Ашық түсті фракциялар мөлшері 30-50 масс.% құрайды.
Мұнайға сипаттама беру мен оған кіретін компоненттерді жік-
теу, сонымен қатар айдаудың процесінің болашағын болжау үшін
мұнайдың фракциялық құрамын білу жеткіліксіз. Осы міндетті шешу
үшін мұнайдың құрылымдық-топтық құрамын анықтайды. Құры-
лымдық-топтық талдау осы фракцияға жататын заттардың құрамы
туралы түсінік береді, сондай-ақ мұнай көмірсутектері кластарының
арендердің, циклоалкандардың және алкандардың құрамын анықгау-
ға мүмкіндік береді.
Топтық құрамы мынадай көмірсутектерден тұрады:
-	парафинді (метанды) көмірсутектер (алкандар);
-	нафтен көмірсутектері (циклоалкандар);
-	ароматты көмірсутектер (арендер);
-	гибридгі көмірсутектер (парафин-нафтен-ароматты).
Шикі мұнайда көмірсутектер әртүрлі қатынаста болады, сондық-
тан мұнайда әртүрлі және парафин көмірсутектерінен тұратын
20
парафиндіден құрамында негізінен циклопарафинді көмірсутектер
болатын нафтенді немесе асфальтендіге дейін өзгереді. Мұнайдың
көптеген аралық немесе аралас типтері болады. Шикі мұнайда
құрамы мен құрылысы бойынша табиғи газдарға сәйкес келетін
еріген газдардың біршама мөлшері болады және жеңіл парафинді
көмірсутектерден тұрады.
Парафинді мұнайда нафтенді немесе асфальтенді мұнайға
қарағанда бензин мөлшері көп, күкірт аз болады ол жағар май мен
парафиндер алуда басты шикізат болып табылады. Қазақстанда пара-
финді мұнайға Маңғыстау (Узень, Жетібай) мұнайы жатады. Шикі
мұнайдың нафтенді түрінде бензин мөлшері аз, бірақ күкірт пен
мазут, сондай-ақ асфальт көп болады.
1.4.	Мүнайдь ң негізгі технологиялық сипаттамалары
Мұнайдың және мұнай өнімдерінің тауар ретіндегі сапасы
әртүрлі технологиялық параметрлермен сипатталады және бұл
көрсеткіштер өте әралуан. Фракциялық және химиялық құрамынан
басқа негізгі көрсеткіштері:
-	тығыздығы;
-	молекулалық массасы;
-	тұтқырлығы;
-	температуралық сипаттамалары (тұтану, лаулау, өздігінен лау-
лау, кату температурасы және басқалары).
Көптеген сипаттамалары зертханалық бақылау және техноло-
гиялық процестерді реттеу үшін қолданылады, сонымен бірге мұнай
көрсеткіштерінің мәндері мұнай зауыттарындағы аппараттарды
есептеу үшін қажет. Мұнайдың техникалық сипаттамаларының біра-
зы олардың жіктеуде пайдаланылады. Осындай көрсеткіштер шама-
ларын анықтаудың стандартты әдістері, сонымен бірге олардың
есептеуге мүмкіндік беретін жартылай эмпирикалык әдістер болады.
Тығыздығы. Мұнай өнімдерін тиеу, тасымалдау, сақгау және
тұтыну процестеріне әсер стетін негізгі сипаттамаларының бірі.
Тығыздық мәні бойынша оның сапасын жәнс бағасын айтуға болады.
Мұнай өнеркәсібінің дамуының алғашқы кезеңінде шикі мұнайдың
сапа көрсеткішін тек тығыздығы арқылы анықтаған. Әдетте,
мұнайдың экологиялық жасы үлкен болса, оның орналасу тереңдігі
үлкен, тығыздығы аз болады.
Мұнай фракциясының тығыздығы оның химиялық және фрак-
циялық құрамына байланысты.
21
Құрамында арендер көп болатын мұнай фракциясына қарағанда
парафинді мұнайдан алынған фракцияның тығыздығы аз болады.
Мұнайдың қайнау температурасы жоғарлаған сайын және онда
ароматты көмірсутектер қатарының болуымен тығыздығы жоғарлай-
ды. Бұған бензин фракциясындағы көмірсутектер мөлшерін анық-
таудың өлшемдік тәсілі негізделген. Берілген температурада тығыз-
дықты анықтау-мұнай құрамын анықгау процесіндегі кең таралған
әдістердің бірі. Бірақ әдетте, көмірсутектердің молекулалық массасы-
ның жоғарлауымен және парафиндерден олефиндерге, нафтендер мен
ароматты қатардың көмірсутектеріне ауысқанда тығыздықтың арта-
тынын есте ұстаған жөн.
Мұнай фракциясының тығыздығы қысымға да байланысты.
Көбінесе мұнай фракциясы қоспаларының тығыздығын, әсіресе
араластырылатын өнімдердің тығыздығы өзгеше болса, бұл ереже
әрдайым сақталмаса да аддитивті шама ретінде табады.
Жеке қосылыстың тазалығын бағалаудың жеткілікті критериі
тығыздық болып табылады. Көмірсутектердің күрделі қоспасынан
тұратын мұнай фракциясы үшін ол тек қана құрамындағы молеку-
лалар шамасы мен типінің көрсеткіштерінің бірі болады (6 кесте).
6-кесте.
Кейбір көмірсутектердің тығыздықтары (р^20)
Көмірсутектер	Молекуладағы көміртек атомдарының сандары		
	6	8	10
Парафиндер	0,659	0,703	0,730
Олефиндер	0,675-0,681	0,715-0,719	0,744
Нафтендер (алты мүшелі)	0,778	0,784	0,800
Бензольды	0,879	0,864	0,866
Көптеген мұнай үшін тығыздық 0,80-нен 0,90-ға дейін болады.
Тұтқырлығы жоғары шайырлы мұнайдың тығыздығы бірге жуық.
Мұнай тығыздығының шамасына ондағы еріген газдардың болуы,
мұнайдың фракциялық құрамы және шайырлы заттардың мөлшері
зор әсерін тигізеді. Келесі фракцияның тығыздығы жаймен жоғарлай-
ды. Мұнайдың фракцияларының тығыздығы сонымен бірге химиялық
құрамына да байланысты. Көміртек атомдарының сандары бірдей
орташа фракция көмірсутектері үшін әртүрлі өкілдер үшін тығыз-
дығы артады.
22
Бензин фракциясы үшін бензол және оның гомологтарының
мөлшерінің өсуімен тығыздығы да артады. Мүнай және мүнай
өнімдерінің тығыздығын білу олардың мөлшерін массалық үлеспен
белгілеуге байланысты әртүрлі есептеулер үшін қажет. Кейбір мүнай
өнімдері үшін тығыздық әртүрлі есептеулер жүргізгенде сапа
көрсеткіші қолданылады.
Мүнай өңдеуге мүнай өнімдерінің физика-химиялық қасиеттерін
анықтауда салыстырмалы немесе меншікті тыгыздьщ қолданылады.
Меншікті тыгыздъщ р Һ температурада дене массасының і2
температурада судың сол көлемінің массасына қатынасына тең.
Салыстырмалы тыгыздьщ (р) 20°С-да алынған мүнай өнімдс-
рінің тығыздығының 4°С-дағы судың тығыздығына қатынасымен
анықталады. Себебі 1 см3 су 4°С-да 1,0 г тең, сонда г/см3 өрнектелген
20
тығыздық салыстырмалы тығыздыққа тең.
Тығыздыққа кері шама-меншікті көлем-мұнай және мүнай
өнімдері резервуарлардағы мөлшерін есептеуде қолданылады. Оның
өлшем бірлігі см3/г және м3/г.
Көптеген парафины аз мұнай өнімдері үшін температураға
байланысты тығыздықтың өзгеруі Д.И. Менделеев ұсынған формула
бойынша жүзеге асады (0-ден 50°С-ға дейін температуралық
аралықта өте жоғары дәлдікпен анықгауға болады).
Р4 =Р4°-ос(і-20),
мұндағы р 4° - 20°С-дағы мұнай өнімінің салыстырмалы тығыздығы;
р 4 - берілген і температурадағы мұнай өнімінің салыстырмалы ты-
ғыздығы; ос - температура 1°С-ға өзгергендегі тығыздықтың өзгеруін
түзету шамасы (оның мәнін анықтамалық әдебиеттердсн алуға
болады).
Кейбір есептеулерде тығыздықтың р]| мәнін қолданады.
р 4° -ны р І5 -ке қайта есептеу үшін мына формуланы қолдануға
болады:
р}^ =0,994р 4°+ 0,0093.
Кез келген газдың тығыздығы кейбір температура мен қысымда
көлем алатын газ массасының (ш) сол температура мен қысымда
сондай көлем алатын ауа массасына (тО тең:
23
р = т/ Ші-
Газ тәрізді мұнай өнімдері үшін 760 мм сын.бағ. және 0°С
температура стандартты жағдай болып табылады. Газ тәрізді өнімдер-
дің салыстырмалы тығыздығын әдетте мұнай өнімінің тығыздығының
ауа тығыздығына (1,293 кг/м3) қатынасы бойынша анықтайды. Стан-
дартты жағдайға кез келген газдың тығыздығы оның молекулалық
массасын 1 моль көлемге, яғни 22,4 м3 болу арқылы анықталады.
Стандартты емес жағдайда (қысым р атм., температура Т°К) газ
қысымын (р кг/м3) формула бойынша анықтайды:
273-МР
р =--------,
22,4-Т
М - газдың молекулалық массасы.
Мүнай өнімдерінің тығыздығын анықтаудың бірнеше әдістері
бар. Олардың таңдау мұнай өнімдерінің мөлшеріне, түтқырлығына,
анықгаудың талап етілетін дәлдігіне және талдауға бөлінген уақытқа
байланысты. Тығыздықгы ареометрмен, Мор-Вестораль гидростати-
калық таразысымен немесе дәлірек пикнометрлік әдіспен анықгайды.
Салыстырмалы тығыздық үшін бөлшек арқылы үлгі мен су үшін
қолданылған температураны көрсету (мысалы, 60/60°Ғ немесе
20/4°С) қабылданған. Кейбір кезде салыстырмалы тығыздықгың
орнына немесе онымен бірге градустарды АРІ қолданады.
Америка мүнай институтының (Атегісап Реігоіеит ІпЫііШе,
АРІ) мүнай тығыздығын градуспен өлшеу - шартты градус (АРІ°) -
АҚШ стандарттарына сәйкес барлық елдің мұнайшылары қолданатын
дәстүрге айналған. Қазақстанда қабылданған өзгерістердің осы
бірлікке сәйкестігі 7-ші кестеде көрсетілген.
7 кесте.
АРІ градусы мен салыстырмалы тығыздықтың сәйкестігі
°АРІ	кг/м3	°АРІ	кг/м3	°АРІ	кг/м3	°АР1	кг/м3	°АРІ	кг/м3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	1,0760	21	0,9279	41	0,8203	61	0,7351	81	0,6659
1	1,0679	22	0,9218	42	0,8155	62	0,7313	82	0,6628
2	1,0599	23	0,9159	43	0,8109	63	0,7275	83	0,6597
3	1,0520	24	0,9100	44	0,8063	64	0,7238	84	0,6566
4	1,0443	25	0,9042	45	0,8017	65	0,7201	85	0,6536
24
Жалғасы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
5	1,0366	26	0,8984	46	0,7972	66	0,7165	86	0,6506
6	1,0291	27	0,8927	47	0,7927	67	0,7128	87	0,6476
7	1,0217	28	0,8871	48	0,7883	68	0,7093	88	0,6446
8	1,0143	29	0,8816	49	0,7839	69	0,7057	89	0,6417
9	1,0071	30	0,8762	50	0,7796	70	0,7022	90	0,6388
10	1,0000	31	0,8708	51	0,7753	71	0,6988	91	0,6360
11	0,9930	32	0,8654	52	0,7711	72	0,6953	92	0,6331
12	0,9861	32	0,8602	53	0,7669	73	0,6919	93	0,6303
13	0,9792	34	0,8550	54	0,7628	74	0,6886	94	0,6275
14	0,9725	35	0,8498	55	0,7587	75	0,6852	95	0,6247
15	0,9659	36	0,8448	56	0,7547	76	0,6819	96	0,6220
16	0,9593	37	0,8398	57	0,7507	77	0,6787	97	0,6193
17	0,9529	38	0,8348	58	0,7467	78	0,6754	98	0,6166
18	0,9465	39	0,8299	59	0,7428	79	0,6722	99	0,6139
19	0,9402	40	0,8251	60	0,7389	80	0,6690	100	0,6112
20	0,9340								
60/60°Ғ температурадағы АРІ градусы мен салыстырмалы
тығыздықгың бірлігі нақгы арифметикалық теңдеуге байланысты
және бір-біріне оңай ауыса алады:
АРІ = 141,5/р - 131,5.
Судың тығыздығы АРІ = 10°. АРІ мәні көп болған сайын, қосы-
лыс жеңіл болады (8 кесте).
8 кесте.
Мұнайдың тығыздығы бойынша жіктелуі
Мұнай	Салыстырмалы тығыздық	АРІ бойынша тығыздық, °АРІ
Жеңіл	0,800-0,839	36°- 45,4°
Орташа	0,840-0,879	29,5°-36°
Ауыр	0,880-0,920	22,3° - 29,3°
Өте ауыр	0,920 көп	22,3°- деназ
Материалдарды тестілеу бойынша америкалық комиссия
(А8ТМ) көптеген мұнай өнімдерінің тығыздығын және салыстыр-
малы тығыздығын 60°Ғ (15°С) анықтауды белгілеген, бірақ көптеген
25
халықаралық, еуропалық және ұлттық стандарттар, оның ішінде
Ресейлік те - 20°С-та анықтайды (кейбір жағдайларда ғана 15°С-да
жүргізіледі).
Қалдық мүнай өнімдерінің тығыздығы әдетте жоғары темпера-
турада анықталады.
Тығыздықты өлшеу дәлдігіне қойылатын талап, мысалы кине-
матикалық тұгқырлыққа қойылатын талапқа қарағанда төмендеу.
Сондай-ақ тығыздықгың температураға байланысты өзгеру функция-
сы көлбеу сипатқа ие, сондықтан температураның тұрақтандыруға
онша талап қойылмайды, оны +/- 0,2°С шегінде үстап түрған жет-
кілікті.
Тығыздықгы анықтау резервуарлардағы мұнай мөлшерін есеп-
теуде өте маңызды. Мұнайды галлон, баррель, куб метр, тонна, экза-
джоуль мен (1018Дж) сондай-ақ Британдық жылу бірлігімен (БЖБ
немесе ВТИ) өлшейді.
Ұлыбритания мен Францияда шикі мұнай мен конденсат үшін
тоннаны, Норвегия мен Канадада шикі мұнай куб.метр, ал конденсат
тоннамен өлшенеді. АҚШ шикізатының екі түрінде баррельмен өлше-
неді, онда конденсат үшін мұнай эквивалентінің баррелі шамасын
мұнай көлем өнімінің шын келтіреді және мұнай көлем өнімінің шын
көлемімен сәйкес келмейді.
Американың мұнай баррелі 42 галлонға немесе 158,983 л-ге тең.
Америкада барелль басқа сұйықтықгарды өлшеу үшін 31,5 галлонды
(119,237 л) сыйғызады. 42 галлон туралы келісім 1866 жылы тамыз-
дың соңында жасалынды: сатушылар өздерінің баррельдері, яғни
бөшкелері көбінесе онда көрсетілген көлемге сәйкес келмейтіндігін
мойындап, мұнайды тұтынушыларға «артығымен» сатуға келісті.
Бұл көлемді 1972 жылы АҚШ мұнай өндірушілер Ассоциациясы
бекіткенімен осы күнге дейін баррель ресми бірлік болған жоқ,
сонымен бірге американдық федералды мекемелер заң бойынша
баррель АҚШ-тың 42 галлонына тең екендігін әрдайым көрсетулері
керек. Баррель қысқартылған түрде -ЬЫ, бірінші әрпі Ыие (көгілдір)
дегенді білдіреді.
Баррель мұнайшылардың күнделікті практикасында қолданыс
тапты, себебі мұнайды танкерлерде, цистерналарда және құбырларда
салмағы бойынша емес, көлемі бойынша өлшеген ыңғайлы. Ал дүние
жүзілік практикада мұндай тәулігіне баррель тәрізді бірлікті қолда-
нудың артықшылығы туралы айтудың да қажеті жоқ. Барлық жылдық
өндірілген мұнайға қарағанда оның көрсеткіші мен практикалық мәні
зор. Тіпті есептеу де қарапайым: орташа есеппен тәулікті баррель
26
жылына 50 тоннаға тең. Дегенмен баррельді көбінесе тоннаға ауыс-
тыруға тура келеді, себебі мұнайдың меншікті тығыздығы кең
көлемде ауыткиды да сәйкссінше әрбір баррельдің салмағы өзгереді.
Теңіз мұнайы үшін мынадай көрсеткіштермен беріледі:
Сорт
АРІ
градусы
Теп£І2 (“Теңізді”) 46,5-47
Күкірттің і тоннада
үлесі, % баррель саны
0,45-0,55	7,931-7,954
Қазақстан үшін баррельді тоннаға айналдыру коэффициенті 7,7
кұрайды.
Молекулалық масса. Молекулалық масса (М.М) бірнеше
құрамынан тұратын мұнайды талдау үшін қолданылады. Мұнай және
мұнай өнімдері үшін молярлық массаның орташа мәні алынады да, ол
қоспадағы компоненттердің құрамы мен сандық қатынастарына
байланысты болады.
Мұнайдың сұйық көмірсутектерінің бірініші өкілі пентанның
молярлық массасы 72-ге тең. Мұнайдың шайырлы заттарында оның
мәні 1500-2000-ға дейін жетуі мүмкін. Мұнайдың біразы үшін орташа
молекулалық масса 250-300 аралығында болады. Мүнай фракцияла-
рының қайнау шегін арттырған сайын олардың молекулалық массасы
біртіндеп 90-нан (50-100°С фракциясы үшін) 480-ге дейін (550-600°С
фракциясы үшін) артады.
Осы тәуелділікті ескере отырып Б.П.Воинов мұнай фракция-
сының молекулалық массасының формуласын ұсынады:
М = 60 + 0,3-іорт.м+ 0,001 10ртм.
Мұндағы, іортм - фракциялардың орташа молярлық қайнау тем-
пературасы. Бірақ бұл формула тек көміртек атомдарының саны 4-тен
15-ке дейін болатын алкандарға бай фракцияларға қолданылады.
Кез кезгел мұнай фракциясына қайнаудың белгілі температу-
ралық шегі тән, себебі олар қайнау температуралары бір-біріне жақын
көмірсутек қоспаларынан тұрады. Сондықтан да технологиялық
есептеулерде фракциялардың орташа қайнау температурасын қолда-
нады, оның ішінде көбірек қолданылатыны орташа молярлық қайнау
температурасы (іорт.м) оны формула бойынша есептейді:
п
I орт.м — Х І^ І’
І=1
мұндағы, і - 1-ден п-ге дейінгі компоненттер саны;
27
Хі — і компоненттің мольдік үлесі;
I, - фракцияның орташа арифметикалық қайнау температу-
расы, °С.
Б.П.Воинов - А.С. Эйгенсан формуласы фракциялардың қайнау
температурасының молярлық массаға тәуелділігін жан-жақты өрнек-
тейді:
М = 7К -21,5 + (0,76-0,04К)1орт.м + (0,0003К-0,00245)12орт.м,
мұндағы, К - шартты параметр болып табылатын сипаттаушы фактор
және мүнай өнімінің химиялық табиғатын көрсететін тығыздық пен
орташа молярлық температураның функциясы:
К = 1,216 з^Тортм /р}^.
Парафинді мұнай өнімдері үшін сипаттаушы фактор (немесе
Ватсон парафинділік факторы) 12,5-13 аралығында өзгереді. Ал
нафтен-ароматты және ароматты өнімдері үшін -10-11 аралығында.
Фракцияның молярлық массасын оның тығыздығын біле
отырып Крэг формуласы бойынша анықгауға болады:
М = 44,29 р}| /(1,03-р}|).
Жеке мұнай фракцияларының молярлық массалары аддитивті
қасиет көрсетеді. Сондықтан да мұнай өнімдері қоспасы үшін жеке
компоненттердің молекулалық массасы мен олардың қоспалардағы
мөлшерін біле отырып, орташа молекулалық массаны есептеуге
болады:
Морт. = ЕМіХ- немесе М = 1/£(Хі/Мі).
Мұндағы, Хі және х; - мұнай фракцияларының сәйкесінше
мольдік және массалық үлестері. Кез келген көмірсутектер мен мұнай
фракцияларының молярлық массаларын (1,5%-тен төмен қателікпен)
есептеу үшін С.А. Ахметов мынадай формула ұсынды:
М _ д 9802 ^а® +	15 +	+ Р^ОД + ссЗ р2 204)
мұндағы = Тқайн/ 100; 0^ = 3,1612; осі = 1,3014; осг = 0,0287;
ос3 = -2,3986; ос4= 1,0844.
Тұтқырлық. Сыртқы күштердің әсерінен бөлшектерінің орын
ауыстыруына қарсы тұратын сұйықтардың қасиеті - тұтқырлық
немесе іштей үйкелу деп аталады.
28
Мұнай өнімдерінің тұтқырлығы двигательдерді, машиналар мен
механизмдерді пайдалану кезінде сұйықтықтар мен газдардың қозға-
луын анықтайды, оны тасымалдауда энергия шығынына зор әсер
етеді және т.с.с.
Басқа да сипаттамалары тәрізді тұтқырлық химиялық құрамына
байланысты және жоғарлаған сайын тұтқырлығы артатын молекула
аралық әсерлесу күштерімен анықгалады. Жағар майлардың двига-
тельдердің істен шығуын болдырмау қабілеті тұтқырлыққа байланыс-
ты. Тұтқырлыкты динамикалық (п), кинематикалық (в) және шартты
(шт) деп бөледі. Көбінесе мұнай жайлайтын майларының негізгі
физика-механикалық сипаттамасы болып табылатын кинематикалық
тұтқырлық қолданылады.
Кинематикалық тұтқырлық - бір-бірінен 1 см қашықга орналас-
қан көлемі 1 см2 сұйықтықгың екі қабатының күші және сұйықгық
тығыздығының бірлігіне қатысты Ідин күштің әсерінен бір-біріне
Ісм/с жылдамдықпен ауысатын кедергі күші. Басқаша айтқанда
кинематикалық тұтқырлық - мұнай өнімінің динамикалық тұтқырлы-
ғының оның тығыздығына қатынасы:
у= р/р.
Мұндағы, р.- динамикалық тұтқырлық, кг/(м,сек.).
Кинематикалық тұтқырлықтың өлшем бірлігі стокс (Ст)=1
см2/сек немесе сантистокс (сСт) =1 мм2/сек, 10'2 ст сәйкес келеді. Тез
жүретін дизель двигательдерінің отынының МЕСТ-да кинематикалық
тұтқырлық 20°С-да мөлшерленеді және қысқы сұрыптары үшін
2-3 сСт, ал жазғы сұрыптары үшін 3-6 сСт құрайды. Майлайтын
материалдар үшін тұтқырлық майдың двигательде қолданылуына
болатындығын сипаттайтын маңызды көрсеткіштердің бірі. Бұл өз
кезегінде әртүрлі температурада, жылдамдықта, жүктемеде сұйық-
тықгың үйкелуін қамтамасыз етумен байланысты.
Температураға байланысты тұтқырлықтың өзгеруін сипаттайтын
көрсеткіш 50°С температурадағы кинематикалық тұтқырлықгың
100°С-дағы кинематикалық тұтқырлығына қатынасы болып табыла-
ды. Кинематикалық тұтқырлық шамасы көптеген майлардың индек-
сіне кіреді.
Әртүрлі кен орындарындағы мұнай тұтқырлығы 20 °С-да 2-ден
ЗООсСт аралығында өзгеріп отырады. Бірақ көптеген мұнайдың
тұтқырлығы орташа есеппен 40-60 сСт-дан сирек асады. Темпера-
тураны жоғарлатқанда фракция тұтқырлығы төмендейді, бірақ бұл
өзгеру бір жақгы болмайды да, өзіне тән сипатқа ие.
29
Динамикалық және кинематикалық тұтқырлықгы анықтау ка-
либрлі капиллярлармен жабдықгалған арнайы конструкциялы шыны
вискозиметрлерде жүргізіледі. Көптеген мүнай өнімдері үшін
металдан жасалған вискозиметрлерде анықталатын шартты тұтқыр-
лық белгіленеді. Мұнай өнімдерін практика жүзінде сипаттау үшін
шартты тұтқырлық мәнін қолданады. Шартты тұтқырлық - сынау
температурасында вискозиметрден 200 мл зерттелетін мұнай өнімінің
ағуының 20 °С-да 200 мл дистилденген су ағу уақытына қатынасы.
Шартты тұтқырлық - салыстырмалы шама (яғни өлшемсіз) жәпе
шартты градуспен өлшенеді. Шартты градуста тұтқырлықгы анықтау
дәлдігі әдетте жеткіліксіз.
Технологиялық есептеулер үшін әртүрлі эмпирикалық формула-
лар қолданылады, олардың бірі Вальтер формуласы:
І£І£(Ч + 0,6) = А - В 1§Т.
Мұндағы, А және В - константалар.
Мұнай фракциялары үшін олардың молекулалық массалары мен
қайнау температураларының жоғарлауына байланысты тұтқырлық та
біршама жоғарлайды. Егер 20 °С-да бензиннің тұтқырлығы 0,6 сСт
болса, ауыр қалдық газдар 300-400 сСт сипатталады. Мұнайдың жеке
компоненттерінің ішінен тұтқырлығы жоғарысы жалтырлы заттар;
көмірсутектердің ішінен алкандардың (балқытылған парафиндердің
де) тұтқырлығы ең төмені, ең жоғарғысы цикландарда болады.
Ароматты көмірсутектер аралық орын алады.
Майлайтын майларды дайындауда әртүрлі фракциялар қоспасы-
ның тұтқырлығын білу керек. Тұтқырлықгың аддитивтік қасиеті
болмайтындықтан, қоспалар үшін оны орташа өлшенген шама ретін-
де есептеуге болмайды. Қоспалардың тұтқырлығын анықтау үшін
эксперимент мәліметтері бойынша тұрғызылған арнайы номограмма-
ларды қолданады. Олар бойынша берілгені тұтқырлық бойынша май
алу үшін компоненттерді қандай қатынаста араластыру керек
екендігін анықгауға болады.
Тұтқырлықтың шамасына температураның тигізетін әсері зор.
Томенгі температурада, әсіресе қатаю температурасына жақын темпе-
ратурада көптеген мұнай өнімдерінің тұтқырлығы дереу жоғарлай-
ды.Жоғары температурада мұнай өнімдері сұйылады. Көптеген май-
лар мен басқа мұнай өнімдері температураның кең диапазонында
қолданылатын болғандықган тұтқырлықгың температураның қисы-
ғының сипаты олардың маңызды сапалық сипаттамасы болып табы-
лады.
30
Майлардың температураға тәуелділігін анықтайтын сипаттама-
лардың бірі тұтқырлық индексі (ТИ) болып табылады. Тұтқырлық
индексі - зерттелетін майдың тұтқырлығын эталон ретінде алынған
майдың тұтқырлығымен салыстыра отырып формула бойынша
анықтайтын шартты шама:
ТИ = ^^-100,
Ь-Н
Ь - ТИ О-ге тең деп қабылданған асфальтты шайырлы мұнайдан
алынған сапасы төмен майдың тұтқырлығы;
17 - зерттелетін майдың тұтқырлығы;
Н - ТИ 100-ге тең деп алынған парафинді мұнайдан алынған
жоғары сапалы майдың тұтқырлығы.
Қазіргі кезде тұтқырлық индексі 50 және 100°С-да кинемати-
калық тұтқырлық мәні негізінде кесте бойынша есептеледі. Бұл
көрсеткіштің қолданылу шегі болады себебі оның 40°С-дан төмен
температурада майлардың әсерін көрсетпейтінін есте сақгаған жөн.
Температура өзгерген сайын майдың тұтқырлығы неғұрлым аз
өзгерсе, соғұрлым оның ТИ жоғары.
Парафинді көмірсутектердің ТИ мәні жоғары, бүйір тізбекті
күрделі пашциклді көмірсутектердікі төмен болады.
Температуралық қасиеттері. Мұнай өнімдерінің температу-
ралык қасиеттерін сипаттау үшін жарылудың төменгі және жоғарғы
шегі, тұтану температурасы, өздігінен тұтану, тұтану және лайлану
температурасы сияқгы көрсеткіштер енгізілген.
Қоспадағы барлық жанғыш заттардың булары ауаның белгілі
мөлшерімен бірге от көзі болған кезде жанатын жарылғыш қоспа
түзеді. Жарылудың төменгі шегі жалынға жақындатқанда тұтанатын
жанармай буларының минималді концентрациясының ауамен қоспа-
сымен анықталады. Жарылудың жоғарғы шегі жанар май буларының
ауамен коспасы максимальді концентрацияға жауап береді, одан
жоғары ауадағы оттектің жеткіліксіздігінен тұтану болмайды.
Жарылу шегі тарылған сайын, жанар май қауіпсіз және кері-
сінше жарылу шегі кеңейген сайын жарылғыш болады. Көптсген
көмірсутектердің жарылу шегі онша үлкен емес. Кейбір газдардың
ғана жарылу шегі үлкен болады: сутек (4,0-75 %), ацетилсн (20-81%)
және көміртек оксиді (12,5-75%). Ауыр мұнай өнімдерінің ортке
қауіптілігі жарқыл және тұтану температурасымен бағаланады.
Лап ету температурасы — белгілі бір стандартты жағдайда
мұнай өнімдері буының ауамен қоспасы қопарылғыш зат болып
31
келетін және отты жақындатқанда лап ете түсетін температураны
айтады. Бензиндер мен жеңіл мүнайдың лап ету температурасын
қарастырғанда жарылудың жоғарғы шегін, ал қалған мұнай өнімдері
үшін - төменгі шегін анықтайды.
Лап ету температурасы мүнай өнімдерінің фракциялық қүрамы-
на байланысты. Оларды айдау шегі неғүрлым төмен болса, соғүрлым
лап ету температурасы да төмен болады. Лап ету температурасы
бойынша товарлы немесе аралық мұяай өнімдеріндегі төменгі
температурада қайнайтын фракциялардың қүрамындағы қоспалар
туралы айтуға болады.
Тутану температурасы -қыздырылған мүнай өніміне жалынды
жақындатқанда 5 секундтан кем емес уақыт бойы жанатын темпера-
тураны айтады. Түтану температурасының лап ету температурасынан
әрдайым жоғары болатындығы белгілі. Мүнай өнімі ауыр болған
сайын бүл айырмашылық та үлкен болады және 5О°С-ға дейін жетуге
мүмкін. Майлардың қүрамында ұшқыш қоспалар болатын болса, бұл
температуралар керісінше жақындайды.
Өздігінен тутану температурасы - деп мұнай өнімін қыздыр-
ғанда оның ауамен қоспасы отты жақындатпаса да өздігінен тұтана
алатын температураны айтады..
Мұнай фракциясының қайнау шегі төмен болған сайын, яғни ол
жеңіл болған сайын, ол өздігінен тұтану тұрғысынан өте қауіпті емес,
себебі мұнай өнімінің орташа молекулалық массасының өсуімен
өздігінен тұтану температурасы төмендейді. Ауыр мұнай қалдықтары
300-350°С-да, ал бензин тек 500°С-дан жоғары температурада өздігі-
нен тұтанады. Нормальды парафиндердің өздігінен тұтану температу-
расы ең төмен болып келеді. Құрылысы әртүрлі, бірақ молекулалық
массалары тен көмірсутектері бір-бірінен өздігінен тұтану темпера-
турасы бойынша ерекшеленеді. Ең жоғары өздігінен тұтану темпера-
турасы ароматты көмірсутектерге тән.
Мұнай және мұнай өнімдерінде бір агрегатты күйден екінші
күйге ауысуының белгілі температурасы болмайды. Температураны
төмендеткенде осы күрделі қоспа компоненттерінің бөлігі біртіндеп
тұгқыр және аз қозғалғыш бола бастайды, ал еріген қатты көмір-
сутектер тұнба немесе кристалдар түрінде бөлінуі мүмкін. Бұл құбы-
лыс төменгі температурада мұнай өнімдерін тасымалдау және пайда-
лану операцияларын күрделендіре түседі.
Құрамында жоғары молекулалы қатты көмірсутектер болатын
ауыр фракциялар үшін сипаттаушы параметрі төменгі температура
болады:
32
-	тоңдану температурасы (мұнай, дизель және қазан отындары
мен мұнай майлары үшін);
-	лайлану температурасы (карбюратор, реактивті және дизель
отындары үшін);
-	кристалдану температурасы (қүрамында ароматгы көмірсутек-
тер болатын корбюратор және реактивті отындар үшін).
Температураны анықтау әдістері стандартгы жағдайда стандарт-
ты жабдықтарда мұнай өнімдерін суытуға негізделген.
Тоңдану температурасы мұнай өнімдері аққыштығын жоғалт-
қанда анықтайды. Төменгі температурада майлардың қозғалғышты-
ғының жайылуының екі себебі болуы мүмкін: майдың тұтқырлығын
шұғыл жоғарлату және қатгы көмірсутектердің кристалдық құрылы-
мында каркастардың пайда болу салдарынан. Келік және дизель
майларының тоңдану температурасы минус 10-нан минус 40°С-ға
дейін ауытқиды, ал авиация двигательдерінде қолданылатын майлар
үшін минус 55°С-дан жоғары болмауы керек.
Тоңдануы төмен майларды фракциядан қатгы алкандарды,
полициклді арендерді және бүйір тізбекті циклан-арендерді аластау
арқылы алады. Температура төмендеген сайын мұнайда еріген су мұз
кристалы түрінде бөлініп шығады.
Лайлану температурасы - парафинді көмірсутектер мен мұз
кристалдарының түзілуі салдарынан лай пайда болу температурасы.
Лайлану температурасы отындардың төмен температурада ауадан
ылғалды жұту қабілетін көрсетеді. Әрі қарай одан да төмен темпе-
ратурада бұл ылғал мұз кристалдарын түзетеді де жылу беретін
аппаратураны бітеп тастайды, бұған әсіресе авиация двигательдерінде
жол беруге болмайды.
Кристалдана бастау температурасы - судан, парафиндерден,
арендерден бірінші кезекте 5,5°С-да қата бастайтын бензолдан
түзілген кристалдар температурасына сәйкес келеді. Лайлану темпе-
ратурасы мен кристалдана бастау температурасы барлық мұнай
өнімнің түрлеріне емес, әсіресе дистиллят майларына анықталмайды.
Осындай жоғары температурада балқитын қосылыстардың құрамын-
да бензол мен кейбір басқа да ароматты көмірсутектердің көп
болуының салдарынан отыннан кристалдар түріңде түзіліп, жылу
қондырғыларының бітеліп қалуына және жылу берудің бұзылуына
әкеліп соғады. Сондықган да бензин мен реактивті отындардың
кристалдана бастау температурасы - 60°С-дан аспауы керек.
Электрлік қасиеттері. Сусыздандырылған мұнай мен мұнай
өнімдері диэлектриктер болып саналады. Жоғары диэлектрлік қасиеті-
33
нің нәтижесінде мұнай өнімдері мен мұнайдың беттінде статикалық
электр зарядгары жиналады. Статикалық электр заряды жарқыл
тудырып, нәтижесінде мұнай өнімдерінің қопарылуы немесе өртенуі
мүмкін.
Оптикалык, қасиеттері. Мұнай мен мұнай өнімдеріне флуорес-
ценсия мен оппаласценсия (жарықтың шашырау) құбылыстары тән.
Ерігіштік. Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосы-
лыстар, шайырлар, өсімдіктер мен жануарлар майлары, ауа, көміртек
оксидтері, газды алкандар және т.б. жақсы ериді. Мұнай мен мұнай
өнімдері суда іс жүзінде ерімейді.
Жылулъщ қасиеттері. Мұнайдың жылу өткізгіштік, жылу-
сыйымдылық және басқа да жылулық-физикалық қасиеттері оның
құрамындағы көмірсутектердің молекулалық массасына және моле-
кулалық құрамына байланысты. Жылуөткізгіштік температураға да
байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік алкандарға, би- және үшцикл-
дік тармақталған құрылымдарға тән.
Жылусыйымдылық тығыздық пен температураға да тәуелді.
Алкандардың жылу өткізгіштігі ең жоғары, ал ароматты көмірсу-
тектердікі - ең төмен болып саналады.
Суйъщтар мен газдардың энталъпиясы. Сұйықтың энтальпия-
сы деп массасы 1 кг сұйықтың температурасын СгС-тан берілген тем-
ператураға дейін қыздыру үшін жұмсалатын жылудың кДж алынған
мөлшерін айтады. Будың энтальпиясы деп сұйықты қайнау темпе-
ратурасына дейін қыздыруға қажетті жылудың мөлшерін айтады.
Жанужылуы деп 1м3 сұйық немесе қатты отын толығымен жан-
ғанда бөлінетін жылудың (кДж) мөлшерін айтады
1.5. Мұнайлардың жіктелуі
Мұнай газ кен орындарының қалыптасуы, оларды іздестіру мен
барлау, мұнайдың химиялық құрамы мен өндеу жолдары және сол
сияқты көптеген сурақтарға мұнайлардың жіктелуі жауап беруге
тиісті. Дегенмен мұнайлардың бірыңғай жіктелуін құрастыру қиын
мәселе болып табылады. Химиялық құрамы едәуір күрделілігіне
байланысты, бір кен орнының әр түрлі ұңғымалары мұнайлар өзгеше
болады, белгілі физико-химиялық және т.б. сипаттамалары бойынша
таңдау, олардың жіктелуі қиындатылады. Сондықтан, қазіргі кезде
бірыңғай жіктелу болмағанымен, көптеген жалпы схемалары бар.
1888 жылы барлық жаңғыш қазбалар каустобиолиттер деп
аталаған.
34
Олар екі топқа бөлінген: көмірлер және битумдар. Битумдарға
(лат. «битумен» - шайыр) мұнайды және жаңғыш газдарды да,
сонымен қатар мұнайға тектес қатты заттар да жатыстырылған.
1987 жылы Хьюстон қаласында XII дуниежүзілік мұнай
конгресінде мұнайлардың тыгыздыгы бойынша жалпы жіктелу
схемасы қабылданған:
1.	жеңіл мұнайлар - 870,3 кг/м3;
2.	орта - 870,3 - 920,0 кг/м3;
3.	ауыр - 920,0 - 1000 кг/м3;
4.	өте ауыр - 1000 кг/м3 жоғары, тұтқырлығы 10000 мПа/с кем
емес;
5.	табиғи битумдар - 1000 кг/м3, тұтқырлығы 10000 мПа/с жо-
ғары.
Құрамындағы майлар бойынша табиғи битумдардың жіктелу
схемасы:
1.	Мұнай - майлардың үлесі 65%-тен жоғары
2.	Мальталар - 40-65%, Бұл қара түсті, өте қою шайырлы мұ-
найлар. Олар күкірт пен оттекке бай болады.
3.	Асфальттар - 25-40%, қоңыр-қара түсті немесе қара, тұтқыр-
лы, аздап созылымды немесе қатты аморфты заттар (құрамында біраз
мөлшерде темір, ванадий, никель,т.б.)
4.	Асфальтиттер - 25%-тен төмен деп қабылданған қатты заттар.
Мұнай өндірісі дамуына байланысты алғашқы кезде мұнай-
ларды тек тығыздығы бойынша ажыратқан. Олар жеңіл, орта және
ауыр болып тығыздығы бойынша бөлінген. Табиғи күрделілігіне
байланысты мұнайдың зерттелуі әртүрлі аспектілері бойынша жүргі-
зіледі. Бүгінгі күні мұнайдың жіктелу үш тобы белгілі: химиялық,
геохимиялық (генетикалық), технологиялық (өндірісті, тауарлы). Мұ-
найдың қасиеттері құрамына, ал құрамы генезисіне байланысты
болғандықтан оның жіктелуі сипаттамасы да шартты болып келеді.
Сонымен қатар түрлі классификациялары нәтижесінде құрас-
тырылған мұнайдың шифрі арқылы оның жалпы сипаттамалары, ең
тиімді өндеу әдістері, мұнай өнімдерін жақсарту қажеттілігін негіздеу
тұралы ұсыныс жасауды жеңілдетеді.
Химиялық жіктелу
Химиялық классификация мұнай құрамында бір немесе бірсы-
пыра көмірсутектер кластары басым болуына негізделген. Бұл
классификация бойынша мұнайдың алты түрін ажыратады:
35
1.	парафинді,
2.	парафин-нафтенді,
3.	нафтенді,
4.	парафин-нафтен-ароматты,
5.	нафтен-ароматты,
6.	ароматты.
Көмірсутектің негізгі класының үлесі 50%-тен және қосымша
компоненттің үлесі 25%-тен кем болмау керек. Парафинді мұнай-
ларда барлық фракцияларда алкандардың мөлшері бірталай: бензин
фракциясында 50% -тен кем емес, ал майлы - 20% және одан да көп
болуы мүмкін. Асфальтендер мен шайрлар өте аз. Мүндай мұнай-
ларға Қазақстанда Өзен және Жетібай кен орындардың мұнайлары
жатады.
Парафин-нафтенді мұнайларда және олардың фракцияларының
негізінде алкандар мен нафтендер болады, арендер мен шайырлы-
асфальтенді заттардың үлесі аз (Батыс Сибирь мұнайлары).
Нафтенді мұнайларда барлық фракцияларда циклоалкандар
(60% және одан да жоғары) негізгі компонентке жатады. Олардың
құрамында қатты парафиндердің, шайрлардың және асфалтендердің
үлесі өте аз. Қазақстанда нафтенді мұнайларға Эмба (Доссор және
Макат) мұнайлары жатады.
Нафтен-ароматты мұнайлардың негізінде ауыр фракцияларда
концентрленетін цикландар мен арендер жатады. Бұл мұнайларда
шайырлар мен асфальтендердің мөлшері 15-20%-ке дейін жетеді.
Ароматты мұнайлар - барлық фракциялардың құрамында арен-
дердің үлесі басым және тығыздығы жоғары мұнайлар.
Мұнайдың аталымына негізгі, үлесі жоғары болатын, компо-
нент бірінші орын алады, яғни үлесі азайған сайын екінші, үшінші
орын алады. Егер белгілі көмірсутектер класына жататын компо-
ненттің үлесі 10 %-тен аз болса, ол мұнайдың аталымына кірмейді.
Мұнайдағы үш компоненттің үлесі шамамен бірдей болатын
жағдайда парафин-нафтен-ароматты болып жіктеледі
Көп жағдайда құрамы аралас мұнайлар кездеседі. Көмірсутек-
тердің бір ғана компонеті басым болатын мұнайлар сирек кездеседі.
Бүгінгі күнге қабылданған стандарты бойынша таурлы мұнай-
лар белгілі кластарға, типтерге, топтарға және түрлерге бөлінеді.
Күкірт және оның қосылыстары шикі мұнайдың айнымас
компоненттері болып табылады.
Мұнай құрамында күкірт еріген элементарлы күкірт, күкіртті
сутек, меркаптандар, сульфидтер, дисульфидтер мен тиофеннің туын-
36
дылары түрінде болады. Олар улағыш, жарамсыз иісті, шайыр шөгін-
деуіне себепші болып сумен қосылғанда металдарды коррозияға
ұшыратады және зиянды қоспалар болып саналады. Сондықтан
олардың таурлы мұнай ішінде болуы тиімсіз. Құрамында күкірттің
массалық үлесі бойынша мұнайларды төртп класқа бөледі (9 кесте):
9 кесте.
Мұнайдың құрамындағы күкірт бойынша жіктелуі
Класс	Аталымы	Күкірттің массалық үлесі, %
1	Аз күкіртті	0,60-дейін
2	Күкіртті	0,60-1,80
3	Жоғары күкіртті	1,81-3,50
4	Аса жоғары күкіртті	3,50-тен жоғары
Тығыздығы және экспорт үшін бересі кезінде - қосымша
фракциялардың шығымы және парафиндердіц массалық үлесі
бойынша мұнайлар бес типке бөлінеді (10 кесте):
10 кесте.
Мұнайдың тығыздығы бойынша жіктелуі
Мнайдың типі	Аталымы	20°С-да тығыздықтың көрсегкіші, кг/м3
0	Ерекпіе жеңіл	830,0 -дан көп емес
1	Жеңіл	830,1-850,0
2	Орташа	850,1-870,0
3	Ауыр	870,1-895,0
4	Битумды	895,0 - тен жоғары
Экспортқа тағайындалған 0-2 типті мұнайлар үшін қосымша
200, 300 және 350°С-ға дсйін қайнайтын фракциялардың шығымын
және парафиндердің массалық үлесін көрсетеді (ол 6% масс. жоғары
болмау керек).
Жерастынан өндірілген мұнайдың құрамында әрқашан жерасты
суы, және әр түрлі механикалық қоспалар болады. Мұнай кен
орындарының жер асты суда еріген күйде әр түрлі мөлшерде минерал
тұздар, газдар, кейбір органикалық қосылыстар болады. Олар, әсіресе
хлорлы тұздар, мұнайдың құрамында болып тасымалдау, өндеу
кезінде құбырлардың, аппаратураның коррозиясын тұғызып, мұнай-
дың тұтқырлығын арттырып зиянды әсер етеді. Сондықтан мұнайды
тасымалдау және өңдеу алдыпда оны даярлау керек.
37
Мұнайлар даярлау дәрежесі арқылы құрамында судың, хлорлы
тұздардың, механикалык қоспалардың, хлорорганикалык қосылыс-
тардың үлесі және көмірсутектердің қаныққан бу қысымы бойынша
үш топқа бөлінеді (11 кесте):
11 кесте.
Мұнайдың даярлау дәрежесі бойынша жіктелуі
Көрсеткіштің аталымы	Мұнай тобының нормасы		
	1 топ	2 топ	3 топ
1 .Судың массалық үлесі, % -тен көп емес	0,5	0,5	1,0
2. Хлорлы тұздардың концентрациясы, мг/дм3, көп емес	100	300	900
3. Механикалық қоспалардың массалық үлесі, тен көп емес	0,05		
4. Қаныққан бу қысымы, кПа (мм рт.ст), көп емес	66,7 (500)		
5. Хлорорганикалық қосылыстардың үлесі, млн.'І(рр»0	нормаланбайды анықтау міндет емес		
Күкіртсутектің және жеңіл меркаптандардың массалық үлесі
бойынша мұнайларды үш түрге бөледі (12 кесте):
12 кесте.
Мұнайдың күкіртсутектің және жеңіл меркаптандардың
массалық үлесі бойынша жіктелу
Көрсеткіштің аталымы	Мұнай тобының нормасы		
	1	2	3
1. Күкіртсутектің массалық үлесі, млн.’'(ррт)9 көп емес	20	50	100
2. Метил- және этилмеркаптандардың масса- лық үлесі, қосындысы, млн"1 (ррт), көп емес	40	60	100
Бұрынғы техникалық нормативтерге қарағанда жаңа мемлекетгік
стандарттарда хлорорганикалық қосылыстарды, күкіртсутерті және
жеңіл меркаптандарды анықтау міндетгі түрде ескерілген.
Генетикалъщ жіктелу мұнайлар құрамында жоғары және төмен
өсімдіктер қалдықтарының қатынасы бойынша: гумит-сапропелді,
сапропелді және сапропелді-гумитті болып үш типке бөлінеді. Ком-
понеттердің анаэробты ортада өзгеру дәрежесіне қарай типтер клас-
тарға және топтарға бөлінеді.
38
Сонымен қатар мұнайлар физикалық және химиялық сипат-
тамалар және ауыр қалдықтардың құрамы бойынша жіктеленеді (13,
14, 15 кестелер).
13 кесте.
Мұнайды физикалық сипаттамалар бойынша жіктелу
Көрсеткіштің аталымы	Кластың аталымы	Өлшем бірлігі	Мәні
Тығыздығы	өте жеңіл мұнай	кП/м3	0-5-800
	жеңіл мұнай	кП/м3	8004-840
	тығыздығы орта мұнай	кП/м3	8404-880
	ауыр мұнай	кП/м3	8804-920
Тұтқырлығы	аз тұтқырлы	мм2/с	0440
	тұтқырлы	мм2/с	404-80
	жоғары тұтқырлы	мм2/с	>80
14 кесте.
Мұнайды химиялык сипаттамалар бойынша жіктелу
Химиялық заттың аталымы	Кластың аталымы	Химиялық заттың үлесі, % масс.
Шайырлар	аз шайырлы	04-5
	шайырлы	54-10
	жоғары шайырлы	>10
Асфальтендер	аз асфальтенді	04-1
	асфальтенді	144-3
	жоғары асфальтенді	>3
Асфальтты- шайырлы заттар	аз шайырлы	04-10
	шайырлы	104-20
	жоғары шайырлы	204-35
	аса жоғарышайырлы	>35
Мөлдір фракция (300°С)	фракцияның төмен үлесімен	0-25
	фракцияның орташа үлесімен	254-50
	фракцияның жоғары үлесімен	504-75
	фракцияның аса жоғары төмен үлесімен	754-100
39
15 кесте.
Мұнай және табиғи қалдықтырды
құрамы (%)бойынша жіктелу
Аталымы	Асфальтендер	Шайырлар	Майлар	Көміртекті қалдық
Мұнай	< 0,1-12,0	3-22	67-97	0,2-10,0
Ауыр мұнай	11-45	14-39	24-64	10,0-22,0
Мұнай қалдықтары	11-30	29-40	49	18,0-32,0
Технологиялық жіктелу
Пайдаланып жүрген технологиялық жіктеуге сәйкес мұнай-
ларды былай жіктейді (16, 17 кестелер):
1.	құрамындағы күкірттің үлес салмағына байланысты төрт
класқа бөледі (I < II < III < IV),
2.	350°С-қа дейін айдалатын фракциялардың шығымына қарай
үш түрге бөледі (Ті>Т2>Т3),
3.	базалық майлардың үлес салмақтарына қарай үш топқа бөледі
(Мі>М2>М3),
4.	тұтқырлық индексі бойынша төрт топшаға бөледі
(Иі>И2>И3>И4)
5.	қатты парафиннің үлес салмағына байланысты үш түрге
бөледі (Пі<П2<П3).
Күкірттің массалық үлесі бойынша азкүкіртті мұнай -1 класқа,
күкіртті - II класқа, жоғарыкүкіртті - III класқа, аса жоғары күкірт-
ті - IV класқа жатады.
Құрамындағы парафиндердің үлесіне қарай азпарафинді мұ-
най - Пі түрі, парафинді мұнай - П2 түрі, жоғарыпарафинді - П3 түрі
болып бөлінеді.
Сонымен мұнай кластың, типтің, топтың, топшаның және түр-
лердің көрсеткіштерімен жүйелі құрастырылған шифрімен сипат-
талады.
Егер сипаттайтын көрсеткіші бойынша мұнай номірі төмен
топқа жатса, ал екінші көрсеткіш арқылы номірі жоғары топқа сәкес
келетін болса, онда мұнайды номірі жоғары болатын топқа жатыс-
тырады
40
Мұнайдың шартгы көрсету структурасы
16 кесте.
Мунайдың технологиялық классификациясы
Көрсеткіштері бойынша жіктелуі	Қүрамы			
Құрамындағы күкірттің үлесі, % масс.	I 0,60-ға дейін	II 0,61 -1,8	III 1,81-3,50	IV 3,5-тен көп
Қатты парафиндердің үлес салмағы, % масс.	Пі до 5	п2 5-10	П3 10-нан көп	
Базалық майлардың үлес салмағы, % масс.	М! 25-тен кем емес	М2 15- 25	М3 15-ке дейін	
Тұгқырлық индексі	И! 95-тен көп	и2 90-95	И3 85-90	И4 85-тен кем емес
350° С-қа дейін айдалатын мөлдір фракциялардың шығымы, % масс.	Ті не менее 55	т2 45-д55	Т3 менее 45	
41
17 кесте.
Кластар, топтар, түрлері бойынша технологиялық жіктелу
Класы	Күкірттің үлесі, %				Типі	Фракция- ның үлесі 350 °С-қа дейін	Тобы	Базалық майдын үлесі, %	
	мүнайда	в бензинде (қ.б. -180 °С)	реактивті отында (120-240 °С)	дизельді отында (240- 350°С)				мұнайға	мазутга . 350 °С-тан жоғары
1	<0,50	<0,10	<0,10	<0,20	1	>55,0	1	>25,0	>45,0
							2	0,15- 24,9	<45,0
2	0,51- 2,00	<0,10	<0,25	<1,00	2	45,0-54,9	3	15,0- 24,9	30- 44,9
3	>2,00	>0,10	>0,25	> 1,00	3	<45,0	4	< 15,0	<30,0
42
2 тарау. М¥НАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КӨМІРСУТЕКТЕРІ
2.1.	Көмірсутектерді жіктеу
Мұнай-газ шикізаты - органикалық қосылыстардан тұратын
күрделі қоспа. Органикалық қосылыстар - көмірсутектер және олар-
дың туындылары болып табылады. Өздерінің құрамына және қасиет-
теріне байланысты көмірсутектер қаныққан, қанықпаған, алициклді
(ашық тізбекті) және циклді (тұйық тізбекті) көмірсутектерге бөлі-
неді. Мұнайдың құрамында көмірсутектердің үш түрі - парафиндер
(алкандар), циклопарафиндер (нафтендер) және аромат қосылыстар
болады.
і
Алифатты
(ациклді)
Қаныққан
(алкандар)
СН4; СНз-СН-СН3
СН3
Көмірсутектер СхНү
Циклді
I
Ароматты
(арендер)
Қанықпаған
Алициклді
Алкендер
СН2=СН2;
СН3-С=СН2
I
СН3
Алкиндер
НС=СН;
СНз-СН-С^СН
СН3
Циклоалкандар
СН2
/ \
Н2С —СН2;
Н2С-СН-СН3
Н2С-СН2
Циклоалкендер
Алкадиендер
СН2=С=СН2;
СН2=С-СН=СН2
СН3
43
2.2.	Шектелген (қаныққан) көмірсутектер
2.2.1.	Мұнай және газ алкандары
Мұнай көбінесе алкандардан тұрады. Мұнайдағы алкандардың
жалпы мөлшері 20-50%. Парафинді мұнайда алкандардың құрамы
60% және одан да жоғары, парафині аз мұнайда олардың мөлшері
1-2%. Егер алкандардың мұнай фракцияларына бөлінуін қарастыра-
тын болсақ, барлық мұнайға жалпылама заңдылықтарды байқауға
болады: фракцияның қайнау температурасы жоғарлаған сайын алкан-
дардын мөлшері азаяды (18 кесте). Мысалы, Грозненск нафтенді-
парафинді мұнайында алкандар төменгі температурада қайнайтын
(300°С дейін) ашық түсті фракцияда болады.
18 кесте.
Мұнай фракцияларындағы алкандардың мөлшері (%)
Фракциялардың кайнау	Нафтенді-парафинді
температуралары Ткайнау	мұнай
60-95	50
95 -122	43
122-150	42
150 - 200	24
200 - 250	11
250-300	0
300 - 350	0
350-400	
Алкандар (парафиндер) - алифатты қаныққан көмірсутектер,
жалпы формуласы СпН2п+2. Молекулаларындағы көміртек атомы
8р3-гибридтену қалпында болады және бір-бірімен тармақталмаған
немесе тармақталған о-байланыстармен байланысқан.
Алкандардың қарапайым өкілдері мына көмірсутектер болып
табылады:
Н	Н Н	Н Н Н	құрылымдық формулалары
н-с-н н-с-с-н н-с-с-с-н
і	і і	і і і
СН4	С2Нб	С3н8	молекулалык, формулалары
метан	этан	пропан	аталуы
44
Кейбір алкандар мен алкилдерінің аталымдары 19 кестеде кел-
тірілген.
19 кесте.
Алкандардың аталымы
Гомологтық қатары		
Формула- лары	Алкандар	Алкилдер (алкилді радикалдар)
сн4	СН4 метан	-СН3 мегил
С2Н6	СН3-СН3 этан	-СН2-СН3 этил
с3н8	СНз-СН2-СН3 пропан	-СН2-СН2-СН3 пропил
С4Н10	СН3-(СН2)2-СН3 бутан	-СН2-(СН2)2-СНз бутил
с5н12	СНз-(СН2)з-СН3 пентан	-СН2-(СН2)з-СНз пентил
С6Н14	СН3-(СН2)4-СНз гексан	-СН2-(СН2)4-СН3 гексил
с7н16	СНз-ЧСНгІз-СНз гептан	-СН2-(СН2)5-СН3 гептил
с8н18	СН3-(СН2)6-СНз октан	-СН2-(СН2)6-СН3 октил
С9Н20	СН3-(СН2)т-СНз нонан	-СН2-(СН2)т-СН3 нонил
С,оН22	СН3-(СН2)8-СН3 декан	—СН2- (СН2)в-СН3	децил
СиН24	СНз-(СН2)9-СН3 ундекан	-СН2-(СН2)9-СН3 ундецил
с,2н26	СН3-(СН2)10-СНз додекан	-СННСН^ю-СНз додецил
Алкандардың тармақталмаған көміртек тізбегінен тұратын-
дығын көрсету үшін, көбінесе оның атауына нормаль деген сөзді
қосып, н-алкандар деп белгіленеді. Көміртек атомдарының әртүрлі
тізбек түзуге қабілеті алкандар қатарында қүрылымдық изомерияның
пайда болуына әкеледі. Қүрылымдық изомерияның осы түрі
көміртек қаңңасының изомериясы деп аталады.
Мысалы, бутан С4Н10 екі қүрылымдық изомер түрінде бола
алады:
С4Н10 құрылымды изомерлер
н н н н
I I I I
н-с—с-с-с-н
I I I I
н н н н
н-бутан
т.қайн. - 0,5°С
н	н	н
н-с—с—с-н
н	I	н
н-с-н
н
Изобутан, т.қайн. -11,4°С
Алкандар қатарында көмірсутектердің молекулалық массала-
лары артқан сайын олардың измерлерінің саны артады (20 кесте).
45
20 кесте.
Алкандар қатарындағы изомерлер саны
Молекулалық формула	Құрылымдық изомерлердің саны
СН4	1
С2Н6	1
с3н8	1
С4НІ0	2
С5н12	3
С6Н|4	5
С7Н16	9
с8н18	18
СвН2о	35
СюН22	75
С,5Н32	4347
Құрылымдық изомерлердің айырмашылығы олардың физикалық
қасиеттеріне байланысты. Атомдары тармақталған тізбекті көмір-
сутектер молекулалардың бір-біріне тығызырақ жақындасып орналас-
пауына және сәйкесінше молекулааралық әсерлесудің аздығына бай-
ланысты тармақталмаған изомерлерге қарағанда едәуір төмен темпе-
ратурада қайнайды. Алкандардың молекулалық массалары артқан
сайын олардың балқу және қайнау температуралары жоғарылайды
(21 кесте).
21 кесте.
Кейбір алкандардың физикалық қасиеттері
Атаулары	Формулалары	1 балқу, °С	1 қайнау, °С	20* Р4
1	2	3	4	5
Метан	СН4	-182,5	-161,5	0,415 (-164°С)
Этан	с2н6	-182,8	-88,6	0,561 (-100°С)
Пропан	С3н8	-187,6	-42,1	0,583 (-44,5°С)
Бутан	С4Н10	-138,3	-0,5	0,500 (0°С)
46
Жалғасы
1	2	3	4	5
Изобутан	СН3-СН(СНз)-СН3	-159,4	-11,7	0,563
Пентан	с5н12	-129,7	36,07	0,626
Изопентан	(СН3)2СН-СН2-СНз	-159,9	27,9	0,620
Неопентан	СНз-С(СН3)з	-16,6	9,5	0,613
Алкандардың химиялық қасиеттері
22 кесте.
Алкандардағы байланыстардың сипаттамасы
Байланыс	Байланыс энергиясы, кДж/моль	Байланыс ұзындығы, нм	Диполь моменті, Б
С-С	348	0,154	0
с-н	414	0,110	0,40
Алкандарға С-С және С-Н байланыстарын үзе жүретін барлық
процестер тән. С-С байланысын үзе жүретін реакцияларға алкан-
дарды крекингілеу (ыдырату) және көміртек қаңқасын изомерлеу
жатады. С-Н байланысын үзе жүретін реакцияларға алкандарды
сутексіздеу және сутек атомының орнын басу реакциялары жатады.
С-С және С-Н байланыстарының қатысуымен тотықтырғыштар
қатысында алкандардың тотығу реакциялары жүреді.
Алкандарды крекингілеу - көміртек қаңқасының ірі молеку-
лаларын қыздырғанда және катализатор қатысында ыдырау реакция-
лары. Мысалы, гександы 450-700°С температурада крекингілеу мына
сызбанүсқа бойынша жүреді:
С6Н14 С2Н6 + С4Н8.
Бұл процесті жалпы түрде былайша көрсетуге болады:
СпН2п+2 СтН2т + СрН2р+2»
мүндағы т + р = п.
Алкандардың гомологгық қатарындағы мүшелер ортақ химия-
лық қасиеттер көрсетеді. Бүлар белсенділігі төмен заттар. Олардың
47
қатысуымен жүретін реакцияларды екі типке: С-Н байланысы
(мысалы, орынбасу реакциялары) мен С-С байланысы үзіліп жүретін
реакцияларға бөлуге болады. С-С байланысы үзілген кезде молеку-
лалар жарықшақтарға (крекинг) ыдырайды.
Метанның термиялық крекингісі 1000°С-дан жоғары температу-
рада жүзеге асады. Басқа алкандарға қарағанда метанның ыдырауы
С-Н байланысы бойынша жүреді. Метанның термиялық крекингісі
1000°С-дан жоғары температурада ерекше жағдайда жүреді, себебі
басқа алкандардың крекингісіне қарағанда ыдырау С-С байланысына
қарағанда энергиясы жоғары С-Н байланысы бойынша жүреді
(22 кесте);
СН4->С + 2Н2
С-С байланысының үзілуі молекуланың кез келген кездейсоқ
жерінде, яғни процестің жүру жағдайына байланысты болады:
г-сн4 + сн2=сн-сн2-сн2-сн3
СНз-ССНЛ-СН,	СН3-СН3+СН2=СН-СН2-СН3
—> сн2=сн2+сн3-сн2-сн2-сн3
сн3-сн2-сн3+сн2=сн-сн3
Катализатор (әдетте алюмосиликаттар) қатысында, 450° темпе-
ратурада және атмосфералық қысымда молекуланың үзілуімен бірге
изомерлену реакциясы жүреді.
Алкандардың изомерленуі. Алкандар катализаторлар қатысында
және қыздыру нәтижесінде изомерлену қабілетін көрсетеді. Мысалы,
100°С температурада алюминий хлориді қатысында н-пентан келесі
изомерге ауысады:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН3	> СН3-СН-СН2-СН3
н-пентан
СН3
2-метилбутан
Бензиннің қүрамында тармақталған көмірсутектердің болуы
оның сапасын арттырады.
Орын басу реакциясы. Галогендеу, нитрлеу және т.б реакциялар
орын басу реакцияларына жатады:
СН4 + С12 —) СН3С1, хлорметан
48
СН3С1 + С12-----> СН2С12 + НСІ,
дихлорметан
СН2С12 + С12----> СНС13 + НСІ,
трихлорметан
(хлороформ)
СНСІз + С12-----> ССІ4 + НСІ,
тетрахлорметан
К-Н + НО-Г4О2—14°-150°’р >к-ио2 + Н2О.
алкан азот	нитроалкан
цышңылы
(сұйтылг.)
Алкандарды сутексіздеу - қанықпаған көмірсутектер - алкен-
дер және алкиндер алуға әкелетін кең таралған жоғары темпера-
туралы каталитикалық процестердің бірі:
спн2п+2-{’к-ат- >спн2п+н2,
СН з -СН з 5^’№ ->сн 2 = СН 2 + Н 2
этан	этилен
Н-СН3 + Н3С-Н 1500° >н-с = с-н + зн2
ацетилен
Көміртек атомдарының саны Сб және одан да көп алкандар
сутексізденуге ұшыраса, онда кейбір металдардың оксидтерінің
қатысында олардың ароматты көмірсутектерге айнала алкандардың
дегидрациклденуі болады:
СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН3
2СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН3
+5Н2.
сн3
Алкандардың тотыгу реакциялары. Органикалық заттардың
тотығуы оның құрамына оттекті енгізгенде және (немесе) сутек
бөлінгенде жүзеге асады:
СН + 20 2----->СО 2 + 2Н 2О + 880 кДж,
49
С8Н18+12,5О2--->8СО2 + 9Н 2О + р.
Оттек жеткіліксіз болғанда метанның тотығуы мына реакциялар
бойынша жүреді:
3
СН 4 + -О 2-->СО + 2Н 2О,
СН4+О2------->С + 2Н2О,
СН 4 + Н 2О КІ’8(Х)-С—>ЗН 2 + СО,
синтпез-газ
сн4
катализатор,О 2
200°С
* СН3ОН
-> сн2=о
+ нсоон
Орташа температурада катализатор қатысында алкандардың
біртіндеп тотығуы болады:
СН з - СН 2 - /- СН 2 - СН з + 30 2-> 2СН 3СООН + 2Н 2О.
бутан	сірке қыіиқылы
Агрегаттық күйіне байланысты парафиндер газ (СН4-С4Н10),
сүйық (С5Н12 - С15Н32) және С16Н34-тен бастап 20°С кристалданатын,
суда аз еритін, қатты көмірсутектерге бөлінеді.
Газтэрізді көмірсутектер Сі—С4 - метан, этан, пропан, бутан,
изобутан және неопентан (2,2-диметилпропан). Олардың барлығы
табиғи, газконденсатты және мүнайға серік газдардың қүрамына кіреді.
Мүнай газдары шығу тегіне байланысты табиғи, мүнайға серік және
жасанды болып бөлінеді. Дегенмен газдардың қүрамдарының бір-
бірінен айырмашылығы өте көп. Табиғи газдың негізгі компоненті
метан болып табылады, оның массалық мөлшері 93-99%. Метанның
табиғи газ қүрамындағы мөлшері онша үлкен емес: этан (сирек) 0,1-ден
8,0%-ке дейін, пропан 0,1-ден 3%-ке дейін, бутан және одан жоғары,
әдетге пайыздық үлеспен беріледі. Метанның көбірек болуынан және
С4-С5 көмірсутектерінің біраз мөлшерінің әсерінен көптеген табиғи
газдарды к^ргақ газдарға жатқызады.
Газконденсатты кен орындарындағы газдар метан гомолог-
тарының мөлшерінің (пропаннан бастап) дереу артуымен ерекше-
ленеді. Сонымен қатар сүйық көмірсутектердің (қосындысы 50%-ға
дейін) біраз мөлшері де болады. Сондықтан да оларды майлы газдар
деп атайды. Осы газдардан ең жеңіл газ бензинін алады.
50
Мрнайдың сұйық алкандары — С5-С15 қалыпты жағдайда сұйық
күйінде болатын алкандар. Олар мұнайдың бензин және керосин фрак-
цияларында болады және қалыпты немесе аз тармақталған құрылысты
болады. Барлық мұнай үшін алкандардың фракцияларға белгілі бір
заңдылықпен таралуы болады, онда мұнай фракциясының (фракциялар-
дың қайнау температурасының жоғарлауымен) орташа молекулалық
массасының артуымен олардағы алкандардың мөлшері азаяды.
Қазіргі кезде 150-180°С-ға дейін қайнайтын, құрамы С5-С10
көмірсутектерден тұратын бензиннің алкандары толық зерттелген.
Одан жоғары температурада қайнайтын фракциялар онша зерттелме-
ген, себебі қайнау температурасы жоғарлаған сайын изомерлер саны
да артады (20, 21 кестелер).
Мұнайда пентан, гексан және гептанның барлық изомерлері
табылған. Октанның 18 изомерінен 17, 35 нонан көмірсутектерінен 34
изомер бөлінген. Мұнайда сонымен бірге қалыпты құрылысты бар-
лық алкандар, тіпті С36 Н74-ке дейінгі (гексатриаконтан) табылып,
бөлініп алынған.
Кейбір мұнайдың фракцияларынан 60-шы жылдары басты кө-
міртек тізбегінде молекулалары 2, 6, 10, 14, 18 жағдайында жүйелі
орналасқан метил топтарынан тұратын тармақталған изопарафинді
көмірсутектер алынған. Молекулалардың мұндай құрылысы полиизо-
преннің қаныққан жүйелі тізбегіне сәйкес келеді. Полиизопрен -
полимерленген изопрен, изопреноидтар немесе изопренандардың
атауы осыдан шыққан.
Қазіргі кезде көптеген мұнайдың орташа фракцияларында,
сонымен қатар табиғи битумдарда және жер қыртысында шашыраған
органикалық заттарда изопреноидты көмірсутектер табылған.
Олардың ішінде мұнайда көп таралған көмірсутектер фитан
(С20Н42) 2,6,10,14-тетраметилгексадекан және пристан (С19Н40) 2, 6,
10, 14 - тетраметилпентадеканды атап өтуге болады:
51
Мұнайда сонымен қатар айталық Т-тәрізді изопренандар та-
былған:
С10Н42
2,6,10- триметил-7-(3-метилбутил)додекан
Сұйық алкандар карбюратор, дизель және реактивті двигател-
дері отындарының құрамына кіреді. Әр отында олардың атқаратын
функциясы және өзіне тән қасиеті болады. Бензиннің құрамындағы
алкандардың детонацияға төзімділігі жоғары; дизель отынының
алкандары оңай тұтанады; реактив отындары оңай тұтанумен қатар
кристаллизациялану температурасы төмен болуы керек.
Қатты алкандар 300°С-тан жоғары температурада қайнайтын
фракцияда кездеседі. Оларға құрамында көміртек саны Сіб-дан жоға-
ры көмірсутектер жатады. Гексадеканның Сі6Н34 балқу температу-
расы - 18°С, ал гептадеканның қайнау температурасы - 303°С, балқу
температурасы - 21°С. Жалпы формулалары СпН2п+2 мен сипаттала-
тын көмірсутектердің молекулалалық массалары артқан сайын балқу
және қайнау температуралары біркелкі артады.
Қатты парафиндер барлық мұнайда, тіпті көбінесе көп мөлшерде
дерлік болады (ондаған үлеспен 5%-ға дейін). Парафинді мұнайда
олардың мөлшері 10-20%-ға дейін артады. Қазақстанның мұнайы
құрамында қатты парафиндердің (15-20%) өте көп болуымен сипат-
талады, бұл негізінде Өзексуат, Жетібай және Өзен мұнайлары. Маң-
ғыстау түбегіндегі мұнайда қатты алкандардың мөлшері 26-30%-ға
дейін жетеді.
Парафинді мұнайлардын жоғары фракцияларында қатты
алкандардың мөлшерлері 45-55% дейін жетеді. Жоғары фракциялар-
дан қатты алкандарды еріткіштер қатысында кристалдау арқылы
(депарафиндеу) алады. Гачты-депарафиндеудың шикі өнімін тазала-
ғаннан соң - балқу температурасы 40-60°С, тығыздығы 0,86-0,94 ақ
түсті, қатты, жартылай мөлдір парафин алады. Осындай парафиннің
орташа молекулалық массасы 500 а.б. жуық, ол өз кезегінде тізбектегі
көміртек атомы 30-40 болатын көмірсутектерге сәйкес келеді.
Құрамындағы парафиннің мөлшеріне байланысты жіктелуі бой-
ынша мұнай парафинді (қатты парафиннің мөлшері 6%-тен жоғары),
аз парафинді (1,5-6,0%) және парафинсіз болып бөлінеді (1,5% дейін).
52
Парафиндер мұнайда еріген күйде немесе тілік және тілікті бау
тәрізді өлшенген кристалдық түрде болады. Қатты метан көмірсутек-
герінің қайнау температурасына сәйкес мүнайды айдағанда оның
негізгі массасы мазутта қалады, бірақ аз бөлігі керосин дистилля-
тында болады да оны қатты суытқанда (қатты парафиндер кристал-
данады) анықгалуы мүмкін. Мазутты айдағанда С17-Н35 парафиндері
май дистилляттарына (соляр, үршық және т.б.) түседі. Өте жоғары
қайнайтын парафиндер (С36-С53) гудронда қалып қояды.
Одан да жоғары молекулалық және жоғары балкитын парафинді
көмірсутектердің қоспасын церезиндер деп атайды. Мүнай церезин-
дері ұсақ ине тәрізді қүрылымды және молекулалық массасы жоғары
болады, мысалы Сурахан церезиніне С35Н72-ден С53Н1(Ж-ге дейінгі кө-
мірсутектер кіреді. Парафиндердің молекулалық массалары 500-ден
төмен, ал церезиндердікі 500-ден жоғары 700-800-ге дейін, сондықтан
да церезиндер гудронда болады.
Балқу температуралары бірдей парафиндер мен церезиндердің
қасиеттерін салыстыру нәтижесінде церезиндердің тығыздығы мен
тұтқырлығының жоғары екендігіне көз жеткізуге болады.
Парафиндер мен церезиндердің химиялық қасиеггері бойынша
айырмашылығы бар. Мысалы, церезиндер тотықтырғыштардың әсері-
не тез беріледі, парафиндер суық кезде олармен реакцияға (азот
қышқылы, хлорсульфон қышқылы) түспейді.
Парафиндер мен церезиндердің құрамы СпН2п+2 сәйкес болуына
қарамастан олар екі гомологтық қатар түзеді. Парафин молекулала-
рына қалыпты құрылысты көмірсутекті радикалдар, ал церезин
молекулаларына негізінен изоқұрылыс, циклды құрылысты радикал-
дармен бірге (нафтенді және ароматты) кіреді. Церезиндер табиғи
жанғыш минерал - озокериттің құрамында болады, бірақ оны қал-
дық мұнай өнімдерінен де бөліп алуға болады.
Озокерит (жер балауызы, тау балауызы) - жоғары қайнайтын
көмірсутектер мен шайырлардың аздаған мөлшерімен қатты көмір-,
сутектер қоспасымен сіңірілген, кеуек тау жыныстарынан түзілген
минерал. Озекериттің кен орындары сирек кездеседі. Ол Бориславада
Дэвиняч кен орындарында (Шығыс Украина), Өзбекстанда (Шорсы
кен орындары), Ферғана Каратауында (Сель-Рохо), Каспий теңізінің
Челекеп аралында өндіріледі. Озекериттің органикалық бөлімі жы-
ныстан балқытылып алынады, одан жеңіл фракц яларды айдау және
қалдықты тазалау арқылы тұтынуға жіберілетін церезиннің әртүрлі
сұрыптарын алады.
53
Парафиндер мен церезиндер әртүрлі салада қолданылады.
Парафиннің біраз бөлігі балауыз, сіріңке, қағаз, тері, мақта-мата өнді-
рістерінде қолданылады. Парафин пластикалық жаққыш өндірісінде
қоюлатқыш ретінде қолданылады, вазелиннің (техникалық та, меди-
циналық та) маңызды құрам бөлігі болып табылады. Әсіресе пара-
финнен ауадағы оттекпен тотықтыру жолымен синтетикалық май
қышқылы мен спирттерді өндіру маңызды орын алады. Басқаша айт-
қанда, парафиндер мен церезиндер май фракциясының қажетсіз ком-
поненті болып табылады, себебі тоңдану температурасын арттырып,
төменгі температурада майлардың қозғалғыштығын төмендетеді.
2.2.2.	Мұнайдың нафтенді көмірсутектері
Мұнай көмірсутектерінің негізгі массасын құрайтын жалпы
формуласы СпН2п (п > 3) циклоалкандар (циклопарафиндер) нафтен-
дер (грек тілінде парһіа — мұнай) деп аталады. Циклоалкандар -
көміртек-көміртек байланысынан тұратын циклді қаңқалы қаныққан
көмірсутектер.
Нафтендер барлық мұнайдың құрамында болады, барлық
фракцияларға қатысады, жалпы мөлшері бойынша басқа көмірсутек-
терге қарағанда көбірек болады. Әдетте мұнайдың құрамында 40-70%
циклоалкандар болады. Кейбір нафтенді мұнайдың құрамында осы
көмірсутектердің мөлшері кейде 80%-ға жетіп қалады.
Мұнай циклоалкандары құрамында циклогександы және цикло-
пентанды сақиналары болатын моно-, ди-, три- және полициклді
көмірсутектерден тұрады, соның ішінде алты мүшелі сақиналы көмір-
сутектер көбірек болады. Маңызды өкілдері - циклопентан, цикло-
гексан және олардың гомологтары.
циклопропан циклобутан
циклопентан циклогексан циклогептан
н2
н2с сн2
Н2С.с/СН2
н2
54
Төменгі циклоалкандар - циклопропан, циклобутан және олар-
дың гомологтары мұнай құрамынан анықталмаған. Термодинамика-
лық тұрақтылығының төмендігінен олардың мұнайда болуы екіталай.
Циклдерінде алтыдан көп көміртек болатын көмірсутектер болуы мүм-
кін. Нафтендердің әртүрлілігі олардың изомерияға қабілетті болуынан.
С4Н8-ден бастап циклопарафиндерге сақинадағы көміртек атом-
дарының санына, орынбасарлардағы алкил радикалындағы көміртек
атомдарының санымен, сонымен қатар сақинадағы орынбасар жағ-
дайына байланысты құрылымдық изомерия тән. Мысалы циклопен-
танның бес құрылымдық изомері болады:
/СН2
н,с	сн,
\	/
Н2С—сн2
циклопентан
Н2С—сн2
н2<р—сн2
сн3
метилциклобутан
сн—СН^
сн2
сн—сн
1,2-диметил-
п
Н2С\ /СН3
। X
Н2С ХН3
1,1-диметил-
циклопропан
Н2С
| /СН-С2Н5
Н2С
этилциклопропан
т
циклопропан
Циклодекан үшін қүрамы СюН2о болатын кейбір изомерлері
көрсетілген.
СН3
1 -мстил-2-изопро-
пилциклогексан
изомер с
вицинальным
расположением
алкилов
1 -метил-2-пропил-
циклогексан изомер с
вицинальным
расположением
алкилов
1 -мети л-2-пропи л-
циклогексан
55
1 -метил-1 -пропил-
циклогексан
изомер с геминальным
(гем) расположением
алкилов
СН2СН2СН2СН3
1 -метил-3-бутил-
циклогексан
Циклоалкандар үшін класс аралық изомерия тән - көмірсу-
тектердің әртүрлі кластарының гомологтық қатарын бірдей форму-
ламен суреттеу.
Класс аралық изомерия
СН2=СН-СН3
пропен (алкен)
Циклопропан мен циклобутан кәдімгі температурада - газ күйін-
де, циклопентан и циклооктан - сүйыктық, жоғары өкілдері - қатты
заттар болады.
Циклоалкандардың сәйкес алкандарға қарағанда балқу, қайнау
температурасы, тығыздығы жоғары. Қүрамы бірдей болған жағдайда
циклопарафиннің қайнау температурасы жоғары болған сайын цикл-
дың өлшемі де үлкен болады. Циклоалкандар суда ерімейді, бірақ
органикалық еріткіштерде жақсы ериді (23 кесте).
23 кесте.
Кейбір циклоалкандардың физикалық қасиеттері
Қосылыс	Ібалқуч °С	Іқайн-, °С	_ 20 Р4
1	2	3	4
Циклопропан	-126,9	-33	0,688'
Метилциклопропан	-177,2	0,7	0.69122
56
Жалғасы
1	2	3	4
Циклобутан	-80	13	0,7038
Метилциклобутан	-149,3	36,8	0,6931
Циклопентан	-94,4	49,3	0,7460
Метилциклопентан	-142,2	71,9	0,7488
Циклогексаи	6,5	80,7	0,7781
1 Қайнау температурасыңда. 220°С-да.			
Химиялық крсиеттері
Химиялық қасиеттері бойынша циклопарафиндер парафиндерге
ұқсас. Оларға орын басу реакциялары тән. Нафтендердің бірінші екі
өкілі — циклопропан мен циклобутан қасиеттері бойынша қанықпаған
көмірсутектерге ұқсайды. Олар сақинаны үзе отырып галогендерді,
сутекті, галогенсутектерді қосып алуға бейім:
/\ Н3С СНз
2---х 80
Н/Кі
120°
И61- > СН3-(СН2)п-СН2Вг
ВгСН2-(СН2)п-СН2Вг
-25°4» СН3-(СН2)П-СН2О8О3Н
Қарапайым циклоалкандар (С5-С7) өте тұрақты және химиялық
реакцияларда үзуге бейім емес:
циклопентан
+ Вг2
Вг + НВг.
бромциклопентан
Мұнай өндірудің каталитикалық процестерінде жүретін алкил
туынды нафтендерді циклдеу бициклді көмірсутектер түзілумен
қатар жүреді:
57
2
^СН2СНГСН2-СН
3 Рг
-------►
3()0°С
бутил ци клопе нта н
индан
Циклогексан мен оның гомологтары Рі, Р<5, N1 - катализатор-
лары қатысында жоғары температурада ароматты көмірсутектер түзе
оңай сутексізденеді. Циклогексанның және оның гомологтарының
300°С-да Рі, Рй катализаторларының қатысында сутексіздену (немесе
дегидрогендену) реакциясын 1911 жылы Н.Д. Зелинский ашты.
Нафтендер мұнай өңдеу процестерінде құрылымдық өзгеріс-
терге ұшырауға бейім келеді. Нафтендерлдің изомерленуге қабілет-
тілігі белгілі құрылымдағы изомерлер алуға мүмкіндік береді. Диал-
килциклопентанның селективті изомерленуі ароматты көмірсутектер
алудың шикізаты болып табылатын алты мүшелі циклоалкандардың
түзілуіне әкеледі. Олар отын фракциялары мен май дистилляттары-
ның сапасына оң әсер етеді:
СНз Д1Вг3
Ч__СН2-СН3
Мұнай құрамында көп мөлшерде алкил орын басқан цикландар -
метилциклогексан, циклогексан, метилциклопентан, кейбір диметилді
гомологтар болады. Сонымен бірге, циклогептан мен метилциклогеп-
танның да болатындығы анықталған.
58
Мұнай фракцияларындағы циклоалкандардың таралуы шамамен
біркелкі. Мұнай өнімдерінің жеңіл фракцияларында негізінен цикло-
пентан, циклогексан және метилциклопентан болады. Әртүрлі мұнай-
дың бензин және керосин фракцияларында құрамы С5-С12 болатын
осы кластың 80-нен астам жеке өкілдері болатындығы анықталған.
Фракциялардың қайнау температураларының аргуымен бірге оларда
молекулаларында циклі және орынбасарларының бүйір тізбегінің
ұзындығы көп көмірсутектер саны артады. Ауыр фракцияларында Сі4
орынбасарларымен нафтендер пайда болады және одан жоғары изо-
преноидты құрылыс типі болады.
Моноциклді нафтендер негізінен фракцияларда 300°С-ға дейін
болады.
Бензин фракцияларында табылған моноциклді нафтендерді жал-
пы түрде мынадай құрылым түрінде беруге болады:
к
где К-СН3, -СгН5, редко -С3Н7, -С4Н9.
Бициклді көмірсутекгер орташа бензин фракцияларында (130-
150°С) пайда болып, жоғары қайнайтын фракцияларда сақталады.
Бициклді нафтендердің ішінен мұнай құрамында бициклооктандар,
бициклононандар және олардың метил орынбасарлары болады.
бициклодекан - декалин
бициклододекан
метилбициклоундекан
59
200°С-дан жоғары фракцияларда трициклді нафтендер болады,
олар адамантан және оның метил орынбасарларымен, сонымен қатар
циклінде 10-14 көміртек атомынан тұратын қосылыстар, мысалы, І-Ш
қосылысы түрінде берілген:
I	II	III
Жоғары қайнайтын фракцияларда цикл саны алтыдан аспайтын
полициклді қосылыстар болады. Мұнайда моно-, сол сияқты поли-
циклді цикландар кездеседі. Моноциклді нафтендер циклопентанды
және циклогександы құрылымды мұнайда кеңінен таралған. Шамамен
алғанда әртүрлі мұнайда 25-тен 75%-ға дейін полиметилен көмір-
сутектерінің барлық түрі болады. Тек қана өте жоғары қайнайтын май
фракцияларында ароматты құрылымның көбеюі әсерінен олардың
мөлшері азаяды. Әсіресе нафтендерге бай Баку және Ембі мұнайы
(40-60%, мұнайға есептегенде, ал жеке фракцияларында 60-80%-ға
дейін).
Тритерпеноид болып табылатын пентациклді нафтендердің іші-
нен мұнайда С2і атомындағы орынбасарлар ұзындығы әртүрлі құра-
мы С27-С35 гопан (X) қатарындағы көмірсутектер, сонымен қатар тек
қана 30 көміртек атомы болатын тритерпандар, мысалы, олеанан (XI)
болады.
60
2.3.	Мұнай және мұнай өнімдеріндегі қанықпаған
көмірсутектер
Шикі мұнайда және табиғи газдарда қанықпаған қосылыстар
(алкендер, ди-, три- және полиендер, алкиндер) болмайды, болғанның
өзінде өте аз мөлшерде ғана кездеседі. Олар мұнай өңдеу процес-
терінде түзіледі де мұнай химиялық және негізгі органикалық
синтезде маңызды шикізат болып табылады.
Мұнайдан қанықпаған қосылыстар алу процесінің екі түрі бар:
-	олар қосалқы өнім (олефиндер мен диолефиндер) болып табы-
латын процестер, термиялық және каталитикалық крекинг, рифор-
минг және негізгі бағыты отын және мұнай коксын өндіру болып
табылатын мұнай қалдықтарын кокстеу.
-	оларды белгілі бір мақсатта алуға бағытталған арнайы про-
цестер, — пиролиз, төмен молекулалы алкендерді полимерлеу, алкан-
дарды сутексіздеу және металлорганикалық катализаторлар қатысын-
да жоғары алкендерді синтездеу.
Сұйық фазалы термиялық крекинглеу (470-520 °С; 2-5 МПа)
кезіндегі газдардағы қанықпаған қосылыстардың мөлшері шамамен
10%, пиролиз газдарында (670-900 °С; 0,1 МПа) 30-50 % құрайды.
Алкендердің ішіндегі термиялық процестерде этилен мен пропилен
көп болады; аз мөлшерде бутендер мен бутадиендер болады.
Каталитикалық крекинг газдарындағы алкендер негізінен пропилен
мен бутендерден тұрады.
Мұнайды термиялық және каталитикалық өңдеу процестерінің
сұйық өнімдерінің құрамында олефиндердің біраз мөлшері болады.
Термиялық крекинг бензинінің құрамында 30-35% олефиндер, ката-
литикалық крекинг бензинінде 10%-ке дейін олефиндер болады.
Мұнай өнімдерінің құрамында болатын қос байланысты көмірсутек-
терді мынадай топтарға бөлуге болады:
1)	қалыпты және изоқұрылысты олефиндер;
2)	циклоолефиндер (циклогексен, және олардың гомологтары);
3)	бүйір тізбегінде қос байланыс болатын ароматты көмірсу-
тектер (стирол инден, олардың гомологтары).
2.3.1. Алкендер (этилен көмірсутектері)
Алкендер (этилен көмірсутектері, олефиндер) - молекулаларын-
да қос байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер.
Алкендер қатарының жалпы формуласы СпН2п. Қарапайым өкілдері:
61
С2Н4
сн2=сн2
этилен
с3н6
сн2=сн-сн3
пропилен
С4Н8
сн2=сн-сн2-сн3 сн3-сн=сн-сн3
бутилены
Алкендердің аталымы
2 з
6
1	2	3	4	5
сн3сн2с=снсн2сн3
1	2	3	4
СН3С=СНСН
3^п2
3
сн3
2-метилбутен-2
с2н5
З-этилгексен-З
Алкендерге изомерияның мынадай түрлері тән:
1.	Көміртек қаңқасының изомериясы (С4Н8-ден бастап):
СН2=СН-СН2-СН3
сн2=с-сн3
Бутен-1
СН3
2-метилпропен
2.	Қос байланыстың орналасуы бойынша изомерлену (С4Н8-ден
бастап):
СН2=СН-СН2-СН3 СН3-СН=СН-СН3
Бутен-1	Бутен-2
3.	Циклоалкандармен класс аралық изомерлену, С3Н6-ден бастап:
СН2=СН-СН3 <-----С3Н6----->
Пропен
сн2
сн2—сн2
Циклопропан
СН2=СН-СН2-СН3 <-------С4н8-----> СНг
Бутен-1	СН2~СН2
Циклобутан
62
4.	Алкендердің кеңістіктік изомериясы (умс-ліранс-изомерлену):
СН,^ /СН3 СН,^ ЛІ
^с=сС	'С=С'
Н ^Н Н СН3
Цис-бутен-2	Транс-бутен-2
СгН4, С3Н6, С4Н8 алкендері - газ, С5Н10-тен бастап С16Н32-дейін -
сұйықгық, СпНэд-тен жоғары - қатты заттар. Қалыпты құрылысты
сәйкес алкандарға қарағанда алкендердің қайнау және балқу темпера-
туралары төмен, бірақ тығыздығы мен сыну көрсеткіші жоғары.
Әдетте алкендердің цис-изомерлерінің қайнау температурасы
транс-изомеріне қарағанда неғұрлым жоғары болады. Тура тізбекті
(1-гептен және 3-гептеннің октан сандары сәйкесінше 65 және 95)
сәйкес алкандарға қарағанда олефиндердің октан саны жоғары.
Химиялық қасиеттері
Алкендердің химиялық қасиеттері олардағы қос байланыс
бойынша анықгалады (24 кесте). Оның құрамына кіретін л-байланыс
оңай бұзылып, әлсіздеу л-байланыстың әсерінен алкендерге тән
қосылу, сонымен қатар изомерлену және тотығу (оның ішінде жану
реакциясы да) реакциясы жүреді.
24 кесте.
Көміртек-көміртекті байланыстың сипаттамасы:
Байланыс	Энергия, кДж/моль	Байланыс ұзындығы, нм
с	с	348	0,154
с=с	620	0,133
Алкендер қалыпты жағдайда катализатор қатысында сутекті
қосып алып қаныққан көмірсутектерге ауысады:
СН2=СН-СН3 + Н2 -> СН3-СН2-СН3;
пропен	пропан
СН2=СН2 + С12 -> С1-СН2-СН2-С1
этен	1,2-дихлорэтан
СН3-СН=СН-СН3+ Вг2 -> СН3-СН-СН-СН3
бутен-2
Вг Вг
2,3-дибромбутан
63
7і-байланыстың реакцияға жоғары бейімділігінен алкендер
гидрогалогендеу және және гидратациялану реакциясына оңай
түседі:
СН2=СН2 + НСІ -> СН3-СН2-С1
этен	хлорэтан
Вг
СН2=СН-СН3 + НВг -> сн3-сн-сн3
пропен	2-бромпропан
СН2=СН2 + НОН -> СН3-СН2-ОН
этен	этанол
СН2=СН-СН2-СН3 + нон -> сн3-сн-сн2-сн3
бутен-1	|
ОН бутанол-2
Мұнда Марковников ережесіне сәйкес - сутек атомы қос бай-
ланыстағы неғүрлым сутектендірілген (қос байланыстағы көп сутек
атомдарына) көміртек атомына қосылады.
Алкендер оңай тотығады, мұнда түзілген өнімдер мен олардың
қүрылысы процесті жүргізу жағдайына байланысты болады:
Жану:	Толық емес каталитикалық тотығу:
С2Н4 + ЗО2-> 2СО2 + 2Н2О; 2СН2=СН2 + О2-> 2 СН2^-—^СН,
О
Этиленоксид
Калий перманганатымен бейтарап немесе сілтілік ортада
тотықтырғанда екі атомды спирттер-гликольдар (Вагнер реакциясы)
түзіледі:
ЗСН2=СН2+ 2КМпО4 + 4Н2О—>ЗСН2-СН2 + 2КОН + 2МпО2Х
этилен
он он
Этиленгликоль
Калий перманганатымен қышқылдық ортада (карбон қышқыл-
дары түзіледі) тотықгырғанда қос байланыстың тотыға ыдырауы
болады:
64
СН3-СН=СН-СН3 + 4(0) -> 2 СНГС^°
0Н
бутен-2 (КМпО4-нан) сірке қышқылы
сн2=сн-сн3 + 4(0)-> н с^° +сн3-с^°
он хон
пропен (КМпО4-нан) қумырсқа және сірке қыиіқылы
Алкендер полимерленеді, полимерлену процесі әртүрлі жоғары
молекулалы қосылыстар түзе жүреді:
п СН2=СН2 -> (-СН2-СН^)П п СН2=СН-СН3 -> (-СН2-СН-)П
этилен(мономер) полиэтилен пропилен
сн3
полипропилен
2.3.2. Алкадиендер
Алкадиендер (диендер) - молекуласында екі қос байланыс бола-
тын қанықпаған алифатты көмірсутектер. Алкадиендердің жалпы
формуласы СпН2п_2.
Қос байланыстардың орналасуы бойынша алкадиендерді оқшау-
ланған, кумулирленген және орайлас деп бөледі:
Оқшауланган	Кумулирленген	Орайлас
СН2=СН-СН2-СН=СН2	СН2=С=СН2 (аллен)	сн2=сн-сн=сн2
Бу фазасы крекингісі мен пиролиз өнімдерінің қүрамында 5-тен
15%-ке дейін диолефиндер болуы мүмкін. Бүлар - бутадиен, пипе-
рилен, циклопентадиен. Осы диолефиндердің барлығы орайлас бай-
ланысты диолефиндер болып табылады.
Халықаралық аталым бойынша алкадиендердегі қос байланыс-
тың орналасуын атауының соңында, ал орынбасарлардың орнын
атауының басында көрсетеді:
12	3	4
СН2=СН—СН=СН2 бутадиен-1,3 (дивинил)
1	2 3	4
СН2=С—СН=СН2 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)
I
сн3
65
6	5	4	3	2	1
СН3-СН=СН-СН-СН=СН2 З-метилгексадиен-1,4
I
СН3
Алкадиендердің ішінде манызды орын алатыны орайлас қос
байланысты диендер. Олар полимерленуге және бағалы полимер
материалдарын түзуге қабілетті. Орайлас диендерге изомерленудің
мынадай түрлері тән:
1.	Орайлас қос байланыстың орналасу изомериясы:
СН2=СН-СН=СН-СН2-СН3 СН3-СН2=СН-СН=СН-СН3
гексадиен-1,3	гексадиен-2,4
2.	Көміртек канқасының изомериясы:
СН2=СН-СН=СН-СН3 СН2=С-СН=СН2
пентадиен-1,3
СН3
2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)
3.	Алкиндер және циклоалкендер (С4Н6) арасындағы изомерия:
СН = СН
сн2=сн-сн=сн2 сн=с-сн2-сн3 I I
сн2-сн2
бутадиен-1,3	бутин-1 циклобутен
Диендердің кеңістік изомерлері
Н	хн
н )с=С.
с=с	н
чн
цис-изомер	транс-изомер
66
Химиялық қасиеттері
Орайлас қос байланысты диендердің реакцияласы қабілеті
жоғары. Оларға 1,4- немесе 1,2 - жағдайында қосылу реакциясы тән:
1	2	3	4
СН2=СН-СН = СН2—-2->[СН2-СН-СИ-СН21---------->
н 1	1 н
—>сн3-сн = сн-сн3.
бутен-2
N1 катализаторы қатысында толық сутектеу өнімі алынады:
СН 2 = СН -СН = СН 2 + 2Н 2 № >СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН3
н-бутан
Катализатор ролін атқараиын пероксидті қосылыстар қатысында
қосылу 1,4 жағдайында жүзеге асады:
СН2=СН-СН = СН2 + Вг2---->сн2-сн = сн- СН2
Вг	Вг
ал олардың қатысынсыз - 1,2 жағдайында жүреді:
СН2=СН-СН=СН2 + Вг2 —>сн2-сн-сн=сн2
I I
Вг Вг
Мүнай химиясында көптеген түйық қосылыстарды алу үшін
қолданылатын маңызды реакциялардың бірі диен синтезі (Дильа-
Альдер реакциясы), 1,4-қосылу болып табылады:
НС\	СН^
^СҢ
Бутадиен-1,3 Этилен
(диен) (диенофил)
НС^ 'СҢ
НСХ ^СҢ
сң
Циклогексен
Орайлас диендердің полимерленуі. Көксагыздар
Дивинил және изопрен басқа қанықпаған қосылыстармен
полимерленуге және полимерлестіруге қатысып көксағыздар түзеді.
67
Көксагыздар - иілгіш жоғары молекулалы материалдар (эласто-
мерлер), вулканизациялау (күкіртпен қыздырып) тәсілі арқылы олар-
дан резеңке алады.
Табиги көксагыз - өзінің химиялық құрамы жағынан жоғары
молекулалы қанықпаған көмірсутек, оның құрамы (С^Нв)™ мұндағы п
мәні 1000-3000 аралығында. Ол қайталанып отыратын 1,4-і/г/с-изоп-
рен тізбегінен тұрады және стереоретті құрылысты болады:
Синтездік көксағызды (С.В. Лебедев) дивинилді полимерлеу
арқылы алады. Катализатор - металл күйіндегі натрий қатысқанда
жүретін полимерлену процесі 1,2- және 1,4-қосылу арқылы жүреді:
...+ СН2=СН-СН=СН2+.. .+СН2=СН-СН=СН2+... —
12	12	3	4
—>... -сн2-сн-...-сн2-сн=сн-сн2-...
сн=сн2
3	4
2.3.3.	Алкиндер (ацетиленді көмірсутектер)
Алкиндер (ацетиленді көмірсутектер) - молекулаларында бір үш
байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер. Алкиндер-
дің жалпы формуласы СпН2п.2. Олардың қарапайым өкілдері:
С2Н2	С3Н4	С4Н6
НС^СН НС=С-СН3 НС=С-СН2-СН3 СН3-С=С-СН3
ацетилен	пропин	бутины
Кәдімгі жағдайда алкиндер С2Н2-С4Н6 - газдар, С5Н8-С15Н28 -
сұнықтық, Сі6Н30 бастап - қатты заттар. Сәйкес алкендерге қарағанда
алкиндердің қайнау және балқу температуралары жоғары.
68
Алкиндер мұнай фракцияларының пиролизі процесі кезінде
түзіледі, сондай-ақ реакцияға түсу қабілетінің жоғары болуына
байланысты органикалық және мүнай химиясының бағалы шикізаты
бола отырып полимерлену, қосылу, конденсациялану және басқа да
көптеген реакцияларға қатысады.
Алкиндер органикалық еріткіштерде жақсы, ал суда нашар ериді.
Химиялық қасиеттері алкендерге үқсас, олардың қанықпаған-
дығымен сипатталады. Оларға тізбекті изомерия, үш байланыстың
орналасу изомериясы, сонымен қатар алкиндер мен алкадиендер
арасындағы аралық изомерия тән:
С3Н4
СН3-С=СН
пропин
сн2=с=сн2
пропадиен
Алкиндерге алкендер сияқты барлық қосылу реакциялары тән,
бірақ оларға реагенттің бірінші молекуласы қосылғаннан кейін реа-
генттің екінші молекуласымен тағы да қосылу реакциясына түсуі
мүмкін бір л-байланыс (алкин алкенге айналады) қалады. Алкендер
қосылу - сутектену, галогендеу, гидрогалогендеу және басқа да реак-
цияларға оңай түседі.
Вг	Вг
\	/
НС=С— СНз + 2Вг2---------> СН—С — СН3 1,1,2,2-тетрабромпропан
пропин	/	\
Вг Вг
	Н Вг +НВг-> сн= с -сн3-	Н Вг
нс=с-сн3- пропин		+НВг > сн-с -сн3 / \ Н Вг
	2-бромпропен	2,2-дибромпропан
Вг	Вг
\	/
Н 2С =СН—СН 3 + Вг2---------> СН — С — СН з 1,2-дибрампропан
пропен	/	\
н н
69
Н Вг
Н2С=СН-СН3 - +НВг >Н2С- НС -СН3 2-бромпропан
пропен
С1
-і-'носі !
Н 2С =СН- СН з	) н 2С -
пропен
он
/
нс -сн3
2 - гидрокиси -
1 - хлорпропан
Металл күйіндегі катализаторлар (Рі, N1) қатысында алкиндер
алкен (бірінші л-байланыс үзіледі), одан соң алкан (екінші л-байла-
ныс үзіледі) түзе сутекті қосып алады:
К-С^С-К' Н2(№) >к-сн = сн-к—2(-М) ж-сн,-сн,-кх.
Белсенділігі төмендеу катализатор [Р<і/СаСОз/РЬ(СНзСОО)2]
қолданғанда сутектеу алкендер түзілу сатысында тоқтайды.
Судың қосылуы сынап (II) түзы катализаторының қатысында
жүзеге асады да, сірке альдегидіне (ацетилен жағдайында) изомерле-
нетін түрақсыз қанықпаған спирт түзіледі:
Н-С=С-Н + Н2О Не5О4 >[Н-С=С—Н]---------->СН3-С-Н
I I	II
н он	о
Винил спирті Сірке альдегиді
немесе кетонға (басқа алкиндер жағдайында) айналу арқылы жүреді:
СНз-С^СН + Н2О Не5°4	)[СН3-С=СН2]----->СНз-С-СН3
I	II
он	о
Ацетон (кетон)
Ацетиленді көмірсутектер үш байланыстың болу салдарынан
бірнеше бағытта жүруі мүмкін полимерлену реакциясына бейім
болады:
СиСІ аммиак-сулы ерітіндісі әсерінен димерлеу:
НС=СН + НС^СН------->Н2С=СН—С^СН (винилацетилен).
Ацетиленді белсендірілген көмір үстінде тримерлеу бензол
(Зелинский реакциясы) түзілуіне әкеледі:
ЗНС=СН—б00°С >СбН6 (бензол)
70
Ацетилен тұйық та,
тармақгы молекулалар түзуі мүмкін:
сызықгы да құрылысты болатын көп
... -СН=СН-СН=СН-СН=СН-...
(мүндай полимерлер жартылай өткізгіштік қасиет көрсетеді).
Ацетиленнің сутекті атомдары ацетиленидтер түзе металдармен
орын басуы мүмкін. Ацетиленге металл күйіндегі натриймен немесе
натрий амидімен әсер еткенде натрий ацетилениді түзіледі.
Егер үш байланыс тізбектің соңында болмаса, онда ол қышқыл-
дық қасиет көрсетпейді де (сутектің қозғалғыш атомы болмайды),
ацетиленид түзілмейді.
Н3С-С = С-СН3 —реакция жүрмейді
бутин-2
НОС-СН2-СН3 >Иа+С=С-СН2-СН3 + МН3
бутин-1	натрий этилацетилениді
( этилацетилен)
НС=С-СН2-СН3 ^(шз)2]ОН )Аё_с=С-СН2-СН3+ГШ3+МН4ОН
күміс этилацетилениді
Ацетилен ауада көп күйе бөліп, ал оттекте көз қарықтыратын ақ
жалын шығарып жанады және көп мөлшерде жылу бөліп шығарады.
Ацетилен мен оттек қоспасы жанғанда температура 3150°С-ға дейін
жетеді, сондықтан да ацетиленді металдарды кесу және пісіруде
қолданады. Бұдан басқа да ацетилен әртүрлі заттардың органикалық
синтезінде, мысалы, сірке қышқылын, 1,1,2,2- тетрахлорэтан және т.б.
синдездеуде қолданылады. Синтездік көксағыз, поливинилхлорид жә-
не басқа да полимерлер алуда бастапқы шикізат ретінде пайдала-
нылады.
2.3.4.	Ароматты көмірсутектер (арендер)
Ароматты қосылыстар (грек тілінде агота — хош иісті), молеку-
лаларының құрамында ерекше байланысқан циклді атомдар тобы -
71
бензол ядросы бар карбоциклді қосылыстар; мұндай жүйенің р-
электрондары түрақты, тұйық, электрондық қауыз түзеді. Ароматты
көмірсутектердің ең қарапайым өкілі - бензол (1). Ароматты көмірсу-
тектердің халықаралық атауы - арендер. Арендерге сонымен қатар
нафталин (П), антрацен (III), фенантрен (IV) және құрамында кон-
денсирленген бензол сақиналары болатын қосылыстар және олардың
әртүрлі туындылары жатады.
нс=
I
нс,
Алкандар мен нафтендерге қарағанда мұнай құрамында арендер
аз болады және олар әртүрлі гомологтық қатар түрінде берілген.
Ароматты көмірсутектердің жалпы формуласы СпН2п-б-
Ароматты көмірсутектердің өкілдері - бензол және оның гомо-
логтарының құрылысы тұйық тізбекті. Бензолдың кейбір туындылары-
ның жағымды иісі болады. Сондықтан да бұл қосылыстардың тарихи
қалыптасқан жалпы атауы - ароматты көмірсутектер.
Бензолдың ңұрылысы. Бензол С6Нб молекуласында алты көміртек
атомы бар ароматты көмірсутектердің негізгі өкілі болып табылады.
Бензол молекуласының құрылысын көрсететін формуланы 1865
жылы неміс ғалымы Кекуле ұсынды. Құрылымдық формуласы көмір-
тек атомдарының арасында кезектескен қос және бір байланыс-
тарынан тұрады:
нс сн
II I
нс^ <сн
с^
шеткі структулалар
72
Бензол сақинасы толық симметриялы және бір жазықгықтың
бойында жатады. Бір байланыспен байланысқан көміртек атомдары-
ның ара қашықтығы 1,54 А, ал қос байланыспен байланысқан көмір-
тек атомдарының арасындағы ара қашықтық- 1,34 А. Бензол молеку-
ласында барлық көміртек атомдарының ара қашықтығы бірдей және
1,40А-гетең.
Бензолдағы көміртек атомдарының арасындағы байланысты
түзуге қатысатын барлық электрондардың біркелкі таралғандығы
немесе басқаша айтқанда бензол молекуласындағы С-С байланыста-
рында электрон тығыздығы біркелкі таралғандығы дәлелденген.
Бензол молекуласы дұрыс жазық алтыбұрыштан тұрады. Онда-
ғы әрбір көміртек атомы лр2-гибридтену қалпында болады. Көмір-
тектің әрбір атомында гибридтенуге қатыспайтын бір р-электрон
болады. Осы р-электрондарының бұлттары о-байланысына перпенди-
куляр жазықтықта жатады Әрбір /?-бұлты көршілес екі /лбұлтымен
бүркесіп, нәтижесінде біріңғай орайлас л-жүйесі түзіледі.
Алты о-байланыспен және біріңғай алты электронды л - жүйе-
сімен байланысқан көміртектің алты атомынан тұратын цикл бензол
ядросы деп аталады. Электрон бұлтының осылайша орналасуы
бензолдағы ароматты байланыс С-С байланысының мәнін түсін-
діреді.
Ароматты көмірсутектердің өздеріне тән иісі бар, сұйық немесе
қатты заттар. Ароматты көмірсутектер судан жеңіл және онда ері-
мейді, бірақ органикалық еріткіштерде - спиртте, эфирде, ацетонда
жақсы ериді. Бензол және оның гомологтары көптеген органикалық
заттардың еріткіштері болып табылады. Арендер өздерінің молеку-
лаларында көміртектің көп мөлшері болатындықтан олар жалын
шығарып жанады.Физикалық қасиеттері 25 кестеде келтірілген.
73
25 кесте.
Кейбір арендердің физикалық қасиеттері
Атауы	Формуласы	1 балқ., °С	1 қайн., °С	<І420
Бензол	с6н6	+5,5	80,1	0,8790
Толуол (метилбензол)	С6Н5СН3	-95,0	110,6	0,8669
Этилбензол	С6Н5С2Н5	-95,0	136,2	0,8670
Ксилол (диметилбензол)	С6Н4(СН3)2			
орто-		-25,18	144,41	0,8802
мета-		-47,87	139,10	0,8642
пара-		13,26	138,35	0,8611
Пропилбснзол	С6Н5(СН2)2СН3	-99,0	159,20	0,8610
Кумол (изопропилбензол)	С6Н5СН(СН3)2	-96,0	152,39	0,8618
Стирол (винилбензол)	С6Н5СН=СН2	-30,6	145,2	0,9060
Ароматты көмірсутектердің рационалды атауын әдетге «бензол»
атауына қарап, бензол молекуласындағы сутек атомының орнын
басатын бір немесе бірнеше радикалдардың атауын қосып оқиды.
Мұнымен қатар бензол гомологын сутек атомы бензол - С6Н5
қалдығымен алмасқан фенил деп аталатын май қатарындағы көмір-
сутек туындылары ретінде қарастырады. Сонда СбН5-СН3 көмірсу-
тегі фенилметан деп аталады.
Эмпирикалық атаулары: метилбензолды С6Н5-СН3 толуол; ди-
метилбензолды - С6Н4 -(СН3)г - ксилол және т.с. деп атайды.
Ароматты көмірсутектер қатарында екі немесе одан да көп
орынбасарлардың бір-бірімен орналасуы бойынша байланысты бола-
тын изомерия құбылысымен көп кездесуге болады. Бензол сақи-
насында екі бірдей орынбасары болатын арендерді орто- (1,2-изо-
мер), мета- (1,3-изомер) және пара- (1,4-изомер) жұрнақтарын қосу
арқылы атайды.
Қарастырылған изомериядан басқа ароматты көмірсутектер то-
бында изомерияның басқа түрлері де болуы мүмкін. Бір этил ради-
калы бар этилбензол С6Н5-С2Н5, екі метил радикалы бар диметил-
бензолға - С6Н4-(СН3)2 изомер, екі қосылыстың да жалпы формуласы
С8Н10.
Атауларының алдындағы қысқартылған бір әріп о - орто-, м —
мета- және п - пара- изомерлерді білдіреді:
74
этипбензол о-ксилол
(1,2-диметил-
бензол)
м-ксилол
(1,3-диметил-
бензол)
п-ксилол
(1,4-диметил
бензол)
Мұнайда арендер моноциклді және полициклді түрде көрсетіл-
ген. Әдетте мұнай құрамында 15-20% арендер болады. Ароматы
(шайырлы) мұнайда олардың мөлшері 35%-ке дейін жетеді.
Ароматты көмірсутектерді мұнай фракцияларына бөлуге
байланысты оларды үш топқа бөлуге болады:
1)	ароматты көмірсутектері (көбінесе, полициклді) жоғары фрак-
цияларында шоғырланатын мұнайлар. Бұл тығыздығы > 0,9 болатын
ауыр шайырлы мұнайлар;
2)	ароматты көмірсутектері ортаңғы фракцияларында шоғырла-
натын мұнайлар. Осы екі түрге қатысты мұнайлар нафтенді және
нафтенді-ароматты мұнайға жатады;
3)	ароматты көмірсутектері жеңіл фракциясында шоғырланған
(300°С-ге дейін) мұнайлар. Бұл парафинді мұнайлар. Жоғары фрак-
цияларында конденсирленген сақиналы полициклді көмірсутектер
гомологтарының аздаған мөлшері болады.
200°С-ге дейінгі фракцияларда (бензин фракциялары) тек қана
бензол гомологтары болады. Мұнайда бензолдың С9-бен бірге
барлық гомологтары табылған. Бүйір тізбегінде 4 немесе одан да көп
көміртек атомы болатын бензолдың моно- орын басқан гомологтары
аз кездеседі. Ең көп таралғандары толуол, этилбензол, ксилолдар (м-
ксилол термодипамикалық тұрақты), одан кейін триметилбензол, әрі
қарай кумол, пропилбензол, метилэтилбензол болып кете береді.
200-350°С фракцияларда молекулаларының құрамы С7 болатын
алкил және мстил тобынан тұратын екі және үш орын басқан
алкилбензолдар болады. Бұл фракцияларда бензол гомологтарынан
басқа нафталин гомологтары (моно-, би-, три- и тетраметилнаф-
талиндер) кездеседі.
Ортаңғы фракцияда ароматты көмірсутектердің мөлшері сол мұ-
найдан алынған бензин фракциясына қарағанда жоғары және 15-35%
аралығында болады. Мұнайдың жоғары фракциясында конденсир-
75
ленген бензол сақинасынан тұратын күрделі полициклді ароматты
көмірсутектер анықталған.
Олар нафталиннің, дифенилдің, аценафтеннің, антраценнің,
фенантреннің, пиреннің, бензантраценнің, хризеннің, фенантреннің,
периленнің гомологтары болып табылады:
бензфенантрен
хризен
перилен
Дегенмен мұнайда бүиір тізбегі қысқа парафинді таза ароматгы
көмірсутектердің мөлшері көп емес, себебі мұнайдағы жоғары моле-
кулалы қосылыстардың молекуласының құрылысына аралас (гибридті)
сипат тән.
Бензин фракцияларында барлық теориялық мүмкін болатын
С6-С9 арендері С6:С7:С8:С9=1:3:7:8 қатынаста болады. Көбінесе термо-
динамикалық тұрақгы 1,3-ди- және 1,2,4-триалкилбензол кездеседі.
Бұл фракцияда қарапайым гибридті нафтенді-ароматты көмірсутек
индан болады:
Керосин фракциясында метил туындылары болатындығы анық-
талған. Онда сонымен бірге нафталин, тетралин және олардың метил
орын басқандары болады. Ауыр фракциялардағы арендердің құра-
мында ароматты нафтенді ядролар көп болады да, мұнда орынба-
сарлар саны мен ұзындығы артады, олардың ішінде изопреноид-
тылары да анықталған. Жоғары темпкратурада қайнайтын фракция-
ларда полициклді ароматты қосылыстар табылған.
76
Химияльщ қасиеттері
Бензол ядросының беріктігі жоғары, мұны ароматгы көмірсу-
тектердің орын басу реакциясына бейімділігімен түсіндіруге болады.
Орын басу реакциясына бейім алкандарға қарағанда ароматты көмір-
сутектердің ерекшелігін ядродағы сутек атомының өте қозғалғыш-
тығымен түсіндіруге болады, сондықтан галогендеу, нитрлеу, суль-
фирлеу және басқа реакциялар алкандарға қарағанда жақсы жүреді.
Темір (Ш) түздары - катализаторы катысында бензол орын басу
реакциясына түседі:
СбНб + Вг2 —* С6Н5Вг + НВг.
бензол	бромбензол
Бензол осылайша хлормен де әрекеттеседі.
Егер бензолға азот және күкірт қышқылдарының қоспасымен
әсер етсе нитробензол түзіледі:
СбН6 + НКО3 —Н^°4 >СбН5КО2 + Н2О.
нитробензол
Бүл реакцияда күкірт қышқылы катализатор және су сіңіргіш
ролін атқарады.
Бензол гомологтары орын басу реакциясына оңай қатысады.
Мысалы, метилбензол (толуол) С6Н5-СНз бензолға қарағанда нитр-
леу реакциясына оңай түседі:
2,4,6-тринитротолуол
(тротил, тол)
Бұдан бензол молекуласына қарағанда толуол молекуласында
сутек атомдары қозғалғыш екенін көруге болады.
Бензол және оның гомологтары Рі және Рё катализаторларының
қатысында бөлме температурасында 0,3-0,5 МПа қысымда сутек-
тенеді:
77
Белсенділігі төмен никель катализаторларының қатысында
жоғары температура (150-250°С) және 12 МПа-ға дейінгі қысым
талап етіледі. Бұл жерде бензолдың алкилбензолдарға қарағанда
оңай сутектенетінін атап өткен жөн.
Нафталин бензолға қарағанда оңай сутектенеді. Сутектену саты-
лап жүреді: бастапқыда тетралин түзіледі де, одан соң біртіндеп
декалин түзе сутектенеді:
Бензол тотығуға өте түрақты. Оған қарағанда бүйір тізбекті аро-
матты көмірсутектер оңай тотығады.
Бензол гомологтарына күшті тотықгырғыштармен (КМпО4,
НМО3 және басқалары) әсер еткенде тек қана бүйір тізбектері то-
тығады.
Калий перманганатының әсерінен толуолдың метил тобы тоты-
ғып, карбоксил тобына айналады да, бензой қышқылы түзіледі:
толуол
бензой қышқылы
СН2-СН3
+ 6[О]
этилбензол
+ СО2 + 2Н2О
бензой қыиіқылы
о-ксилол
о-фтал қышқылы
78
Бензол және оның гомологтары ауада жалын шығара жанады:
2С6Н6 + 15О2 —»12СО2 +6Н2О.
Бензол бояғыш заттар, дәрі-дәрмектер, қопарылғыш заттар,
инсектицидтер, пластмасса және синтездік талшықгар алуда шикізат
ретінде қолданылады.
Ароматты көмірсутектердің басты көзі мұнай болып табылады.
Көптеген мұнайдың түрлерінің құрамында ароматты қатар көмірсу-
тектерінің аздаған мөлшері болады.
Ароматты көмірсутектерді өндірісте алу негізіне циклоалкан-
дарды сутексіздеу және алкандарды дегидроциклдеу жатады, мұндай
процесс мұнайды катализдік риформингілеу деп аталады. Катали-
затор ретінде әдетте өте таза алюминий тотығына жалатылған
платина қолданылады. Осындай жағдайда ароматты көмірсутектер
реакцияның негізгі үш түрі нәтижесінде алынады:
-	циклогексан және оның гомологтарын сутексіздеу, мысалы:
-	циклопентан гомологтарын дегидроизомеризациялау, мысалы:
Рі/А12О3
500°; 20 атм
-	алты немесе одан да көп көміртек атомы болатын алкандарды
дегидроциклдеу (Рі/А12Оз катализаторы қатысында), мысалы:
гептан	толуол
Қазіргі кезде 90% жуық бензол және оның гомологтарын
өндірісте мұнайды катализдік риформингілеу нәтижесінде алады.
Ароматты көмірсутектер химиялық шикізат ретінде және мотор
отынының детонацияға төзімділігін (октан саны) арттыратын компо-
ненті ретінде маңызды роль атқарады. Бірақ реактивті және дизель
79
отындарының құрамында олардың болуының қажеті жоқ, себебі олар
отынның жану процесіне теріс әсер етеді.
Айдау кезінде май фракциясына түсетін парафинді бүйір тіз-
бекті полициклді арендер майлардың түтқыр температуралық қасие-
тін төмендетеді, сондықган да майларды тазалағанда оларды алас-
тауға тырысады. Бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол, кси-
лол, нафталин - көптеген мүнай химиялық жэне органикалық синтезде,
синтездік көксағыз, пластмасса, синтездік талшық, қопарылғыш, анилин-
бояғыш және дәрі-дэрмектік заттар өндірісі сияқгы химия өндірісінің
маңызды салаларында өте маңызды химиялық шикізат болып табылады.
2.4.	Октан саны
Іштей жану двигательдерінің жүмысы, оның үзақ жүмыс істеуі
автомобиль бензинінің сапасына байланысты. Бензин сапасы октан
санымен сипатталады. Октан саны отынның іштей жану двигатель-
дерінде (ІЖД) кенеттен жануының тұрақгылығын және детонацияға
төзімділігін анықтайтын шама.
Детонация - бензиннің қопарылыс түрінде жануы.
Детонацияға төзімділік бензин компоненттерінің қатынасымен
анықгалады. Барлық көмірсутектер бірдей жанбайтындығы бәрімізге
белгілі. Олардың көбі аралық өнім ретінде асқын оксидтер қосы-
лыстары мен олардың ыдырау өнімдерін түзеді. Осы заттар өте
түрақсыз жэне қопарылуға бейім. Үшқын әсерінен отын қоспасы
жанады да цилиндр ішінде жалын түзеді, ал оның жоғарғы жағында
асқын оксидтер қоспасы жиналады. 15-20% пайдаланылмаған отын
қоспасы қалғанда жарылыс болады. Жалынның таралу жылдамдығы
мүнда 2500 м/с-қа дейін жүз есе көбейеді. Көмірсутектер жанғанда
пайда болатын газдардың көлемі үлғаяды да, поршенді кері итеріп
жұмыс істейді. Кейбір көмірсутектер қысым кезінде өте тез жанып
қопарылыс сияқты белгі береді. Қопарылыс толқыныынң поршенді
сығуынан цилиндрде дүрсілдеген қатты дыбыс шығады, осыдан
двигательдің қуаты кемиді.
Детонацияға төзімділігі жоғары - н-гептан, ал төзімділігі төмен -
2,2,4-триметилпентан (изооктан) болып табылады:
СН3 СН3
I	I
СН3 - С - СН2 - СН - СН3
СН3
80
Октан санын анықтауда осы көмірсутектер эталон ретінде
алынған. Изооктанның октан саны 100, ал н-гептандікі 0 деп бел-
гіленген. Бензиннің октан санын изооктан мен н-гептан қоспасының
пайыздық (көлемі бойынша) - мөлшері бойынша анықтайды. Егер
осындай қоспаның детонацияға төзімділігі анықталатын отынның
детонацияға төзімділігіне эквивалентті болса, онда отынның осы
құрамы бойынша октан санын белгілейді.
Октан санын бір цилиндрлі іштей жанатын карбюратормен
двигатель орналасқан сынау қабырғасында анықгайды. Сынау жүргіз-
генде қондырғыға бензин үлгісін құяды да арнайы аспаппен детонп-
ция дәрежесін анықтайды. Одан соң осы қондырғыға изооктан мен н-
гептан қоспасын детонацияның сол деңгейіне жеткенше әртүрлі
мөлшерде құяды. Эталон ретінде алынған қоспа ретінде алынған
изопентанның пайыздық құрамы октан санын көрсетеді. Егер қоспа-
дағы изооктан 80% болса, онда октан саны (ОС) сексен пунктке тең
деп есептеледі. Бұл отынның соншама қысылғанда детонацияға
ұшырайтынын білдіреді, изооктанның 20% н-гептанмен сұйытылға-
нын көрсетеді.
Октан саны осылайша салыстырмалы және шексіз физикалық
мәні жоқ шама. Оны екі әдіспен- моторлы және зерттеу әдісімен
өлшейді.
Моторлы әдістің зерттеу әдісінен айырмашылығы двигательдің
қатты жағдайда жұмыс істеуі, айналымның көп болуы және ыстық
қоспаның температурасы. Октан санын моторлы әдіспен анықтау әді-
сі еуропалық және американдық практикада жолға қойылмаған, ол
тек біздің жолдар мен двигательдерге арналған. Бұл әдіспен номи-
нальды жүктемеде ұзақ жұмыс істегенде бензиннің детонацияға тө-
зімділігі анықталады. Бензин көрсеткішін белгілегенде бұл әдіс көр-
сетілмейді (А-76). Зерттеу әдісімен белгіленбеген режимде (АЗ-93,
А - автомобилді, 3 -октан санын анықтаудың зерттеу әдісі, ОС= 93).
Моторлы және зерттеу әдісімен анықталған октан санының
айырымы двигательдің жұмыс істеу режиміне бензиннің қатысын
сипаттайды. Зерттеу әдісімен алынған АЗ-93 мотор әдісімен алынған
А-86-ға сәйкес келеді (26 кесте). Егер октан саны төмен бензинді
қолданатын болса, жүктеме (қатты жану, детонация) артады және
двигатель істен шығып қалуы мүмкін. Егер октан саны жоғары
бензин қолданылса қатты қызу болады да, май құйылған тығындар
істен шығады, қызу нәтижесінде резеңке істен шығады, май шығыны
дереу артады.
81
26 кесте.
Маркалары әртүрлі бензиндердің октан сандары
Бензин маркасы	Октан саны (моторлы әдіс)	Октан саны (зерттеу әдісі)
А-72	72	шектелмеген
А-76	76	шектелмеген
А-80	76	80
АИ-91	82.5	91
А-92	83	92
АИ-93	85	93
АИ-95	87	95
АИ-98	89	98
Отынның детонацияға төзімділігін арттыруға немесе жоғары
октан санына қол жеткізу үшін бірнеше тәсілдер қолданылады:
-	товар ретінде қолданылатын бензиннің базалық компонент-
терінің жоғары октанды үлесін арттыру,
-	октан саны жоғары мүнай өңдеудің екіншілей өнімін базалық
бензин ретінде қолдану,
-	детонацияға қарсы қондырмалар қолдану.
Қазіргі кезде осылардың барлығы қолданылады. Бензин қүрамы-
на кіретін жеке көмірсутек топтарының детонациялық сипаттамасы-
ның негізгі ерекшеліктері мынадай:
-	Қалыпты ңурылысты алкандар'. пентаннан бастап осы қатар-
дың көмірсутектері өте төмен октан санымен сипатталады, олардың
молекулалық массалары жоғарлаған сайын, октан саны төмен болады.
Олардың молекулалық массаларынан сызықтық тәуелділікте болады.
-	Тармақталган құрылысты алкандар’. Қаныққан қатардың
молекуласының тармақталуы олардың детонацияға төзімділігін дереу
артгырады, октанның октан саны 20, ал 2,2,4 - триметилпентандікі
(изооктандікі) 100. Ең жоғары октан саны бір көмірсутек атомында
(неогексан, триптан, эталонға алынған изооктан) жұпты метил тобы
бар изомерлерде, сонымен қатар октанның басқа да триметил изо-
мерлерінде байқалады. Изоалкандардың детонацияға қарсы жоғары
қасиеттеріне сәйкес-олар бензинге өте қажет компоненттер.
-	Алкендер'. қалыпты қүрылысты көмірсутектер молекуласында
қос байланыстың пайда болуы, сәйкес қаныққан көмірсутектермен
салыстырғаңца детонацияға төзімділіктің артуына әкеледі.
82
-	Циклоалкандар'. циклопентан мен циклогексанның алғашқы
өкілдерінің детонацияға төзімділігі жоғары, әсіресе бұл циклопен-
танға қатысты. Бұл көмірсутекгер бензиннің бағалы құрам бөліктері
болып табыпады. Циклопентанды да, циклогександы да көмірсутек-
терде қалыпты құрылысты бүйір тізбектің болуы олардың октан
санының төмендеуіне әкеледі. Бүйір тізбектің тармақталуы және
олардың мөлшерінің жоғарлауы циклоалкандардың детонацияға
төзімділігін арттырады.
-	Арендер-. бензол қатарындағы барлық қарапайым арендердің
октан саны 100-ге жуық және одан жа жоғары. Арендер мен аромат-
талған бензиндер тармақталған алкандармен қатар-жоғары октанды
бензиннің өте жақсы компоненттері. Бірақ бензиндегі арендер мөлше-
рін 40-50%-ға дейін шектеу керек. Өте ароматталған отын жалпы
жану температурасын арттырады, бұл өз кезегінде двигательдің жылу
кернеуін көбейтеді.
Әдетте товар ретінде қолданылатын бензинді тікелей айдау,
крекинг, риформинг, кокстеу, алкилдеу және мұнай өңдеу мен мұнай
фракцияларынан алынған бензинмен араластыру арқылы дайындай-
ды. Мұнай өңдеу сатысы мен әртүрлі процестердің өнімін беретін
осындай компоненттер саны оннан астам.
Мұнайды тікелей айдау арқыпы алынған бензинде әлсіз тармақ-
талған құрылысты детонацияға төзімділігі төмен парафинді көмір-
сутектер көп болады; мұндай бензиндердің октан саны жоғары бол-
майды. Тек жеке «таңдаулы» мұнайдан тікелей айдау арқылы октан
саны А-70 бензин алуға болады. Тікелей айдау арқылы алынған бен-
зин мен олардың басты фракцияларын аз көлемде А-76 автомобиль
бензинін дайындау үшін қолданады.
Катализдік крекинг арқылы алынған бензиндердің детонацияға
төзімділігі жоғары болады. Бұл өз кезегінде бензин фракциядарын-
дағы ароматты және изопарафинді көмірсутектердің көбеюіне байла-
нысты. Катализдік крекинг бензинінің детонацияға қарсы қасиеттері
шикізатгың фракциялық құрамына, крекинг режиміне, катализатор
құрамына байланысты және біршама ауытқуы мүмкін. Катализдік
крекинг бензинін көбінесе товар ретінде қолданылатын октан саны
жоғары бензин дайындауға пайдаланады.
Катализдік риформинг процесі ароматтау және біртіндеп
изомерлеу арқылы детонацияға төзімділігі жоғары бензин алуға
мүмкіндік береді.
Әртүрлі компоненттер қоспаларының детонацияға төзімділігі
аддитивті қасиет болмайды. Қоспадағы компоненттердің октан саны
83
осы компоненттің таза күйіндегі октан санынан айырмашылығы
болуы мүмкін. Әрбір компоненггің өзінің араластыру сипатгамасы
немесе октан санының ығысуы болады, бірақ берілген компонентке
ол түрақты емес және енгізілген компонент массасына, базалық бен-
зин қүрамына және басқа да компоненттердің болуына байланысты.
Газ бензинін араластырудың октан саны тікелей айдау бен-
зинінің парафинді және аралас шикізатгардан кейбір изоқүрылысты
техникалық таза көмірсутектердің, әдетте олардың таза күйдегі октан
санына жақын. Базалық отынның октан саны төмен болған сайын
жоғары октанды компонентті араластырудың октан саны әдетте жоға-
ры болады.
Товар ретінде қолданылатын бензинді дайындауда компонент-
тер таңдауда бензин фракцияларына октан сандарының біркелкі
таралуын қамтамасыз ету керек. Тікелей айдау арқылы алынған бен-
зиннің төмен қайнайтын фракциясының детонацияға төзімділігі жоға-
ры қайнайтын фракцияға қарағанда жоғары болады. Катализдік кре-
кинг бензиндеріндегі әртүрлі фракциялардағы октан сандары бір-бірі-
не жақын. Платформинг бензинінде кейбір басты фракциялардың
детонацияға төзімділігі төмен, жоғары қайнайтын ароматталған фрак-
циялардың октан сандары 100-ден асады.
Товар ретінде алынатын өнім алуда арнайы қоспаларды қосу
маңызды роль атқарады. Қазіргі заманғы двигательдердің қысылу
дәрежесі жоғары және октан саны 91 және одан да жоғары бензинді
талап етеді. Мүнай өңдеу әдістері арқылы мүндай отынды алу
қымбатқа түседі, сондықтан да октан санын арттыратын әртүрлі
қондырмалар қолданылады. Ең тиімді, сондықган да әрдайым қолда-
нылатыны тетраэтилқорғасын (ТЭҚ). Ол улылығымен қоса қазіргі
автомобиль конструкциясының міндетті элементі болып табылатын
катализдік бейтараптаушыларды және кейбір аспаптарды (лямда-
зондтарды) істен шығарады. Отын жанғанда ТЭҚ ыдырайды. Сонда
белсенді радикалдар түзіледі:
РЬ(С2Н5)4 -> РЬ(С2Н5)3’ + С2Н5‘.
Осы радикалдар ТЭҚ болмағанда түрақты болатын көмір-
сутектердің тотығуына жол береді. Түзілетін гидроасқынтотықгар
жаймен жануға себебін тигізеді. ТЭҚ қолданғанда қосалқы өнім
ретінде оның тотығу өнімдері түзіледі, мысалы: (С2Н5)2РЬ(ОН)2;
(С2Н5)2РЬ(ОК.)2; (С2Н5)2РЬОВОН; РЬО. Бүл заттар двигательде жина-
лып, оның істен шығуына әсерін тигізеді. Одан басқа олардың
экологияға тигізетін зияны да зор, себебі олар канцерогенді заттар
болып табылады.
84
Қазіргі кезде тек авиация бензині ғана этилденген болуы мүмкін.
Октан санын жоғарлату үшін кейде ферроцен қолданылады. Бірақ бүл
қондырма құрамында темір болатындықтан қиын аласталынатын қақ
түрып қалады да, тетіктердің қызмет еіуін 5-7 мың километрге дейін
азайтады. Детонацияға қарсы двигателге зиянсыз МТБЭ — метилтрет-
бутил эфирі болып табылады. Қазіргі кезде осы препарат кеңінен
қолданылады. Автомобиль бензиніне қойыпатын негізгі талаптар 27
кестеде көрсетілген.
27 кесте.
Автомобиль бензиніне қойылатын талаптар
Бензин	Детонацияға төзімділігі (ОС)		Қорға- сын конц., г/дм3	Күкірт тің масс. үлесі, %	Бензол- ДЫҢ көл. үлесі, %	МТБЭ мөлніері % көл.	Темір конц.- циясы, г/дм3
	Зерттеу әдісі	Моторлы әдіс					
Қалыпты-80	80,0	76,0	0,010	0,05	5,0	15	0,037
Тұрақты-91	91,0	82,5	0,010	0,05	5,0	15	0,037
Премиум-95	95,0	85,0	0,010	0,05	5,0	15	0,037
Супер-98	98,0	88,0	0,010	0,05	5,0	15	0,037
АИ-80ЭК	80,0	76,0	0,010	0,05	3,0	15	0,037
Аи-92ЭК	92,0	83,0	0,010	0,05	3,0	15	0,037
Аи-95ЭК	95,0	85,0	0,010	0,05	5,0	15	0,037
Аи-98ЭК	98,0	88,0	0,010	0,05	5,0	15	0,037
Двигательде отын жанғанда көптеген зиянды химиялық заттар
бөлінеді. Ең зиянды газдардың бірі көміртек оксиді СО (түншық-
тырғыш газ). Мотор майында көміртектің толық жанбауы нәтижесін-
де түзіледі. Түссіз, иіссіз улы газ. Тыныс алғанда қандағы гемогло-
бинмен байланысып, ондағы оттекті ығыстырады, нәтижесінде орга-
лық жүйке жүйесін зақымдайтын оттек жжетіспеушілік пайда болады.
Көміртек диоксиді СО2 (көмір қышқып газы) есірткелік әсері
бар, теріні тітіркендіреді. Автомобильдерден СО2 шығуы қүрылыс
материалдарына зақым келтіретін жылыжай эффектісін, қышқыл
жаңбырды және басқа да қажетсіз салдарды күшейтеді.
Күкіртті газ 8О2 атмосферада су буымен күкіртті қышқылдың
аэрокірнелерін немесе фотохимиялық тотығу нәтижесінде күкіртгі
ангидридке 5Оз айналады. Екі жағдайда да соңында қышқыл жаңбыр-
дың негізгі компоненттерінің бірі - күкірт қышқылының аэрокір-
нелері түзіледі.
85
Альдегидтер уландыратын, көзге, тыныс органдарына, орталық
жүйке жүйесін, бүйрек және бауырды зақымдайтын заттарға жатады.
Канцерогенді заттар (оның ішінде, бензпирен) тіпті өте аз мөлшерде
болғанның өзінде адамға өте қауіпті.
Күйе. Автомобиль двигательдерінің пайдаланылған газдар тү-
тіндерінің түсі күйе бөлшектерінің мөлшеріне байланысты-күйе көп
болған сайын, түтін қоюлана түседі. Кез келген ұсақ шаң сияқты күйе
де тыныс алу органдарына әсер етеді, бірақ оның ең басты қауіптілігі
күйе бөлшектерінің бетінде канцерогенді заттар адсорбцияланады.
Қорғасынды қосылыстар - организмнің органдары мен тіндерін,
жүйке жүйесін, асқазан-ішек жолын зақымдайтын, сонымен қатар зат
алмасу процестерін бұзатын улы заттар. Қорғасын қосылыстарымен
уланудың қауіптілігі-олар канцерогенді затгар тәрізді организмнен
аласталынбайды, онда қауіпті концентрацияға дейін ұсталып тұрады.
Жол бойына жақын жсрлерде қорғасын топырақ пен өсімдіктерде
жиналады.
Азот оксидгері ЫОХ кез келген отын - табиғи газ, көмір, бензин
немесе мазут жанғанда түзіледі. Шамамен атмосфераға жылына 90%
азот оксидінің тасталуы-қазба отындарды жағу нәтижесінде, осы
мөлшердің жартысы автокөлікке келеді.
СХНУ көмірсутектері - отынның жанбаған химиялық құраушы-
лары, олар да улы. Бұл заттардың шығуы үлкен жолдың бойына қара-
ғанда көше қиылыстары мен бағдар шам айналасында көбірек. Азот
диоксидімен бірге көмірсутектер күн көзінің әсерінен екіншілей лас-
таушы заттар түзеді. Сондықтан да отын өндіруде оған қойылатын
негізгі талап оны қолданудағы экологиялық қауіпсіздік болып
табылады.
Атмосфераға тасталынатфн негізгі ластаушы заттар МӨЗ —
көмірсутектер, күкірт диоксиді, көміртек оксиді, азот оксидтері. Дү-
ниежүзілік заңдылық бойынша, соныц ішінде АҚШ-тың нормативті-
құқықтық актілерінде экологиялық таза автомобиль отындарын табу
мен қолдану мәселелері қарастырылуда. Қазіргі кезде экологиялық
жағдайды жақсарту үшін құрамында отгек қондырмасы бар этилден-
беген бензин өндіру мәселесі қойылып отыр.
2.5.	Аралас кұрылымды кемірсутектер
Мұнай құрамында тек аренді циклді және алкил тізбекті
гибридті құрылымды әртүрлі көмірсутектер ғана емес, циклоалканды
циклдер да болады. Гомологтары керосин-газойл фракциясында бола-
тын циклоалканарендердің өкілдері индан, тетралин, флуорен және
86
аценафтен болып табылады. Гибридті көмірсутектердің ароматты
циклдері метил тобымен орын басқан, ал ациклді де бір пемесе екі
ұзын алкилді орынбасар болады. Қарапайым гибридті бициклді
көмірсутектер керосин фракциясында болады. Мысалы, тетрагид-
ронафталин (тетралин) және оның кейбір гомологтары:
ги
тпетпралин
1,2,3,4-тетраметилтетралин
Май фракциялары толығымен аралас құрылысты көмірсутектер-
ден тұрады. Оларды үш түрге бөлуге болады: парафинді-цикло-
парафинді, парафинді-ароматты, нафтенді-циклопарафинді-аромат-
ты. Олардың молекулалары циклопентанды және циклогександы
сақиналармен конденсирленген бензол, нафталин ядросынан тұрады:
Бүйір тізбектері қысқа полициклді ароматты және гибридті
көмірсутектер майлардың тұтқырлық қасиетін нашарлатып, олардың
тотығуға қарсы тұрақтылығын төмендетеді, сондықтан да олар мұнай
жағар майының қажетсіз компоненттері болып табылады.
2.6.	Гетероорганикалық қосылыстар
Барлық мұнайда көмірсутектерден басқа күкірт, оттек және азот
гетероатомдарынан тұратын қосылыстардың біраз мөлшері болады.
Барлық мұнайда болатын гетероатомды (күкірт-, азот- және оттектен
87
тұратын) және минералды қосылыстар қажетсіз компоненттер болып
табылады, себебі олар алынатын мұнай өнімдерінің сапасын төмен-
детеді, өңдеуді күрделендіреді (катализаторларды улайды, аппарат-
тардың жемірілуін күшейтеді және т.с.с.). Гетероатомдық қосылыстар
мен мұнай тығыздығы арасында белгілі бір заңдылыққа бағынатын
тәуелділік байқалады: құрамында мөлдір фракцияда көп болатын
жеңіл мұнайлар гетероқосылыстарға кедей және керісінше оларға
ауыр мұнайлар бай. Оларды фракцияларға бөлгенде белгілі бір
заңдылық байқалады: гетероатомды қосылыстар жоғары қайнайтын
фракциялар мен қалдықтарда шоғырланады.
Гетероатомдардың мұнай фракцияларында таралуы біркелкі
емес. Әдетте, олардың көп бөлігі ауыр фракцияларда және әсіресе
шайырлы-асфальтенді қалдықта шоғырланған. Мұнай түріне байла-
нысты 400—450°С жоғары айдайтын фракция толығымен құрамы
эртүрлі гетероатомды қосылыстардан тұруы мүмкін:
Этиленоксид Тиофен	Пиридин
(эпоксид)
2.6.1.	Оттекті қосылыстар
Мұнайда отгек мынадай функционалды топтар мен қосылыс-
тарда кездеседі: карбонилді топ (негізінен кетондар), фенолдар,
спирттер, қышқылдар, жай эфирлер, күрделі эфирлер, шайырлы-
асфальтенді заттар.
88
карбонилді косылыстар
С — О (негізінен кетондар)
фенолдар, спирттер — ОН	қышқылдар .О к—
жай эфирлер	он күрделі эфирлер
к—о—К'	к— \)	К'
Мұнайдағы оттек мөлшері көп емес (0,1-2%). Мұнай фракция-
сының қайнау температурасының жоғарлауымен олардағы оттек
мөлшері артады, оттекті қосылыстар көбінесе шайырларда болады.
Шайырлар - құрамында С, Н және О-тен басқа N және 5 болатын
қосылыстар. Мұнай құрамындағы оттектің барлық мөлшерінен тек
5-10% оның жеңіл фракцияларының үлесіне келеді.
Бензин фракцияларында оттекті қосылыстар өте аз мөлшерде,
керосин дистилляттарында олардың мөлшері артады, бірақ олар май
фракциясында көбірек болады.
Мұнайдағы оттектің көп мөлшері фенолдарда (әсіресе фенолдар
шайырлы мұнайда көп болады), нафтенді және алифатты қышқыл-
дарда болады:
Мұнай қышқылы термині мұнай құрамына кіретін барлық
алифатты, алициклды (нафтенді) ароматты, гибридті (көміртек ради-
89
калының аралас құрылысты) қышқылдарды қамтиды. Мұнай қыш-
қылдары мен фенолдар қышқылдық қасиет көрсетеді, олар мұнайдан
немесе оның фракцияларынан сілтілермен алынуы мүмкін. Қышқыл-
дық қасиет көрсететін заттардың болуы барлық оттекті қосылыстар
сияқты мүнай орындарының жасы мен тереңдігіне байланысты
азаяды. Мүнай қышқылдары мұнайдың 250°С-дан жоғары қайнайтын
орташа фракциясында болады да алифатты және нафтенді қышқыл-
дары көп болатын органикалық қышқылдар қоспасынан тұрады.
Бензин фракциясында тек қана алифатты қышқылдар кездеседі,
себебі қарапайым алициклді және ароматты қышқылдар 200 °С-дан
жоғары температурада қайнайды. Бұл қышқылдардың қалыпты неме-
се әлсіз тармақталған құрылысы болады (бүйір тізбегінде бір метил
орынбасары). Алифатты қышқылдар сонымен қатар жоғары қайнай-
тын фракцияларда анықталған. Әртүрлі мұнайда аз мөлшерде көмір-
тек атомдарының саны 25-ке дейін болатын қалыпты және тармақ-
талған тізбекті барлық дерлік қаныққан алифатты қышқылдар бола-
тындығы анықталған. 2,6,10-триметилундекан; 3,7,11-триметилдоде-
кан; 2,6,10,14-тетраметилпептадекан (пристан) және 3,7,11,15-тетра-
метилгексадекан (фитан) қышқылдары сияқты изопреноидты құры-
лымды полиметил орын басқан алифатты қышқылдар бөлінген:
соон
2,6,10-триметилундекан
СООН
3,7,11 -триметилдодекан
\ соон
2,6,10,14-тетраметилпентадекан
3,7,11,15-тетра-метилгексадекан
Химиялық және физикалық қасиеттері бойынша бұл қышқыл-
дардың нафтен қышқылдарынан аз айырмашылығы бар. Парафинді
мұнайда ғана, яғни парафинді көмірсутектерге бай мұнайда алифатгы
қышқылдар, ал нафтендіде- нафтен қышқылдары көп болады.
90
Жалпы формуласы СпН2П-і нафтен қышқылдары нафтен көмірсу-
тектері - циклопентан мен циклогексанның туындылары болып табы-
лады. Нафтен қышқылдары типіне байланысты негізінен циклопентан
немесе циклогексан туындылары болуы мүмкін, мүнда карбоксил
тобы әдетге ядродан 1-5 көміртек атомына аласталынған.
Нафтен қышқылдары қаныққан, олардың көбі бес мүшелі наф-
тен сақинасынан түрады және молекулаларының қүрылысы мына
формуламен өрнектеледі:
н2с—СН2	о
^С-(СН2)„—с^
н2с—сн2	он
Олар карбон қышқылына тән қасиеттердің бәрін көрсетеді.
Әсіресе олардың сілтілермен, сілтілік металдар карбонаттарымен
немесе металл оксидтерімен өңдегенде көмірсутектерде ерімейтін тұз
түзу қабілеті өндірісте мұнай фракциясы мен шикі мұнайды нафтен
қышқылдарынан тазалау үшін қолданылады. Мұнай өнімдерінің
құрамында нафтен қышқылдарының қоспасының болуы металдардың
жемірілуге ұшырауына әкеледі.
Ароматты қышқылдар бензол мен полициклді арендердің
туындылары болып табылады.
Мұнай қышқылдарының құрамы мұнай типіне сәйкес келеді.
Мұнайдың жоғары фракцияларында аралас құрылысты көмірсутектер
туындылары болып табылатын қышқылдар болуы мүмкін.
Мұнайдан бөлінген шикі мұнай қышқылдары қою және жағым-
сыз иісі бар сұйыктықтар. Аз мөлшерде мұнай құрамында ароматты
спирттер - фенолдар анықталған.
91
Фенолдар қышқылдар тәрізді сілтілермен әрекеттесіп тұз түзеді:
ОН	ОМа
М? феноляты
Осының салдарынан фенолдар мұнайдан немесе мұнай фракция-
ларынан нафтенді және алифатты қышқылдармен бөлінеді.
Құрамында фенолдардың натрий тұздары болатын нафтен
қышқылдарының натрий тұздарының сулы ерітінділері өсімдіктердің
өсуін реттеуші ретінде қолданылады.
Мұнай құрамында бейтарап оттекті қосылыстар өте аз. Олардың
өкілдерінің бірі - кетондар. Калифорния мұнайының жеке фракция-
ларынан 6 дара кетондар: ацетон, метилэтил-, метилпропил-, мети-
лизопропил-, метилбутил- және этилизопропил-кетондары бөлінген.
Мұнай құрамындағы бейтарап оттекті қосылыстарға сонымен
қатар күрделі және жай эфирлер жатады. Күрделі эфирлердің біразы
жоғары қайнайтын фракцияларда немесе мұнай қалдықтарында
болады. Олардың көбі ароматты қосылыстар болып табылады.
Мұнайдың барлық оттекті қосылыстарының ішінде өндірістік
маңызы бар тек нафтен қышқылдары, дәлірек айтқанда олардың -
нафтенаттары. Нафтен қышқылдарының тұздарының көбісі кристал-
данбайды, олар қоймалжың күйінде және коллоидты түрде болады.
Нафтен (мұнай) қышқылдары (техникалық атауы «асидол»)
және олардың сілтілік металдармен тұздарының («сабыннафт»)
беттік-активті қасиеті жақсы болғандықтан жуғыш және тазартқыш
заттар ретінде қолданылады. Нафтен қышқылының натрий және
калий тұздары эмульсиялық май алуда эмульгатор, мұнайды сусыз-
дандыруда деэмульгатор болып табылады. Кальций және алюминий
нафтенаттары қою жағар заттар алуда қоюландырғыш қызметін
атқарады, кальций мен мырыш тұздары матор майларын шашыра-
тушы қондырма болып табылады. Қорғасын, кобальт және марганец
92
нафтенатгары лак-бояу өндірісінде сиккативтер (сырмайдың поли-
мерленуін тездетуші) ретінде қолданылады. Мыс тұздары ағаш пен
мақта-матаны ыдыраудан сақтайды. Алюминий тұздары скипидар
ерітіндісімен бірге лак ретінде қодданылады.
2.6.2.	Күкіртті қосылыстар
Кукірт мұнайда және мұнай өнімдерінде кең таралған гетеро-
элемент болып табылады. Оның мұнай құрамындағы мөлшері 5-6%-ке
дейін, кейде 14%-ға дейінгі аралықта болады.
Құрамында күкірт аз болатын мұнай мынадай кен орындарында
кездеседі: Өзексуат, Сурахан, Доссор, Борислав, Өзен, Қотыр-Тепе
және басқалары. Күкірті көп болатын шетел мұнайының ішінде: Албан,
Мексикадағы Эбано-Пануко, Роузл Пойнт кен орындары. Соңғы кен
орнындағы мұнайдың барлық турінде күкірт болады (28 кесте).
28 кесте.
Әртүрлі кен орындарындағы мұнай құрамындағы
күкірт мөлшері
Күкірті аз мұнай	Күкірт мөлшері, %	Күкіртті мұнай	Күкірт мөлшері, %	Күкірті көп мұнай	Күкірт мөлшері, %
Сурахан (Әзербайжан)	0,02- 0,08	Карашығанақ (Қазақстан)	0,61	Қаражанбас (Қазақстан)	2,15
Өзексуат (Қазақстан)	0,10	Муханск (Ресей)	0,67	Покровск (Ресей)	2,2
Доссор (Қазақстан)	0,11- 0,15	Теңіз (Қазақстан)	0,8	Арланск (Башқұртстан)	2,9
Борислав (Украина)	0,24	Самотлорск (Ресей)	0,96	Могутов (Ресей)	3,0
Өзен (Маңғыстау)	0,25	Ухтинск	1,12-1,24	Арланск (Башқұртстан)	3,2
Жаңажол (Қазақстан)	0,30	Ромашкин (Татарстан)	1,61	Албан (Албания)	5-6
Речинск (Беларусия)	0,32	Қаламқас (Қазақстан)	1,62	Эбано-Пануко (Мексика)	5,4
Сахалинск (Ресей)	0,33- 0,50	Усть-Балык (Батыс Сібір)	1,77	Роуэлз -Пойнт (АҚШ)	до 14
93
Мұнай мен газ конденсаттарының күкіртті қосылыстары көбі-
несе меркаптандардан, сульфидтерден (тиоэфирлерден) және ашық
тізбекті дисульфидтерден (дитиоэфирлерден), күкірттен, күкіртсу-
тектен, циклді және гетероциклді қосылыстар мен олардың гомолог-
тарынан түратын күрделі қоспа.
элементті күкірт	80
күкіртсутек	Н28
меркаптандар
— К — 8Н, мүндағы К=С2.. -С4
тиофен нафтотиофен
сульфидтер (тиоэфирлер)
— К — 8 — К'
дисульфидтер (дитиоэфирлер)
— К — 8 — 8 — К'
бензилтиофан
тиофан алкилтиофан
тиацикландар
алкилбензтиофан
Мүнайдың қүрамындағы күкірті көп болатын қосылыстары бос
күйіндегі күкірт, күкіртсутек және меркаптандар.
Оттекті қосылыстар сияқты күкіртті қосылыстар да фракция-
ларға біркелкі таралмаған. Әдетте олардың мөлшері қайнау темпе-
ратурасының жоғарылауымен артады және мұнайды вакуумда айдау
арқылы алынған - гудронда (70-90%-ке дейін) шегіне жетеді.
Дегенмен мүнайдың асфальт-шайырлы бөлігінде болатын басқа
гетероатомдарға қарағанда күкірттің біраз мөлшері дистиллятты
фракцияда болады.
Теңіз кен орындарындағы мүнайларда күкірт қосылыстары
фракцияларға ерекше жағдайда таралады. Фракциялардың қайнау
температурасы шегінін артуы бойынша жалпы күкірттің мөлшері
артады: (62-200)°С фракциясында ол 0,23 масс.%-дан аспайды,
(200-300)°С фракциясында - 0,5 масс.%, (300-350)°С фракциясында
оның мөлшері дереу артады, ал (350-500)° С ауыр фракцияларында
94
(0,94-1,29) масс.% жетеді. Меркаптанды күкірт те фракцияларда
біркелкі таралмаған. 62°С фракциясындағы оның мөлшері онша көп
емес (0,10-0,15) масс.%, меркаптандардың біршама мөлшері ортаңғы
фракцияларға (120-240)°С - (0,05-0,07) масс.% келеді.
Күкірт жай зат ретінде мүнайда еріген күйде болады. Мүнайды
қыздырғанда (айдау процесінде) күкірт біртіндеп көмірсутектермен
әрекеттеседі (әсіресе ароматты көмірсутектермен):
2КН + 28 -> К8-К + Н28.
Күкіртсутек кейбір мүнайда еріген күйінде болады; оның мүнай
фракцияларында жиі болуы күкіртті қосылыстардың термиялық
ыдырауының салдарынан. Күкіртсутек (Н28) табиғи газға, газ кон-
денсатына және мүнайға қарағанда шикі мүнайда көп кездеспейді
және аз мөлшерде ғана болады, мысалы, Каспий өңіріндегі кен
орындарында (Астрахань, Қарашаған, Орынбор, Теңіз, Жаңажол,
Прорвинск және т.с.с.).
Күкірт пен күкіртсутек металдардың жемірілуіне соқгырады,
сонымен қатар күкіртсутек өте улы.
Күкірттің негізгі массасы органикалық күкіртті қосылыстардың
және шайырлы-асфальтенді заттардың қүрамына кіреді. Мүнайда
меркаптандар К-8Н, сульфидтер К-8-К, дисульфидтер К-8-8-К,
тиофен, тиофан және тиациклогексан туындылары болады. Қазіргі
кезде мүнайдан табылған 200-ден астам әртүрлі күкіртті қосылыстар
белгілі.
Тиолдар (меркаптандар) - қүрылысы К8Н, мүндағы К - моле-
кулалық массалары әртүрлі көмірсутектердің барлық түрінің (алкан-
дардың, цикландардың, арендердің, гибридті) орынбасары. Олардың
өте жағымсыз иісі бар. Олардың осы қасиеті қалалар мен ауылдарды
газбен қамтамасыз етуде газ қүбырының дүрыс жүмыс істемей
түрғандығын ескерту үшін қолданылады. Түрмыстық газ одоранты
ретінде этилмеркаптан қолданылады. Мүнайдағы меркаптанды
күкірттің мөлшері оның жалпы мөлшерінің 0,1-15% қүрайды.
Мүнайдың бензин фракциясындағы меркаптандар басқа күкіртті
қоспаларға қарағанда көп болады. Фракцияның қайнау темпера-
турасы артқан сайын олардың мөлшері азаяды.
Химиялық қасиеттері бойынша меркаптандар спирттерге үқсас,
бірақ -8Н тобындағы сутек атомы қозғалғыш, сондықтан меркап-
тандар негіздермен оңай, тіпті металл оксидтерімен, оның ішінде
сынап оксидімен әрекеттеседі:
95
2К-8Н + Н§О -> (К8)2Н§ + Н2О.
Осыған байланысты олардың аталуы да меркаптандар
(тегсигіит саріапз - байланыстырушы сынап).
Мұнай фракцияларынан тиолдарды натрий гидроксиді мен
моноэтаноламиннің сулы ерітінділерімен әсер ету арқылы алады;
талдау мақсатында кейбір металдардың тұздарын (күміс нитраты,
натрий плюмбиті) қолдануға болады.
Тиолдардың мөлшері бойынша мүнайды меркаптанды және
меркаптансыз деп бөледі. Бірінші типке Долматов (3,33% жалпы
күкірттен 0,46% В.8Н) және Марков (0,96% жалпы күкірттен 0,7%
К8Н) және кейбір басқалары жатады. Өте жоғары концентрацияда
меркаптандар жоғарыда көрсетілген газ конденсаттары мен Каспий
маңындағы мұнайда болады. Орынбор газ конденсатының 40-200°С
фракциясында 1,24% жалпы күкірттің меркаптандардың үлесіне 1%
тиеді. Бұдан мынадай заңдылықты байқауға болады: меркаптанды
күкірт мұнай мен газ конденсатының басты фракцияларында
шоғырланған. Меркаптанды күкірттің жалпы мөлшерден үлесі Теңіз
мұнайында 10%, ал төмен қайнайтын фракцияда - 62°С - 85 масс %.
Тиацикландар - молекулалық күкірт атомымен бес және алты
мүшелі циклдер түзетін қосылыстар, бес мүшелі тиацикландар
(тиофендер) алты мүшелісіне (тиациклогександар) қарағанда көбірек
болады. Әдетте тиацикландарда алкилді орынбасарлар мен коңцен-
сирленген нафтен және ароматты сақиналар болады:
н2с-сн—к
7 \
н2с сн2
8
алкилтиофан
н2а ,сн— к2
8
диалкилтиациклогексан
алкилтиапенталан
Тиофандар жағдайындағы сияқты, мұнайда кездесетін тиофен-
дер де, алкил топтарымен конденсирленген нафтенді және ароматты
сақиналардан тұрады:
96
алкилбензтиофен
циклогексанобензтиофен
Мұнай құрамынан 20-дан астам гетероциклді күкіртті қосы-
лыстар табылған - бұлар негізінен тиофанның, сонымен қатар аз
мөлшерде тиофен мен тиациклогексанның алкил туындылары.
Мұнайдың керосин мен май фракцияларында полициклді құры-
лысты күкіртті қосылыстар болады. Осы қосылыстарды таза күйінде
бөліп алу күрделі міндетгердің бірі. Оларды концентрлі түрде поли-
циклді ароматты көмірсутектермен бірге бөліп алуға болады. Осы-
лайша мұнайдың жоғары фракциясының күкіртті қосылыстары құра-
мында 3-5 ароматты және нафтенді сақиналар болатын бензтиофен,
бенэтиофан, дибензтиофен және туындыларынан тұрады.
Құрамында күкірт болатын қосылыстар барлық гетероатомды
қосылыстар сияқты өңдеуде де, мұнай өнімдерін қолдануда да зиянды
болып табылады. Олар мұнай өнімдерінің көптеген пайдалану қасиет-
теріне теріс әсер етеді. Автомобиль бензинінің тұрақтылығы, күйік
түзілу қабілеті кемиді, жемірілуге ұшырау қасиеті артады.
Күкіртті қосылыстармен улану тек көмірсутектерді аромаггау
реакцияларына қатысты каталализатор белсенділігінің төмендеуінен
көрінеді Мұнда катализатордың ыдырау әсері артады. Күкіртті қосы-
лыстардың әсеріне өте сезімтал полиметалдар құрамында рений
болатын катализатор.
Мұнай өңдеу және мұнай өнімдері процестерінде күкірттің
тигізетін зиянын, сонымен бірге олардың халық шаруашылығында
қолданылуын ескере отырып, бүгінгі таңда ең басты міндеттердің бірі
мұнай және мұнай өнімдерінен күкіртті тазалау болып табылады.
2.6.3.	Мұнайдыц азотты қосылыстары
Мұнай құрамында азот өте аз мөлшерде (әдетте 0,3-ке дейін)
болады, бірақ кейбір жағдайларда 1,5%-ке дейін жетуі мүмкін. Азоттың
көп мөлшері мұнайдың шайырлы заттарында шоғырланған, бірақ
ароматты және алифатты амин топтары түрінде де кездеседі. Мұнайды
айдауда шайырлы-асфальтенді заттар азотты қосылыстар түзе ыдырауы
мүмкін болады да, осылайша мұнай фракцияларына түседі.
Мұнайдың азотты қосылыстары екі негізгі топқа бөлінеді:
азотты негіз және «бейтарап» (әлсіз негізді) азотты қосылыстар.
97
Мұнайдың төменгі және орташа фракцияларында болатын азотты
негіздер негізінен пиридин, хинолин және акридин туындылары
болып табылады.
Азотты негіздер мұнай фракцияларына біркелкі таралған және
азотты қосылыстардың жалпы мөлшерінің 20-дан 40%-ке дейінгі
массасын құрайды. Мұнайдың төмен қайнайтын фракцияларында
алкил сипаттағы амин тобы, ал жоғары қайнайтын фракцияларында -
бірнеше конденсирленген бензол немесе нафтен циклдерінен тұратын
молекулалар шоғырланған.
«Бейтарап» азотты қосылыстарға индол және карбазол туынды-
ларын, циклды амидтер мен порфириндерді жатқызады. Бұдан басқа
мұнайда құрамында азоттан басқа күкірт (тиазолдар) болатын гетеро-
циклді қосылыстар болатындығы анықгалған.
циклді амидтер
Олар мұнайдағы азотты қосылыстардың көп мөлшерін (80%-ға
дейін) құрайды. Мұнай фракциясының қайнау температурасының
артуымен олардың құрамындағы бейтарап азотты қосылыстардың
мөлшері артады да, негізгі қосылыстардың мөлшері азаяды.
98
Азотты қосылыстар катализатор, әсіресе гидрокрекинг проце-
сінің катализаторларының уы болып табылады. Жоғары молекулалық
азотты қосылыстар қышқыл орталықтарында берік адсорбцияланады,
оларды бітеп, ыдырау қабілетін төмендетеді деп есептейді.
Порфириндер пиррол фрагментінен тұратын қосылыстар. Пор-
фириндердің құрылымы гемин (қанның бояғыш заты) және хлоро-
филл (1 формула) құрылымына ұқсас, бірақ олардың молекулала-
рында кешенді байланысқан темір (гемин жағдайында) мен магний
(хлорофилл жағдайында) болмайды.
Бұл металдардың орнында порфирин құрылымында кешенді
байланысқан никель және ванадий (ванадил турінде У02+) (2 форму-
ла) болады.
Порфириндердің болуы мұнайдың органикалық шығу тегін
дәлелдейді. Порфирин сияқты күрделі қосылыстар минералды синтез
нәтижесінде түзілуі мүмкін емес. Демек, олар мұнай құрамына тірі
организмдердің органикалық заттарымен түскен болуы керек.
Барлық азотты қосылыстар термиялық тұрақты және мұнай
өнімдерін қолдану қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпейді.
2.6.4.	Шайырлы-асфальтенді заттар
Мұнайдың гетероатомды косылыстарының тобына мұнайдың
гетероатомдары оттек, азот және күкірттен тұратын шайырлы-
асфальтенді қосылыстары (ШАҚ) кіреді. Олардағы гетероатомдардың
қосынды мөлшері 14 % құрайды. Мұнай және мұнай қалдықтары
құрамындағы шайырлы-асфальтенді заттар әртүрлі полидисперсті
құрылымды күрделі көп компонентті қоспа-қою-қоңыр түсті жоғары
молекулалы қосылыстардан тұрады. Олар ауыр фракцияларда -
99
мазутта, гудронда және жартылай гудронда шоғырланған Мұнай
құрамындағы шайырлы-асфальтенді заттардың мөлшері олардың
құрамына байланысты және қалдықтарда 45%-дан 70%-ға дейін жетуі
мүмкін. Шайырлар мұнай көмірсутектерінде нашар ериді және мұнай
құрамында коллоидты-өлшенген бөлшектер түрінде болады. Шайыр-
лардың ұшқыштығы төмен, олар айдаған кезде мұнай фракцияларына
өтпейді (ыдырау өнімдерінен басқалары), қалдық майларда, мазутта
шоғырланады.
Мұнайдан мөлдір фракция мен май дистилляттарын айдағаннан
кейін алынатын гудрон шайырлы-асфальтенді қосылыстардан тұра-
ды. Молекулалық құрылымы бойыніііа бұл қосылыстар күйдірме
фрагментіне немесе көмір заттарына ұқсас (7, а сурет).
7-сурет. Асфальтен молекуласы (а) мен олардың ассоциаттары (б).
Өзінің құрамында күрделі ароматты көмірсутектерден басқа
гетероатомды қосылыстар болатын шайырлы-асфальтенді қосылыс-
тардың молекулаларының агломераттарының құрылымы 8 суретте
келтірілген:
8-сурет. Шайырлы-асфальтенді қосылыстар молекулаларының
сыртқы түрі
100
Мұнайдың шайырлы заттарын олардың ерігіштіктерінің айыр-
машылығына сәйкес топтарға бөлуге болады:
1)	петролейн эфирінде, гександа, пентанда еритін, бірақ сұйық
пропан мен этанда ерімейтін-бейтарап шайырлар;
2)	ыстық бензолда еритін және петролейн эфирінде ерімейтін-
асфальтендер;
3)	ыстық бензол мен спиртте еритін-асфальтогенді қышқылдар.
Бейтарап шайырлар. Шайырлы заттардың негізгі массасын
бейтарап шайырлар құрайды. Олар мұнайдан асфальтендерді петро-
лейн эфирімен тұндырған соң немесе қысым әсерінен сүйық этан
немесе пропанмсн тұнбаға түсіру арқылы, сондай-ақ құмсірнемен
(құмсірнеде адсорбцияланған бейтарап шайырларды спиртті-бензол-
ды қоспамен шаюға болады) адсорбциялау арқылы бөліп алуға
болады. Бейтарап шайырлар - ұзын алифатты бүйір тізбекті конден-
сирленген циклді қосылыстардан тұратын қоңыр түсті, қою тұтқыр
зат. Олардың тығыздығы судан үлкен (1,1 г/см3), молекулалық масса-
сы 600-700 кг/кмоль аралығында. Олар күшті қышқылдар, жарық,
жоғары температура әсеріне ұшырайды, мұнда біртіндеп асфаль-
тендерге айналады.
Бейтарап шайырлардың негізгі құрылымдық бірліктері бір-
бірімен алифатты тізбектермен байланысқан және ароматты (көбіне-
се) нафтенді және алкилді бүйір тізбекті гетероциклді сақиналардан
тұратын кондинсирленген сақиналы жүйе болып табылады:
Асфалътендер - алифатты бүйір тізбектері қысқа полициклді
ароматты өте конденсирленген жүйелер. Алкандарда ерімейтін қара
түсті, қатты, оңай балқитын заттар. Молекулалық массасы 2000-3000,
тіпті кейде 6000 кг/кмоль-ден асып кетеді. Асфальтен молекулаларын
бейтарап шайырлардың бірнеше молекулаларының конденсациялану
(қосылу) өнімі деп қарастыруға болады.
Асфальтен молекулалары өзінің құрылысына байланысты ассо-
циаттарға бірігуге қабілетті. Олар бір жағынан жазық молекула-
лардың бір-бірімен қосылған үйірі сияқгы болып көрінеді (2.1, б су-
101
рег). Осындай молекуланың әрқайсысы алкилді бүйір тізбегі майысқан
конденсирленген ароматты сақиналар (3-6), нафтенді және гетеро-
циклді сақиналар жүйесінен түрады. Молекулалар бір-бірімен көмір-
сутекті, гетероатомды тізбекпен немесе көршілес молекулалардың
ароматты фрагменттерінің бір-бірімен л-л әсерлесуімен біріктірілген.
Мұнайды термиялық өңдегенде асфальтендер, дәлірек айтқанда
олардың ассоциаттары басты кокс түзушілер болып табылады.
Асфальтен типтеріне карбендер мен карбоидтар - асфальт
заттарының нығыздалу өнімдерінен тұратын бейтарап сипаттағы
заттар жатады. Егер асфальтен ерітінділерін қыздырса немесе оған
жарық түсірсе, олар конденсацияланып, молекулалық массалары
үлкен ерімейтін өнімдер - карбендер мен карбоидтарға айналады.
Сыртқы түрі бойынша олар асфальтендерге үқсас, тек айырмашы-
лығы түсі қою және қүрамында оттек мөлшері көбірек болады. Осы
барлық үш қосылыстың химиялық қасиеттері бір-біріне үқсас.
Айырмашылығы тек олардың ерігіштігінде: карбендер төртхлорлы
көміртекте ерімейді, бірақ күкірткөміртекте жақсы ериді; карбоидтар
ешқандай еріткіште ерімейді. Карбендер мен карбоидтарды битум-
дардан былайша алады: битумды бензолда ерітіп, қүрамында кар-
бендер мен карбоидтар бар ерімеген бөлігін күкірткөміртекпен өң-
дейді. Мұнда карбендер алынады және карбоидтар ерімеген күйде
қалады.
Карбендер мен карбоидтар - бастапқы шайырлы-асфальтенді
фракциялардың (біріншілік немесе нативті асфальтендер мен шайыр-
лар) компоненттерінің термиялық конденсациялану өнімдері, сондық-
тан мазут пен гудронның жоғары молекулалық қосылыстары екін-
шілік болып есептеледі, олар мұнайда болмайды.
Асфалътогенді қышқылдар. Мұнайдың щайырлы қосылыстары-
ның аз ^ерттелген бөлігі асфальтоген қышқылдары. Олар бейтарап
шайырлардан тек өздерінің қышқылдық қасиеттерімен ғана емес,
органикалық еріткіштерде жақсы еритіндігімен ерекшеленеді. Олар-
дың бейтарап шайырлардан бөлінуі осыған негізделген. Оларды би-
тумның (яғни шайырлы және асфальтты қосылыстардың қоспалары)
бензолды ерітінділерінен спиртпен бөліп алады. Асфальтогенді қыш-
қылдар ерітіндіде қалады, ал бейтарап шайырлар мен асфальтендер
тұнбаға түседі. Асфальтогенді кышқылдар табиғаты әлі онша анық-
талмаған.
Асфальтогенді қышқылдардың молекулалық массасы біршама
жоғары (800-ге дейін). Олар сірке ангидридімен реакцияға түскенде
күрделі эфирлер түзеді, бұл өз кезегінде гидроксил тобының бола-
102
тындығын дәлелдейді, қыздырған кезде олар шайырланып, асфальт
тәрізді қосылыстарға айналады. Бұл қышқылдардың тұздарының
қасиеттерінің нафтен қышқылдары тұздарының қасиеттерінен айыр-
машылығы бар.
Шайырлы-асфальтенді заттардың мұнай өнімдерінің ауыр қал-
дықтарынан айырмашылығы жоқ деуге болады. Органикалық еріт-
кіштерде ерігіштігіне байланысты олар төрт топқа бөлінеді: малътен-
дер, асфальтендер, карбендер және карбоидтар. Осы белгілері
бойынша мынадай шартты топтық компоненттерді ажыраіуға
болады:
1)	төмен молекулалы (әлсіз) еріткіштерде (изооктанда, петро-
лейн эфирінде) еритін - майлар мен шайырлар (мальтендер). Шайыр-
ларды мальтендерден адсорбциялық хроматография (құмсірнеде не-
месе алюминий оксидінде) әдісімсн бөліп алады;
2)	төмен молекулалы алкандарда С5 - С8 ерімейтін, бірақ бен-
золда, толуолда, төртхлорлы көміртекте еритін - асфальтендер;
3)	бензинде, толуолда және тортхлорлы көміртекте ерімейтін,
бірақ күкірткөміртекте және хинолинде еритін - карбендер;
4)	ешқандай еріткіште ерімейтін - карбоидтар.
Барлық ШАЗ жағар майлардың (түсін нашарлатады, күйік түзуін
жоғарлатады, жаққыш қасиетін төмендетеді және т.с.с.) сапасына
теріс әсерін тигізеді, сондықтан олар аласталынады. Мұнай битум-
дарының құрамында олар біршама бағалы техникалық қасиеттер
көрсетеді және оларды кеңінен колдануға мүмкіндік беретін сапасын
арттырады. Олардың қолданылатын басты бағыттары: жолдарды
жабу, гидроизоляциялық материалдар ретінде, қүрылыста, жабу
бұйымдарын өндіруде, битумды-асфальтенді лактар, пластик, кок-
стар, көмірді байланыстырғыш заттар, ұнтақ ионаттар алу және т.б.
2.6.5. Мұнайдың минералды компоненттері
Мұнайдың минералдық компоненттеріне су, онда еріген тұздар
(сілтілік және сілтілік жер металдардың тұздары: №С1, СаСІ2,
М8С12, №28О4 және т.с.с.), күкіртсутек, және оның тұздары жатады.
Бұдан басқа мұнай құрамында органикалық қышқылдардың (нафтен,
май, асфальтоген) тұздарының, сонымен қатар кешенді қосылыстар-
дың құрамында болатын әртүрлі металдар болады. Мұнай үлгісі
немесе мұнайдан қалған қалдық түгел жанғанда барлық металдар
және кейбір бейметалдар оксидтер мен тұздар түрінде күлге айнала-
ды. Жанған кезде кейбір элементтердің (В, Си, V, N1 және т.б.)
103
жартысы ұшқыш қосылыстар түрінде жойылып кетеді. Сондықган да
күлге айналдыруды арнайы ауа кірмейтін ыдыстардарда жүргізу
керек. Мүнай қүрамындағы күлдің мөлшері өте аз болады.
Мүнай қүрамында барлығы 50 элемент болатындьпы анықтал-
ған. Күл массасының 15-20%-ын сілтілік және сілтілік жер металдар
(мүнайда мұнай қышқылдарының тұздары, фенолдар түрінде болады,
асфальтендердің құрамына кіреді) құрайды. Мыс топшасының эле-
менттері (Си, А§) негізінен қалдықта (асфальтендер мен шайырларда)
шоғырланады. Мырыш топшасының металдары (7п, Сб, Н§) негізінен
жоғары қайнайтын фракцияларда және қалдықтарда металл-
порфириндер мен мұнай қышқылының тұздары түрінде болады. III
топ элементтері (В, А1, Са, Іп, Т1) мұнай құрамында фенолдар және
мен қышқылдармен кешен түрінде болады. Кремний, қорғасын,
қалайы сияқты IV топ элементтері және V топ элементтері фосфор,
күшән, сүрме, висмут, мұнай фракцияларында элементорганикалық
қосылыстар түрінде кездеседі. V топша элементтерінің ішінен мұнай
құрамында тек қана ванадий ванадил-порфириндер (ұшқыш қосы-
лыстар) түрінде және асфальтендер мен шайырлардың кешендерінің
құрамында (Ы, 8, О атомдарының қатысында) табылған. Мұнай
құрамында С1, Вг, I галогендері болады, фтор кездеспейді. VIII топ
элементтерінің ішінен Ғе, Со, № асфальтендер мен шайырлармен
кешенді қосылыс түрінде кездеседі, радиоактивті элементтерден -
уран мен радий (порфириндермен кешен түрінде) болады.
Жер қыртысында ванадий мен никель микроэлементтер бола
тұра, мұнайдың құрамындағы мөлшері бойынша металдардың ішінде
бірінші орын алатынын атап өткен жөн. Кейбір мұнайдың күлінде
никель мөлшері 36-ға дейін, ал ванадий 60%-ға дейін жетеді. Оның
ішінде ванадий күкіртті және шайырлы мұнай күлдерінің құрамында
көбірек болады.
Осылайша, мұнайдың минералдық компоненттері дегеніміз
механикалық қоспалардан алдын-ала тазартылған мұнайды жаққанда
күл түзетін элементтер. Мұнайды жаққанда түзілетін күлдің мөлшері
онша көп емес. Мұнай күліне спектрлік зерттеулер жүргізгенде онда
никель, ванадий, натрий, күміс, кальций, алюминий, мыс және т.б.
болатындығын көруге болады. Көрсетілген элементтер кейбір органи-
калық қосылыстардың құрамына кірген немесе мұнай қышқылда-
рының тұздары ретінде қатысқан болуы керек. Мұнай өнімдерін
ванадий іздерінен тазарту ерекше проблема туғызады. Мұнай
өнімдері жанған кезде түзілетін ванадий пентаоксиді ^2О5 газ түтікті
104
двигательдер мен іштей жану двигательдерінің жемірілуіне әкеледі,
сонымен қатар мұнай өңдеу процестерінде катализатор уы болып
табылады. 29 кестеде (әдебиеттердегі мәліметтер бойынша) мунай
күлдерінің қүрамдары берілген:
29 кесте.
Мүнай күлінің қүрамы
Күл компоненті	Бастапқы үлгідегі мөлшері, масс. %	Күл компоненті	Бастапқы үлгідегі мөлшері, масс. %
5іО2	5,43-60,49	К2О	0-1,83
Ғе2О3	7,71^18,87	Иа2О	0,8-12,36
А12О3	7,51-38,82	Ы2О	0-0,14
МпО	0,16-0,47	р2о5	0-0,02
N10	0,03-4,35	Ү2О5	0-5,07
СаО	1,09-11,05	5О3	1,4-21,04
М^О	0,78-4,26	С1	0-0,20
2.7. Мұнайдың коллоидтык-химиялык касиеттері
Мұнай - дисперстік ортадан және дисперстік фазадан тұратын
коллоидтық система. Дисперстік орта деп құрамында ұсақ бөлшектер
таралған бірыңғай фазаны айтады. Ал дисперстік фаза деп дисперстік
ортада ұсақ бөлшектер түрінде таралған фазаны айтады. Мұнай
системаларында дисперстік ортаның ролін су немесе төменгі - және
орташа молекулалық массалы көмірсутектер атқарады, ал дисперстік
фаза болып шайыр - асфальтендік заттар саналады.
Молекулааралық әрекеттесу күштерінің әсерінен шайыр-асфаль-
тендік заттар ассоциаттар-конденсирленген ароматтық көмірсутектер
қатпарларын түзеді. Бұндай қатпарлар сұнық көмірсутектік фазада
таралып, мұнай бөлшектерінің ядроларын құрады. Шайырлар мұнай
бөлшектерінің бетін қаптап, сольваттық қабат түзеді. Сонан соң
шайырлар бетіне орташа молекулалық массалы көмірсутектер ад-
сорбцияланып, өтпелі қабат түзіледі (9 сурет).
105
1 НМ — мұнай бөлшегінің ядросы;
2	—	шайырлар;
3	—	орташа молекулалық массалы көмірсутектер;
4 :<<< — төменгі молекулалық массалы көмірсутектер.
9-сурет. Мұнайдың молекулалық қурылымы.
Бұл қабатта молекулаларды бір-бірімен байланыстыратын,
дәлірек айтқанда молекулалар арасындағы тартылысты қамтамасыз
ететін күштер өте әлсіз десе де болады. Сондықган молекулааралық
әрекеттесу нәтижесінде түзілген мұндай системалар термодинамика
тұрғысынан алғанда тұрақсыз болып саналады, олай болса бөгде зат
немесе материал әсерінен олар оп-оңай бұзылуы мүмкін. Сонда бөгде
заттың немесе материалдың ролін мұнай сақтайтын ыдыстың немесе
мұнай тасымалдау құбырының қабырғасы атқара алады. Сол себептен
мұнайды тасымалдамас бұрын оның құрамына тұрақтандырғыш
заттар қосу арқылы тұрақгылығын арттыру керек.
Мұнай системаларының құрылымдарын зерттеу үшін оптикалық
(рентген сәулелері), электрондық (кондуктометрия) және фракциялау
(біртіндеп тұнбаға түсіру, сатылы экстракция, гель-өтпелі хромато-
графия) әдістерін қолданады. Жоғарыда аталған әдістерді физика-
химиялық әдістермен ұштастыру мұнай системасының құрылымы
туралы толық мәліметтер алуға мүмкіндік береді. Мұнай дисперстік
системаларының бұзылуға (фазалық бөлінуге, тұнба түзуге) бейім-
ділігі бойынша бір-бірінен үлкен айырмашылығы болуы мүмкін.
Мұнай дисперстік системаларын зерттеу олардың құрамындағы
дисперстік бөлшектердің өлшемін және олардың өлшемдері бойынша
таралуын анықгауға мүмкіндік береді. Мұндай мағлұматтар техноло-
106
гиялық процестер үшін шикізат таңдау, тауарлық өнімдер даярлау
(компаундау), мүнай дисперстік системаларын (мысалы, мазуттарды,
крекинг-қалдықтарын және т.б.) сақгау, пайдалану және қайта өңдеу
барысында қажет болады.
Мұнай өндіру, тасымалдау және өңдеу процесінде дисперстік
системалар мен беттік құбылыстардың маңызы зор. Көптеген мұнай
өнімдері, мысалы битумдар мен пластикалық жаққыштар, осындай
системаларға жатады. Мұнай өнімдерін өндіру және пайдалану бары-
сында коллоидтық химияның заңдылықтарын қолдана отырып
олардың қасиеттерін жақсартуға және сапасын арттыруға болады.
Соның нәтижесінде мұнай өнімдерінің шығынын күрт азайтуға
мүмкіндік туады.
Мұнай мен мұнай өнімдері - өзіндік қасиеттері бар, басқаларына
ұқсамайтын өзгеше дисперстік системалар болып саналады.
Молекулалар мен атомдар - заттардың негізгі қасиеттерін бойын-
да сақтайтын бөлшектер болып саналатыны белгілі, алайда жеке атом-
дар затгың маңызды қасиеттерін, мысалы оның агрегаттық күйін анық-
тай алмайды. Тек қана молекулалардың өте көп санына қатысты (моле-
кулалық-кинетикалық теорияға сойкес 11-15) қатты заттар, сұнықтар
немесе газдар туралы айтуға болады. Өйткені заттың агрегаттық күйі
бөлшектердің қозғалғыштығына және олардың өзара әрекеттесуіне
тікелей байланысты. Агрегаттық күйді анықгайтын молекулалар саны
олардың қасиеттеріне және температураға да байланысты. Сондықтан
белгілі бір агрегаттық күйдегі заттың ең кіші бөлшегі құрамында кем
дегенде 20-30 молекула болуы тиіс деп саналады. Төменгі молеку-
лалық заттардың мұндай бөлшектерінің диаметрі 10-60 А.
Өлшемі осындай бөлшектерге ерекше қасиетгер тән. Мысалы,
сұйықта (немесе газда) мұндай бөлшектер қоршаған ортаның моле-
кулалары сияқты үздіксіз қолзғалыста болады. Бұл қозғалыс оны
бірінші ашқан ғалымның құрметіне «броундық» қозғалыс деп
аталады. Броундық қозғалыс ортаның молекулаларының бөлшекке
соқтығысуының нәтижесі болып саналады. Бөлшек өте кіші болғанда
оған жан-жақтан соқгығысатын орта молеулаларының соқтығысу
импульстары бірдей болмайды, сол себептен бөлшек молекулалардың
соқтығысуы көп жаққа қарама-қарсы бағытта қозғалады. Мұндай
бөлшектердің қозғалысы ретсіз.
Бөлшектердің өлшемі артқан сайын олардың массасы өсе түседі
және орта молекулаларының соқгығысу импульстарының салыстыр-
малы айырымы да азая түседі. Броундық қозғалыс бәсеңси түседі.
Сұнықтарда диаметрі 10 000-50 000 А-нен аспайтын бөлшектер ғана
107
броундық қозғалыста болады. Броундық қозғалыс жасайтын, яғни
өлшемі 10-60 А°-нен 10 000-50 000 А°-ге дейін аралықта жататын
бөлшектерді коллоидтық бөлшектер деп атайды.
Коллоидтық бөлшектерге көптеген ерекше қасиеттер тән. Олар
көрінбейтін болғандықтан, олардың сұйық ортадағы жүзінділері сырт
көзбен қарағанда шынайы ерітінділерге ұқсас. Сондықтан мұндай
ерітінділерді коллоидтық ерітінділер деп атайды. Коллоидтық
бөлшектер ауырлық күштің әсерінен, тіпті центрифугаға салып
айналдырғанның өзінде де тұнбаға түспейді.
Бөлшектердің өлшемі ұлғайған сайын, яғни жоғары дисперстік
бөлшектерден біршама үлкенірек бөлшектерге (оларды дисперстігі
төмен немесе дөрекі дисперстік бөлшектер деп атайды) көшкенде
системаның кейбір қасиеттері секірмелі түрде өзгерсе, енді біреулері-
баяу өзгереді. Біріншісіне броундық қозғалыспен байланысты
қасиеттер жатады. Мысалы, коллоидтық ерітінділер ұзақ уақыт бойы
фазалық өзгеріске ұшырамайтындығы белгілі болса, ал дисперстігі
төмен бөлшектер өз еркімен ыдыс түбіне шөгеді. Біріншісіне
кинетикалық тұрақтылық тән, екіншісі кинетикалық тұрақты емес
система болып саналады.
Коллоидтық ерітінділер кинетикалық тұрақтылығынан айыры-
лып, соның нәтижесінде системада фазалардың бөлінуі болуы үшін
бөлшектер бір-біріне жабысып агрегаттар түзілуі тиіс. Агрегаттардың
өлшемі дөрекі дисперстік бөлшектердің өлшеміне шамалас келеді.
Екінші жағынан егерде сұйық ортадағы бөлшектердің концент-
рациясы өте үлкен болса, ол кезде бөлшектер бір-біріне ыдыс түбіне
шөгуіне кедергі жасайды да, дөрекі дисперстік бөлшектер фазалық
бөлінуге ұшырамайды. Коллоидтық ерітінділер сияқгы, салыстыр-
малы түрде тұрақты, дисперстігі төмендеу жүзінділер де дисперстік
системаларға жатады. Дисперстік системаларда дисперстік бөлшек-
тер (дисперстік фаза) сұнық (дисперстік) ортада ұсақ бөлшектер
түрінде біркелкі таралған.
Дисперстік системалар коллоидтық ерітінділерге, суспензия-
ларға, эмульсияларға және көбіктерге бөлінеді. Суспензияларда қатты
бөлшектер сұйық ортада таралған, эмульсияларда бір сұйық екінші
сұйық ортада ұсақ тамшылар түрінде таралған, ал көбіктерде дис-
перстік фаза газ болып саналады. Газ ұсақ көпіршіктер түрінде сұйық
ортада таралған. Концентрлі эмульсиялар мен көбіктердің қасиеттері
дисперстік фаза бөлшектерін бір-бірінен ажыратып тұрған жұқа сұйық
қабыршақтарға байланысты.
108
Бөлшектер өте ірі (өлшемдері 50-100 мкм) болғанда, оларға әсер
ететін ауырлық күші де үлкен болады, сондықтан бөлшектер ұзақ уақыт
көлемде біркелкі таралған күйінде бола алмайды. Бүл дөрекі дисперстік
бөлшектер өлшемінің ең жоғары шекті мәнін анықгайды. Ал коллоид-
тық бөлшектер өлшемінің төменгі шекті мәні ретінде бірнеше молеку-
лалардан тұратын агрегаттың өлшемін алады.
Коллоидтық бөлшектермен бірге өте ірі, яғни макромолекулалар
да белгілі. Олардың молекулалық массасы жүз мың, тіпті одан да көп
болуы мүмкін. Мүндай молекулалардың өлшемдері коллоидтық бөл-
шектердің өлшемдеріне шамалас келуіне немесе тіпті одан да үлкен
болуы мүмкін. Олардың сұйытылған ерітінділері қасиеттері бойынша
шын ерітінділерге ұқсас келеді. Ал біршама концентрлі ерітінділеріне
коллоидтық ерітінділерде байқалатын қасиетгер тән. Мысалы, кол-
лоидтық ерітінділерде де, макромолекулалар ерітінділерінде де сту-
день түзілуі мүмкін.
Коллоидтық бөлшектер қатарына бетгік-активті затгар (БАЗ) моле-
кулалары түзетін бөлшектерді де жатқызуға болады. БАЗ молекула-
ларына ерітінді-қатты дене немесе ерітінді-онымен араласпайтын екінші
сұйық арасындағы бөлу бетгерінде шоғырланатын (жиналатын) қасиет
тән.
БАЗ молекуласының беттік-активтігі оның құрылысына байла-
нысты. БАЗ молекуласы екі бөліктен, полюсті сұйықгарда (суда) жақсы
еритін полюсті бөліктен және полюссіз сұйықгарда (көмірсутектерде)
жақсы еритін полюссіз бөліктен тұрады. БАЗ-ға майлы қышқылдарды,
спиртгерді және сабындарды жатқызуға болады. Сызба-нұсқа түрінде
молекуланың полюсті бөлігін дөңгелек түрінде белгілейді де, ал полюс-
сіз бөлігін-сызықша түрінде белгілейді (10, а-сурет).
Полюсті және полюссіз, өзара араласпайтын екі сұйық арасындағы,
мысалы су мен май арасындағы бөлу бетінде БАЗ молекуласы былай
орналасады. Молекуланың полюсті бөлігі полюстігі жоғары сұйыққа
(суға) қарай бағытталады да, ал полюссіз бөлігі - полюстігі төмен
сұйыққа (майға) қарай бағытгалады. Осыпай бағыгталу арқылы БАЗ екі
сұнықта да бірмезгілде «ериді». Мұндай ерігіштік БАЗ молекуласының
беттік-активтігін қамтамасыз етеді.
Ерітіндіде БАЗ молекулалары өзара бірігіп ассоциат түзуі
мүмкін. Бастапқы ассоциациялану барысында молекулалардың ди-,
үш-, және тетрамерлері түзіледі (10, б-сурет). Сонда полюссіз сұйық-
тарда молекулалардың полюсті топтары «өзара әрекеттесіп байланы-
сады», ал суда - полюссіз топтары «өзара әрекеттесіп байланысады».
109
0
10-сурет. Беттік-активті зат (БАЗ) мицеллаларының сызба-нұсқасы:
а - БАЗ молекуласы; б - молекулалар димері; в - судағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (тура мицелла); г - полюссіз сұйықгағы БАЗ-ң шар тәріздес
мицелласы (кері мицелла); д - полюссіз сұйықгағы БАЗ-ң эллипс тәріздес
мицелласы; БАЗ молекуласының полюсті (1) және полюссіз
(2) - топтары.
Ерітіндінің концентрациясы артқан сайын (немесе температура
төмендеген сайын) ассоциаттың өлшемі арта түседі, оның құрамына
20 және одан да көп молекула кіреді. Бұл құрылым өлшемі жағынан
коллоидтық бөлшекке жақын. Бірақ мұндай бөлшектердің құрылыс
мен қасиеттері ерекшс болып келеді. Оларды мицеллалар деп атайды.
Біріншілік ассоциаттардан мицеллаларға өту ерітіндінің белгілі
бір концентрациясында секірмелі түрде іске асады. Мицелла түзілу
үшін ерітіндінің қажетті минимальді концентрациясын мицелла
түзілудіц критикалъщ концентрациясы (ККМ) деп атайды.
Судағы ерітіндідегі мицеллада молекулалардың полюсті топта-
ры мицелланың сырт жағына қарай, ал полюссіз бөліктері - ішіне
қарай бағытталып орналасқан. Мұндай мицеллаларды тура мицел-
лалар деп атайды. (10, в-сурет).
Полюссіз ортада, керісінше, молекулалардың полюсті топтары
мицелланың ішкі жағына, ал полюссіз бөліктері - сырт жағына бағыт-
110
талып орналасқан (10, г-сурет). Мұндай мицеллаларды кері мицеллалар
деп атайды. Бұдан былай біз оларды мицеллалар деп атаймыз.
Концентрацияның ККМ облысында мицелла шар тәріздес болып
келеді. Ерітіндінің концентрациясын арттырғанда шар тәріздес
мицеллалар эллипс, таяқша немесе пластинка тәріздес пішінге өтеді
(10, д-сурет). Бұл кезде мицелла құрамындағы молекулалар саны
артады. Көптеген ғалымдардың айтуына қарағапда бұл да концент-
рацияның жоғары облысында секірмелі түрде іске асады.
Молекулалық (шынайы) ерітінділер өзінің біртекті құрамын
шексіз ұзақ уақыт бойы сақтай алатын, біртекті гомогенді систе-
маларға жатады. Гомогенді системаның мысалы ретінде қанттың
судағы ерітіндісін немесе бензол мен гептанның қоспасын қарас-
тыруға болады.
Коллоидтық ерітінділер, суспензиялар, эмульсиялар, БАЗ-ң ми-
целлярлық ерітінділері сырт көзбен қарағанда біртекті болып көрінеді.
Бірақ оларды молекулалық деңгейде зерттегенде құрамында дисперс-
тік бөлшектер болуы нәтижесінде олар біртекті емес екендігін аңғару-
ға болады. Мұндай системаларды микрогетерогенді системалар деп
атайды. Құрамындағы ұсақ дисперстік фаза бөлшектері броундық
қозғалыста болуы нәтижесінде мұндай микрогетерогенді системалар
ұзақ уақыт бойы өзінің біртекті қасиетін сақгай алады
Ауырлық күші - дисперстік системалардың қасиеттеріне ықпал
ететін бір ғана күш емес. Олардың қасиеттерін анықгайтын тағы бір
фактор - ол беттік құбылыстар. 11-суретте сызба-нұсқа түрінде моле-
кулалардан құралған кристалл жаңқасы (молекулалық кристалл)
көрсетілген. Онда молекулалардың бір-біріне тартылысы кристалл-
дың беріктігін, оның балқу температурасын және басқа да көптеген
қасиеттерін анықгайды. Кристаллдың ішінде молекулалардың тар-
тылыс күштері өзара компенсацияланған. Бет жағындағы молеку-
лалық күштер компенсацияланбаған. Осы компенсацияланбаған күш-
тер жиынтығы интегралдық беттік күшті құрайды, онымен байла-
нысты бос беттік энергия пайда болады.
Беттік күштердің табиғаты молекулалык болғанымен, олардың
кейбір қасиеттері молекулалық тартылыс күштерінен өзгеше болып
келеді. Зарядталмаған молекулалар, мысалы, көмірсутек молекула-
лары бірі-біріне әлсіз күштер арқылы тартылады. Бұл күштерді Ван-
дер-Ваальстік күштер деп атайды. 11 суреттен беттік күштердің тағы
бір ерекшелігін көруге болады. Олар бүкіл бет бойынша біртекті
емес - бұрыштық молекуланың компенсацияланбағандық дәрежесі
басқа беттік молекулалармен салыстырғанда жоғарылау.
111
Беттік күштер, дәлірек айтқанда бөлшектердің еркін бетгік энер-
гиясы дисперстік системаларға қажетгі екі маңызды салдарға әкеледі
Біріншіден, беттік еркін энергия қоршаған ортаның молекула-
ларын жұту (адсорбциясы) арқылы компенсацияланады. Соның әсе-
рінен бөлшектер қоршаған ортаның молекулаларымен қапталады, оның
бетінде сольваттық қабаттар түзіледі.
Егерде сүйықга БАЗ немесе басқа заттар ерітілген болса, онда
олардың молекулалары да бөлшектер бетіне адсорбцияланып, нәти-
жесінде адсорбциялық-сольваттық қабат түзіледі.
Екіншіден, бөлшектер бір-біріне жақындағанда, әсіресе броундық
қозғалыс нәтижесінде соқтығысқанда, олардың арасында тартылыс
күштері пайда болып, бөлшектер бір-біріне жабысуы мүмкін. Бөлшек-
тер жабысуы нәтижесінде агрегаттар түзіледі.
11-сурет. Кристалл бетінің сызба нүсқасы және онда беттік
күштердің пайда болуы: кіші шеңберлер - молекулалар; үлкен
шеңберлер - молекулааралық тартылыс күштерінің әсері аясы;
пунктир сызықпен осы күштердің компенсацияланбаған бөлігі
көрсетілген.
Өлшемдері критикалық мәнге - 5 мкм-ге жеткен кезде бөлшек-
тердің броундық қозғалысы жойылады да, ауырлық күшінің әсерінен
олар тұнбаға түседі. Бөлшектер агрегаттарының түзілуі және дисперс-
тік системалардың бұзылуын агрегаттьщ турақтылықтың жойылуы
деп атайды.
Адсорбциялық-сольваттық қабат бөлшектердің бір-біріне жабы-
суын болдырмайды, олардың тұрақтылығын сақтайды. Адсорбция-
лық-сольваттық қабаттың қорғау әсерін түсіндіретін бірнеше меха-
низм бар. Адсорбциялық- сольваттық қорғау механизмі оның құра-
мына және ортаның табиғатына байланысты. Судағы ерітіндіден
112
бөлшек бетіне адсорбцияланатын иоадар оған заряд береді. Аттас
зарядталған бөлшектер бір-бірімен тебіседі. Тек қана заряд шамасы аз
болғанда ғана броундық козғалыс энергиясы тебіліс күштерінен басым
болып келеді де, бөлшектер бір-бірімен жанасады. Бұл кезде
бөлшектер өзара жабысуы міндетті емес, олардың арасында ортаның
өте жұқа сұйық қабыршағы болуы мүмкін.
Бөлшектер жабысуы барысында олар ыдыс түбіне шөгуі міндет-
ті емес, яғни агрегаттық тұрақтылығының жойылуы бөлшектердің
кинстикалық тұрақгылығының жойылуына әкелмеуі де мүмкін. Тұн-
ба түзілу үшін агрегатгар тығыз болуы тиіс.
Бөлшектер кеуек, яғни кеңістіктік агрегаттар түзгенде олар
дисперстік системада құрылым түзеді. Бұл құрылым дисперстік
системаның микрогетерогендігін сақтай отырып, оның көптеген
қасиеггерін өзгертеді. Егерде құрылым әлсіз дамыған болса, онда ол
дисперстік системаның тұтқырлығына әсер етеді; құрылым біршама
дамыған жағдайда системада беріктік шегі пайда болады, система
аққыштық қасиетінен айырылады.
Уақыт өтуі барысында құрылым түзетін агрегаттар пығыздалып
бос сұйық орта бөлінуі мүмкін. Агрегаттардың нығыздалуы өте терең
жүріп, кеңістіктік құрылым нығыздалған құрылымға өтуі мүмкін. Бұл
кезде дисперстік системада бірнеше қабат түзілуі мүмкін.
Мұнай - табиғи көпкомпонентгі органикалық сұйық. Ол негізінен
нафтендік, ароматгық және парафиндік көмірсутектердің қоспалары
болып табылады. Мұнай құрамында сонымен бірге көмірсутектердің
туындылары да: оттек-, күкірт-және азотқосылыстары, тотығу реакция-
лары мен тотығу конденсациясының жоғары молекулалық өнімдері,
металлорганикалық қосылыстар, көміртектік бөлшектер (карбендер мен
карбоидтер) және басқа да заттар болуы мүмкін. Шикі мұнай
құрамында сонымен бірге су, неорганикалық тұздар, тау жыныстары-
ның бөлшектері мен газдар болуы мүмкін. Бұл компоненттердің
мөлшері әрқалай болып келеді, олар мұнай кен орнына байланысты.
Балқу температуралары жоғары компоненттер - көмірсутектер
мұнай немесе мұнай өнімдері құрамынан дисперстік бөлшектер
түрінде бөлініп алынуы мүмкін. Дисперстік систсмалардың екінші бір
қоры — ол жеке компоненттердің шекті еруі. Олардың шекті кон-
центрациясын арттырғавда олар ерітіндіден бөлінеді. Бұл көмірсу-
тектердің терең тотығу процесі мен конденсациялануы өнімдеріне
қатысты. Мысалы, коллоидтық күйде асфальтендер, жоғары молеку-
лалық шайырлар және концентрациялары мицелла түзудің критикалық
концентрациясынан жоғары жатқан әртүрлі БАЗ болады.
113
Мұнай дисперстік системалары түзілуінің үшінші бір жолы
алғашқы екеуімен тығыз байланыста, бірақ ол майлар көмірсу-
тектеріне тән. Мүндай майлардың тығыздығы молекулалық масса-
ларына қарамастан (450-650) өте жоғары және температура төмен-
деген сайын күрт өсіп отырады. Мысалы, температураны 20°С-тан
10°С дейін төмендеткенде майлардың тығыздығы 5-10 есеге, немесе
одан да көп есеге өсуі мүмкін. Бүл қасиетін былай түсіндіруге болады:
майлы көмірсутектер мен майлардың молекулалары ассоциацияланған,
яғни өзара физикалық тартылыс күштері немесе молекулалық тізбектер
арқылы байланысқан. Температура төмендеген сайын молекулалардың
ассоциациялануы арта түседі, өйткені, біріншіден, молекулалардың
жылулық қозғалысы бәсеңсиді. Екіншіден бір-бірімен байланысқан
молекулалар тармақтарының қозғалуы баяулайды.
Мүнай дисперстік системалары түзілуінің төртінші жолы -
көмір және минерал бөлшектері мен су. Бұл табиғи бөлшектердің
көбісі кездейсоқ жоғдайда түзіледі және олар мүнайды түндыру,
сусыздандыру және түзсыздандыру барысында системадан бөлініп
шығады.
Демек, мүнай - көпкомпонентті күрделі дисперстік система.
Мүндай системада дисперстік фаза мен дисперстік ортаның өзара
салмақ қатынасы температура мен концентрацияға байланысты үнемі
өзгеріп отырады. Дисперстік фазаның жеке бір түрлері өзара әрекет-
теседі. Мысалы, шайырлар асфальтендерді тұрақгандыруы, ал БАЗ
молекулалары қатты бөлшектер бетіне адсорбциялануы мүмкін. Көмір-
сутектік майлардың ассоциациялануы динамикалық құбылыс болып
табылады, олар мен мұнайдың басқа компоненттері арасында бөлу
беттері болмауы мүмкін, яғни олар бөлшектер түзбеуі ықтимал.
Қазіргі кезде мұнай мен мұнай өнімдерінің коллоидтық-химия-
лық қасиетгері мұнай өндіру, оны тасымалдау және өңдеу процестерін
қарқындату мақсатында, сонымен бірге мұнай өнімдерін алу бары-
сында олардың сапасын жақсарту мақсатында кеңінен қолданылып
келеді.
114
3 тарау. М¥НАЙ ЖӘНЕ ГАЗ ӨНДІРУДІ
ҚАРҚЫНДАТУ ӘДІСТЕРІ
3.1. Мұнай мен газ өндірудің негізгі әдістері
Бір немесе өзара байланысқан бірнеше қат-жинақтаушыларда
мұнайдың табиғи жергілікті жеке-дара жиналуын шогыр деп атайды.
Мұнай мен газ физикалық және геологиялық жағдайлары олардың
ұзақ уақыт бойы жақсы сақталуын қамтамасыз ететін жер қырты-
сының бөліктерінде жиналады. Жиналған мұнай немесе газ көлемі
миллиард текше метрге дейін жетуі мүмкін. Жинақтаушы қаттар
бойында мұнай жинай алатын және оны өндіргенде бойынан бөліп
шығара алатын тау жыныстары болып саналады.
Жер қойнауының белгілі бір жер учаскесінде пайда болған жеке
дара мұнай шоғырларының жиынтығын кен орны деп атайды. Кен
орны бірқатты немесе көпқатты болуы мүмкін. Орташа есеппен бір
кен орны шамамен үш қаттан тұрады.
Көмірсутектер түзіліп жиналмас бұрын олар құрамынан мигра-
циялану қиынға соғатын табиғи резервуарларға-тұтқынтарға тап
болғанша әртүрлі кеуек таужыныстары - жинақтаушылары арқылы
көшіп қонып жүреді. Көбінесе мұнай шоғырлары негізінен үш
қатпардан тұрады: жоғары қатпар-газ телпегі, ортаңғы қатпар-мұнай
шоғыры және төменгі қатпар-су (12 сурет). Төменгі су қатпары
қойманың төменгі гидро тиегі болып саналады. Қойма барлық
жағынан тығыз тау жыныстарының (саздың, тұздардың) тығыз
қабаттарымен оқшауланған. Мұндай тұтқыштар 1 км немесе одан да
көп тереңдікте жатады.
Газ телпегі деп мұнай шоғыры үстіндегі еркін газ жиынтығын
айтады. Бұл кезде шоғырды мұнайгаз (немесе мұнай газ конденсаты)
шоғыры деп атайды. Мұнай әртүрлі тау жыныстары бөлшектерінің
арасын толтырып шоғырланады. Мұнайды өндіру үшін, яғни жер
бетіне шығару үшін ұңғыма бұрғылайды. Егерде мұнай құрамында
газ көп болса газ қысымы әсерінен мұнай жер бетіне өз бетімен жоға-
ры көтеріледі. Егерде мұнай құрамындағы газ қысымы оншалықты
жоғары болмаса, онда мұнай қатына газ, ауа немесе су жіберу арқы-
лы үлкен қысым тудырады. Практика тұрғысынан массасы бірнеше
мың тоннаны құрайтын мұнай шоғырлары маңызды болып саналады.
Барлау дәрежесіне байланысты мұнай қорлары дәлелденген
және ықгимал көмір-сутектер жинақгары болып бөлінеді. Кен
115
орындарын табумен айналысатын, оның қорын бағалайтын және
оларды іске қосу үшін дайындық жұмыстарын жүргізетін мұнай
барлау компаниялары.
12-сурет. Мұнай шоғырынын геологиялық қимасы.
Беретін информациясы тұрғысынан мұнай барлау үшін жүргі-
зілетін зерттеу әдістері ішінен тиімдісі болып геологиялық, геофи-
зикалық және геохимикалық әдістер саналады. Геологиялық әдістер
тау жыныстарының құрылысы мен жатысын зерттейді. Геофизика-
лық әдістер сезімталдығы өте жоғары қондырғылар көмегімен физи-
калық параметрлерді өлшеуге негізделген. Осы параметрлерді негізге
ала отырып мұнай қаттарының құрылысы картасын жасайды, олар-
дың құрамын, жасын және шоғырлану ерекшеліктерін анықтайды.
Геохимиялық әдістер топырақ және жерасты суларының сынамала-
рын анализдеуге негізделген. Мұнай барлаудың негізгі мақсаты -
қаттардың шоғырлану контурларын, мұнайгаз қорының қуатын және
мұнаймен қанығу дәрежесін анықгау болып саналады.
Сонан соң мұнай қаттарының бар екендігіне көз жеткізу үшін
ұңғы бұрғылайды. Егерде мұнайгаз шоғырларының бар екендігі
дәлелденсе онда мұнай мен газдың құрамын, олардың қорын және
116
мұнай алаңының өлшемін анықтау мақсатында барлау бұрғылау
жұмыстарын жүргізеді. Мұнай мен газ кен орнын анықтау үшін
қажетті, неғұрлым тиімді әдісті таңдап алу көптеген факторларға
байланысты. Ол сонымен бірге мұнайгаздың қасиетгері мен, құрамы-
на, қат шоғырлануының энергетикалық режиміне, тау жьнысы-
тұтқышының қасиеттері мен құрамына байланысты.
Мұнай жер қыртысында жинақгар түрінде шоғырланады, жи-
нақтардың көлемі бірнеше текше миллиметрден миллиард текше
метрге дейін болуы мүмкін. Практика тұрғысынан алғанда кеуек жә-
не жартылай өткізгіштік қасиеті бар жыныстарда, мысалы қиыршық
құм, әктас құрамдарында жиналған, массасы бірнеше мың тонна
немесе одан да көп болып келетін мұнай шоғырлары маңызды.
Мұнай шоғырлары көбінесе 500-3500 м тереңдікте, ал негізгі қоры
800-2500 м тереңдікте жатады.
Бургылау. Алғашында мұнайды ашық су қоймаларының бетінен
жинау арқылы, шұңқырлардан бойына мұнай сіңген құмдарды
немесе әктастарды шығару арқылы өндірді. Су қоймаларында мұнай
жинауды біздің заманымызға дейін Мидида, Вавилонда, Сирияда
іске асыра білген. Ал 1825 ж. Баку қаласындағы 120 мұнай шұңқыр-
ларынан 4126 т мұнай өндірілген.
XIX ғасырдың орта шенінен бастап бұрғылау ұңғымаларынан
механикалық жолмен мұнай өндіріле басталды. Бірінші мұнай
ұңғымалары АҚШ-та 1859 ж. бұрғыланды, ал Россияда, Кубаньда
1864 ж. бұрғыланды.
Бұрғылаушы инструменттің әсеріне, яғни жынысты уату немесе
қопсыту арқылы бұзуына байланысты, бұрғылау процесін соққылы
және айналмалы бұрғылау деп екі түрге бөледі. Соққылы бұрғылау
кезінде жынысты арнайы қашаумен соққылау арқылы бұзады. Қа-
шауды механикалық шығыр арқылы жоғары көтеріп және төмен
түсіріп отырады. Қопсытылған жынысты қауға арқылы оқтын-оқтын
сыртқа шығарып отырады. Қауға болаттан жасалған жазық цилиндр,
оның жоғары жағында аспаға немесе штангаға жалғау үшін қажетті
доға, ал төменгі жағында клапан орналасқан.
Айналмалы бұрғылау кезінде жынысты айналмалы қашау ар-
қылы теседі. Өндірістік мұнай ұңғымаларын бұрғылауды ауыр бұр-
ғылау станоктарынан тұратын стационарлық қондырғылар көмегімен
іске асырады. Бірінші кезекте ұңғымаға бұрғылау трубасын орна-
ластырады, сонан соң ұңғыма тереңдеген сайын жаңа трубаларды
бұрап жалғастырып отырады. Әрбір бұрғылаушы трубаның ұзынды-
ғы 6-10 м. Бұрғыланған жынысты сыртқа шығару үшін ұңғыманы
сазбалшық ерітіндісімен шайып отырады.
117
Бұрғылаудың бұл түрінің ең басты кемшілігі - бұрғылаушы
трубалардан тұратын бүкіл колоннаны қашаумен бірге үнемі
айналдырып отыру керектігінде. Ұңғыманың тереңдігі 2500-3000 м
жеткен кезде жұмсалатын энергияның аз ғана бөлігі бұрғылауға және
ұңғыманы тереңдетуге жұмсалады. Ал энергияның негізгі басты
бөлігі өндірістік емес мақсатқа жұмсалады.
Түптік двигательдерді пайдалануға негізделген бұрғылау бірша-
ма тиімді әдіс болып саналады. Бұл кезде бұрғылаушы трубалар
колоннасы қозғалыссыз жағдайда болады, қозғалатыны тек қана
қашау. Қашау электродвигатель арқылы немесе бұрғылаушы труба-
ларға қысым арқылы жіберілетін сазбалшық ерітінділсрінің қатты
ағыны арқылы қозғалысқа келетін арнайы турбина (турбобура)
көмегімен айналдырылады. Электродвигательді немесе турбобурды
қашаудың үстіне ұңғыма түпіне (забойына) орналастырады.
Жыныс бұрғылаушы трубаларға жалғапған бұрғылаушы қашау
арқылы бұзылады. Бұрғылау барысында қашау ескіре бастайды. Сон-
дықтан оны алмастырып отыру керек. Қашау диаметрі бұрғылаушы
трубалардың диаметрінен үлкен, сондықтан қашау жынысты бұзып
ұңғыма салғанда бұрғылаушы трубалар мен бұрғыланған жыныс
арасында бос кеңістік қалады. Жыныстың бұрғылануын, оның шайы-
луын және тысқа шығарылуын жақсарту және жыныс қабырғалары-
ның беріктігін сақтау үшін бургылаушы ерітінділерді пайдаланады.
Бұрғылаушы ерітінді күшті насостар арқылы бұрғылаушы трубаларға
жіберіледі. Бастапқыда бұрғылаушы ерітінді труба арқылы төмен
ағады да, сонан соң ұңғыманы толтырғаннан кейін бұрғылаушы
труба мен жыныс кабырғасы арасындағы бос кеңістік арқылы жоғары
көтеріледі. Жоғарыда бұрғылаушы ерітіндіні құрамыидағы ұсақ
жыныстардан тазартады да, қайтадан ұңғымаға жібереді. Ротор - жер
бетінде орналастырылған бұрғылаушы трубаларды айналдыратын
аспап. Бұрғылаушы трубалар өз кезегінде қашауды айналдырады.
Бургылаушы ерітінділер. Мұнай өңціру барысында бұрғылау-
шы ерітінділерді пайдаланады. Олар бұрғылау процесі барысында
әртүрлі маңызды функцияларды атқарады. Мысалы, мұнай фонтанын
бағындыру киынға соққанда бұрғылаушы ерітінділерді пайдаланады.
Бұрғылаушы ерітіндінің қысымы жерасты қысымына төтеп
беретіндей шамада болуы тиіс. Бұрғылаушы ерітінді ұңғыма қабыр-
ғасындағы жыныстарға эртүрлі әсер етуі мүмкін. Егерде жыныс
құрамында тұз болса, оңца оның қабырғасына суда даярланған
бұрғылаушы ерітінді тигендс тұз ерітіндіге өтеді де, ұңғыманың
қабырғасы бұзылады. Бұндай жағдайда мұнай негізінде даярланған
бұрғылау ерітінділерін қолданған жөн.
118
Бұрғылаушы ерітінділердің негізгі атқаратын функциялары
мыналар: бұрғылау процесін уақытша тоқтатқанда ұсақ қатты
бөлшектердің шөгуіне мүмкіндік бермеу, қаттың ішкі жағындағы
қысымды реттеп отыру, ұңғыма қабырғаларын құлап кетуден сақгау,
бұрғылаушы аспапқа түсетін күшті азайту, қашаудың бетін майлап
және суытып отыру.
Өлшегіш ыдыстан мұнай мен су деңгейлерінің айырмашылы-
ғына байланысты жинаушы ыдыстарға келіп жиналады. Онда екі-үш
резервуар орналатылады. Резервуардан мұнай мен су насостар
көмегімен мұнайды тұзсыздандыру және сусыздандыру үшін дайын-
дау қондырғыларына жіберіледі. Бұрғылау барысында бұрғылау
ерітіндісіне көп көңіл бөледі. Ол бірнеше функцияларды атқаруы тиіс:
бұрғыланған жыныстың түйіршіктерін жоғары көтеруі жәнс турбо-
бурды айналдыруы тиіс, сонымен бірге үйкеліс күштерінің әсерінен
қызатын қашауды суытуы тиіс.
Бұрғылаушы ерітінді ретінде көбінесе саз түйіршіктері негізінде
даярланған саз ерітіндісін қолданады. Мұндай ерітінді бұрғыланған
жыныс бөлшектерінің шөгуіне кедергі жасайды, бұрғылау процесін
қайтадан жалғастырғанда бұрғыланған жыныс бөлшектерін жоғары
көтереді.
Бұрғылаушы ерітіндіге тағы да бір талап қойыпады. Терең
ұңғымаларды бұрғылау барысында табиғаты әртүрлі (сулы, мұнайлы,
газды) қаттар кездесуі мүмкін. Бұрғылаудың ең басты шарты -
қаттардың бұзылмауы болып саналады. Бұрғылау барысында ұңғыма
бүкіл бойында бұрғылау ерітіндісімен толтырылады да, ол қаттар
құрамындағы заттардың ұңғымаға өтуін тежеуі тиіс. Ол үшін бұрғы-
лау ерітіндісінің тығыздығы белгілі бір шамаға тең болуы тиіс және
бұрғылау ерітіндісі өз кезегінде қаттардың бойына сіңіп кетпеуі тиіс.
Ұңғыма белгілі бір тереңдікке дейін бұрғылау ерітіндісінің бір
параметрімен бұрғыланады, сонан соң ұңғымаға металл труба
орнатылады да, труба мен бұрғыланған жыныс арасындағы бос
кеңістік тыгындау ерітіндісі арқылы цементтеледі. Одан ары қарай
басқа бұрғылау ерітіндісін қолданып бұрғылауды жалғастырады.
Жер қойнауынан мұнай өндіру екі түрлі энергия көзін пайда-
лану арқылы іске асады. Біріншісі қаттың табиғи энергиясы, екіншісі
ұңғымаға әртүрлі әдістер көмегімен сырттан берілетін энергия.
Қазіргі кезде мұнай өндіру үшін негізінен үш әдісті қолданады:
фонтандық, компрессорлік және терең-насос әдістері. Бұлардың
әрқайсысын қолдану қаттағы қысым шамасына байланысты.
Фонтандық эдіс. Қаттың энергиясын қолдану арқылы мұнай
ұңғымасын пайдалану әдісін фонтандық әдіс деп атайды. Фонтапдық
119
әдіс мұнай ұңғымасын пайдаланудың бастапқы кезеңінде қолданы-
лады. Өйткені бастапқы кезде мұнай шоғырының қаттық қысымы
жоғары болады. Бұл кезде қаттың қысымы пайдаланылады, ұңғыма
бойымен сұйық пен газ тек қаттың энергиясы әсерінен жоғары
көтеріледі. Мұнай тікелей трапқа келіп түседі, онда мұнайдан серік-
тес газ бөлініп алынады да, ол газ өңдеу зауытына жіберіледі. Ал
мұнай өңдеуге дайындық (сусыздаңцыру мен тұзсыздандыру) циклі-
не жіберіледі.
Фонтандық әдіс экономикалық ең тиімді әдіс. Фонтандық әдіс
арқылы мұнай өндірілетін ұңғымаларды арнайы арматурамен бекіте-
ді. Арматура ұңғыма сағасын герметизациялауға, ұңғыманың жұмыс
істеу режимін реттеуге және бақылап отыруға мүмкіндік береді,
ұңғыманы қысыммен толық жабуды қамтамасыз етеді.
Компрессорлік немесе газлифт әдісі механикалық әдіске
жатады. Бұл кезде сырттан берілетін энергия пайдаланылады. Бұл
әдіс қаттағы қысым шамасы төмен, сондықтан мұнайдың фонтан
түрде сыртқа шығуы мүмкін емес жағдайда қолданылады. Компрес-
сорлік әдісте насос арқылы ұңғыманы газбен толтырады, газ мұнай-
мен араласады. Соның нәтижесінде мұнайдың тығыздығы кемиді,
забойдағы қысым қат қысымынан төмен бола бастайды. Бұның өзі
ұңғымадағы сұйықтың жоғары көтерілуін қамтамасыз етеді.
Кейде ұңғымаға жақын орналасқан газ қаттарынан қысымы
үлкен газды жібереді (компрессорсыз газлифт әдісі). Кейбір ескі
кенорындарында эрлифт системасын пайдаланады, бұл кезде жұмыс
агенті ретінде ауаны қолданады. Бұл әдістің кемшіліктері - ауа
аралас серіктес мұнай газын жағу қажеттігінде және құбырлардың
коррозиға тез ұшырауы болып саналады.
Газлифт әдісі Батыс Сібірдегі, Туркменстандағы және Батыс
Қазақстандағы мұнай кенорнындарында қолданыпады.
Терең-насос әдісі біршама кең тараған мұнай өндіру әдісі болып
саналады. Ол қаттағы қысым күрт азайғанда қолданылады.
Мұнайды штангалы насостар арқылы жер бетіне көтеру үшін
ұңғымаға ішінде цилиндр мен сорушы клапан бар трубаларды
түсіріп, орналастырады. Цилиндр ішіндегі плунжерді жоғары-төмен
қозғалтқанда мұнай біртіндеп жоғары көтеріледі.
Насос әдісімен мұнай өндіргенде ұңғыманың белгілі бір терең-
дігіне насос түсіріп орналастырады да, оларды әртүрлі әдістер арқы-
лы берілетін энергия арқылы іске қосады. Дүние жүзінің көптеген
мұнай кенорындарында штангалы (аспалы) насостар қолданылады.
Тереңнен соратын штангалы насостардың ұңғыманың 200-400 м
тереңдігіндегі өнімділігі 500 м3/тәулік, ал 3200 м тереңдіктегі өнім-
120
ділігі бар-жоғы - 20 м3/тәулік. Мұнайды штангалы емес насостар
арқылы өндіру әдістері де бар. Бұл кезде насосқа электр энергиясын
ұңғыманың оқпаны арқылы арнайы кабельмен жеткізеді немесе
энергия көзі болып табылатын сұйық (сығылған газ, жылу көзі)
ағынын пайдаланады.
3.2. Қаттан мұнай шығару және онын тиімділігін
арттыру
Мұнайдың кез-келген елдің экономикасының дамуына ыкпалы
зор екендігі айдан анық. Мұнайға деген сұраныс үнемі өсіп отырады.
Мұнай өндіруді арттыру екі жолмен іске асырылады: жаңа кено-
рындарын ашу және мұнай өндіріліп жатқан ауданда мұнай өндіруді
одан ары дамыту. Соңғы әдіс технология жағынан күрделілеу, эко-
номика тұрғысынан біріншісіне қарағанда тиімсіздеу болып санала-
ды. Оны іске асырғанда бірінші кезекте мұнай қаттарынынан мұнайды
өндіру тиімділігі ескеріледі. Қазіргі кезде көптеген геологиялық жэне
технологиялық себептерге байланысты мұнайды өндіру тиімділігі
сирек жағдайда 50 % -дан асады, көп жағдайда оған да жетпейді.
Өндірілген мұнай мөлшерінің оның қаттағы бастапқы қорына
қатынасы мұнай өндіру коэффіщиенті деп аталады. Мұнай өндіру
коэффициенті қаттың геологиялық құрылымына, тау жынысының,
мұнайдың және қаттағы сұйықтардың қасиеттеріне, шоғырларды іске
қосу көрсеткіштеріне (іске қосылған ұңғымалар саны, оларды іске
қосу реті және т.б.) байланысты.
Мұнайды әртүрлі режимде өндіруге болады. Мысалы, мұнайды
серпімділік, еріген газ, газ телпегі, газды қысыммен енгізу, суды
қысыммен енгізу режимдері көмегімен өндіруге болады. Бұлардың
арасында мұнай өндіру коэффициенті төмені болып еріген газ
режимі саналады.
Суды қысыммен енгізу режимін пайдаланғандағы мұнай өндіру
коэффициенті жоғары болып саналады. Сондықтан қаттағы мұнайды
шығару тиімділігін арттыру үшін, яғни мұнай өндіру коэффициентін
өсіру үшін, көбінесе қатқа үлкен қысыммен суды енгізу әдісін
қолданады.
Суландыру әдістері шектеусырттъщ сумен тогыту (законтур-
ное), шектеулі алап аумагын (внутриконтурное) суландыру және
шектеубойлъщ (приконтурноё) суландыру болып үш түрге бөлінеді.
Үңғыманы шектеусырттық сумен тоғытқанда шогыр периметрі
бойынша сыртқы контурдан 300-500 м қашықтықта ұңғымалар
жасайды да, солар арқылы қатқа су енгізеді. Бұл әдісті көлемі онша-
121
лықты үлкен емес, құрамында 3-4 үңғымалар қатары бар шоғырлар
үшін қолданады. Бүл әдістің кемішілігі - қатқа енгізілген судың көп
мөлшері сыртқа кетеді. Шектеубойлық суландыру әдісі қатқа неғүр-
лым тиімді әсер етуге мүмкіндік береді, бұл кезде үңғымаларды
мүнай беретін зонада, сыртқы шектеуге жақын қазады.
Шектеулі алап аумағын суландыру әдісін қолданғанда қатты
айналдыра тоғыту үңғымаларын бірнеше қатар етіп орналастырады.
Бүл кезде тоғыту үңғымаларының бір қатарына өндіру үңғымалары-
ның екі-үш қатары сәйкес келеді.
Сумен айдау (ығыстыру) әдісі арқылы қат бойындағы геология-
лық мүнайдың барлық дерлік мөлшерін ығыстырып шығару мүмкін
емес. Бүл кезде жер қыртысында мүнайдың барланған қорының
жартысы қалып қояды, ал мүнайдың түтқырлығы жоғары болса, онда
барланған мүнайдың 85 %-ы жер қыртысында қалып қояды.
Қапың мүнай беруін арттыру үшін соңғы жылдары жаңа әдіс-
терді қолданып жүр. Қатгың қүрамына беттік-активті заттардың, поли-
мерлердің ерітінділерін, әртүрлі еріткіштерді, эмульсияларды, т.б. енгі-
зеді. Бүл әдістерді қолданғанда қаттардың мүнай беруін 10-30%-ға
арттыруға болады.
Мұнай қаттарына БАЗ ерітіндісін жібергенде мұнай-су фазаара-
лық бөлу бетінің беттік керілуі төмендейді, мұйайдың қозғалғыш-
тығы артады, мұнайды қат құрамынан ығыстыру өседі. Ал суға
полимер қосқанда, мысалы, полиакриламидті, мұнайды қат құрамы-
нан сумен ығыстырып шығару тиімділігі артады.
Құрамында нафтен қышқылдары көп мұнайды қаттан ығыстыру
үшін әлсіз негіз ерітінділерін пайдаланған жөн. Бұл кезде ерітінді
мұнаймен әрекеттесіп, мұнай-сілті ерітіндісі арасындағы беттік
керілу төмендейді.
Қаттың мұнай беруін көміртек диоксидін енгізу арқылы да арт-
тыруға болады. СО2 мұнайда ерігенде мұнайдың тұтқырлығы кемиді,
көлемі артады. Соның нәтижесінде мұнайдың қозғалғыштығы өседі.
Құрамындағы мұнайдың тұтқырлығы үлкен кенорнынан мұнай
өндіруді арттыру үшін жылу қолданатын әдістерді пайдаланған жөн.
Бұл әдіс бойынша қатқа ыстық су, бу жібереді немесе қат ішінде
мұнайды жағады. Жылу арқылы әсер ету көмегімен көптеген кенор-
нының мұнай беруін арттыруға болады. Қаттан мұнай өндірудің
тиімділігін арттыру үшін мұнай мен судың тұтқырлықтарының ара
қатынасы маңызды роль атқарады. Мұнай мен судың тұтқырлық-
тарының өзара қатынасы жоғары болған сайын қатгың мұнай беруі
жақсара түседі. Жылу арқылы тұтқырлығы жоғары мұнайға әсер
еткенде бұл қатынас 30-50 есеге артады.
122
Қаттың мұнай беруін арттыру үшін қатқа тікелей әсер ету
әдістерімен бірге әртурлі химиялық, физикалық және жылумен әсер
ету әдістерін де қолданады. Қатқа қышқыл ерітіндісін жібергенде
құм туйіршіктерін байланыстырушы және тау жыныстарын ерітуші
болып саналатын карбонаттық жыныстарды қышқыл ерітеді. Соның
нәтижесінде каналдардың диаметрі үлкейіп, жыныстағы кеуектер
диаметрі артады. Ұңғымаларды газқышқылдық әдіспеп өңдеу, забой
аумағын термохимиялық және термогазохимиялық әдістермен өңдеу
де жақсы эффект беретіндігі анықталды.
Физикалық әдістерге қаттарды гидравликалық кесу (айыру)
әдісін жатқызуға болады. Бул әдісті қолданғанда қат бойында жаңа
жарықшақтар пайда болып нәтижесінде оның өткізгіштігі артады.
Гидравликалық айырылу қатқа үлкен қысыммен сүйықты енгізгенде
байқалады.
Өндірісте мүнайқаттары қүрамынан мүнайды өндіруді арттыру-
дың бірнеше әдістері белгілі. Бүлардың арасында кең тарағаны забой
аумағына су, газ және бу жіберу әдістері. Біріншісінде тығыздығы
жоғары сүйық мүнайды қаттар бойынан ығыстырып шығарады.
Екіншісінде мұнай сияқты ассоциацияланған сұйықтар тұтқырлық-
тарының температураға тәуелдігі, мүнайдың тұтқырлығын аттыратын
парафиндердің, шайырлардың және т.б. заттардың балқу температура-
ларының өсуі маңызды болып саналады. Жалпы температураны өсір-
генде мұнайдың тұтқырлығы төмендеп, оның қаттар бойымен қозға-
луы, оны газбен ығыстырып шығару жеңілдейді.
Мұнай өндіруді арттыру үшін мұнайдың қаттар құрамында қоз-
ғалу заңдылығын терең зертгеу керек. Дисперсті және кеуек тау
жыныстарында шоғырланған мұнайды өндіру барысында мұнай орта-
да қозғалады. Көп жағдайда мұндай тау жыныстарында кеуектердің
диаметрі өте кіші (милиметрден аз) болып келеді. Оның үстіне олар
сумен немесе тұздар ерітінділерімен толтырылған болуы мүмкін.
Бұндай жағдайда коллоидтық химияға қатысты үш проблеманы атап
өтуге болады: тау жыныстары бөлшектерінің қабырғаларына мұнай-
дың жұғуы, мұнайдың адсорбциялық қабаттары мен қабыршақта-
рының түзілуі, кәдімгі жэне жұқа қабаттардағы мұнайдың реология-
лық қасиеттері. Қаттардың мұнай беруіне әсер ететін бұл фактор-
ларды зерттеу өте қиын, өйткені оны табиғи жағдайда, яғни мұнайдан,
тау жыныстарын құрайтын минералдардан, судан, оның құрамында
еріген тұздар мен ауадан тұратын системаны қарастыру керек.
Жұғу - сұйықтын қатты дене бетімен әрекеттесуін сипаттайтын
құбылыс. Жұғу құбылысы шекті жұғу бұрышы, сұйықтың дене бетіне
жайылу жылдамдығы, жұғу жылуы, сұйықтың қатты дене бетіне
123
жабысу күші арқылы сипатталады. Шекті жұғу бұрышы қатты дене
бетінде жатқан сүйық тамшысының бетіне үштік нүкте арқылы
жүргізілген жанама мен қатты дене беті арасындағы бүрышты айтады.
Егерде жүғу бүрышы 90°-тан кіші болса, онда сүйық дене бетіне
жүғады деп есептеледі, егерде 90°-дан үлкен болса, онда сүйық қатгы
дене бетіне жүқпайды деп саналады. Егерде бірінші жағдайда сүйық су
болса, онда бет гидрофипьді деп аталады, ал сүйық мүнай, май, бензин
немесе полюссіз сүйық болса, онда бет гидрофобты деп аталады.
Суреттен көрініп түрғандай, су гидрофильді бетке жайылады, ал
полюссіз сүйықгар, мысалы мүнай, гидрофобты бетке жайылады. Судың
гидрофильді бетке жүғу жылуы, яғни судың гидрофильді бетпен
әрекеттесу энергиясы, судың гидрофобты бетпен әрекетгесу энергиясы-
нан үлкен болып келеді. Керісінше, полюссіз сүйықтардың гидрофобты
бетке жүғу жылуы судың осы бетке жүғу жылуынан артық болады.
Сондықтан су тамшысының гидрофильді бетке жабысу күші (бірлік
бетке шағып есептегенде) оның гидрофобты бетке жабысу күшінен
артық болады. Ал мүнай тамшысын алатын болсақ, ол кезде керісінше
болады. Мұнай қаттарын және тау жыныстарының қабаттарын түзетін
минералдар беттері гидрофильді болып саналады. Бүл мүнайдың
қозғалуын, жерасты суының мүнайды ығыстырып шығуын тежейді.
Екіншіден тау жынысының гидрофильдігі қаттарға енгізілген судың
мүнайды одан ығыстырып шығаруын жеңілдетеді.
Алайда тау жынысын түзетін минералдар мүнаймен жанасқанда
олардың жүғу бүрышы қатты өзгеруі мүмкін. Мүнай қүрамында
әртүрлі беттік-активті заттар болуы мүмкін: металлопорфирин комп-
лекстері, нафтен және асфальтоген қышқылдары және т.б. Олардың
ішінде біршама активтілері алғашқылары. БАЗ-ң мүнай қүрамындағы
мөлшері 0,1-0,2%-дан аспаса да, олар минералдар бетіне адсорбция-
ланып, бетті гидрофобтауы мүмкін.
Мүнай қүрамындағы аталмыш және басқа да БАЗ минералдар
бетіне адсорбцияланып, моно- немесе бимолекулалық адсорбциялық
қабаттар түзеді. Адсорбциялық қабаттар тек қана жүту бүрышына
ғана әсер етіп қоймайды, сонымен бірге мүнайдың басқа да қасиет-
теріне әсер етеді. Адсорбциялық қабаттың түзілуі қалың полимо-
лекулалық шекаралық қабаттың түзілуіне жол береді. Шекаралық
қабатгарды негізінен асфальтендер, шайырлар және басқа да БАЗ
түзеді.
Шекаралық қабаттың қүрылысы оның қалыңдығы өзгергенде
өзгеріп отырады. Минерал бетінде мүнайдың неғүрлым беттік-
активті компоненттері адсорбцияланады, сонан соң жоғары молеку-
лалық қосылыстар, асфальтендер, ең соңында төменгі молекулалы
124
асфальтендер мен шайырлар адсорбцияланады. Шекаралық қабат
құрамына, сонымен бірге, майлы көмірсутектердің молекулалары да
кіреді.
20°С температурада мұнайдың шекаралық қабатының қалыңды-
ғы 0,1 ден 2,0 мкм-ға дейін аралықта жатады. Шекаралық қабаттың
қалыңдығы мұнай кенорнына байланысты, тіпті ұңғыманың тұрғап
жеріне және мұнайдың қай биіктікте алынғанына байланысты өзгеріп
отырады. Ол мұнайдың құрамы мен тау жынысын түзетін минерал-
дардың табиғатына да тәуелді.
Асфальтендердің мұнай құрамындағы мөлшері 5-7%-ға дейін
өскенде шекаралық қабапың қалыңдығы өседі де, сонан соң өзгеріссіз
қалады. Шекаралық қабаттың қалыңдығына шайыр мен парафиннің
мөлшері де әсер етеді. Бірдей жағдайда әктастар мен слюдалар
беттерінде түзілген шекаралық қабаттар кварц пен құм қиыршықгары
бетінде түзілген қабаттардан қалыңдау болып келеді. Температураны
50-60°С-қа дейін төмендеткенде шекаралық қабаттың қалыңдығы
оншалықгы өзгере қоймайды. Мұнайдың шекаралық қабаттарының
қозғалысқа кедергі жасау қабілеті сұйық көлеміндегіден жоғары.
Тұтқырлық 10-15 есеге өседі, аққыштық шегі пайда болады, одан
төмен мәнінде олар қозғалмайды.
Демек шекаралық қабаттар бойынан мұнай ығыстырылып шыға-
рылатын жұқа каналдардағы кеуектердің эффективті кимасын азай-
тады. Олардың ролі кеуектердің қимасы кішірейген сайын өсе түседі.
Егерде қима 4-6 мкм-ден кіші болса, олардың өткізгіштік қабілеті
толық жойылады деуге болады. Сайып келгенде қаттардың мұнай
беруі азаяды. Сондықтан қаттың мұнай беруін арттыру үшін мұндай
қабаттарды бұзу керек, тіпті болмаса олардың шеткі бөліктерін бұзу
керек. Ол үшін температураны көтеру немесе беттік-активті заттар
қосу керек.
Мұнай компоненттері молекулаларынан ассоциаттар түзілу
құбылысы барысында олардың беттік қабатындағы қозғалысы ғана
шектеліп қана қоймайды, тіпті көлемдегі қозғалысы да төмендейді.
Бұл жағдайда асфальтендер мен парафиндердің ролі зор. Жоғары
парафинді мұнай немесе құрамында көп асфальтендер бар мұнай
15-25°С және одан төмен температурада қатты заттарға айналады.
Мұндай мұнайды өндіру үшін оны қыздыру керек немесе оны қапы
пайдалы қазбаны өндіру әдісі бойынша өндіру керек. Алайда бұл
компонентгердің мөлшері жоғары болмаған жағдайдың өзінде де
олар дисперстік системалар түзе алады. Мұндай системалар пара-
финдердің кристалдарынан немесе асфальтендердің бөлшектерінен
тұрады. Егерде олардың концентрациясы жеткілікті болса, онда олар
125
дисперстік құрылымдар түзеді. Мұндай мұнайлардың реологиялық
қасиеттері олардың шынайы сұйық күйіндегі қасиеттерінен өзгеше
болып келеді. Мұнайдың дисперстік құрылымы соншалықгы дамып,
соның арқасында мұнай қозғалғыштығын жоғалтуы да мүмкін. Бұл
кезде проблеманы шешу үшін алғашында системаға қысым түсіру
керек және бұл қысымның шамасы құрылымның шекті ығысу кернеуі
мәнінен артық болуы тиіс.
Мұнайдың аққыштығы оны ығыстырып шығару шартына және
ұңғыманың өнімділігіне қатты әсер етеді. Мұнайдың аққыштық шегі
мен тұтқырлығы аномалиясының ролі кеуектерінің диаметрі төмен
қаттарда маңызы өсе түседі. Әсердің шамасы дисперстік фазаның
концентрациясымен тікелей байланысты. Мұнай құрамында шайыр
болса, ол түзілетін құрылымдағы байланыстардың беріктігін әлсіре-
теп, соның салдарынан мұнайдың аққыштығы осе түсуі мүмкін.
Алайда құрылымды бұзудың бірден-бір тииімді жолы - ол темпера-
тураны көтеру. Бұл кезде парафин сияқты бөлшектер балқиды да,
нәтижесінде асфальтендер түзген бөлшектердің өзара жабысуы
нашарлайды. Бұл кезде көмірсутектер молекулаларынан ассоциаттар
түзілу ықтималдығы да төмендейді. Бұның бәрі сайып келгенде мұнай
тұтқырлығының төмендеуіне әкеледі. Сол себептен мұнай қойнауқат-
тарынан мұнайды ығыстырып шығару процесінің өнімділігін арттыру
үшін суық судың орнына су буын қолданған анағұрлым тиімді әдіс
болып саналады.
Соңында мынадай тұжырым айтуға болады. Мұнай өндіру
мәселесінде химиялық технологияның орны қарастырылған сұрақ-
тармен ғана шектеліп қалмайды. Химиялық технология қондырғылар
үшін майлаушы материалдарды рационалды түрде таңдап алуға және
қолдануға, қондырғыларды коррозиядан қорғау әдістерін таңдауға,
бұрғылау барысында қолданылатын саз және тығын ерітінділерінің
(суспензиялардың) құрамын жақсартуға, оларды тиімді қолдану
әдісін таңдауға және т.б. мәселелерді шешуге мүмкіндік беретіндігі
даусыз.
126
4тарау. М¥НАЙДЫ ДАЯРЛАУ
4.1.	Мұнайды тұрақтандыру
Ұңғымадан алынған мұнай - қара-қоңыр түсті, өткір иісті, тез
оталатын май тәрізді сұйықтық. Мұнай ірі резервуарларда сақталады,
өңдеу заводтарына танкерлер немесе құбырлар арқылы жеткізіледі.
Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында:
-	серіктес газдар,
-	қаттық (жер қыртысы) сулары,
-	минералды тұздар және
-	әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ және т.б.).
Мұнайдың құрамындағы газ, судың және қоспалардың болуы
оның тасымалдауын және өндеуін айтарлықтай киындатады. Меха-
никалық қоспалар мұнай құбырларының ішкі бетінде эрозияның
пайда болуын күшейтеді. Олар өңдеу барысында жылуалмастыр-
ғыштардың және пештердің құбырларында шөгіп, оларды жиі тазалау
қажеттілігін туғызады, яғни артық энергия жұмсауға және өнімділігін
азайтады.
Мұнайда судың болуы олардың тотығуға бейімділігін күшейтіп,
технологиялық құрал-жабдықтардың коррозиясын туғызады және
тұрақты су-мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды
өндіру және тасымалдау кезінде 100°С-қа дейін қайнайтын жеңіл
фракциялар (метан, этан, пропан және т.б. бензин фракциясымен
бірге) біраз шығынға ұшырайды - шамамен фракцияның 5%-і. Сон-
дықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын-ала өңдеу -
оны даярлау жұмыстары жүргізіледі. Даярлау мынадай сатылардан
тұрады:
-	мұнайдан газды сепарация және тұрақтандыру арқылы болу;
-	механикалық қоспалардан тазалау;
-	сусыздандыру және жартылай тұзсыздандыру
Тасымалдау алдында мұнай мен мұнай өнімдерінің сапасына
қойылатын ГОСТ-тың талабы мынандай:
-	судың массалық үлесі, ІТсу< 0,5%;
-	тұздың массалық үлесі, Р-^ < 200 мг/л.
Мұнайды ректификациялау алдында қойылатын келесі талап
мынандай:
-	судың массалық үлесі, УГсу < 0,05%;
-	тұздың массалық үлесі, 20 мг/л.
127
Соңғы өнімге өте қатаң талап қойылатындықтан кейде қосымша
айдау жүргізіледі. Мүнайдың қүрамындағы тұздарды толық еріту
үшін, шикі мүнайға таза су қосып 2-3 сатымен сусыздандырады.
Өндірілетін мүнайдың әр тоннасына - 50-100 м3 серіктес газдар,
қүрамында еріген түздар бар 200-300 кг су, 1,5 масс. %-ке дейін
ерімеген қатты қоспалар сәйкес келеді. Кейбір көп мезгіл жүмыс
істеп жатқан үңғымаларда каттарының аса суландыру нәтижесінде
суларының мөлшері - 90%-ке дейін жетеді, ал талап бойынша өндеу-
ге жіберілетін мүнайдый қүрамында судың үлесі 0,3%-тен төмен
болу керек.
Мүнайды өңдеуде шығынды азайту үшін оны арнайы өңдеуден
өткізеді. Мүнайдағы газды бөлу үшін сепарациялау және турақтан-
дыру процестері жүргізіледі. Мүнайдағы механикалық қоспалар мен
суларды тузсыздандыру және сусыздандыру процестер арқылы
кетіреді.
Мүнай қаттарында жоғары қысымның әсерінен газдар мүнай-
қүрамында ериді. Мүнайды жер бетіне бұрғылау арқылы шығарған
кезде, қысым күрт төмендейді де нәтижесінде қүрамындағы еріген
газдар бөлініп шығады. Осы сәтте бөлінген газды үстап қалу маңызды.
Әдетте үңғымадан газ-мүнай қоспасы жеке газды ажыратқыш
қондырғыға - сепараторға келіп түседі. Сепараторда газ бөлініп қоспа
дегаздаланады. Қазірге кезде қүрылысы және тиімділігі бойынша
түрлі сепараторларды қолданады. Дегаздау процестің негізгі мақсаты -
газ-мүнай қоспадан мүмкідігінше серіктес газдарды толығымен бөліп
алу. Сонымен қатар газбен бірге мүнай тамшыларын алып кету про-
цесін төмендету үшін сепарацияны әдетте бірнеше сатыда өткізеді.
Сепараторлар негізінде газбен бірге мүнай тамшыпары үшып
кетуін болдырмайтын жабдықпен қамтамасыз етілген ыдыстан (тра-
па) және өлшегіштен түрады. Сепарацияның көпсаталылығы газ-
мүнай қоспаның тізбекті сепаратор-траптары арқылы жіберіліп қы-
сымның біртінді төмендеуінде. Қысым төмендегенде серіктес газдар
мүнайдан ажыратылады. Газды бөліп алғаннан кейін арнайы газ
қабылдағыштардан газ өңдеу заводтарына жөнелтеді.
Газдан тазартылған мүнай түндырғыштарға құйылады, бүл
жерде шикі мүнайды қоспалардан және судан бөледі. Осындай көп
сатылы сепарацияға қарамастан мүнайда көмірсутектер (СГС5) әлі де
болса қалады. Сақтау мен тасымалдау кезінде бұл газдар ұшып кетуі
мүмкін. Бұл газдармен бірге бағалы жеңіл бензин фракциялары да
жоғалуы мүмкін. Мұның бәрі экологияға әсерін тигізеді. Сондықтан
келесі процесс - тұрақтандыру (стабилизация) болып табылады.
128
Стабилизация - физикалық процесс, мұнайдан СГС5 көмірсутектерді
бөлу және күкірттісутектен тазалау. Бүл процесс мүнай өңдейтін
жерден алыс емес жерде, арнайы қондырғыларда жүргізіледі.
Мүнайды түрақтандыру қондырғысы 13 суретте келтірілген.
13-сурет. Мүнайды тұрақтандыру қондырғысы:
I - тұрақсыз мүнай; II — тұрақты мұнай;
III - конденсацияланбаған газ; IV - газ конденсаты.
Т - жылуалмастырғыш, П - пеш, Е - тұндырғыш, К - колонна.
Қүрамында 1,5% масс. көп газы бар мұнайды тұрақтандыру
үшін екі колонналы қондырғы пайдаланылады. Екінші колонна газды
бензинді тұрақтандыру үшін қолданылады. Шикізат тұрақтандырыл-
ған мұнаймен бірге Т-1 жылу алмастырғышта жылытылып, бу жы-
лытқышқа Т-2 жіберіледі. Ары қарай ректификацияның колоннаға -
яғни стабилизаторға К-Ітүседі. К-1-де қысымды 0,2 ден 0,4МПа дейін
ұстап тұрады. Бұл бензин буының жақсы конденсациялануына жағ-
дай туғызады. Колоннаның К-1 төменгі жағындағы температураны
П-пеште қыздырылған тұрақтандырылған мұнай реттеп отырады.
Жеңіл көмірсутектер Сі ден С5-ке дейін ХК-1 конденсатор - то-
ңазытқышта (салқындату) конденсацияланып, Е-1 тұндырғышқа жі-
беріледі. Конденсацияланбаған көмірсутектер тұндырғышта (отстой-
ник) газ бен сұыйққа бөлінеді.
Газ Е-1-ден ары қарай өңдеу үшін ГПЗ-ға (газ өңдейтін заводқа)
жіберіледі. Сұйық өнім - газ конденсаты - мұнай химиясы өндірісіне
жіберіледі.
129
Тұрақтандырылған мұнай колоннаның төменгі жағы арқылы
жылуын Т-1 жылуалмастырғышқа береді және салқындатқышта
суытылады. Тұрақтандырылған мұнайда газды көмірсутектердің мөл-
шері 1,5%-ке дейін болады.
4.2.	Мұнайды тұзсыздандыру және сусыздандыру
Мұнайда әрқашанда қаттық (қыртыс) сулар болады. Әдетте
қаттық судың құрамында 30-35% шамасында еріген тұздар - натрий,
кальций, магний хлоридтері мен бикорбанатгары, ал карбанаттары
мен сульфаттары сирек кездеседі. Оның ішінде хлоридтер өте
зиянды. Суда еритін және ерімейтін тұздар жылуалмастырғыштар
мен пештер құбырларының қабырғаларына отырады да, соның
нәтижесінде олардың жылубсргіш коэффициентінің шамасы кемиді.
Суда еритін хлоридтер (ИаСІ, КСІ) гидролизденбейді, олар электро-
химиялық коорозияның ұйытқысы болып саналады. Керісінше,
СаС12-ның 10 %-ті, ал М^С12-пың 90 %-ті гидролизге ұшырайды:
МёС12+ Н2О = МёОНСІ + НСІ.
Мұнай өңдейтін заводтқа түсетін мұнай құрамындағы тұздың
мөлшері 50 мл/л, судың мөлшері -1% шамасында болуға тиіс. Бірінші
өңдеуге түсетін мұнайдың құрамындағы тұздың мөлшері 5 мл/л
аспауға, ал судың мөлшері 0,3 масс. % аспауға тиіс.
Қаттық судың көбісі ерімейтін қатты қоспалар мен бірге
мұнайдан үлкен резервуарларда тұндыру арқылы бөлінеді. Соңғы
сусыздандыру және тұзсыздандыру процесі арнайы қондырғыларда
жүргізіледі. Осы екі процестің мәні - мұнай эмульсиясын бұзу болып
табылады.
Эмулъсия деп өзара ерімейтін сұйықтарды немесе ерітінделерді
араластырғанда түзілетін системаларды айтады. Эмульсияларда бір
сұйық (ерітінді) екіншісінде ұсақ тамшылар (коллоидтық бөлшектер)
түрінде таралған.
Көлемінде коллоидтық бөлшектер таралған сұйықты дисперстік
орта деп, ал коллоидтық бөлшектердің өзін дисперстік фаза деп
атайды.
Эмульсиялар, оның ішінде мұнай эмульсиялары, өзара ерімейтін
екі сұйықты қатты араластырғанда біреуі екіншісінде дисперленетін,
яғни ұсақ тамшылар түрінде таралатын болғанда түзіледі.
¥зақ уақыт сақталу кезінде кәдімгі жағдайда мұнай эмульсия-
лары екі сұйық фазаға өздігінен бөлінуі мүмкін. Алайда көп жағдайда
130
екі сұйық фазаға бөліну жартылай жүреді де, су мен мүнай қабат-
тарының арасында аралық эмульсиялық қабаттар қалады. Эмуль-
сиялардың түтқырлығы су мен мүнайдың тұтқырлықтарынан әлде-
қайда жоғары болып келеді.
Мүнай эмулъсиялары көбінесе кері эмулъсиялар, яғни су мүнай-
дың көлемінде тамшылар түрінде таралған системалар, түрінде кез-
деседі. Мүндай системаларда дисперстік орта - мүнай, дисперстік
фаза - су. Эмульсиялардың бүл түрі гидрофобты деп саналады: суда
оның бетіне қалқып шығады, бензин мен басқа да органикалық
еріткіштерде біркелкі таралады.
Тура эмулъсиялар, яғни мүнай тамшылары сулы ортада біркелкі
таралган системалар, сирек кездеседі. Мұндай эмульсиялар гидро-
филъді деп саналады: суда біркелкі таралады, ал бензин мен басқа да
органикалық еріткіштерде батып кетсді (30 кесте).
Эмульсиялардың түзілуі беттік құбылыстармен тығыз байланыс-
ты. Сұйықтың ауамен немесе екінші сұйықпен жанасқан беті беттік
керілу мәнімен сипатталады. Беттік керілу мэні бірлік фазааралъщ
бөлу бетін жасау үшін ңажетті энергияның шамасына тең. Мұнай
мен мұнай өнімдерінің беттік керілуі 0,02-0,05 Н/м аралығында
жатады.
30 кесте.
Мұнай эмульсияларының түрлері
Мұнай эмульсиялары		
Құрамы	Су мұнайда таралған эмульсия түрі	Мұнай суда таралған эмульсия түрі
Дисперстік орта	Мұнай	Су
Дисперстік фаза	Су	Мұнай
Қасиеттері	Гидрофобты'. суда калқып шығады, бензинде біркелкі таралады	Гидрофильдг. суда бір- келкі таралады, Бензин- де батады.
Кейбір заттарды шикі мұнайға қосқанда мұнай мен су арасын-
дағы беттік керілудің шамасы төмендейді. Бұл барлық мұнайға
қатысты құбылыс. Іс жүзінде белгілі заттарды өте аз мөлшердс
қосқанда еріткіштің беттік керілу шамасы кушті кимеді. Осындай
заттар беттік - активті заттар (БАЗ) деп атайды.
Кез келген эмульсия сұйықтықтың дисперленуі (бөлшектенуі)
мүмкін болатын жағдайда ғана түзіледі. Сондықтан, беттік керулі
неіурылым аз болса, ягни сұйықтықтың өзінің айдыны ұлғаюына
131
қарсыласуы неғурылым аз болса, соғүрылым тамшылардың түзілуі
оңай жүреді.
Ал тамшылардың (коллоидты бөлшектердің) мөлшерлері үлкей-
ген сайын, олардың өзара соқтысуы және ірілену ықтималдығы ар-
тады. Бұл жағдайда эмульсия екі сүйықтық қабаттарына қатпар-
ланады. Ауырлау сұйықтық түпке түседі. Бүндай эмульсиялар түрақ-
ты болмайды. Өте жоғары дисперлену дәрежеде ғана, дисперсті
фазадағы тамшылардың диаметрі микрометрдің ондық үлесімен
(мкм’7) өлшенетін, молекулаарлық күштер гравитациялық күштерге
теңескен кезде эмульсияның бүзылуы киынға түседі.
Егер екі бір бірінде ерімейтін сүйықтықтар қоспасына дипер-
лену мүмкін болатын жағдайда белгілі беттік -активті затты қосса,
БАЗ коллоидты бөлшектердің (тамшылардың) бетінде адсорбциа-
ланады да адсорбциялық қабат түзіп беттік керілуін төмендетеді.
Адсорбциялық қабаттың түзілуі біріншіден тамшылардың үсақга-
луына болысада, екіншіден, тамшылар дисперсті ортаның молекула-
ларымен емес, оте берік БАЗдың адсорбциялық қабыршығымен қор-
шаланады. Осы жағдайда өте түрақты қиын қатпарланатын эмульсия-
лар түзіледі, себебі дисперсті фазаның тамшылары өзіндік бадана
секілді - адсорбциялық қабыршықпен паналанған болып бір бірімен
қосылмайды.
Эмульсия түзілуіне жағдай жасайтын және эмульсияны түрақ-
тандыратын заттарды эмулъгаторлар деп атайды. Оларға мүнайдың
полюсті заттары, сондай сияқты шайырлыр, асфальтендер, асфальто-
генді қышқылдар және олардың ангидридтері, нафтенді қышқыл-
дардың тұздары және түрлі бейорганикалық қоспалар. Бұл эмульга-
торлар мұнайлы беттік активті заттарға жатады. Олар бөлшектердің
бір-біріне қосылып, тамшылардың ірілеуне кедергі етіп мұнай эмуль-
сиярының жоғары тұрақтылығына серттілік жасайды.
Сонымен қатар, тұрақты эмульсиялар түзілуде әр түрлі қатты
көмірсутектер қатысады. Осы қатты көмірсутектердің микрокристал-
дары эмульсионды-коллоидты бөлшектердің бетіне адсорбцияланып,
өзіндік берік қабат түзеді.
Эмульгатордың қасиетіне байланысты тұрақтылығы әр түрлі
эмульсиялар түзіледі. Шикі мұнайда қарапайым гидрофобты эмуль-
сия, мұнайдағы су сияқты, түзіледі, яғни бұл жағдайда шайырлар
(смола) эмульгатор ролін атқарады. Олар мұнайда жақсы ериді, бірақ
суда ерімейді. Смолалар, мұнай-су қабатына адсорбцияланып, мұнай
жағынан беткі қабатқа өтіп, су бөлшектерінің айналасында берік
бұлттық қабат түзеді (14 сурет).
132
14-сурет. Адсорбция БАЗ (ПАВ).
Мұнай қышқылдарының алюминий, кальций, магний және
темір сабындары да мұнайда және дистилляттарда жақсы ериді,
сондықтан оларда гидрофобты эмульсиялар түзілуіне жағдай жасай-
ды. Керісінше, мұнай қышқылдарының натрий сабындары (сілтілік
тазарту реакциясы өнімдері) суда жақсы ериді және көмірстектерде
нашарлау ериді. Сондықтан олар су фазасы жағынан беткі қабатқа
адсорбцияланып, мұнай тамшыларын өзіне тартып, нәтижесінде гид-
рофильді эмульсия түзілуіне мүмкіндік туады, яғни мұнайдың судағы
сияқгы. Екі түрлі эмульгаторлар типі болған жағдайда эмульсия
айналымы болуы мүмкін, яғни бір түрден екінші түрге өтуі. Осы
құбылысты эмульсияларды бұзу үшін қолданады.
Эмульсиялардың тұрақтылығы мұнайдың физика-химиялық қа-
сиетіне, дисперсті фаза бөлшектерінің өлшеміне, температурасына,
араласу интенсивтілігіне, тығыздығы мен тұтқырлығына байланысты.
Дисперстілік дәрежесі көп болған сайын, яғни тамшының өлше-
мі аз болған сайын эмульсия тұрақгы болады. Ескеретін жағдай, ^сақ-
дисперсті эмульсиялардағы тамшылар диаметрі 20 мкм (2 • 10-5 м),
ал дөрекідисперсті диаметрі - 20 мкм-ден артық болып келеді.
Мұнайды өңдеу барысында, мысалы оны тұзсыздандырғанда, ол
сумен жанасады. Бұл кезде көбінесе тұрақгы мұнай эмульсиялары
түзіледі.
Мұнай эмулъсияпарын бузу тәсілдері. Эмульсияларды бұзу үшін
тамшылардың бір-бірімен соқтығысуына жағдай туғызу қажет, яғни
нәтижесінде олар бір-бірімен бірігіп ірі тамшыларға айналып және
сұйықтардың қабаттарға бөлінуіне мүмкіндік жасауы. Бұл үшін өнді-
ріс практикасында келесі бұзу тәсілдерін қолданады:
Мұнай эмульсияларын бұзу механизмі бірнеше сатыдан тұрады:
1)	коллоидтық бөлшектерді (су глобулдарының) қақгығысуы;
2)	ұсақ тамшылардың (глобулдарының) ірі тамшыларға бірігуі;
3)	тамшылардың тұнуы.
133
Эмульсияларды бұзатын процестер:
1)	механикалық-тұндыру, центрифугирлеу, ультрадыбыспен өңдеу;
2)	термиялық-қыздыру және мұнайды ұзақ сақтау арқылы судан ажы-
рату, ыстық сумен шаю;
3)	электрлік-айнымалы және тұрақты тоқ өрісімен өңдеу;
4)	химиялық-әр түрлі деэмульгаторлармен өңдеу.
Тұндыру - жаңа алынған, оңай бұзылатын эмульсияларға қол-
данылады. Мұнай мен судың қабаттануы эмульсия компоненттері
тығыздықтарының әр түрлі мәндеріне негізделген.
Бұл үрдісті, судың булануына жол бермей, 2-3 сағат аралы-
ғында, 8-15 атм. қысымда және 120-160°С-ке дейін қыздыру нәтиже-
сінде жылдамдатады. Бірақ, тамшының өлшемі және су мен мұнай-
дың тығыздықтары айырмашылығы аз болған сайын, сонымен катар
ортаның тұтқырлығы көп болған сайын эмульсияның қабаттануы
үрдісі жәй жүреді. Температураны жоғарылату БАЗ-дың қорғаныс
қабатының бұзылуына, мұнайдың тығыздығы мен тұтқырлығының
төмендеуіне және соның әсерінен сұйықтардың қабаттануына әксліп
соғады. Оған қоса тұндыру кезінде механикалық қоспалардың басым
бөлігі (құм, топырақ, коррозия өнімдері, т.б.) бөліп алынады.
Бізге белгілі, яғни су молекуласы поляризацияланған бөлшек.
Мұнай эмульсиясы айнымалы тоқ электр өрісіне түскен жағдайда,
мұнайға қарағанда су молекуларының әсері күшті болады. Су там-
шылары электр өрісі әсерінен электродтарда немесе арнайы кеуекті
қорғандарда жиналып, ыдыстың түбіне ағады.
Тамшы электр өрісінде әрекеттесуі нә-
тижесінде, тамшы бетіндегі БАЗ адсорбция-
лық қабаты активті түрде бұзылады. Там-
шылардың бірігуі мындай бағытта өтеді.
Тамшылар электр өрісіне поляризация-
ланады, олардың өлшемі эллипсоидты күй-
ге жақыпдайды (15 сурет). Тамшылардың
соғылуы және бірігуі бір-біріне жақын ор-
наласқан, поляризациялық таңбасы қарама-
қарсы бөлшектердің кулондық әрекет-
тесуінен туындайды (Ғәр). Осыған орай
электр өрісінде тамшылардың бірігуі, бөл-
шектердің өлшемінің және өріс кернеуінің
артуынан жоғарылайды.
ғ.
15-сурет. Электр
өрісінде әрекеттесуші
тамшылардың
поляризациясы.
134
Күшті электр өрісінің эсерінен диэлектрлік сұйықтықта - мүнай
мен мүнай өнімдерінде - диссоциациялану үрдісі, яғни оң жэне теріс
иондардың түзілуі басталады.
Электр өрісі әсерінен эр түрлі зарядты бөлшектердің сүйық
көлемінде қозғалуы байқалады. Нәтижесінде электрод айналасында
зарядтары бірдей иондардың артық мөлшері бар аудандар пайда
болады. Сол көлемде иондардың концентрациясы артқан сайын эр
түрлі зарядты бөлшектердің соқтығысуы ықтималдығы артады, яғни
рекомбинация. Түзілген жэне рекомбинацияланған иондар арасында
динамикалық тепе-теңдік орпайды.
Эмульсияларды бүзу үшін химиялық эдіс - эмульгаторлармен
әрскеттеу - су тамшыларының қабаттарының құрылымдық - механи-
калық тұрақтылығын элсірететін қаптау - көп қолдану табуда. Де-
эмулъгаторлар — эмульсияларды бұзатын арнайы химиялық заттар.
Деэмульгатор есебінде эр түрлі беттік-активті заттар (БАЗ) қол-
данылады, бірақ олардың эмульсияға әсері өте күрделі жэне аз
зерттелген. Деэмульгаторлардың судағы ертіндісінің эрекетіне қарап,
оларды ион-активті жэне ионсыз активті деп бөледі. Ион-активтілер
ерітіндіде катиондар мен аниондарға диссоциацияланады, ал ионсыз
деэмульгаторлар иондар түзбейді. Ең жақсы деэмульгаторлық эсер
қазіргі кезде кен орындарда жэне мұнай өндеу заводтарында (МӨЗ)
қолданатын ионсыз деэмульгатор-проксамин, диссольван, прогалит,
оксиэтилденген май қышқылдары (ОМҚ).
Электр тогымен эмульсияларды бұзу су глобуласының электр
өрісінің эсерімен соқтығысып іріленуіне негізделген. Мұнай эмуль-
сиясы айнымалы электр өрісіне түскенде, теріс зарядталған су бөлігі
тамшы ішінде қозғала бастайды да, пішіні өзгеріп оң зарядты
электродқа бағытталады. Электродтардың полярлығын ауыстырғанда
тамшы конфигурациясы өзгереді. Кейбір тамшылар электр өрісінде
оң элсктрод бағытында, бір-бірімен соқтығысып қозғала бастайды,
бірігіп іріленеді де бөлініп төмен түседі.
Мунайды тузсыздандыру және сусыздандыру. Мұнайдың
құрамындағы су мен тұздарды бөліп алуды - сусыздандыру жэне
тұзсыздандыру деп атайды. Екі процесс те мұнай эмульсияларын
бұзуға негізделген. Алайда сусыздандыру барысында мұнайды бұр-
ғылау ерітіндісімен шапшаң түрде араластырғанда түзілген табиғи
эмульсиялар бұзылады.
Тұзсыздандыру кезінде сусыздандырылған мұнайды тұщы сумен
араластылады да, тағы эмульсия алады. Сонан соц ол эмульсияны
қайтадан бұзады. Мұнайды шапшаң түрде сумен араластырғанда
тұрақты эмульсиялар түзіледі.
135
Өндірісте мұнайдан су мен тұзды бөлу үшін эмульсияларды
бұзудың қосарланған әдістерін - термохимиялық, электртермохи-
миялық және басқа қолданылады
Термохимиялық судан айыруда мұнайдағы судың мөлшері 0,5-
1,0% дейін төмендейді, сонымен бірге тұздардың едәуір бөлігі бө-
лінеді. Бірақ мұнайлардың көпшілігі қосымша судан және тұздардан
тазалауды қажет етеді. Мұнай тазалауды электротермиялық әдіспен,
термохимиялық тұндырумен эмульсияны электр өрісінде әрекеттеу
арқылы жүргізеді.
Мұнайдан су мен тұздарды бөлудің электртермохимиялық
қондырғысын электртұзсыздандырушы (ЭТҚ) деп атайды. Оларды
кен орындарында да және МӨЗ да пайдаланады. Қазіргі кезде ЭТҚ іс
жүзінде барлық МӨЗ құрамында бар. Көптеген заводтарда
электртұзсыздандыру қондырғыларымен біріктіріліп тұрғызылады да
олардың бір бөлігін құрайды.
Қондырғының ең негізгі аппараты электрдегидратор-электрод-
тармен жабдықталған сыйымдылық, оларға жоғары кернеулі
айнымалы ток қосылады. МӨЗ-да 3 түрлі конструкциялы ЭТҚ элект-
рогидраторлары қолданылады: тік орналасқан, шар тәрізді және гори-
зонталді (16 сурет).
1.	ЭДГ шар тәрізді	V = 600 м3	Р = 64-7 атм;
2.	ЭДГ цилиндрлі вертикаліді	V = 30 м3	Р = 16 атм;
3.	ЭДГ цилиндрлі горизонтальіді	V- 160 м3	Р = 16 атм.
16-сурет. Электродегидратор конструкциясы:
а) шар тәрізді; б) тік цилиндр тәрізді; в) горизанталді.
136
Тік цилиндр тәрізді электрогидраторлардың қуаты көп емес
(25 м3/сағ. дейін) және сондыктан оларды барлық жерлерде жаңа
конструкциялы аппараттарымен ауыстыруда.
Шар тәрізді электрогидраторлардағы есепті қысым - 1,0 МПа.
Шар тәрізді электрогидраторлар өте үлкен және оларды жасау көп
металл шығымын талап етеді.
Горизонтальды электрогидраторлар экономикалық жағынан
тиімді, сондықтан ЭТҚ қазір барлығы тегіс осындай электро-гидра-
торларды пайдалануда.
Горизонтальды электрогидраторлардың жақсы жағы-мүнайдың
жүру жолы үзындау, аппараттардағы мүнайдың болу уақыты көптеу,
себебі шикі затты өндіретін жер басқа конструкциялы жабдықтарға
қарағанда төмен орналасқан. Одан бөлек горизонтальды электро-
гидраторларда мүнайда түнған түз ерітіндісінің қабатына төменгі
электрод астына бергенде, мүнайдың осы ерітіндімен әрекеттесуі
болады және судың үлкен бөлшектері, мүнай электродтар арасын-
дағы электр кеңістігіне түспей жатып, түнып бөліне бастайды.
Нәтижесінде қондырғыдан шыққан тұзсызданған мүнайдың
құрамында: су мөлшері IV < 0,05 %, ал тұз мөлшері Р < 20 мг/л бо-
лады.
Мұнай эмульсиясын бөлу әдісі мұнайдағы дисперсті судың
концентрациясына байланысты болады. Сондықтан судың мөлшеріне
байланысты:
-	терең тұзсыздандыру;
-	өте терең тұзсыздандыру;
-	су мөлшері өте жоғары мұнайды тұзсыздандыру жүргізіледі.
Терең шұзсыздандыру. Мұнай өнімдерін терең тұзсыздандыру
деп-судың бастапқы концентрациясының И^у > 0,1 % соңғы концент-
рациясы ІГсу^ 0,05 % болатын өзгерісті айтады.
4.3. Табиғи және серіктес газдар
Газ табиғатта үш түрлі шоғырларда табылады: газды, газ-
мұнайлы және газоконденсатты. Газды шоғырларда - газ жер астында
мұнай кен орынымен тікелей байланысы жоқ үлкен жаратынды
шоғырларын В жиырылады. Шоғырлардың екінші - газ-мұнайлы -
түрінде газ мұнайға серіктес болады немесе мұнай газбен ілесіп
шорланады. Жоғары да айтылып кеткендей газ-мұныйлы шоғырлар
екі түрлі болуы мүмкін: газ - телпекті мұнай (мұнай негізгі көлемді
алады) және мұнай-жиекті газ (негізгі көлемі газбен толады). Газо-
137
конденсатты шоғырлар қаттардағы тым жоғыры қысым (3-107 Па-дан
астам) және темпсратурамен (80-100°С сипатталады. Бұл жағдайда
көмірсутектер С5 және одан да жоғары газ күйінде болады.
Мүнай газдары табиғи, серіктес және жасанды газдарға бөлінеді.
Табиғи газдарды жеке дербес кен орнынын, серіктес газдар - мұнай-
лар мен бірге өндіріледі. Жасанды газдар мұнайды каталитикалық
және термиялық әдістермен өндеу нәтижесінде түзіледі. Құрамы
бойынша газдардың айырмашылы бар. Жеңіл көмірсутектер, сутсгі,
көміртек оксиді және күкіртті сутектен басқа олардың құрамында
көміртек диоксиді, азот, аргон, гелий жыне су буы болады.
Табиги газдар - бұл жер қойнауындағы және жер атмосфе-
расындағы газдар. Негізінде табиғи газдар органикалық заттардың
ыдырау және олардың арықарай геохимиялық өзгерістерінің нәти-
жесі болып саналады.
Табиғи газдар жер-асты және жер-үсті суларда және мұнайларда
бірен-сарандап еруі, жыныс-коллекторларда өзбетінше газ кеніш
күйінде шоғырлануы немесе мұнаймен серіктесуі, көмірлермен және
сазды жыныстармен сорбциялануы мүмкін.
Табиги газдар - биохимиялық, вулканды, метаморфты, ауадан
және химиялық жолмен түзілген, радиоактивті және термоядролық
процестердің газдары болып бөлінеді
Биохимиялъщ газдар — СНд, С2Н6, Н2, Н28, СО2, ІЧ2 — әдетте
органикалық заттардың өзгерістері, бактериялардың өмірсуруінің,
сульфаттардың және басқа минералды тұздардың тотықсыздануы
нәтижесінде түзілген өнімдері
Вулканды газдар. Вулкандық балқыған магмада еріген түрінде,
сонымен қатар жоғары температурада су буы мен магманың әрекет-
тесу нәтижесінде түзілетін газдар
Метаморфшые газдар - жылу мен қысымның әсерінен көмір-
лер және басқа тау жыныстарынан түзілетін газдар. Құрамында СН4,
СО2, Н2, түрлі көмірсутектер, Н28, СО және т.б.
Ауалы газдар жер қойнауында болады, олар ІЧ2 жіне инертты
газдардан тұрады, бос оттегі оның құрамында болмайды.
Химиялық жолмен түзілген газдар қалыпты жағдайда және жер
қыртысының әр түрлі тереңдігінде болатын көтерінкі температура
мен қысымда газ тәрізді заттардың, су ерітінділері және тау жыныс-
тарының әрекеттесуінен түзілетін заттар. Нәтижесінде Н2, СО, СО2,
Н28, БІ2, сонымен қатар СН4 тағы басқа көмірсутектер түзіледі.
Радиоактивті процестерден және термоядролық реакциялардан гелий,
аргон, ксенон т.б. газдар түзіледі.
138
Жаңғыш газдар метал карбидтердің су буы, сонымен қатар СО
және Н2 әрекеттесуінен түзіледі. Дербес газ шоғырларының және
көмір каттарының негізгі газы болып метан табылады.
Табиғи газдардың кей бір кен орындарында метанның үлесі
99,3%, яғни бұл іс жүзінде таза метан, ал басқаларында анағүрылым
төмен - 76%. Табиғи газдың қүрамында метанның гомологтардың
үлесі 4-5%. Әдетте 2-4% этан, 0,1-3% пропан, 1%-тен көп емес
бутан және жоғары гомологтары -проценттің бөліктері.
Табиғи газдардың құрамында ерекше орын гелий алады. Таби-
ғатта гелий өте аз мөлшерде (ауаының, табиғи газдың т.б. құрамында)
кездеседі. Табиғи газдың құрамында гелийдің үлесі өте аз (1-1,2%-ке
дейін) бірақ оның тапшылығына және табиғи газдың өндіру көлемі
үлкен болуына байланысты оның бөліп шығаруы тиімді болып
табылады.
Серіктес мұнай газдары - мұнайдың құрамында еріген және
мұнай өндірген кезде бөлініп шығатын ілеспе табиғи газдар.
Ерекшелігі - метан - аз мөлшерде, ал этан, пропан, бутан және
КС жоғары аурлау өкілдері біршама көп мөлшерде болады. Әдетте
этаннан бастап ауыр көмірсутектедің үлесі 20-40%-ке дейін, кей кезде
60-80%-дейін жетеді. Сонымен қатар құрамында күкіртті сутек және
жанбайтын компоненттері - азот, көмірқышқыл газы, гелий, аргон
болады. Табиғи және серіктес газдардың орташа құрамы 31 кестеде
келтірілген.
31 кесте.
Табиғи және серіктес газдардың орташа құрамы
Табиғи газ	Мұнайдың серіктес газы
СН4 - 80-97% С2Н6 - 0,4-4% С3Н8 - 0,2-1,5% С4Ню- 0,1 - 1 % С5НІ2 - 0 - 1 % N2 - 2-13%	СН» - 30 % С2Н6 - 7,5% С3Н8 - 21,5% С4НІ0 - 20,4 % С5Н12 және жоғары - 19,8 % N2, СО2, инертті газдар болмайды
Мұнай кенорының скважинасын өндегенде алдымен газ
телпгінің газы фонтан түрінде бөлінеді. Соңында қысым төмендеген
сайын мұнай құрамында еріген газ бөліне бастайды. Кей кезде
мұнайдың құрамында газ толық еріген күйде болса, онда мұнаймен
бірге өндіріледі.
139
Газ факторы - өндірілген мұнайдың 1 т болатын газдың (м3)
мөлшері әр бір кенорыннында бірдей болмайды. Кенорнының табиға-
тына байланысты өндірілген мұнайдың 1 тоннасында 1-2 м3-тан
бірнеше мың м3 - қа дейін болуы мүмкін
Мұнайдың серіктес газдардың көбісі құрамында метаннаң басқа
ауырлау көмірсутектердің (пропан, бутан және т.б.) үлесі 50 г/м және
одан да жоғары болғандықтан «майлы» газдарға жатады. Құрамында
метанның үлесі басымырақ ал ауырлау көмірсутектер 50 г/м-дейін
болса ондай газдар «құргақ», немесе «аръщ» газдар деп аталады.
Өндегенде майлы газдарды біріншіден бензинсіздеу процесіне
ұшыратады, нәтижесінде бензиннің құрамына кіретін көмірсутектер
бөлінеді. Осы процестен түзілген бензин газ бензині деп аталады.
Бензинсізделген серіктес газдың құрамында көбінше метан және аз
мөлшерде этан, пропан, бутан қалады.
Газоконденсатты кеніштердің газдары майлы газдарға жатады,
олардың құрамында метанның үлесі төмен ал оның жоғары гомолог-
тарының - жоғарылау. Қысым төмендегенде газоконденсатты газдар-
дың жоғары температурада қайнайтын көмірсутектері сұйық күйінде
(конденсат күйінде) бөлінеді.
Газоконденсатты шоғырлары түзілуі жоғары қысымда кері еру
құбылысына - мұнайдың қысылған газда кері конденсациясына бай-
ланысты газдыңкері. Мұнай 75-Ю6 Па қысымда тығыздығы мұнай-
дың тығыздығынан едәуір жоғары сығылған этан мен пропанда ериді.
Кей бір кен орындардың тұрақты конденсаттардың құрамы
зерттелген. Әдетте компоненттердің қайнауының соңы 300°С-тан ас-
пайды. Топтық құрамы бойынша - көбісі метанды, шамалы аздау -
нафтенді және одан да аз - ароматты көмірсутектер. Газоконденсатты
кеніштердің газдарының құрамы конденсатты бөліп алғаннан кейін
құрғақ газдардың құрамына жақын.
Серіктес газдарды отын және химиялық өндірістің шикізаты
ретінде қолданылады. Жылу түзу қабілеті өте жоғары - 9300-ден
14000 ккал/моль-ға дейін. Мұнайхимиялық өндірісте:
1.	Метаннан - ацетиленді алады
2СН4-> С2Н2+ 2 Н2.
2.	Метанның конверсиясы нәтижесінде көптеген органикалық
синтездерде қолданатын - СО2 мен Н2 қоспасын:
СН4+О2 —> СО2+2Н2.
3.	Этан мен пропаннан - этилен, бутилен, ацетальдегид және т.б.
оттекті органикалық қосылыстарды алады.
140
4.	Бутаннан - дивинил, спирттер, метилэтилкетон және т.б. түзіп
апады.
Мұнайдың серіктес газдарында мұнаймен тығыз генетикалық
байланысқан және химиялық өндірістің маңызды шикізаты болып
саналатын С2 - С4 - көмірсутектердің негізгі қорлары жинақгалған.
Техникалық фракцияларды ары қарай өндеуге қажетті газ
қоспасындағы компоненттерді бөлу үшін мына әдістер қолданылады:
1. конденсация,
2. компрессия,
3. абсорбция,
4. ректификация,
5. адсорбция.
Газ өндеу заводтарында бұл процестерді әр түрлі комбинацияда
жүргізеді.
Конденсация - газды екі фазалы сұйық-газ жүйеге айналдырады.
Газды салқындатқыштар арқылы салқындатады. Салқындатқыш агент-
тер ретінде - ауа, су, аммиак, фреон немесе көмірсутекті газдар - про-
пан және этан қолданылады. Этанның 70% және пропанның 90%-не
дейін сұйылтып оларды фракциялау арқылы бөлуге болады. Кон-
денсирелген газ екі фазаға сұйықгық-газ жүйеге айналып бөлінеді.
Коңценсация температурасы 35- 40 °С.
Конденсирелген компоненттердің санын арттыру үшін кушті сал-
қындатқыштарды - аммиак, фреон немесе көмірсутекті газдарды
қолдану арқылы конденсация температурасын төмендететі - 40 °С-тан
-80 °С-дейін.
Компрессия. Терең суыту - -100-140°С - (сығылтқан) газ.
Жоғары қысымда конденсация мен бірге қолданылады, сұйық фазаға
ауырлау көірсутектер конденсирленеді. Конденсацияға этанның 95%,
пропан -толығымен және ауыр КС ұшырайды.
Абсорбция - бұл процесс газ қоспасының кейбір компоненттерін
сұйықпен талғамды жұтуға негізделген. Газ-ауа қоспадағы бір немесе
бернеше компоненттерді абсорбент (сіңіргіш) бойына сіңіру арқылы
бөледі. Абсорбенті газдың белгілі сіңіргіш суыйқгықга еру жағдай-
ларына (температура, еріткіш бетіндегі парциал қысымы) қарай
таңдайды. Абсорбент таңдаудың негізгі шарты - бөлінетін газдың
сол сіңіргіш суыйқтықга температура мен қысымға байланысты
ерігіш-тігі. Газдың құрамына қарай абсорбентті таңдап алады.
Абсорбент есебінде бензинді, керосинді немесе соляр дистиллятын
қолданады. Көмірсутектер ауыр болған сайын олардың абсорбентте
ерігіштігі жоғары. Еріген көмірсутектердің мөлшері қысымның
141
өсуімен Генри заңына сәйкес және температураның төмендеуімен
көбейеді. Генри заңына сәйкес сұйықтағы газдың ерігіштігі, оның
будағы сыбағалы қысымына сұйық бетіндегі тура байланыста.
Температура тұрақты болғанда, қысым абсорбцияға көмектеседі.
Температураның өсуін газдың сұйықтағы еруін азайтады,
абсорбцияны баяулатады. Техно-логиялық қондырғыда газдан пропан
мен бутанды бөлуде темпе-ратураны 35°С жоғарылатпайды. Газдың
сұйықгықпен жұтылуы жылу бөліп жүреді.
Абсорбцияны колонна аппаратында жүргізеді, мұнда газ бен
сұйық фазаның жанасуын табақшалар немесе отырғыш арқылы іске
асырады (17 сурет). Ең көп тараған қақпақты және торлы табақша-
лары бар абсорберлер. Екеуінде де табақшада сұйық қабат болады,
одан газ бүлкілдеп өтеді.
газдың шыіуы
17-сурет. Фракциялайтын абсорбер колоннаның қондырғысы.
Абсорбцияны салыстырмалы төменгі температурада (ЗО-4О°С)
және жоғары қысымда (1,0-5,0 МПа) жүргізеді. Ілеспе газ тазалау
құрал-жабдығынан өткеннен кейін компрессорларға түседі, онда бір
142
немесе екі сьну дәрежесінен өтіп абсорбердің төменгі бөлігіне
беріледі, ал жоғарыдан абсорбент беріледі. Бензинсізденген газ
абсорбердің жоғары жағынан шығып, компрессияланған майдан
тазару жүйесінен өткеннен кейін пайдаланушыға беріледі. Абсорбент
негізінен пропан және одан жоғарғы көмірсутектерін және аздап
метан мен этанды жұтады. Қаныққан абсорбент абсорбердің астынан
шығады да желдетушіге түседі, мүнда қысымның төмендеуінен
метан және этан бөлінеді. Желдеткіштен кейін қаныққан абсорбент
жылуалмастырғыштан, бумен қыздырғыштан өтіп десорберге жібері-
леді, мүнда жұтылған көмірсутектері бөлінеді.
Адсорбциялық әдісті бөліп шығаратын көмірсутектер компо-
ненттердің мөлшері 50 мг/м3 аспайтын қоспаларды және құрамында
ауа болатын газдарды бөлу үшін қолданады. Әдістің негізгі мәні
кеуек қатты заттардың, активтелген көмір, силикагель, молекулалық
тор сияқгы, өздерінің беттерінде әртүрлі көмірсутектерді адсорбция-
лануына негізделген.
Ауыр КС адсорбснттің бетінен аса қыздырылған бу арқылы
кетіріп, оны жинап, конденсациялайды
Адсорбцияланған көмірсутектер молшері адсорбент және ад-
сорбцияланушы заттар табиғатына, газ құрамына, яғни басқа компо-
ненттердің адсорбциялануына, процестің температурасы мен қысы-
мына байланысты.
Ректификация — бөлу процесінің соңғы сатысы. Ол өте таза жеке
көмірсутектерді алу үшін колданылады.Ректификацияға газдан бөлін-
ген сұйықгықты ұшыратады. Бұл ректификацияның ерекшелігі -
қайнау температуралары өте жақын өнімдерді бөліп жоғары дәреже-
дегі таза өнімдерді түзіп алу. Шикізаттың түріне қарай газофрак-
циялық қондырғылар (ГФҚ): конденсацилық-компрессиялық, абсорб-
циялық қондырғыларға бөлінеді. Газдан бөлініп шыққан сұйық көмір-
сутектер қоспасы соңынан фракцияларға немесе жеке көмірсутектерге
ректификациялық колонналарда бөлінеді. Газ қоспасын алдымен сыға-
ды және суытады. Сығылған газдар ректификацияның ерекшелігі -
жоғары қысымда колоннада жүреді. Мысалы изобутанды 40°С конден-
сирлендіру үшін колоннада қысым 0,52 мПа-дан төмен болмау керек.
143
5тарау. М¥НАЙ ӨНДЕУІНЩ НЕГІЗГІ
СХЕМАЛАРЫ
Мұнай өндеу заводтардың технологиялық процестерін екі топқа
боледі: физикалық және химиялық (32 кесте).
Физичкалық процестер арқылы мұнайды құрамындағы компо-
ненттереді химиялық өзгеріссіз бөліп шығарады. Оларға айдау,
экстракция, адсорбция, абсорбция, кристалдану және т.б процестер
жатады. Химиялық процестерде мұнайдың өндеуіне бастапқы шикі-
заттың құрамында болмайтын жаңа өнімдерді химиялық өзгерістер
арқылы алады.
Химиялық процесстерді активтендіру әдістері бойынша термия-
лық және термокаталитикалық процестерге боледі. Химиялық өзге-
рістердің түріне байланыста үш топқа бөлінеді:
1.	Деструктивті процестерде шикізаттағы қосылыстардың
ыдырау арқылы төменмолекулалық көмірсутектер және тығыздану
процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі;
2.	Гидрогенді процестер сырттан жіберілетін немесе процес-
тердің өзінде түзілетін сутектің қатысуымен жүреді;
3.	Тотықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен
(ауадағы оттегімен, су буымен, көміртек диоксидімен, күкірт оксид-
терімен және т.б.) көміртек оксидтерін, сутегі, элементті күкірт битум
және т.б. түзе жүреді
Мұнай өндеудің басты процесі - (ЭТҚ - электртұзсыздантыру
және сусыздандыру қондырғадан кейін) атмосфералық айдау (АТ-
атмосфералық айдау қондырғыларда) процесі болып табылады. АТ-да
отын фракцияларын (бензин, шам керосині, реактивті және дизель
тотындары) және қазандық отынның компонеті немесе терең өндеу
шикізаты ретінде қолданатын мазутты бөліп шығарады.
Атмосфералық айдаудың отынды фракцияларын ары қарай
жақсартуға ұшыратады: гетероатомды қосылыстардан гидротазалау,
каталитикалық риформинг арқылы - бензиндердің сапасын жоғарла-
ту және мұнайхимияның шикізаттарын - жеке ароматты көмірсу-
тектерді (бензол, толуол, ксилолдар және т.б.) бөліп алу.
Вакуумды айдау арқылы мазугган (ВТ - вакуумдық айдау
қондырғысында) мотор отындар компонентерін алатын шикізаты -
вакуумды газойлдің кең фракциясын (350-500°С), немесе кейінгі
тазалау процестеріне жіберілетін (селективті тазалау, депарафиндеу
және т.б.) - жіңішке дистиллятты май фракцияларын алады.
144
Вакуумды айдаудың қалдығы - гудроннан қалдық майларды
немесе терең өндеу арқылы қосымша мотор отындар мөлшерін, мұ-
най коксын, жол және құрылыс битумдарын алады немесе қазандық
отын ретінде жұмсайды.
Мұнайды МӨЗ-да «арналы схема» деп аталатын технологиялық
процестердің белгілі тізбегі бойынша өндейді. Шартты түрде бұл
процестерді мына топтарға бөледі:
-	Біріншілік өндеу (тұзсыздандыру және сусыздандыру, мұнай-
дың атмосфералық және атмосфералы-вакуумды айдау, бензиндердің
дизельді және май фракцияларының екіншілік айдау);
-	термиялық процестер (термиялық крекинг, висбрекинг, кокс-
теу, пиролиз);
-	термокаталитикалық процестер (каталитикалық крекинг және
риформинг, гидротазалау, гидрокрекинг);
-	мұнай газдарын өндеу процестері (алкилдеуе, полимерлеу,
изомерилеу);
-	майлар мен парафиндерді өндіру процестері (деасфальттау,
депарафиндеу, селективті тазалау, адсорбциялық және гидрогендеу
қосымша тазалау);
-	битумдар, жағар майлар, присадкалар мұнай қышқылдарын,
техникалық көміртектің шикізатын алу процестері ;
-	ароматты көмірсутектерді алу процестері (экстракция, гидро-
деалкилдеу, деалформинг, диспропорциалау).
Мұнай өндеуінің үш негізгі жолы бар: отын алу, отын және май алу,
мұнайхимиялық жолы
Отын алу варианты бойынша мұнай негзінен моторлы және
қазандық отындарға өндіріледі. Мұнай терең емес және терең өндейді.
Терең емес өндеуінде мотр отындардың яғни мөлдір фракция-
лардың шығымы 60%-тен аспайды және қазандық отынның шығымы
жоғары болады. Мұнайдың терең емес отын алу варианты өндеуге
қатысатын технологиялық қондырғылырдың саны ең аз және капи-
талдық қаржы бөлу жағынан ең арзан болып табылады. Негізгі
кемістігі мұнай өндеу тереңдігі төмен (50-55%) болуы.
Егер өндленетін мұнай немесе мұнайлар қоспасының құрамына
қарай жоғары сапалы автомобилді және реактивті бензиндер, дизель
отынды алуға мүмкіншілік болса, онда мұнайды терең өндеу процес-
теріне ұшыратып қазандық отыңцардың шығымын минимумға
түсіреді. Мұнай өндеу тереңдігін 90%-ге дейін жеткізуге болады.
Бұл жағдайда екіншілік процестер - әдетте каталитикалық крекинг,
каталитикалық риформинг, гидрокрекинг, гидротазалау арқылы -
ауыр фракцияларынан жоғары сапалы отындар алады.
145
Отын және май алу жолы. Мұнайды отын және май алу
мақсатында шикізат ретінде тікелей айдау қалдығы (мазут) (> 350 °С)
қолданылады. Оны вакуумдық айдау нәтижесінде шыққан вакуумдық
газойль фракциясын - отын алу схемасы, ал май фракцияларын - май
алу схемасы бойына өндейді
Мұнайхимиялъщ (комплексті) вариант бойынша мұнайдан жоға-
ры сапалы отындар және жағар майлар мен бірге ауыр органикалық
синтездің шикізаттарын, азотты тынайтқыштар, синтетикалық кау-
чук, пластмассалар, жасанды талшықтар, жұғыш заттар, майлы қыш-
қылдар, фенол, ацетон, спирттер, эфирлер және т.б. химиялық заттар
алатын күрделі физико-химиялық процестер жүргізеді.
Сондықтан өндеудің мұнайхимиялық жолы күрделі технология-
лық схемалардың тіркесімдерінен тұрады және өте үлкен капиталдық
қаржылылығымен сипатталанады.
Төменде мұнай өндеуінің отын және отын-май варианттары
және арналы жалпы схемалары келтірілген.
Біріншілік айдау және мөлдір фракцияларын жақсарту қондыр-
ғылар мен қатар МӨЗ-дің құрамын әдетте гидрокрекинг, катали-
тикалық крекинг және кокстеу қондырғылары кіреді. Каталитикалық
крекинг және кокстеу арқылы түзілген жеңіл қанықпаған көмірсутер-
дің негізінде автомобиль бензиңцердің жоғары октанды компонент-
тері - алкилат немесе метил-трет-бутил эфирін алады (МТБЭ).
Майлардың өндірісіне гудронды деасфальттау, май дистил-
ляттарын және деасфальтизаттарын селективті тазалау, рафинаттарды
депарафиндеу, гидротазалау, тазартылған дистиллятты және қалдық
майларды присадкалармен араластыру.
5.1.	Мүнай өндеу процестерінің технологиялық
схемалары
32 кесте.
Технологиялық процестердің жіктелуі
Процестер тобы	Процестің аталымы
1	2
А. Физикалық	
	1. Тұзсыздандыру және сусыздандыру. 2. Атмосфералық және и вакуумды айдау.
146
Жалғасы
1	2
	3.	Сольвентті деасфальтгау. 4.	Полюсті еріткіштермен экстракциялық жақсарту. 5.	Кристалдау арқылы депарафиндеу: -	адсорбциялық -	карбамидті
В. Химиялық	
1. Деструктивті	
Каталитикалық	1.	Каталитикалық крекинг 2.	Алкилдеу 3.	Полимерлеу
Термиялық	1.	Термиялық крекинг және висбрекинг 2.	Кокстеу 3.	Пиролиз
2. Гидрогенді	
Каталитикалық	1.	Г ңдрожақсарту 2.	Гидрокрекинг 3.	Гидрокаталитикалық риформинг 4.	Гцдроизомерлеу 5.	Гцдродепарафиндеу 6.	Гидродеароматтау
Термиялық	1.	Гидровисбрекинг 2.	Гидропиролиз 3.	Донорлы-сольвентті крекинг
3. Тотықтыру	
Каталитикалық	1.	Производство водорода и синтез газов 2.	Производство элемснтарной серы 3.	Демеркаптанизация
Термиялық	1.	Битум өндірісі 2.	Пектер өндірісі 3.	Көмірлер мен кокстерді газдау
147
Мунайды өндіру, кәсіптік даярлау және өндеу жалпы схемасы
Еюніш.тік оңдеу Мұнайды бірінііплік	| Мүнай
Сүсы.5дандырү мен
148
Отын алу үшін мұнайды өндеудің қысқаша сызба-нүсқасы
149
Мұнайды отынжәне май алу мақсатында өңдеудің
қысқаша сызба-нұсқасы
150
Мунайды отын және май алу мақсатында өңдеудіц жалпы
схемасы
ЭТҚ-да
даяр-
ланған
мұнай
Отын варианты
Нафта
(лигроии)
(120-180 °С)
Жеңіл газойль
(240-350 °С)
Тікелей айдалатыи беи-
зии (32-120 °С), о.с. 65
Жеңіл көмірсутек
газдары, бутанға
дейін (<32 °С)
Г азофракция.іач
Казалиіика.іык.
риформимг
Керосин (180-240)°С
Тікелей айдаудың калдығы
(мазут) (> 350 °С)
Автойензиай
компаундіау
Риформат-
бензин о.с.
89 кем емес
Гидрлта іапау
( 1
| Авиакеросин
Гидротазалах
Дизель отыны
Май варианты
151
5.2.	Мүнай компонснтгсрін бөлу әдістері
Мұнай құрамы күрделі болғандықтан оны компоненттсрге бөлу-
ге түрлі әдңстерді колданады. Оларға: айдау, ректификация, вакуум-
дық айдау, адсорбция, абсорция, 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 температу-
расынан төмен температураға дейін суытсақ, ол сұйыққа айналады.
Мұнайды айдап құрам бөліктеріне бөлу әдісі осыған негізделген.
Типті араб сөзі “паГаіһа”-мұнай- қайнау деген ұғымды береді.
Мұнайды айдау аппаратында қыздырады. Сұйықтың темпера-
турасы 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 градусқа көтерсек мұнай-
дан қайнау температурасы 80-105°С аралықта жататын келесі фрак-
ция - құрамында С7 бар көмірсутектер-ұшып шығады. Осылай темпе-
ратураны 350°С-ға дейін көтере отырып мұнайды басқа да құрам
бөліктеріне бөлуге болады.
Ректификация - екінші айдау - мұнайдан қайнау температура-
лары өзара біршама жақын жататын фракцияларды алу үшін қолда-
нылады.
Екіншілік айдау арқылы автомобильдер мен авиа-жанармай-
ларын - бензин фракцияларын алу үшін пайдаланады. Бензин фрак-
цияларынап ары қарай ароматтық көмірсутектер - бензол, толуол
және т.б. алуға болады.
Вакуумдыц айдау. Атмосфералық қысымда айдағанда қалдық
ретінде мазут бөлінеді. Мазут 350°С-тан жоғары температурада айда-
лады. Вакуумдық айдаудың негізі болып мына қағида саналады: қы-
сым азайған сайын сұйықтықтың қайнау температурасы төмендейді.
Вакуумдық айдау арқылы мазуттан қайнау температуралары
350-500°С аралығында жататын фракциялар алынады (18 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
152
сұйықта қалады. Осылай мұнайды құрам бөліктеріне бөлуге болады.
Қазіргі кездегі адсорбциялық қондырғылар хроматографияға негіз-
делген. Хроматографияның ыгыстырушы және элюенттік деген
түрлері бар.
18-сурет. Мазутты вакуумдық айдау фракциялары.
Адсорбция - фазалар бөлу беттерінде жүретін бір компоненттің
екінші компонентке сіңуі.Адсорбент (адсорбтеуші зат) — өзінің сырт-
қы бет қабатына басқа затты сіңіріп алатын зат (әдетте қатты 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 қатар ішкі колем бойынша басқа
затты сіңіріп алатын зат (әдетте сұйық заттар).
Десорбция - адсорбцияға кері процесс. Хемосорбция - адсор-
бент және адсорбат (адсорбентке сіңетін зат) молекулалар арасында
химиялық әреккеттесу арқылы жүретін адсорбция процесі.
Хемосорбция - екі фазаның бөлу бетінде жүретін химиялық
реакция деп қарастыруға болады.
Абсорбция әдісі бойынша газ-ауа қоспадағы бір немесе бернеше
компоненттерді абсорбент (сіңіргіш) бойына сіңіру арқылы бөледі.
Абсорбентті газдың белгілі сіңіргіш суыйқтықта еру жағдайла-
рына (температура, еріткіш бетіндегі парциал қысымы) қарай таң-
дайды.
153
Абсорбент таңдаудың негізгі шарты - бөлінетін газдың сол сіңір-
гіш суыйқтықта температура мен қысымға байланысты ерігіштігі.
Адсорбция әдісі. Газ қоспасының құрамындағы белгілі бір ком-
понентті таңдамалы түрде өзінің бетіне сіңіретін кеуек қатты заттар
қасиеттеріріне негізделген. Капиллярлық құрылымды кеуек қатты
заттарда беттегі адсорбциямен бірге капиллярлық конденсация
құбылысы да жүзеге асады. Адсорбент ретінде активтелген көмір жиі
колданылады. Әдетте ол газдарды органикалық булардан тазартуға,
жағымсыз иістерді, газ тәрізді қоспаларды және ұшқыш компонент-
терді жоюға жұмсалады
Адсорбенттер ретінде активтелген көмірге қарағанда сонымен
қатар таңдамалы қабілеттері жоғары жай және комплексті оксидтер
пайдалыналады - активтелген глинозем, силикагель, активтелген алю-
миний оксиді, синтетикалық цеолиттер және молекулярлық торлар.
Крекинг. Бұл термин (сгаскіп§) 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
қысқа - құрамында С2-ден Сів-дейін көміртегі бар - компоненттерге
ыдырайды. Құрамында С8-Сю бар көмірсутектер бензин фракциясын,
ал С15 бар көмірсутектер дизель фракциясын құрайды. Термиялық
крекинг кезінде үзілген молекулалар қалдықтарының рекомбина-
циялануы 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 шығымып арттыру болып саналады
Үзын молекулалар көмірсутектердін (КС) қысқа молекулала-
рына ыдырау процесі. Крекинг нәтижесінде мұнайда химиялық
өзгерістер жүреді - КС құрылымы өзгереді.
Катализаторлардың әсерінен крекинг күшейеді.
С16Н34 —» С8Н18 + с8н16
гексадекан октан октен
с8н18 -> с4н10+ с4н8
октан бутан бутен
154
С4Н10 —» СгНб + С2Н4
бутан этан этилен (этен)
Пиролиз деп затты тотықтармай-ақ термиялық жолмен ыдырату
және өзгеріске ұшырату процестерін айтады. Пиролиз өте бағалы
олефиндерді - қанықпаған көмірсутектер (КС) алуға негізделген. Ши-
кізат ретінде парафинді КС колданылады. Пиролизге табиғи, қосалқы
газдар және мұнай өнімдері ұшырайды.
Экстракция. Белгілі еріткіште мұнай құрамындағы компонент-
тердің әркелкі еруіне негізделген. Экстракцияны сатылы әдіспен жүр-
гізеді. Сонда бөлініп алынған әрбір фракцияның құрамында крити-
калық температуралары бір-біріне жуық, олай болса құрылысы өзара
ұқсас заттар жинақталады.
Ерітіндімен араласпайтын органикалық еріткіш арқылы ерітінді
құрамындағы бір компонентгі шығарып алуға негізделген әдіс.
Экстракцияның негізгі мақсаты - су фазасынан органикалық
фазаға белгілі компонентгі толық өткізу. Бұл әдістің ерекшеклігі:
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. Крис-
талдануды ерітіндіден белгілі еріткіште мұздатып түсіру арқылы
жүргізеді. Сонда еріткіш бөліп алынатын заттар үшін, мүмкіндігінше,
бір мезгілде еріткіш және тұнбаға түсіруші зат болуы тиіс.
Еріткіш ретінде сұйық пропан, көмірсутектердің галогентуын-
дылары, этил мен изоамил спирттерінің қоспасы, ацетон мен толуол-
дың қоспасы, этил эфирі, т.б. пайдаланылады.
Еріткіштен кристаллизациялау процесін бірнеше рет қайталай
отырып тазалығы өте жоғары қатты заттар алуға болады. Парафиндер
мен церезиндерді зерттегенде сатылап кристалдау әдісін пайда-
ланады.
5.3.	Мұнайды айдау
5.3.1.	Мұнайдың ректификациясы
Атмосферальщ қысымда жұмыс істейтін құбырлы қондырғы-
ларда мұнайды айдағанда одан мөлдір дистилляттар түзіледі. Атмос-
фералық қысымда айдағаннан кейін пайда болатын қалдық зат ол
мазут. Мазут — 330-350°С-тан жоғары температурада айдалатын
155
фракция. Мұндай қондырғыларды атмосфералык, қубырлы қондыргы
(АҚҚ) деп атайды.
ЭТҚ қондырғысында сусыздандырылған және тұзсыздандырыл-
ған мұнай насос арқылы жылуалмастырғышқа жіберіледі. Онда
мұнай 220-230 °С температураға дейін қыздырылады да, ары қарай
ректификациялық колоннаға (РК) жіберіледі
Атмосфералық қысымда біріншілік айдау барысында мынадай
өнімдер түзіледі:
1.	Негізінен пропан мен бутаннан тұратын сыгылган (суйъщқа
айналдырылган) газ. Құрамында газ мол мұнайды өңдегенде пропан-
бутан фракциясы айдау қондырғысынан сұйық түрінде ғана емес,
сонымен бірге газ түрінде де бөлініп шығады.
2.	Бензин фракциясы 30-180°С аралығында айдалады. Бензин
фракциясын автобензиннің компоненті түрінде, каталитикалық ри-
форминг қондырғысының қажетті шикізаты есебіндс пайдаланады.
3.	Керосин фракциясы 120-315°С аралығында айдалады. Реак-
тивті авиация двигательдерінің жанармайлары, шарық шаммайла-
рында, тракторлық карбюраторлық двигательдердің отыны ретінде
қолданылады.
4.	Дизелъ фракциясы 180-350 °С аралығында айдалады. Бұрын-
дары дизель фракциясын атмосфералъщ газойлъ деп атаған. Бұл
фракцияны автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарда, теңіз
және өзен кемелерінде орнатылған дизель двигательдерінің жанар-
майы ретінде пайдаланады.
5.	Мазут - мұнайды атмосфералық қысымда айдағанда түзілетін
қалдық. Оның бастапқы қайнау температурасы 330-350°С. Мазут
термиялық крекингтің шикізаты болып саналады және отын ретінде
де пайдаланылады.
Мазутты өңдегенде түзілетін вакуумдық дистиллят 35О-5ОО°С
температурада айдалады және каталитикалық крекинг пен гидрокре-
кингтің шикізаты ретінде қолданылады. Бұл фракцияны кейде
вакуумдъщ газойлъ деп те атайды.
6.	Гудрон - мазутты вакуумдық айдау кезінде қалатын қалдық,
ол 500°С-та айдалады. Гудрон тұтқырлығы жоғары, 30-40°С-та қатып
қалатын өнім болып саналады. Оны термиялық крекинг, кокстеу,
битум мен тұтқырлығы жоғары майлар өндіруде пайдаланады.
Ректификациялық колонна
Ректификациялық колонна деп арнайы қондырғылармен -
ректификацияльщ табақшалармен немесе насадкамен - қамтамасыз
етілген вертикаль цилиндр тәріздес мұиайды айдап өңдеуге арналған
156
аппаратты айтады (19 сурет). Табақшалар мен насадка колоннаның
бойымен көтерілетін будың төмен қарай ағатын сұйықпен тығыз
жанасуын қамтамасыз етеді.
19-сурет. Мұнайдың ректификациясы.
Ректификациялық колоннаның жоғарғы жағынан төмен жатқан
тәрелкелерге үнемі сұйық (флегма) ағып түсіп жатады (сурет). Дайын
өнімнің бір бөлігі (ректификат) конденсацияланғаннан кейін байы-
тылган сүйық (суармалау) түрінде жоғарыдағы тәрелкеге қайта-
рылып отырады. Колоннаның төменгі жағынан бу үздіксіз жоғары
қарай көтеріліп отырады. Колоннада бу ағымын үнемі тудырып оты-
ру үшін колоннадан шығарылатын қалдықтың бір бөлігі қыздырылып
буға айналдырылады да колоннаға кері қайтарылып отырады.
Ректификациялау тізбектерінің құрылымы және әрекеті,
олардың түрлері. Қарапайым және күрделі қоспаларды ректифика-
циялау периодты немесе үздіксіз жұмыс жасайтын тізбектерде іске
асырылады. Мерзімді (периодты) жұмыс жасайтын тізбектер өнімді-
лігі төмен қондырғыларда көп мөлшердегі фракцияларды алу және
бөлудің жоғарғы нақтылығы қажет болған жағдайларда қолданады
(20 сурет).
Шикізат айдаушы кубка 1 оның диаметрінің 2/3 биіктігіне дейін
түседі, онда тұйық газдың буымен қыздырылады. Ректификациялық
қондырғының жұмыс атқаруының бірінші кезеңінде қоспаның ең
ұшқыш компонентін шығарып алады, мысалы, бензолдық басты, одан
соц ауа температурасын көтермеле отырып, қайнау температурасы
157
жоғарырақ компонентгі алады (бензол, толуол және т.б.). Өте жоғары
температурада қайнайтын қоспалар кубта қалады және кубтың
қалдығын қалыптастырады. Ректификациялау процессі аяқталғаннан
кейін, ол қайтадан шикізатпен толтырылады және ректификациялау
қайтадан басталады. Кезеңдік процесі жылудың көп шығындылы-
ғымен және қондырғының төмен өнімділігімен шартталады.
20-сурет. Периодты жұмыс
жасайтын қондырғының
принципті схемасы:
1	- айдаушы кубы,
2	- ректификациялық
қондырғы,
3	- конденсатор-тоңазытқыш,
4	- аккумулятор,
5	- тоңазытқыш,
6	- сораптар.
Үздіксіз әрекеттегі қондырғыда (21 сурет) аталып өткен көп
кемшіліктер жоқ. Мұндай қондырғының принципті схемасы суретте
көрсетілген. Шикізат жылу алмасу бөлімінен 1 қыздырушыға 2 түседі
және әрі қарай ректификациялау тізбегінің 3 әр түрлі деңгейіне
түседі. Төменгі фракцияларды 4 қайнатушыда қыздырады және содан
соң қайтадан ректификациялау тізбегіне түсіреді.
21-сурет. Үздіксіз әрекеттегі
қондырғының принципті
схемасы:
1	- жылуалмастырғыш,
2	- қыздырғыш,
3	- ректификациялық
колонна,
4	- қайнатушы,
5	- конденсатор-тоңазытқыш,
6	- аккумулятор.
158
Бұл жағдайда ең ауыр бөлік қайнатушыдан тізбектің төменгі
жағына түсіріледі, және сұйық тұнбамен бірге, әрі қарай ауыр
фракцияларды өңдеуге жіберіледі. Ал жеңіл фракциялар жоғарыдан
тоңазытқыш - конденсаторға түсіп, және әрі қарай 6 аккумулятордан
ішінара кері тізбекке суландыру үшін түседі, ал ішінара жеңіл
фракцияларды әрі қарай өңдеу үшін жіберіледі.
Алынатын өнімнің санына байланысты, ректификациялау тіз-
бектері қарапайымды және күрделі болып бөлінеді. Біріншіден,
ректификациялауда екі өнім алынады, мысалы жанармай және
жартылай мазут. Екіншілері үш және одан да көп өнімдерді шығаруға
бағытталады. Олар бір бірімсн жалғас қосылған қарапайым тізбек-
терді сипаттайды, олардыц әрқайсысы өзіне түсетін қоспаны екі
компонентке бөліп отырады.
Әр бір қарапайым тізбекте айдап шығаратын және концентра-
циялайтын секциялар болады. Айдап шығаратын немесе бумен
өңдейтіп секция шикізатты ендіретін жерден төмен орналасады.
Бөліну үшін ыдысқа берілетін шикізат қоректендіру ыдысы деп
аталады. Айдап шығаратын секцияның мақсатты өнімі болып, сұйық
қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту секциясы қорек-
тендіру ыдысының үстінде орналасады. Бұл секцияның мақсатты
өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау тізбегінің
концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және
жылу беру (қайнатушы арқылы), немесе айдап шығу секциясына
өткір су буын ендіру қажет болады.
Ректификациялық колоннада әр табақша арқылы 4 ағын өтеді:
1.	Жоғарыда орналасқан тәрелкеден төмен ағатын сұйық-
флегма;
2.	Төменде орналасқан тәрелкеден келетін бу;
3.	Төменде орналасқан тәрелкеге ағатын сұйық-флегма;
4.	Жоғарыда орналасқан тәрелкеге көтерілетін бу.
Рекфтификациялық коллоннаның құрылысы жоғары көтерілетін
будың жартылай конденсациялануына, сөйтіп табақшаларда жина-
луына мүмкіндік береді. Жиналған сұйық фракция арнайы ағын
арқылы төмен ағып кетеді. Қалған бу түріндегі өнімдер сұйық арқы-
лы өтіп, жоғары көтеріледі.
Көтерілу булары мен төмен түсетін сұйық (флегмамен) арасын-
да жанасуды қамтамасыз ететін құрылымның ішкі құрылысына
сәйкес ректификациялау тізбектері қондырылмалы, табақшалы, ро-
торлы және т.б. болып бөлінеді. Қысымға байланысты олар жогаргы
қысымдық ректификациялау, атмосферальщ және вакуумдық
тізбектеріне бөлінеді.
159
Біріншілері мұнайды және жанармайды тұрақтандыру, және
оларды крекинг қондырғыларында газофракциялауда және гидроге-
низациялауда қолданылады. Атмосфералық және вакумдық ректифи-
кациялау тізбектері, негізінде, мұнай қалдықтарын, қалдық мұнай
өнімдерін және дистилляторларды айдауда қолданылады.
Бұларды және сұйықтарды біркелкі бөлу үшін қондырмалы тіз-
бектерде қондырғы ретінде шарлар, призмалар, пирамидалар,
цилиндрлер (әртүрлі материалдардан жасалған) - әдетте тығыздал-
ған көмір шаңынан жасалынады, олардың сыртқы диаметрлері 6 дан
70 мм дейін және бетінің ауданның көлеміне қатынасы 500-ден
бастап жоғары.
Қондырғыны себу арқылы арнаулы табақшаларға орнатады,
олардың бу және флегманның ағып өтуі үшін тесіктері болады (19,
22 суреттер).
Қондырғыларды қолданудың мақсаты болып, бірін-бірі қаныс-
тыру үшін флегма мен булардың бір-бірімен жанасу ауданын ұлғайту
болады.
Қондырмалы тізбектің дұрыс жұмыс атқаруы үшін өте мәнді
болып ағып түсетін флегма мен булардың тізбекті көлденең кесу
бойынша біркелкі таралуы болады. Бұған жақсы әсерді қондырғы
денесінің біркелкілігі, жоғары шығатын бұлар ағымының мүмкін
болатын ең үлкен жылдамдығы, қондырғы қабаттарының біркелкі
бөлінуі және тізбектің қатаң түрдегі тіктігі тигізеді.
Тәжірибеде мүмкін болған булар мен флегмалардың алғашқы
біркелкі бөлінуі бұзылады, себебі бу сұйықты тізбек қабырғасына
шығаруға және қондырғының ортасы арқылы жылжи отыруға
ұмтылады. Осыған байланысты, қондырғы бірнеше қабатқа бөліне-
ді, ал қондырғылар орналасатын табақшалардың арнаулы конструк-
циясы болады, олар қайтадан ағымдарды қондырғынын әр - бір
қабатынан кейін біркелкі қайта бөлуге мүмкіндік жасайды. Қондыр-
малы тізбектерді пайдаланудың тиімділігі өте жоғары болады,
дегенмен де колайсыздықтар да бар: қондырғыны кезең-кезенде
тізбектен шәйірлік бөлшектерден бірте-бірте оларды қамтып алатын
және оның сулануын төмендететін тазарту үшін шығарып алып
отыру керек, сонымен қатар қондырмалы тізбектерді қолдану будың
белгілі бір қысымын және түсетін флегманың мөлшерін ұстай тұру
үшін өте қатаң талаптарды алға қояды.
Тізбекте будың қысымы төмендеуде флегманың ағып түсуі
жылдамданады және бу мен сұйықтың бірімен - бірінің жанасу беті
күрт төмендсйді. Будың қысымының өсуінде флегманың ағып түсуі
баяулайды, бұл оның қондырғының жоғарғы қабатында жинақта-
160
луына және будың тізбектің төменгі жағында жабылып қалуына
келтіреді (тізбектің «булығуына»). Бұл бу қысымының тізбектің
төменгі жағында одан да әрі көтерілуіне алып келеді және қиын сәтте
бу флегма арқылы тізбектің жоғарғы бөлігіне өтеді. Тізбектің «булы-
ғу» салдарынан бу мен сұйықтың жанасу бетінің күрт төмендеуі орын
алады.
Табақшалы тізбектерде (22 сурет) бу ағымымен флегманың
жанасу бетін көтеру үшін қондырғының орнына арнаулы құрылым-
дағы көптеген табақшаларды қолданады. Флегма табақшадан табақ-
шаға төмен жіберетін құбырлар арқылы ағып түседі, бұнда аралықтар,
табақшадағы сұйық қабатының тұрақты деңгейін қамсыздандырып
тұрады. Бұл деңгей қалпақтар шеттерін флегмаға салынған жағдайда
ұстап тұрады. Аралықтар келесі табақшаға ағып түсу үшін түсетін
флегманың артық мөлшерін ғана жібереді. Табақшалы тізбектің әрекет
принципі - бу мен флегманың бірін-бірінің қанықгыруы саналады -
бу қысымымен флегма қабаты арқылы төменнен жоғары қарай әрбір
табақшаға өту есебінен. Будың флегмадан өте майда көпіршік ретінде
өтуі есебінен бумен сұйықтың жанасу беті өте биік болады.
22-сурет. Ректификациялық колоннадағы бу мен сұйықтықтың
қалпақты табақшалар арқылы контакттілеуі.
Табақшалар құрылымы сан алуан келеді. Торлы, шарбақты,
каскадты, клапанды, инжекционды және комбинацияланған табақша-
лар қолданылады. Табақшалар құрылымын нақты технологиялық
талаптарға байланысты таңдайды.
Қазіргі кезде мұнайды өңдеу үшін пайдаланылып жүрген қон-
дырғыларда қарапайым колонналармен бірге күрделі колонналарда
қолданылып жүр. Күрделі колонналар бірнеше қарапайым колон-
налардан құралған. Мысалы бүйірінен шығарылған айдау секция-
ларлы күрделі ректификациялық колонналар (23 сурет).
161
23-сурет. Бүйірінен шығарылған
айдау секцияларлы күрделі
ректификациялық колоннаның
сызбанүсқасы.
I — шикізат, II - ректификат,
III, IV, V - бүйірінен шығарылған өнімдер,
ҮІ-қалдық, ҮП-субуы.
Мүнайдың өндеу бағытына қарай өндірісте ректификация про-
цесін күрделі колонналардың әр түрлі комбинациялары іске асады.
Шикізаттардың және арадағы өнімдердің аусуына байланыты күр-
делі ректификациялық колонналардың, мысалы, тізбектелген және
асылмалы түрлері болады (24-сурет).
Тізбектелген колонналарда әр бір кейінгі колоннанаң ауыр өнімі
біржолы өткен колоннанаң флегмасы болып келеді (24 сурет, а).
Асылмалы колонналарда негізгі колоннаға оның әр түрлі деңгей-
лерінен тіркелген көмектес колонналарға қомымша тазалауға дис-
тилляттар келеді. Көмектес колонналардың қалдықтары қайтадан
негізгі коллонаға түседі (сурет 24, б)
24-сурет. а) колонналаррдың тізбектелген және, б) асылмалы схемасы.
162
5.3.2.	Мазутты вакуумды айдау
Мазутты төмендеу қысымда - 10-40 мм с.б.-нан төмен қысымда
афтмосфералық-вакуумдық қондырғының (АВҚ) вакуумды блогында
жүргізеді. Атмосфералы қысымда мазутты айдау тиімсіз, өткені
мазутгың қайнау температурасы 400-450°С-тан жоғары және бұл
жағдайда оның газдар мен кокс түзілу процесі жүреді. Жоғарыда
айтып кеткендей - төмен қысымда сұ»ықтықтың қайнау темпрату-
расы да төмендейді. Сондықтан мазуттың қайнау температурасын
төмендету үшін оны ваккумда айдайды. Мазуттың вакуумды айдау
процесі екі схема бойнша жүгізіледі:
-	бір ретті буландыру және фракцияларды бір колоннада бөлу
схемасы
-	екі ретті буландыру және айдалатын фракцияларды екі ва-
куумды колонналарда бөлу схемасы.
Мазуттың вакуумды өндеу нәтижесінде вакуумды газойлъ (ката-
литикалық крекингтің жэне гидрокрекингтің щикізаты) немесе май
фракциялары (селективті тазалау, депарафиндеу жэне гидротазалау
шикізаттары) жэне қалдық ретінде - гудрон (деасфалытау, вискре-
кинг қондырғыларынын және битум өндірісінің шикізаты) түзіледі.
350-500°С айдалатын вакуумды газойль алу мақсатында бір
реттілік айдау жеткілікті болып саналады. Май өндіру шикізатын ал
үшін мазутгы айдағанда екі колонналы вакуумды схема іске асыры-
лады. Бірінші колоннада кең майлы фракциясын алады, екіншісінде -
оны екіншілік айдау арқылы жіңішке май фракцияларына бөлеіп
шығарады.
Атмосфералық колоннадан 310-315 °С температурадағы мазут-
ты сорап арқылы қыздырғыш пешке жібереді, 410—420 °С-қа дейін
қыздырып, вакуумды колоннаға жөнелтеді. Бұл колоннада кең фрак-
ция мен ауыр фракция - гудрон бөлінеді. Май фракцияларын алғанда
кең фракция жылуалмастырғыштарда гудронның жылуымен қосым-
ша қыздырылып вакуммдық колоннада жіңішке фракцияларға рек-
тификация арқылы бөлінеді. Вакуумды қондырғыда арнайы сорап-
тардың (поршенді, роторлы жэне т.б.) көмегімен вакуум түзіледі.
Орташа вакуум (680 мм с.б. дейін) түзу үшін бір сатылы эжек-
торлар пайдаланады. Тереңдеу вакуум (40-70 мм с.б. дейін) көпса-
тылы аралық конденсаторлары бар булы эжекторлар арқылы түзіледі.
Өндірісте екіншілік өндеудің ЭТҚ-АВҚ (электр-тұзсыздандыр-
ғыш-атмосфералы-вакуумды қондырғылар) комплекстің комбина-
циясы жиі қолданылады. ЭТҚ-АВҚ қиыстырылған қондырғының тех-
нологиялық схемасы 25 суретте келтірілген.
163
25-сурет. ЭТҚ-АВҚ қиыстырылған қондырғының
технологиялық схемасы:
1 - жылуалмастырғыш, 2 - дегидраторлар, 3, 6 - ректификациялық колонналар,
4 - сепаратор, 5,9- пештер, 7 - буландыру колонна,
4, 8,14 - газосепаратор, 10 - вакуумды колонна, 11 — эжектор,
12 - конденсатор, 13 -тұрақтандыру колонна-стабилизатор,
15 - абсорбер.
120-140°С-қа дейін 1-жылуалмастырғышта қыздырылған мұнай
2 — дегидраторлар кешеніне келіп су, деэмульгатор және сілтінің
қатысуымен термохимиялық электросусыздардыру және тұзсыздан-
дыру процестеріне ұшырайды. Осылайша даярланған мұнай 220°С-қа
дейін жылуалмастырғышта қыздырылып 3 - колоннаға түседі. Жеңіл
фракцияны жылуалмастырғыш пен сепаратордан өткізіп осы колон-
наның жоғары жағынан шығарады, оның біраз мөлшері колоннаны
саурлану үшін алынады. Колоннаның төменгі жағынан қалдығы 5 -
пешке барып 330°С-қа дейн қыздырылады да 3 - колоннаға ыстық
сорғы, ал 6 - колоннаға шикізат ретінде жөнелтеді.
Колоннаның (6) жоғары жағынан ауыр бензин алынып, жылуал-
мастырғыш және 8 - газосепаратордан өтіп шығады, оның жарым -
жыртысы колоннаға суландырғыш ретінде оралады. Колоннаның
жанынан температуралық корректорлар және буландырғыш колонна-
лар арқылы аралық - 140-240°С, 240-300°С, 300-350°С температурада
айдалатын - фракциялар алынады. Колоннаның (6) төменгі жағынан
шығатын мазут 9-пешке барып 420°С-қа дейін қыздырылады да
40 мм с. б. сарқынды қысымды жұмыс істейтін 10-выкуумдық колон-
наға келеді.
164
Колоннаның жоғарғы жағынан шығатын су булары, газ тәрізді
өнімдер және жеңіл булар 12 - барометрлі конденсаторға барады,
конденсирленбеген газдар 11 - эжектормен сорып алынады. Колонна-
ның жанынан вакуумды айдаудың бүйірлі өнімдері, астынан - қалдық
ретінде - гудрон алынады. 3 және 6 колонналарда түзілетін бензиндер
13 - стабилизаторға барады. 4, 8 және 14 газосепараторлардан шыға-
тын газ 13 - колоннаның түрақтандырылған бензинімен суарланып
15 - абсорберге барады. Ал 15 түзілетін қүрғақ газ пештердің
форсункаларына жіберіледі.
165
6 тарау. ТЕРМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
6.1. Термиялык крекинг және пиролиз
Жоғары температураның әсерімен мұнайды өңдеуді термиялық
өңдеу процестері деп атайды. Оған күрделі көмірсутектерді жоғары
температура әсерімен қарапайым көмірсутектерге ыдырату (термия-
лық крекинг), ауыр мүнай қалдықтарын кокстеу (қортқылау),
құрамында қанықпаған көмірсутектер көп болып келетін газдар
қоспасын алу үшін жүргізілетін пиролиз процестері жатады.
Көмірсутектердің термиялық ыдырауы 380-400 °С-та басталады.
Күрделі реакциялардың - термиялық полимерлену мен конденсация-
лану - нәтижесінде қанықпаған және ароматты көмірсутектерден
шикі мүнайдың қүрамына кірмейтін заттар - көмірсутекті газдары,
сұйық мұнай өнімдерінің қосымша мөлшері, сонымен бірге мұнай
коксы (қатты көмірсутек қалдығы) түзіледі. Мұнай шикізатын тер-
миялық өндеу жүйелері шарттарға және тағайындалуына байланысты
крекинг, кокстеу және пиролиз аталымдарын алды.
Термиялык, крекинг. Шикі мұнайлардың ауыр фракцияларының
белгілі температурадан аса қыздырылуы жағдайында қосымша бөліну
икемділігі крекинг жүйесін пайдалануда үлкен жетістіктерге әкелді.
Мұнайдың жоғары температурада қайнайтын фракцияларының бөлі-
ну кезеңінде, С-С байланыстары бұзылады, сутегі көмірсутегі моле-
кулаларынан үзіліп, нәтижесінде бастапқы шикі мұнай құрамымен
салыстырғанда, түрлі өнімдер спектрі шығарылады.
Мысалы, 290-400 °С температура интервалында қайнайтын дис-
тилляттар, крекингтеу нәтижесінде газ, жанармай және ауыр шайірға
ұқсас қалдық өнімдерін шығарады. Крекингтеу жүйесі шикі мұнайдан
бастапқы айдау нәтижесінде құрылған аса ауыр дистилляттар мен
қалдықтарды деструкциялау жолымен жанармайдың шығарылуын
ұлғайтады.
Бүгінгі таңда қазіргі қозғалтқыштардың талаптарына сәйкес
келмейтіні және шығарылатын өнімнің төменгі сапалылығы үшін
(жанармай), термиялық крекинг басқа, мұнайды қайталау өндеудің
қазіргі әдістерімен шегерілген. Бүгінгі таңда термиялық крекингтің
жаңа құрылғыларын енді жаңадан орнатпайды, ал әрекеттегі құрыл-
ғыларды каталитикалық крекинг және басқа қазіргі жүйелер құрыл-
ғыларына қайта жабдықтайды. Ал термиялық крекинг негізінде кокс-
теу қондырғының дистиллятты шикізатын термодаярлау, оның бір
166
түрі - висбрекинг процесі ретінде іске асады. Висбрекинг - қазандық
отынның тұтқырлығын төмендету мақсатында мұнай шикізатын
термиялық өндеу процесі
Кокстеу немесе көмірді жартылай ңотрңылау және қорт-
қылау процесіне - ауасыз қыздыру арқылы жүретін термиялық дест-
рукция процестерін айтады. Жартылай қорқылау процесін 500-550°С,
ал қортқылау - 1100 °С дейін температураларда жүргізеді.
Термиялық крекингте қортқы көмірдің түзілуі әрекеттің терең-
деу мүмкіншілігін шектейді. Гудрон немесе мазут крекингінде ашық
түсті өнімдердің қозғалысы 35-40%-дан аспайды. Егер термиялық
крекингте өнімді зиянсыз санап, қортқы көмірдің түзілуінен қауіп-
тенбесе, ашық түсті өнімдердің шығуын көбейтуге болады.
Көмірді қортқылау - термиялық әрекеттердің бір түрі. Көмірді
қортқылау кезінде сутекті қатты қалдық - қортқы көмір - шығатын
негізгі өнім болып табылады. Сонымен қатар, қортқы көмірмен қоса-
жанармай, газойлдық коспалар мен газ алуға болады. Көмірді
қортқыпау арқылы ашық-түсті мүнай өнімдерінен басқа асфальт, май
өндірісінің қоспалары секілді өнімдер алынады. Мұнда тауарлық
сапасы жөнінен қортқы көмір өзгелерден жоғары болады. Шикізат
болып - жоғары молекулалық мұнай қалдықтары - гудрон, термия-
лық крекингінің қалдығы, асфальт және бояу-май өндірісінін
қоспалары мен пиролиз шайыры.
Шикізат сапасының негізгі көрсеткіші — көмір қортқылану-
шылығы, күкірт пен күл нақгылығы және кермектігі. Шикізатта
жоғары молекулалық шайырлы - асфальтты заттар неғұрлым көп
болған сайын, оның кокстелуі, яғни, қортқы көмірдің шығуы көбірек
болады. Егер кокстену 10 % тең төмен болса, онда пештің кокстену
әрекеті жүргізіледі, сондықтан кокстеу әрекетіне шикізатты дұрыс
таңдаған жөн.
Кокстеу өнімдерінің қабілеті. Газ - құрамы бойынша термия-
лық крекинг газына ұқсағанымен, онда олефинді көмірсутектер аздау
болады. Жанармай - құрамында шектеусіз КС болғандықтан, химия-
лық тұрақгылығы аз, октан саны - ОС - 68-72.
Мұнайлы кокс - электрод, абразивтік шикізаттар, көмірграфитті
шикізаттар алуға және басқа да көптеген салаларда қолданылады.
Кубте кокстеу - мерзімдік әрекет, негізінде, көп қолданыл-
майды. Кокстердің жартылай үзіліссіз жүйесі — қыздырылмайтын
кокс камерасында өтеді — баяулатылган кокстеу. Баяулатылған
кокстеу шикізатты құбыр пішіндес пешке 500 С дейін қыздырылады
және ол толық жылытылмаған тік цилиндрлік аппаратқа - кокс
167
камерасына жіберіледі. Шикізат камерада ұзақ жатады да бұрын
жинақталған жылу арқасында кокстеледі. Жұмыс камерасының жоға-
ры бөлігінен тазарту ағымы келеді. Реактор коксқа толған кезде,
шикізат тобы келесі камераға ауыстырылып, кокс босатылады.
Баяулатылған кокстеудың артықшылығы - кокс көп мөлшерде шыға-
рылады.
Кокстеу процесін 0,1-0,4 МПа қысымда және 470-540°С темпе-
ратурада жүргізеді
Пиролиз - жоғары бағалы олефинді көмірсутектерді алуға
негізделген жоғары температуралық процесс. Мұнай өндеудің тер-
миялық жүйесінің ең қатаңы болып табылады. Бастапқыда пиролиз
этилен өндіру үшін ғана қолданылған, қазіргі кезде пропилен, бута-
диен, бензол және басқа да өнімдер шығаруда кеңінен пайда-
лынылады. Бұл жүйедегі әрекет 750-900° С температурасында жүреді
және ол мұнай - химиялық синтез шикізаты — жоғары бағалы олефин
сутегін өндіруде қолданылады.
Олефин алуға негізделген пиролизге ең жақсы шикізат пара-
финді көмірсутегілер болып саналады. Қалыпты парафиндердің -
өзгеруінен: этан тұтастай этиленге айналады, пропан мен бутаннан
жоғары шығымымен этилен мен пропилен түзіледі, сутегі атомда-
рының саны 4-тен асатын парафинді көмірсутегіден 45-50% салмақ-
тағы этилен, пропилен, және шектеусіз С4 көмірсутегісі алынады.
Изопарафиндер пиролизінде газ түріндегі парафинді көмірсутегілер
пайда болады және оның қасиеттері ұқсас келеді. Орташа темпера-
турадағы пиролиз кезінде ароматты көмірсутегілер балласт болып
табылады, ал аса жоғары температурада белгілі дәрежеде кокс пен
шайыр түзеді.
Табиғи және серіктес газдар, сондай-ақ мұнай өндеу өнімдерін
пиролизге түсіруге болады. Табиғи газдардың құрамында 93-98 % ме-
тан, 2% дейін этан және 1% дейін пропан кездеседі. Пиролизге этан
мен пропан ғана қолданылатындықтан, табиғи газдар пиролиз үшін
төменгі бағалы шикізат болып саналады.
Серіктес газдар мен мұнайды тұрақтандырушы өнімдердің құра-
мында 60-70 % этан, пропан және жақсы қайнағыш парафинді КС
болады, сондықтан бұлар бағалы пиролиз шикізаттары болып табы-
лады. Кейде пиролизге серіктес газды тұтастай түсірмей-ақ, одан
бөлініп алынған этан, пропан және бутанды ғана салуға болады.
Мұнай пиролизде қолданылатын өндеу өнімдеріне тікелей
айдалган жанармай және ароматты көмірсутегілердің экстракция
қондырғылардын шыққан бензин-рафинат жатады. Бензин фракция-
168
ларын пиролиз кезінде бутадиен, бутилен, ароматты көмірсутегілер
секілді жоғары бағалы өнімдер алумен қатар, күл мен нафталин
өндірісіне қажетті шикізаттар дайындалады.
Тікелей айдалған жанармайдың тазартылған жанармайдан
артықшылығы, оның қүрамының негізгі бөлігі парафин көмірсуте-
гілерінен түрады, ал тазартылған жанармай қүрамында 50 %-ға дейін
ғана изопарафин бар.
Алдағы уақыттарда қүбыр пештердегі пиролиз үшін шикізат
ретінде керосинді - газды қоспалар қолданылуы мүмкін. Бірақ бұл
шикізат алдын-ала дайындауды қажет етеді, яғни оны күкіртті
қоспалардан тазартып, қайта ароматтау қажет.
Қанықпаған көмірсутегілер - пиролиздің қорытынды өнімдері -
тек өте жоғары температура кезінде термодинамикалық түрғыда
тұрақты келеді. Этилен үшін бұл көрсеткіш 750 °С температураны
құрайды. Сондықтан пиролиз процесінің ең басты параметрлері -
пиролиз температурасы, әрекеттесу уақыты, шикізат буының пар-
циалды қысымы. Пропан пиролизі кезінде температураны жоғары-
лату этилен мен пропиленнің шығымын көбейтеді. Төмендеу темпе-
ратурада пропиленнің шығымы максимальді болатындықтан, этилен
мен пропиленнің шығымын және арақатынасын реттеп отыруға
болады.
Этилен мен пропиленнің арақатынасын әрекеттесу уақытын
өзгерту арқылы да басқаруға болады. Шикізаттың парциалды
қысымның төмендетілуі этиленнің шығымын арттырады. Пиролиз
процесі атмосфералық қысыммен шамалас қысымда жүргізіледі, ал
парциалды қысымды шикізатты су буымен араластыру арқылы
басқарады. Шикізатты су буымен араластыру олефиндер молекула-
ларының өзара бір-бірімен соқтығысу ықтималдығын азайтады,
соның нәтижесінде полимерлеу және тығыздалу реакциясының маңы-
зы төмендейді. Газ түріндегі немесе тығыздалған газ пиролизі кезінде
шикізатқа 10-20 % су буы қосылады, ал жанармай және өзге де ауыр
көмірсутегілер пиролизінде 25%-дан 300%-ға су буы араласты-
рылады.
Пиролиз кезінде пиролиз газы мен пиролиздің сұйық өнімдері
(пиролиз шайыры) түзіледі. Пиролиз газында көп көлемдегі түрлі
заттар бар. Оның құрамы пиролиз температурасына реакция айма-
ғында болу уақытына (әрекеттесу уақыты) және бастапқы шикізат
сапасына байланысты. Әрекеттесу уақыты ұзақ болғанда (2-3 секунд-
тан жоғары) шикізат сипаты пиролиз газының құрамына айтарлықтай
әсер етпейді. Пиролиз газы құрылғының газ бөлу аймағында сутегі,
169
метан, этан, этилен, пропилен, пропан, бутилен-бутадиен қоспала-
рына бөлінеді. Бутилен-бутадиен қоспасынан бутадиен-1,3 алынады,
бұл шикізат синтетикалық көк сағыз өнеркәсәбінде қолданылады.
Пиролиз шайыры деп жүйеден алыңған сүйық С5 — тен жоғары
көмірсутегілерді атайды. Пиролиз шайыры көлемі, негізінен пиролиз
шикізатына байланысты болады. Шикізатының қүрамында 10-15 %
диен көмірсутегісі, 10-15 % олефин, 25-30 бензол, 10-15 % толуол,
сондай-ақ стирол және инден, циклоолефин-циклопентадиен секілді-
лердің шектеусіз қоспасы және тағы басқалар. Пиролиз шәйірін өндеу
екі түрлі жылулық және химиялық жолмен жүзеге асуы мүмкін.
Пиролиз процесінің химиялық өзгерістері 26 суреттегі негізгі
бағдарларында көрсетілген. Пиролиздің негізгі реакциясы (әсіресе,
шикізат ретінде мұнай фракциялары пайдалаңылған) олефин және
парафин түзетін көмірсутегі қатарының крекингі (26 сурет, I бағ-
дары). Оның алғашқы өнімдері одан ары бөлінуге төзімді келеді
(екіншілік крекинг - II және III бағдарлары). Нәтижесінде, олефин-
дері мол жеңіл көмірсутегілер қоспасы дайындалады. Сәйкес олефин-
дердің дегидрленуі ацетилен мен оның туындыларын, сонымен қатар
жоғары реакциялық қабілетті бутадиен және басқа да диенді көмір-
сутегілердің түзілуне әкеледі (IV). Соңғысы пиролиз жағдайында
циклдеу реакциясына түседі (V). Циклоолефиндерді дегидрлеуде
арендер құрастырылады, жекелей алғанда, бензол түзіледі (VI). Ол
полициклді көмірсутегі мен кокстың (VII) негізін қалаушы болып
табылады. Соңғы реакцияның өтуі (яғни коксты шетке ығыстыруды
ұлғайту) температураның 900-1000 °С дейін жоғарылауына мүмкіндік
туғызады.
Келесі қалаусыз жұйе - пиролиз жағдайында қанықпаған көмір-
сутегілердің полимерленуі іс-жүзінде жүзеге асырылмайды. Бұл реак-
ция экзотермиялық және төмен температурада басталады.
Сондықтан бұл реакция жүретін және жылдамдығы жоғары
болатын температуралы аумақтан тез өту, пиролиздегі газды суыгу
кезеңіндегі негізгі міндет. Шикізаттың жоғары температуралы орын-
дарда болу уақытын ұзарту мақсатты өнімдердің қалаусыз өзгеріс-
терін ұлғаюына үлес қосады. Сондықтан пиролиздің таңдамалығын
(селективтілігін) жоғарылаіу үшін әрекеттесу ауқытын азайту қажет.
Алайда, мұндайда, шикізатты өндеу дәрежесі өту жолында кеміп, сол
себепті өнім шығуы азаяды - ал рецикл шығындары өседі.
Экономикалық жайларды есепке ала отырып, жүйедегі жағдай-
ды тиімділендіру ендігі жерде таңдаулылыққа байланысты.
170
Дегидрлеу
26-сурет. Пиролиздің негізгі бағдарлары.
«8іопе апд Ү/еЬзІег» фирмасының Ү8С пештері, КТІ фирмасы
шығарған соңғы үлгідегі ОК - пештерінде шикізаттың реакциялық
ортада болу уақыты 0,2-0,3 секундтан аспайды, ал «Ке11 фирма-
сының «МіПікесопсі» пештерінде - 0,1 секунд шамасында.
Сонымен, пиролиз процесін жүргізу негізгі шарттары:
1.	әжептәуір жылу мөлшерін жылдам еңгізу,
2.	көмірсутектердің парциалды қысымын төмендету,
3.	минимальді қарымқатынас (контанкт) уақыты,
4.	олефиндсрдің қажетсіз полимерленуін болдырмау үшін
реактордан шығатын пиролиз газдарын неғүрылым аз
уақытта салқындату
Іс жүзінде осы шарттарды жүзеке асыру үшін пиролизді қүбыр
пештер колданылады. Қүбырға бастапқы шикізат пен бу, ал қүбыра-
171
ралық қуысқа - жылутасымалдағыш салынады. Құбырдың ішкі қа-
бырғаларына түскен коксты мезгілді күйдіріп түрады.
Пиролизді пештер шикізаттың реакциялық аймағында 0,01-
0,1 сек бойынша болуына икемделген қарқынды жоғарытемпера-
туралы қыздыру үшін әдейлеп қүрастырылған (27 сурет).
27-сурет. Пиролиз пешінің
нусқауы:
1	- корпус;
2	- панельді жаңғыштар;
3	- радиантты камералар;
4-тік құбырлар;
5	- конвсктивтік камера.
Қазіргі кезде пиролиз процесі мынадай бөлімдерден түрады:
көмірсутегі шикізатының пиролизі, пиролиз газын сығу және тазарту,
газ бөлу, пиролиз шайырын өндеу. Көп жағдайда, пиролиз құрыл-
ғысының жобасы қолданылатын шикізаттың сипатына байланысты
анықталады. Бірақ, қандай құрылғы болмасын, оның ең негізгі екі
бөлімі кездеседі: бастапқы шикізаттың пиролизі мен рецикл өтетін,
ыстық деп аталатын бөлімі, және алынатын өнімді бөлу мен тазарту
қызметін атқаратын, суық деп аталатын бөлім. Бастапқы шикізатты
пештің конвективтік аймағына (бөлігіне) салып, оны су буымен
араластырып, кететін газ есебінен тиісті температураға қыздырады.
Содаң соң, көмірсутегі мен будың қосындысы пештің радиантты
аймағына түседі. Мүнда пиролиз әрекеттесуінің өтуі қыздырылған
панельдердің сәулелерінің жылуы арқылы жалғасады. Өнімдер пеш-
тен шығарда 800-850°С температурасына дейін қыздырылады. Оле-
финдердің полимеризациясы аталатын қажетсіз әрекетгі болдырмау
үшін, әдетінше, оларды жылдам суыту немесе ысылту арқылы екі
кезеңде жасайды
Бірінші кезеңде (түзу емес ысылту) - су қоспасымен және екін-
шісінде (түзу ысылту) конденсация кезінде түзілген пиролиз майы-
мен 350-400°С температурадағы суытылған өнімнің ағымы ауыр
172
қоспаларды ала кететін алғашқы фракциялану тізбегіне түседі. Мұнда
ортаңғы қатардағы бөліктерден пиролиз жанармайы мен су алынады.
Пиролиздің қоспаланбаған газдары тізбектің жоғарғы қатарына шы-
ғады. Сығымдаудан соң, сілті ерітіндісімен шайылып және кептіріліп,
оларды құрылғының суық бөлігіне жібереді.
Оның техникалық безендірілуінің бірнеше нұсқасы бар: аз неме-
се көп қоспалы сутегі, 99,9% тазалықгағы этилен, 95-99,5% тазалық-
тағы пропилен, 25 %-дан 50% дейін бутадиені бар С4 қосындысы, С5
қосындысы және ароматты көмірсутегілерге бай пиролиз жанар-
майын алу.
Этилен бойынша шығымды жоғары деңгейге жеткізу үшін
(нафта кезінде 30%-дан жоғары) 850 °С температураны қолданады,
әрекеттесу уақыты 0,2-0,3 с және Н2О/шикізат массалық қатынасы =
0,5-0,6 болуы қажет.
Соңғы онжылдықта жүйені дамытылуының қатаңдығын ұлғай-
туға бағытталуда. Яғни мүмкіндігінше, температураны арттырып,
әрекеттесу уақытын кеміту жолдары қарастырылуда. Жанармай қос-
паларының пиролиз құрылғысының кескіндемесі суретте 28 беріл-
ген. Шикізат 1,0-1,2 МПа қысымда булы қыздырғышқа жіберіледі,
100-с-қа дейін қыздырылады. Содан соң, ыстық бумен аралас-
тырылып, пиролиз пешінің конвекциялық бөліміне түседі. Мұнда
жанармай буланып, ол 500-600 °С-қа дейін қыздырылады. Осыдан
кейін көмірсутегі ыдырауы өтетін радиант бөліміне салынады.
Пештен 750 °С өтетін температурада және 0,2-33 МПа қысымда шық-
қан пиролиз газы ысылту бөліміне жіберіледі. Бұл жерде камсраға
берілген бу коңценсатының есебінен 700 °С температураға дейін
жылдам суытылады. Жылдам суыту арқылы олефиндердің екінші рет
полимерлену және конденсациялану реакцияларын болдырмайды.
Одан кейін жылуы су буын өндіруге қолданылатын, ысылту-
буландыру құрылғысында пиролиз газы 400 °С температураға дейін
суытылады. Содан соң газдар 70 °С температурадағы сіңдіргіш май
бүркитін құрылғыдан өтеді. Пиролиз газдары 180 °С дейін суыты-
лады және келесі өңдеулерге жіберіледі. Құрылғы жиынтығында
бірнеше жылуалмастырғыштары бар пештер орналыстырылған: пиро-
лиз пештері, ысылту бөлімінің, пиролиз, ысылту-бу құрылғысының
және май бүрку апппаратының пештері болады. Суытылған пиролиз
газдары барлық пештерден жалпы коллекторға жиналады және ол
алғашқы ректификация тізбегінде шайылуға жіберіледі. Газдың
төменгі бөлігі күйе мен кокстан ауыр сіңдіргіш маймен жуу арқылы
тазартылады, ал жоғарғы бөлігі жеңіл сіңдіргіш майды буландырып
173
жіберу есебінен салқындатылады. Бұл кезде ауыр шайыр конден-
сациясы да өтеді. Пиролиз газы тізбектен су қоспалары - тоңазыт-
қышқа түседі, мұнда жеңіл майлар мен су буларының конденсациясы
жүреді. Сепараторда жеңіл май қосындылары мен су, кейін сығу
аймағына, газ бөлу және газ тазарту бөлігіне түсетін пиролиз газынан
бөлінеді.
28-сурет. Бензин пиролизі қондырғының принципиалды нускауы:
I - шикізат; II - конденсат; III — пиролиз газдары;
IV - бензин фракциясы (қ.б. - 150°С); V - жеңіл шайыр;
VI — ауыр шайыр; VII - су буы.
Ауыр сіңдіргіш май, күйе мен кокстан тазартуға арналған
фильтрлерге төменнен сорғышпен сорылып алынады. Тазартылған
май екі ағымға бөлініп, оның бірі төменгі бөлікті шаюға жіберіліп,
екіншісі 70°С дейін суытылып аппаратқа жіберіледі. Құрамында
тізбектен табылған пиролиздің ауыр шайыры бар сіңдіргіш майдың
бір бөлігі қоймаға немесе шайыр өңдеу бөліміне шығарылады.
Жеңіл құрамды май сепаратордан мен су буының конденсаты
майды конденсаттан бөлуге арналған 2-сепараторға ағып құйылады.
6.2.	Көмірсутектердің термохимиялық өзгерістердің
механизмі
Мұнай фракцияларының термиялық өзгерістері күрделі химия-
лық процесс болып саналады. Жоғары температуралық процестің
174
нәтижесі жонінде түзілетін өнімдердің (газ, бензин, кокс) шығымы
немесе топтық қосылыстар мен бензиннің компонентгік құрамы ар-
қылы айтуға болады.
Алкандардың ыдырауы. Алкандарды (пентаннан бастап) жоғары
температурада ыдыратқанда С-С байланыстары үзіліп, нәтижесінде
қысқа алкан мен алкен түзіледі:
СпН2п + 2 > СтН2т + СдЬІ2д + 2-
~~ 'й'
СНгСН/СНа-СНгСИгСН,Х.СНгІН1 + бн3-Сн-сн2-сн3
1	1
(%-СН, + СН^СН-СН^-СН,
'*'*	I
+ сн2=сн-сң2-сн3
Түзілген алкен ары қарай алкен мен алканға ыдырайды: төменгі
молекулалық көмірсутектердің - этан, пропан және бутандардың де-
гидрленуі мүмкін:
СпНгп+2-СпН2п + Н2.
Нәтижесінде сутегі жинақталады.
Алкандардың бөліну механизмі С-С және С-Н байланыстары-
ның диссоциациясының түрлі энергиясында негізделген. С-С байла-
нысының диссоциация энергиясы кем болады, сол себептен қалыпты
алкандар деструкциясы, әдетінше, С-С байланысының үзілу салда-
рынан іске асады. Үзілу орны негізінен қысым және температураға
байланысты болады. Температура неғүрлым жоғары, ал қысым
нсғүрлым төмен болса, молекуланың үзілу құбылысы жақындаты-
лады. Осылайша, деструкция жүйесін басқаруға мүмкіндік туады:
СН3-(СН2)4-СН3
і°С
I—> СН4 + СН^СН-СҢг-СҢг-СНз
—> СН3-СН3 + СН2=СН-СҢ2-СН3
СН2=СН2 + СНз-СҢг-СҢг-СНз
—> СН3-СҢ2-СН3 + СН2=СН-СН3
Жалпы күйінде:
175
СпН2п+2 ~СтН2гп + СрН2р+2» мұндағы, т + р = п.
450 °С шамасындағы температурада алкандар деструкциясы
тізбектің ортасында жүреді. Мысалы, қайнау температурасы 317,5 °С,
тығыздығы 782 кг/м3 болатын алкан Сі8Н38 (октадекан), қайнау
температурасы 150,8 °С, тығыздығы 718 кг/м3 С9Н20 алканына (но-
нанға), және қайнау температурасы 146,9 °С, тығыздығы 729 кг/м3
болатын С9Н18 алкенге (нониленге) бөлінеді (тығыздық 20°С темпера-
турасында көрсетілген).
Қысымның жоғарлануы молекуланыңдағы С-С байланыстың
үзілу орнын ортаға қарай жылжытады. Сондықган қысым арқылы
жүретін крекинг мақсатты сұйық өнімдерді шығымын арттырады.
Метанның құрамында С-С байланыс болмағандықтан, алкандар
ретінде ол термиялық жағынан ең тұрақты молекула. В ряду алканов
метан наиболее термически устойчивая молекула, так как в ней
отсутствуют связи С-С. Метанның сутек пен көміртекке ыдырауы
өте жоғары (1500°С-қа жуық) температурада жүреді:
СЩ 1500°С- > С + 2Н2.
Этанға дегидрлену реакциясы тән:
С2Нб 7°°°С > С2Н4 + 2Н2.
Пропан екі бағыттада бірдей әрекеттеседі:
г о 6ОО°С г^с2н4+сн4
сл^^с3н8+н2
Бутан 500-600°С температурада С-С байланыс бойынша ыды-
райды және аз мөлшерде дегидрленеді:
60% і-> СН4 + С3Н6
С4Ң0 5оо-боо°с >30% С2нб + С2н4
10% Ц. С4Н8 + Н2
Изобутан, керісінше, осы температураларда негізінде де-
гидрленеді:
70%	► Н 2 + изо - С 4Н 8
изо-С^Ню 50°-600°с >28% -> СН4+С3Н6
2% С2Н6 + С2Н4
176
Көмірсутектер қүрамында көміртек атомдардың саны төрттен
көп болса крекинггің әдеттегі температурада көміртек тізбегі тең
ортасында ыдырауда.
Алкандар тізбекті реакция механизмі бойынпіа ыдырайды,
сондықтан ол бос радикалдар теориясына бағынады:
К- + К -^КК-
К- + Н- -> КН
Н - +Н - -> Н2
Ыдырау процесінің радикалды-тізбекті механизмі тізбектің пай-
да болу (басталу), өсу және үзілу сатыларынан түрады. Бастапқы
заттың квант энергиясын жүтуынан тізбектің пайда болуына әкеледі.
Реакциялық қоспаға радикалдарға (бастаушыларга) оңай ыдырайтын
заттарды қосқанда басталу жылдамдығы өсуі мүмкін.
Соңында берілген температурада реакция өнімдері арасында
түрақты қаныққан және қанықпаған көмірсутектер, сонымен бірге
молекулалык сутек көбейе түседі.
Алкендер және алкадиендер крекингі механизмі бүдан күрделі-
леу болып табылады. Қорытынды өнімдерінде осы топтағы көмірсу-
тектілерінің жоқтығына қарамастан, термиялық деструкция жүйе-
сінде олардың пайда болуы және келесі өзгерулері қорытынды өнім-
дсрдің қүрамына ықпал етеді.
Қанықпаған көмірсутектілеріндегі С-С байланыстарының бар-
лығы берікті емес. Пи-байланыс деп аталатындар кем берікті болып
табылады; осылардың арқасында алкен және алкадиен молекулала-
рының ықтималды жойылулары жүргізіледі, және соңғылары, алкан-
дармен салыстырғанда, бөлінуде белсендік білдірмейді, ал басым
бөлігі полимерленуге үшырап, тығыздалады.
Цикландар крекинг жағдайында бүйірлік қатарларын жоғалта-
ды, және олар шеңберден бөлініп, алкандар сияқты бөлінеді; осыған
мезгілдес цикландардың дегидрлеуі де жүргізіледі.
Нафтендердің крекингі. Алкандарға қарағанда термиялық про-
цестерде нафтендер түрақтылау болады. Олардың ішінде циклопен-
тан мен циклогексан ең тұрақты. Бүйірлі қатарлары жоқ болса
нафтендердің термиялық ыдырауы С-С байланыс үзілу және түзілген
бирадикал арқылы түрақты молекулалар түзілу бойынша жүреді:
--->СН 2- (СН 2) 4 - сн 2->
— ЗС2Н4
-> С2Н4+С4Н8
— 2С3Н6
177
Нафтен көмірсутектеріне жоғары температураларда мынадай
өзгерістердің түрлері тән:
1)	Деалкилдену немесе бүйіріндегі нафтен тармақтарының қыс-
қаруы;
2)	Сақинаның дегидрленуі нәтижесіңце циклоолефиндер мен
ароматты көмірсутектер түзілуі;
3)	Деалкинденуден кейін полициклді нафтендердің жартылай
және толық дециклденуі;
4)	Моноциклді нафтендердің олефиндер немесе парафин-диоле-
финдерге ыдырауы.
Деалкилдеу - алкандардың ыдырау реакциясына үқсас. Деалкил-
деу - тізбектелген реакциялардың типтік мысалы бола алады. Қызды-
руды үзартқан сайын бүйіржақ тізбектері қысқара түседі. Метил мен
этил топ-тары біршама қиын түзіледі.
Дециклдеу кезінде полициклді нафтендер бүзылып, деалкил-
денеді. Мысалы, 700-800 °С аралығында циклогексан ыдырап бута-
диен түзіледі:
С6Н12 —> С2Н6 + СЩб.
Бициклді нафтендер 600 С және одан да жоғары температурада
дециклдену, деалкилдену және дегидрирлену реакцияларға ұшырайды:
+ С2Н4 + 2Н2,
СН3
+ С3Н6+2Н2.
Дегидрлеу - жоғары температураларда крекинг пен пиролиз
реакциялары барысында циклоолефиндер мен ароматтық көмірсу-
тектер түзілетін процестер. Төмендеу қысым реакцияға қолайлы:

Арендердің крекингі. Ароматты көмірсутектер термиялық жағы-
нан біршама түрақгы заттар. Термиялық өзгерістерде бүйрлі қатар-
178
лары жоқ арендер дегидроконденсирлене. Әр түрлі циклдік көмірсу-
тектерді конденсирлегенде нәтижесінде құрамында сутектің мөлшері
ең аз болатын карбоидтар (кокс) түзіледі:
Бензол мен нафталиннің конденсациясы арқылы дифенил, ди-
нафтил, сонымен қатра жоғары конденсирленген арендер түзіледі:
нафталин
6.3.	Термиялық процестердің термодинамикасы мен
кинетикасы
Термиялық деструкцияның бағыты және механизмі белгілі
жүйенің белгілі бағытта тепе-теңдік қалыпқа келтіруге дейінгі
термодинамикалық ықтималдыққа байланысты болады.
Деструктивтік айналымның кез-келген жүйесінің өткізілу термо-
динамикалық ықгималдылығы Гиббс энергиясы шамасының өзге-
руімен анықталады, яғни жүмысқа ендірілуі мүмкін дене қуатының
ішкі бөліктері арқылы.
Жоғары температурадағы көмірсутектер реакциялары алуан
түрлі келеді. Молекулалардың термиялық бөлінуімен қатар синтез
және жартылай изомерлеу реакциялары жүргізіледі. Осы жүйелердің
басымы - қайталанбалы.
Шикізаттардың жеке құрамдастары түрлі бағытта, түрлі жыл-
дамдықта және бірдей емес термодинамикалық ықтималдықта реак-
цияға түседі.
Көмірсутектің қатысында жүретін реакцияның бағытына, жыл-
дамдығына және тереңдігіне әсер ететін басты фактор ол темпера-
тура. Процестің термодинамикалық жүру ықгималдығы системаның
Гиббс энергиясының өзгерісі ДС арқылы анықталады:
ДС — Сенім — Сбас.зат.
Ацетиленнен басқа барлық көмірсутектер үшін температура арт-
қан сайын заттың Гиббс энергиясы артады. Бөлшектің еркін энергия-
179
сының шамасы үлкен болған сайын ол түрақсыздау болып келеді.
Олай болса температура артқан сайын көмірсутектердің (ацетиленнен
басқасы) термодинамикалық түрақгылығы кеми түседі.
Егерде процестің жүру барысында системаның ДС<0 болса,
онда берілген температура мен қысымда реакция өз еркімен солдан
оңға қарай жүреді. Химиялық тепе-теңдік орнағанда ДС=О. Ал
төмендегі теңдеуден ДС-ң шамасынан тепе-теңдік константасының
Кт.т мәнін есептеуге болады:
-ДС = КТ1пКт.т немесе 1§Кр = - ДС/19.13 Т.
ДС мәнін есептеу үшін реакцияның стехиометриялық коэффи-
циенттерін ескере отырып, реакцияға қатысқан және түзілген заттар-
дың түзілу Гиббс энергияларының (ДС^) шамаларын пайдаланады.
ДС мен Кт.т-ң мәндері температура өзгергенде қатты ауытқиды.
1000 °С температураға дейін Гиббс энергиясы мен температура (Т)
арасындағы байланыс төмендегідей сызықгы теңдеу арқылы өрнек-
теледі:
ДСт = А + ВТ
Термодинамикалық мәндер кестелеріңце әр түрлі температу-
радағы көмірсутектер мен басқа да заттар үшін ДСгүз-ң шамалары
берілген (33-кесте). Мысалы, гептанның бутилен мен пропанға
ыдырау реакциясының 25 °С (298 К) температурадағы ДС298 мәнін
33-кестедегі мәліметтерді ескере отырып есептейтін болсақ:
С7Н16->С4Н8 + С3Н8 - 0
ДС298 = ДС^түз.298 (С4Н8) - ДС°түз.298 (С3Н8) - ДС^түз.298 (С7Н16) =
=71 531 - 23 498 - 8119 = 39 914 Дж/моль.
ДС оң шама, сондықтан бөлме температурасында реакция жүр-
мейді. 4-кестені пайдалана отырып, ДС298 мен ДС8оо мәндері үшін екі
теңдеу қүрастырамыз:
ДС298= А + В-298 = 39 914
ДС800= А + В-800= -31 607.
Теңдеулер системасын шығара отырып А = 82393 және
В = - 142,5 екендігін анықтаймыз. Олай болса ДС-ң температураға
тәуелдігін көрсететін теңдеу былай жазылады:
ДС = 82 393-142,57 Т.
180
33-кесте.
Әр түрлі температура мен нормалды қысымдағы кейбір
көмірсутектердің түзілу Гиббс энергиялары ДС0^ (кДж/моль)
Көмірсутек	Температура, К			
	298	500	800	1200
Метан	-50,828	-32,817	-2,320	41,039
Этан	- 32,898	4,889	66,633	151,563
Пропан	-23,498	34,447	127,443	255,362
Бутан	-17,143	60,857	185,039	355,096
Изобутан	-20,928	60,229	188,852	364,810
Пентан	-8,371	90,031	245,983	458,857
Гексан	-0,293	118,446	305,875	561,322
Гептан	8,119	147,076	366,024	664,072
Октан	16,532	175,874	426,503	767,331
Декан	33,358	233,507	517,468	873,802
Тетрадекан	66,968	369,618	789,423	1386,773
Этилен	68,146	80,165	102,501	134,317
Пропилен	62,741	93,965	145,700	218,278
Бутен-1	71,531	123,683	206,974	321,197
Изобутилен	58,095	112,085	198,771	318,351
Пентен -1	79,357	151,601	266,118	422,443
Гексен-1	87,644	180,315	326,554	525,743
Гептен-1	96,057	209,108	387,037	628,992
Октен-1	104,468	245,439	447,514	732,256
Децен-1	121,292	295,593	568,472	938,722
Циклопентан	38,633	122,426	256,994	441,279
Циклогексан	31,767	142,603	317,928	554,918
Метилциклопентан	35,786	138.120	301,063	423,071
Бензол	129,900	164,243	221,157	300,476
Толуол	122,343	175,004	260,488	378,793
Кумол	137,028	232,125	382,889	588,900
Ацетилен	209,280	197,540	180,733	159,423
Бутадиен -1,3	150,722	180,189	228,029	294,236
ДС - 0 болатын, яғни система тепе-теңдік күйде болатын темпе-
ратураны анықтайық: Т = 8 -393/142,5 = 578 К немесе 305 °С.
Олай болса Т>305°С жағдайында гептанның ыдырау реакциясы
термодинамика тұрғысынан мүмкін. Ал Кт.т-ң әр түрлі темпера-
турадағы мәндерін мына теңдеумен есептейді:
181
іект.т=-лс/і9.із т.
Жуықгағанда ДС-ң қысымға Р тәуелдігі мына теңдеумен өрнектеледі:
ДС = ДС° ± 19,13 Т 1ё Р,
мұндағы ДС 101 325 Па қысымдағы Гиббс энергиясының өзгерісі.
Есептелгендерді 34 кестеге келтіреміз:
34 кесте
Т,К	298	578	800
т,°с	25	305	527
ДС, кДж/моль	39,904	0	-31,607
І£ Кт-т	-6,99	0	2,06
Кт-т	1,2-10'8	1	114,8
Тепе-теңдік түрақтының көрінісі:
_ рс4н8-рс3н8
Кт.т- -------------.
рс7н16
х - деп гептанның тепе-теңдік(ДС =0). түзілген кезге дейін
әрекетке түскен мольдық үлесін белгілейік. Онда тепе-теңдік жағ-
дайда қоспада: бутанның - х молі, пропанның - х молі, гептанның
(1- х) молі, ал барлығын қосқанда (1+ х) моль болып шығады.
Осыдан заттардың тепе-теңдік мольдік үлестері арқылы пар-
циалды қысымдарын көрсетуге болады:
Рс4н8 = Рс3н8=—; Рс7н16 =
1 + х	1 + х
Осы мәндерді Кт-т көрінісінің теңдеуі арқылы есептегенде,
х-тің мәнінң табамыз, тяғни пропан, бутен мен гептанның парциалды
қысымдарын немесе олардың әр түрлі температураларда тепе-теңдік
концентрацияларын табамыз (35 кесте):
35 кесте
КонцА темпер., °С	25	304	527
с3н8	0,011	4,0	49,92
с4н8	0,011	4,0	49,92
С7Н16	99,978	18	0,16
182
Қорытып айтқанда, термодинамикалық есептеулер көрсеткендей
төмендеу температуралар аймағында жеңіл қаныққан көмірсутек-
тердің тұрақтылығы термодинамикалық жағынан ең тұрақгы болады.
Олефиндердің, нафтендердің және арендердің тұрақтылығы төмен-
деу. Ал жоғары температуралар аймағында көміртек пен сутегі
тұрақты, арендер, метан және олефиндер тұраксыздау.
Заттың реакцияға түсу дәрежесі реакцияға түскен заттың
реакцияның бастапқы Со және т уақытгағы С концентрациялары арқылы
өрнектеледі:
(Со-С)/Со.
Крекинг реакциясының активтену энергиясы 200-280 кДж/моль
аралығында жатады.
Көмірсутсктердің термиялық тұрақтылығы бірдей емес, ол
молекулалық массаға, заттың құрылысына және молекуладағы
атомдар арасындағы байланыстардың беріктігіне тәуелді.
Әр түрлі көмірсутектердегі көміртек атомдарының, көміртек пен
сутек атомдарының арасындағы байланыс энергиясы (кДж/моль):
н-н	436	с= с	610
Садиф." Сялиф	298	с =с	835
Садиф." Сар	332	Салмф “ Н	392
Сар.“ Сар	407	Сч, - Н	426
Мұнай құрамындағы көмірсутектер термиялық тұрақгылығы
жөнінен мынадай қатар түзеді:
Алкандар —> нафтендер —> ароматтъщ көмірсутектер—>
нафтендік-ароматтьщ көмірсутектер полициклді ароматтъщ
көмірсутектер.
183
7 тарау. М¥НАИ ФРАКЦИЯЛАРЫН ӨҢДЕУДІҢ
ТЕРМОКАТАЛИТИКАЛЫҚ ӘДІСТЕРІ
7.1.	Катализ. Катализаторлардыц түрлері
Катализ дегеніміз катализаторлар деп аталатын заттардың
комегімен химиялық реакциялар механизмі мен жылдамдығы өзге-
руінің физико-химиялық процесі. 1835 жылы швед химигі Берцелиус
кейбір заттардың әсерінен химиялық реакция жылдамдығының
артатынына көз жеткізді. Осындай заттарды ол «катализатор» (грек.
каіаіузія - босату)деп атады.
АҚШ пен Еуропада катализді барлық химиялық технологиялар-
да қолданады. Өндірістік химиялық айналулардың көп бөлігі катали-
тикалық жолмен өтетін болғандықтан, катализ өндірістік процестерде
қолданылатын маңызды әдістердің бірі болып табылады. Сондықтан
техникалық прогрестің жоғары деңгейде дамуы жаңа катализатор-
ларды ойлап табумен тығыз байланысты.
Кез келген химиялық реакция оған қатысқан реагенттердің
энергетикалық тосқауылдан өтуіне тәуелді болады. Ол үшін олар
белгілі бір энергиямен қамтылу керек, бүл қамтылған энергия түрі
активация энергиясы деп аталады. Катализаторлар бастапқы реагент-
термен активті аралық қосылыстар түзу арқылы, энергетикалық
тосқауылды өтуге көмектеседі. Аз энергетикалық тосқауылды ием-
денген мүндай косылыстардың түзілуі нәтижесінде реакцияның
активация энергиясы төмендейді.
Катализатордың катализ процесі кезінде шығынданбауы мен
реакция соңында химиялық қүрамының өзгермей қалуы катализа-
тордың негізгі ерекшелігіне жатады. Катализатор бастапқы заттармен
тек реакция басында ғана активті түрде әрекеттеседі. Қалған саты-
ларда ол толығымен регенерацияға үшырап, қайтадан әрекеттесе
алады.
Активация энергиясы төмендеу барысында тосқауыл өтіліп,
процесс жылдам өтеді. А және В реагенттерінің қосылуына катализа-
тордың (К) әрекеті көрсетілген қарапайым схема:
А + В + К —> АК + В —> АВ + К.
Катализаторды тау шыңына жетейін деп тұрған туристерге
көмектесетін жүргізуші-инструктормен балауға болады. Ол группаға
өткелден оңай өтетін жолдарды табуға көмектеседі. Туристер
жүргізуші-инструктордың көмегінсіз бүл өткелден өтуі екіталай.
184
Егер катализатор реакция жылдамдығын арттырса, - оң, ал
төмендетсе (төмендету немесе ингибитр қолдану) теріс деп атайды.
Қазіргі таңда «катализ» деп оң катализді атау қабылданған. Барлық
заттар бір фазада болса, агрегттық куйіне қарай мұндай катализді
гомогенді деп атайды.
28О2(г)+О2(г)=28Оз(г) катализатор - ЬЮ2(г).
Егер заттар әр түрлі фазада болса, онда гетерогенді катализ
орын алады:
2Н2О2(сұйық) = 2Н2О(сұйық) +О2(г) катализатор Рі(қатты).
Гетерогенді катализ кезінде көбінссе катализатор - қатты, ал
реакцияға қатысқан заттар газ және сұйық күйінде болады.
ОлйАІдеіа
29-сурет Катализаторлардың сыртқы түрлері.
Катализаторды таңдау немесе селективтілік бұл - катализатор-
дың берілген жағдай мен шикізатқа тәуелді және термодинамикалық
мүмкіншілікте жүретін химиялық реакцияның жылдамдығын артты-
ру. Катализатордың активтілігі оның өнімділігінде. Егер катализатор
өте активті болса, катализға оның аздаған мөлшерін қолдануға бола-
ды. Катализатордың активтілігі оның беттік әрекстіне байланысты.
Өндірістік катализаторлардың негізгі компоненті болып промо-
торлар (немесе активаторлар) саналады. Олар катализаторларға
активтілігін, селективтілігін және тұрақтылығын арттыру мақсатында
аз мөлшерде (пайыз немесе пайыз үлесі) қосылады. Катализатордың
белсенділігінің төмендеуі - әлсіреу немесе тозуға ұшырауы катали-
тикалық уға байланысты.
Көбінесе келесі каталитикалық улар кездеседі: күкіртсутегі,
күкірттік қосындылар, фосфор, мышьяк және сүрме қосындылары,
сонымен қатар металдар (№, Ғе, V).
Катализаторларды дезактивациялау себептеріне оның бетінің
құрылымының өзгеруі, пісіп қалуы және басқа да процесстер жатқы-
зылады, олар оның бетінің немесе белсенді орталығының санының
185
төмендеуіне алып келеді және осы технологиялық процестің жағ-
дайымен туындауы мүмкін.
Катализаторлардың белсенділігін өз қалпына келтіру әдісі
регенерация (қайта өндіру) деп аталады. Регенерация әдістері алуан
түрлі болып келеді. Көмірлі және шәйірлі қалдықтарды катали-
заторлар бетінен ауа ағымында жандыру. Тотыққан катализатор-
ларды сутегінің белгілі бір температурадағы әсерімен қалпына кел-
тіреді.
Катализатор активтілігінің төмендеуі - шаршауы мен ескерілуі
түрлі себептерден болады. Көп жағдайда оның активті центрлерінде
айрылу өнімдері: кокс, шайыр, парафиннің бөлінуі мен каталити-
калық улардың әсері болып табылады.
Катализаторларды дезактивациялау себептеріне оның бетінің
құрылымының өзгеруі, пісіп қалуы және басқа да процесстер жатқы-
зылады, олар оның бетінің немесе белсенді орталығының санының
төмендеуіне алып келеді және осы технологиялық процестің жағ-
дайымен туындауы мүмкін.
Катализаторлардың белсенділігін өз қалпына келтіру әдісі
регенерация (қайта өндіру) деп аталады. Регенерация әдістері алуан
түрлі болып келеді. Көмірлі және шайырлы қалдықтарды катализа-
торлар бетінен ауа ағымында жандыру. Тотыққан катализаторларды
сутегінің белгілі бір температурадағы әсерімен қалпына келтіреді.
Катализаторлар ретінде әртүрлі заттар қолданылады - қайта
қалпына келтірілген металдар, оксидтер, негіздер, қышқылдар, ме-
талл сульфидтері, кейбір органикалық қосылыстар жатады.
Физикалық қасиетіне қарай катализаторлар гомогенді және
гетерогенді болып бөлінеді. Гетерогенді катализаторлар - бүл қатты
заттар, гомогенді катализаторлар - газ және сүйық ортада диспер-
сияланған әрекеттесуші заттар. Гетерогенді катализаторлардың ерек-
шелігі бетіндегі үлкен ауданы болып табылады. Оларда көптеген
қуыстар бар. Бұл қуыстардың жалпы ауданы кейде бір грамм ката-
лизаторға 500м -қа дейін жетеді. Көп жағдайларда беттік ауданы
үлкен оксидтер тасымалдаушы ретінде қолданылады. Бұл беттік
аудандарда үлкен емес кластер күйінде металл катализатордың
түйіршіктері тұнады.
Катализаторлардың бетін ұлғайту үшін көбінесе катализатор-
ларды қуыс бетті тасымалдаушъіга жағады. Тасымалдаушы катали-
затордың белсенділігін көтереді, оған механикалық беріктік береді
және оның жұмсалуын төмендетеді. Тасымалдаушылар ретінде -
көмір, пемза, алюминий тотығы, силикагель және жасанды цеолиттер
пайдаланылады.
186
Цеолиттер бұл гетерогенді катализаторлардың ерекше класы.
1756 жылы Ф.Кронштедт қыздыру кезінде стильбиттің (гидратталған
алюминий силикаттарына жататын минерал) домбығуын (су бөлуі-
німен көлемі ұлғайғанын) байқады. Сондықтан ол «цеолит» (грек.
аудармасы «қайнап жатқан тас») терминін енгізді.
Бұл қасиет басқа минералдарда да бар. Зерттеулер арқылы
цеолиттердің кристалдық структурасын өзгертпей суды және басқа
да түрлі молекулаларды сіңіру мен жұту қасиеттері дәлелденген.
Оларды әдетге молекулалық торлар деп атайды. Цеолиттердің өз
бетіне сіңіру қабілеті адсорбция құбылысымен байланысты, яғни бір
заттың екінші затпен қатты дененің бетінде сіңірілуі.
Дегенмен, табиғи цеолиттердің сіңіру қабілеті жоғары емес.
Сонымен қатар олар тек қана көлемі жағынан кішкентай молеку-
лаларды - су, оттегіні адсорбциялайды. Сондықтан оларды адсорбент
ретінде пайдаланған жоқ.
Қырық жыл бұрын өндірістік зертханаларда синтетикалық
цеолиттерді ойлап тапқаннан кейін жағдай өзгерді. Соңғы қырық жыл
ішінде мұнай өңдсу технологиясындағы жетістіктер жасанды цеолит-
тік катализаторлардың ойлап табылуымен тығыз байланысты. Олар
бұрын пайдаланып жүрген алюмосиликатыт катализаторларға қара-
ғанда өте эффективті болды. Олардың өндіріске енгізілуі барлық
процестің қайта құрылуына әкеліп соқты.
Цеолиттер-бұл тәжірибе жүзіндегі кэдімгі алюмосиликаттар, бірақ
оларды дайындауда қуыстар ұзындығын, олардың диаметрін және
көлем бірлігіне немесе бетке деген мөлшерін реттеуге мүмкіндік туады.
Сонымен қатар, алюмосиликаттардың кристалдық шарбағына (решет-
касына) басқа элементтерді ендіруге болады (негізінде жерде сирек
кездесетін), олар цеолиттің белгілі бір нүктесіндегі белсенді орта-
лықгарды түрлендіреді. Бұдан мәнді түрде цеолиттің адсорбциялық
қасиеті тәуелді болады-қуыстарды немесе бетте ол қандай молеку-
лаларды және қандай қуатпен адсорбциялайтындығы және олармен
қандай деструктивтік өзгерістер жүргізуге болатындығы (30 сурет).
Реакцияға қатысатын молекулалардың көлеміне байланысты
цеолиттердің селективтілік (таңдаушылық) қасиеті бар. Олардың се-
лектвтілігі қуыстардың көлеміне және сол қуыс арқылы белгілі көлем
мен формадағы молекулалардың өтуіне байланысты болады. Бұл
қасиет бастапқы заттарға да, өнімдерге де тиесілі. Осылайша, көп
тармақталған реагент (31,а сурет) катализатордың қуысы арқылы
өтпейді, ал пара-ксилол жеңіл түзілетін өнім болып табылады.
Көлемді -орта және -мета изомерлері (31,6 сурет) цеолиттің қуыста-
рында тұрып қалады (32 сурет).
187
30-сурет. Үлкен және кіші қуыстары бар цеолиттердің
структуралары.
Цеолит ұяшықтарының өлшемін
көптеген органикалық молекулалар-
мен салыстыруға болады.
31-сурет. Реагенттер (а) мен өнімдердің (б) қатысында
цеолиттердің селективтілігін түсіндіретін схема.
188
32-сурет. Цеолиттердің сыртқы түрі.
7.2.	Катализаторлар әрекеттерініц механизмі.
Катализ процесінің негізгі ерекшеліктері:
1.	Катализатор химиялық реакцияның термодинамикалық тұ-
рақтылығына әсер етпейді, себебі ол реакция барысында шығын-
данбайды, тең жағдайда реакцияның тура және кері бағытын бірдей
жылдамдатады.
2.	Әр түрлі катализаторларды пайдаланып, түрлі өнімдер алуға
болады. Мысалы Си және № гидрлеу мен дегидрогенизация реакция-
ларының спецификалық катализаторлары, ал А§ - тотықтыруға ар-
налса, Рі жалпы жағдайда қолданылады.
3.	Әдетте катализатордың өте аз мөлшері жеткілікті. (әрекет-
тесуші заттардың млн молекуласына бір молекула катализатор)
4.	Гомогенді каталитикалық реакция жылдамдығы катализатор-
лар концентрациясына пропорционал.
5.	Катализатордың әрекеті оның физикалық күйі (үнтақ немесе
тығыз) мен түрақты заттардың қатысуына тәуелді.
6.	Қалған заттардың қатысуымен салыстарғанда катализаторлар
қоспасының әрекеті неғүрлым қатты болады.
Қазіргі уақытта каталитикалык реакциялардың механизмін
түсіндіретін теориялардың бірнешеуін ерекшелендіреді. Негізгілері:
геометриялық, электрондық жэне химиялық теориялар.
Геометриялықтеорияларда катализаторлар активті центрлерінің
атомдарының геометриялық конфигурациясы мен катализаторлармен
байланысуына жауапты реакциялаушы молекулалар атомдарының
бөлігі арасында сәйкестігіне негізгі назар аударылған.
Электрондық теориялар каталитикалық активтілікті катализа-
тордың электрондық қасиеттерімен байланыстырады. Катализ ката-
189
лизатор мен рекциялаушы заттар арасындағы электрондар алмасу
арқылы жүзеге асады, яғни элетрондық өзара әрекеттесу арқылы
орындалады. Осындай катализді тотығу - тотықсыздану катализі деп
атайды.
Кәдімгі активті катализаторлар жартылайөткізгіштер мен ауыс-
палы металдар болып табылады. Оларда аяқталмаған 4 қабаты бар
және олар молекуланың катализатор бетінде адсорбциясы деңгейінде
катализатор электрондарының ауысу қабілеті пайда болады. Егер
молекулада аяқгалмаған орбиталь бар болса немесе болмаса, онда
электрондардың молекуладан катализаторға қайта ауысуы мүмкін
болады. Осы шеткі механзмдердің арасында кейбір ауысу формалары
болуы мүмкін.
Химиялық теория катализатордың химиялық әрекеттесу нәтиже-
сінде аралық түрақсыз комплекс түзетін химиялық қосылыс ретінде
қарастырады. Комплекс ыдыраған кезде катализатор бастапқы жағ-
дайына қайтадан оралады. Соңғы теория тәнік болып табылады.
Молекулалық деңгейде каталитикалық газо-фазалық реакцияны
осылай бейнелеуге болады. Реакциялаушы молекулалардың біреуі
катализатордың активті центрімен байланысады, ал екіншісі газ
фазасында орналасып, онымен реакцияласады. Альтернативті меха-
низмі де болуы мүмкін: реакциялаушы молекулалар катализатордың
көршілес активті центрінде адсорбцияланып, содан соң бір-бірімен
әрекеттеседі.
Этанның каталитикалық гидрленуі осыған мысал бола алады.
33-суретте көрсетілген.
Мүнай өңдеу саласында гетерогенді каталитикалық процесстер
жүргізіледі. Сорбцияның болуына байланысты катализатордың қатты
фазасы мен газ фазасының бетінде гетерогенді катализдің барлық
заттарының өзгеруі мен айналуы жүреді. Гетерогенді катализдің
негізгі сатысы химиялық теорияға байланысты:
1.	Катализатордың бетінде реакциялаушы молекулалардың
диффузиясы;
2.	Катализаторлардың бетінде әрекеттесуші заттардың актив-
телген адсорбциясы (хемосорбция);
3.	Катализаторлардың бетінде жүретін химиялық реакция;
4.	Реакция өнімдерінің дссорбциясы (катализатор бетінен алып
тастау)
5.	Газ фазасының терең бөлігінде жүретін реакция өнімдерінің
диффузиясы:
190
Реакциялаушы заттардың молекулалары мен активтелген ад-
сорбциясы қатты катализатордың толығымен бос бетінде жүрмейді,
ол бос энергия қоры көп, активті центрлер деп аталатын жерлерде
ғана жүреді. Бүл сүйір бүрыштар, төбелер, жазықеместер, кристал-
дардың бүйір қабырғалары және т.б. болуы мүмкін. Жалпы бет
неғұрлым дамыған болса, соғүрлым оның үстінде активті центрлер
көп болады.
Сондықтан катализаторлардың активтілігінің жоғарылауы оның
үсақталуының жоғарғы деңгейі мен жақсы дамыған қуысты қүрылы-
мына байланысты.
Гетерогенді катализаторлардың жалпы әрекет принципі негізі-
нен реакциялаушы заттардың молекулалары катализатордың активті
центрлерімен соқтығысып, түрлі тұрақсыз аралық қосылыстарды
(радикалдар мен иондар) түзе алатынына негізделген. Осы реакция-
лардың жылдамдығы мен соңғы өнімдердің қүрамы реакциялық
қабілеттілік пен қосылыстардың табиғатына тәуелді.
Активті
центр
33-сурет. Этан түзу арқылы этиленді каталитикалық гидрлеудің
схемасы
191
7.3.	Каталитикалық крекинг
Крекинг - мүнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин
фракциясын қүрайтын кіші молекулаларға ыдырату. Мүнай өңдеуде
бензин фракцияларына улкен көңіл бөлінеді. Саны жағынан да,
сапасы жағынан да жоғары бензин алуға тырысады.
Крекинг мүнай өңдеу процесінің тереңдігін жоғарылатты.
Бензин, керосин, дизель отыны алынатын мөлдір фракциялар мөл-
шері 40-45%-тен 55-60%-ке дейін өсті.Жаңа технологиялар көмегімен
май өндірісінде мазуттың шикізат ретінде пайдаланыла бастауы
крекингтің ең маңызды жетістігі болып табылады.
1937 жылға дейін мүнай крекингі тек термиялық әдіспен жүзеге
асырылды. Каталитикалық крекинг бензин сапасын жоғарлатуға не-
гізделген мүнайшылардың үзақ, әрі қажырлы күрестерінің нәтиже-
сінде пайда болды. Крекинг процесінде катализаторды қолдану жоға-
рыоктанды отынның шығу мөлшерін арттырды және технологиялық
параметрлерді одан әрі жетілдірді.
Термиялық процеспен салыстырғанда, каталиикалық крекинг
тезірек өтеді. Осы процесс барысында көмірсутек молекулаларын
ыдыратумен қатар изомеризация,
Крекинг процесі кезінде көмірсутек сымдары үзіледі және
қарапайым шектеулі және шектеусіз көмірсутектер пайда болады.
Алкандар үшін катализатор қатысында крекинг реакциялары
төмендегі түрде өтеді:
С16н34 —> СзНі8+СзН16
гексадекан октан октен
Пайда болған заттар ары қарай реакцияға түсуі мүмкін:
СвНіз —> С4Н10+С4Н8
октан бутан бутен
с4н10 -> с2н6 + С2Н4
бутан этан этилен (этен)
Тотығу және полимеризациялану процестері катализ нәтиже-
сінде пайда болған көмірсутектер бойында жүрмейді. Себебі катализ
нәтижесінде осы процестер тән болып келетін шектеусіз көмірсу-
тектер мөлшері азаяды. Мүндай бензин сақтауда түрақты болады.
Катализдік крекингтің термиялық креингпен салыстырғандағы
негізгі артықшылықгары:
192
1. Процесті каталитикалық жылдамдатудың нәтижесінде, про-
цесті төменірек температурада және төменірек қысымда жүргізу-ге
болады.
2. Катализатордың селективтік әсері жинақталуға алып келе-тін
процесстерді жеделдетеді - хош иісті, изопарафиндік және изооле-
финдік үлкен октандық саны бар крекинг - бензиндерде анықталған.
1937 жылы Полсборо қаласындағы Сокони-Мобил компаниясы-
ның мұнай тазарту зауытында әлемдегі ең алғаш өндірістік катали-
тикалық крекинг қондырғысы салынды. Бүл қондырғы катализатор
катализатор ретінде кремний және алюминий оксидінің қосылыс-
тарын пайдаланады. 1937 жылдан кейін мүнай өндірісіне мүнай
өңдеудің каталитикалық әдітері енді.
Бүгінгі таңда катализдік крекингтің әлемдегі ең ірі қондыр-
ғысы - АҚШ-тың Нью-Джерси штатындағы, Линден қаласында-
ғы «Эксон» атты компаниясының мүнай өңдеу зауыты. Ол күні-
не 19 077 000 литр шикі мүнайды өңдейді.
Каталитикалық крекингтің негізгі мақсаты тек сапалы отынның
қосымша мөлшерін алу ғана емес, сонымен қатар мұнай ды пайда-
лану мүмкіншіліктерін ұлғайту. Каталитикалық крекинг ары қарай
химиялық өңдеуге түсетін ароматты көмірсутектер алуға мүмкіндік
береді. Бәріміз білетіндей, химиялық өнімнің 25%-тен көбі мұнай
өңдеу өндірісінен алынады (34 сурет).
34-сурет. Каталитикалық крекинг
қондырғысы.
Крекинг процесінде катализаторлар ретінде алюмосиликаггар,
хром, алюминий оксидтері және т.б. сияқты қышқылды функциялы
заттар кең қолданылады
193
КК катализаторларының ерекшеліктері болып олардың тез
дезактивизациясы саналады. Катализатордың қуыстары 10-15 минут
жұмыс арасында қортқы көмірмен толтырылып отырады. Сондықтан
да крекингті катализатордың регенерация процесімен кезектестес-
тіріп отыру қажет. Жұмыс циклін және регенерацияны жиі ауыс-
тырып отыратын катализдік процесстер циклдік деп аталады.
Катализаторлардың дәл осы қышқылдық қасиеті оларға каталитика-
лық белсенділік береді. И.Бренстеда және Т. Лоури териясы бойынша
қышқыл - протон бере алатын қосылыс.
қышқыл = протон + негіз.
Күшті қышкылдар өз протондарын негіздерге оңай береді. Ал
Г. Льюистің жұмыстарында қышқылдық Коваленттік байланыс түзу
арқылы электрондарды буларды қабылдай алуы деп түсіндірілді.
Осы ойлар көмірсутектердің каталитикалық механизміне тағы да бір
түсініктеме берді. Бұл карбкатиондар теориясы. Осы теорияға сәйкес,
қышқылдардың көмірсутектермен әрекеттескендегі каталитикалық
әрекеті олардың катализ процесінде түзілетін кабоний иондары
немесе карбкатиондар атты оң зарядталған бөлщектердің түзілуінен
тұрады.
КК бүгінгі таңда ең бір алюмосиликатты катализаторлардағы
таралған теориясы болып карбоний-ион теориясы саналады.Бұл
теорияға сәйкес карбкатиондар протондардың катализатордан қанық-
паған көмірсутектерге көшуі арқылы түзіледі. Олефиндердің аздаған
мөлшері қрытынды көмірсутек шикізатын трмодеструкциялау нәти-
жесінде түзіледі.
Қышқыл (катализатор) протоны өте активті бөлшек бола оты-
рып, олефинмен әрекеттескенде одан да активті радикал - карбкатион
(СпН2п+і+) түзеді:
СпН2п + НХ -СпН2п+І + X .
Жоғары қышқылды катаизатор карбкатиодары алкандардан
және циклоалкандардан түзілуі мүмкін.
Соңғы кезде әдебиеттерде карбкатиондардың, протонның пара-
финмен әрекетсуі нәтижесінде және протонның олефинмен әрекет-
тесуі нәтижесінде түзілетін екі түрі кездесіп жүр. Соңғысын карбе-
ний-иондары деп те атайды.
Бөлшектің активтілігі оның тұрақсыз күйінде көрінеді. Сондық-
тан активті СпН2п+1+ карбоний иондары тұрақсыз және олефин мен
карбонийдің жаңа ионына, қысқарақ көміртегілік буын арқылы
ыдырауға қабілетті болады:
194
СНз- сн2 - сн - сн2 - к -> КСН2 + СН2 = СН - СН2 - сн3.
Мұндай ион, жеткілікті оңай түрде, сутегіні гидрид-ион түрінде
бастапқы бейтарап молекуладан үзіп алады. Мүндай реакцияның
нәтижесінде қысқа буынды көміртегі пайда болады және карбоний
ионы регенерацияланады. Сонымен, парафиндердің ыдырауының
буынды процесі дамуын алады.
ғ^н + к* -> к/ + К2Н,
к/ + к^н -»к/ + к'2н.
Кабкатиондар - электрондефицитті бөлшектер. Олардың тұрақ-
тылықтың белгілі бір ретімен сипатталады. Тәжірибе көрсеткендей,
сутек үштік көміртек атомынан оңай үзіледі
;> СН , екіншілік көміртекке СН2 қарағанда қиын
Біріншілік СН3 тен сутектің үзілуі қиын болып келеді және
метаннан СН4сутек атомы үзілмеуі де мүмкін.Осылайша карбкатион-
дар түрақгылығы келесі кезекпен оседі:
біріншілік < екіншілік < үшіншілік:
СН3+< СН2+< СН+ < С+
сондықтан каталитикалық крекинг газы өз қүрамы бойынша тер-
миялық крекинг газынан өзгеше болып келеді. СНз+ және С2Н5+
бөлшектерінің төмен ттүрақтылығыанан катализдік крекинг газда-
рында С3-С4 көмірсутектерінің артықшылығы байқалады.
Карбокатион бірдей молекулярлық салмақты және сол қү-
рылымдағы радикалға қарағанда, түрақтылығы кем байқалады,
сондықтан да ол үшін изомерлену реакциясы оңайландырылады:
СН3 • и СН3+	С2Н5 • и С2Н5+
Олар молекуланың көміртегілік қаңқасының қайта құрылуымен
және гидридттік тасымалданумен байланысты. Изомерлеу радикалдар
үшін де мүмкін болады, бірақ, бұл жағдайда, өзінің қатысуымен
өтетін басқа реакцияларға қарағанда, ол баяурақ жүргізіледі, сол
себептен изомерлік көмірсутегінің үлесі катализдік емес деструкция
өнімдерінің ішіндс кемде-кем болады. Карбокатионның изомерленуі
нәтижесінде көбірек тарамдалынған және, тиісінше, тұрақтыпығы
басым бөлшектер пайда болады, мысалы:
195
Н-.
-і £
Р СН-СЧ-СҢ^ Р-СҢ-СНСҢ^*: Р-СН-СҢ-СҢ
и
Р-С-СН-
сң
I

СҢ>
I
р—с— сң.
Осындай өзгерістер арқылы көмірсутектердің көптеген изомер-
лері түзіледі, осының есебінен катализдік крекинг жанармайының
сапасы термиялық крекинг жанармайымен салыстырғанда анағүры-
лым жоғары болады. Реакциялық ортадағы олефиндер мен наф-
тендердің арасында сутегінің катализдік қайта үлесу салдарынан
тармақталған парафиндер секілді жанар майлардың октан санын
үлғайтатын арендер түзіледі:
Окі ,
+ ЗСпН2п <=>
+ ЗСпН2п+2-
Термиялық крекингте жеке көмірсутектер түрлерінің бірізділік
крекингін өзгерістер жылдамдығы арқылы анықтайтын болса, ката-
лиздік крекингте - жеке компоненттердің катализатор бетінде адсорб-
циялау қабілеті. Катализдік крекинг кезінде көмірсутектердің ыдырау
бірізділігі белгілі:
ароматтпы — шектеусіз — нафтенді — парафинді
Парафиндік көмірсутегілер ыдырауға ақырғы кезекте үшырай-
ды. Сонымен, катализдік крекингке ароматтандыру, изомерлеу, газ
тәрізді өнімнің және қортқы көмірдің түзілу процестері тән. Қортқы
көмір катализатор бетінде қалып, оған көмірсутегінің молекуласының
енуіне бөгет жасап және катализатордың белсенділігін жояды.
Белсенділікті қалпына келтіру үшін, катализатор қайта өнделуі тиіс.
Жоғары адсорбциялық қабілеттілікке ие болатын ароматты
көмірсутегілер, бірінші кезекте, катализаторлар бетінде адсорбциялық
қабат құрайды және өзгерістерге үшырайды. Бүл жағдайда алкилден-
ген ароматты көмірсутегілер Сар-С^, байланыстары бойынша ыдырап,
қарапайым ароматты және шектеусіз көмірсутектерін түзеді:
196
Шектеусіз көмірсутегілер сутегіні қайта бөлу реакциясына
ұшырауы мүмкін, бұл жағдайда катализаторда қортқы көмірді
құрайтын қаныққан көмірсутегілер және терең қанықпаған көмірсу-
тегілер пайда болады. Шектеусіз көмірсутегінің өзгеруіне байланыс-
ты, катализдік крекингтің жанармайларында олефиндер аз болады.
Нафтендік көмірсутегілерді шығырды ашу, изомерлеу, катализа-
торларда жартылай қалатын ароматты көмірсутегіні және тығыздау
өнімін алу арқылы крекингіне ұшырайды:
СН2
Н2С- 'СН2
циклопентанның циклогексанға изомерленуі және керісінше:
Дегидрлену процесінің нәтижесінде гидрокрекинг, изомерлеу
сияқты ракцияларға белсенді қатысатын сутек босап шығады.
Катализатор шикізаттан, ең алдымен, айтарлықтай сутегін жеңіл
ыдыратып беруге бейім молекулаларды өзіне тартып алады және
сорбциялайды. Бұл жағдайда пайда болатын шектеусіз көмірсуте-
гілер, жоғарғы адсорбциялық қабілетке ие бола отырып, катализа-
тордың белсенді орталығымен байланысқа түседі. Шектеусіздіктің
өсуімен (байланыстардың қанықпағандығымен) көмірсутегінің поли-
мерленуі жүреді, қортқы көмірдің ізашары - шәйір пайда болады,
содан соң қортқы көмір өзі де туындайды.
Каталитикалық крекинг үшін тіпті қорытқы көмірге дейінгі жо-
ғары молекулярлы массалық қосылыс беретін ароматты көмірсутек-
тердің коденсациялануы тән. Және осы кезде аренді карбокатион
ароматты көмірсутектермен ретпен қосылу (коденсациялану) реакция-
ларына үседі және бұл процесс тізбктің үзілуіне дейін жүруі мүмкін:
197
Қышқыл катализаторларда жүретін көмірсутек реакциялары
нәтижесінде көмірсутекті катализатор бетінен десорбцияланбайтын
материал - кокс түзіледі. Кокстағы сутектің көмірсутекке атомдық
қатынасы 0,3 тен 1-ге дейін және спектроскопиялық мінездемелері
полициклді ароматты қосылыстар мінездемелеріне тән.
Ароматты көмірсутектер крекингінің нәтижесінде түзілген кокс
парафин крекингінен алынған кокске қарағанда көміртекпен байы-
тылған болып келеді.
Қортқы көмір катализатор бетінде жиналады да көмірсутек
молекулаларының енуіне кедергі келтіреді де катализатор белсенді-
лігін жояды. Қортқы көмірдің шығуы 5%-ке жетуі мүмкін. Бүл
жағдай крекинг технологиясына ерекше талаптарды жүктейді, себебі
белсенді орталықтардың қортқы көмірмен толтырылуына байланыс-
ты, катализатордың жұмысы нашарлай бастайды, ақырында ол өзінің
қызметін тіптен тоқтатады. Енді оны регенерация жасау қажет
болады. Әдетте, бүл үшін қортқы көмірді катализатордың бетінен
700-730°С ауамен жағып жібереді.
Регенерация - катализатор бетінен 540-680°-ғы ауамен қортқы
көмірді және шәйір жинағын жандыру қүбылысы. Катализаторды
жергілікті қызып кетуден қорғау үшін ауаны инерттік газдармен
араластырады.
Катализдік крекингтің вакуум-дистилятта жұмыс атқаруындағы
типтік параметрлері (фр.350-500°С):
•	температурасы 450-480°С
•	қысымы 0,14-0,18 МПа.
Қорытындылағанда көмірсутегі газдар (20%), жанармай фрак-
циясы (50%), дизель фракциясы (20%) алынады. Қалғандары ауыр
газиольға немесе крекинг-қалдыққа, қортқы көмір және шығындарға
кетеді. Катализатор бетіпде әр 10-15 минут сайын қортқы көмір
жиналып отырады. Сондықтан крекингті катализатордың регенера-
ция процесімен алмастырып отырады.
Процесті жүргізудегі технологиялық сұраныстар берілген октан
санды бензин фракцияларының шығуымен анықталады.Термиялық
крекингтегідей каталитикалық крекингте температураны көтеру
газтәріздес көмірсутектер шығымының артуына және соған сәйкес
сұйық көмірсутектердің шығымының гөмендеуіне алып келеді. Бұл
жағдайда заттар салмағының газдық және сұйықтық фазасының
орташа молекулярлық салмағы төмендейді, сонымен қатар қортқы
көмірдің пайда болуы өседі. Сондықтан процес катализаторларына
ерекше көңіл бөлінеді.
198
Крекингтік бірінші «қолдан жасалған» катализаторы болып
алюмосиликатты формаланатын диаметрі 3 мм жуық түйіршек
түріндегі катализаторлар болды. Оның негізі болып табиғи қуыстығы,
алдымен мүнай өңдеушілерді қанағаттандыратын аморфты алюмоси-
ликат болды. Оның орнына бөлшектері микрондармен өлшенетін
микросфералы алюмосиликатгы катализатор келді. Бүл шаң тәрізді
жанама байланыс катализдік крекингте өлшенген қабат технология-
сын пайдаланудың бастамасын жасады (мүны тағы да қайнау немесе
жалған қойытылған деп те атайды). Технологиялық жетілдірулер
қысқа мерзімде, алюмосиликаттық катализаторлардың селективтік-
тігін көтеру бөлігінде барлық артықшылықтарын іске асыруды
қамтамасыз етті. Әрі қарай мәселе алюмосиликаттың құрылымын бір
тәртіпке келтіру және реттеуге мүмкін болмайтындығына тірелді.
Қолданылатын катализаторлардың түрі, оларды регенерациялау
әдісі технологияны анықтайды, яғни катализдік крекингтің жабдығын
да. Бірінші қондырғылар таблеткалы катализаторларда кезеңдік
тәртіпте жұмыс атқарған. Оларда жүктелген жылжымайтын катали-
заторлардың реакциясы және регенерациясы бір құралда кезекпен
іске асырылатын. Содан соң жетілген түйіршік катализаторлар және
үздіксіз әрекеттегі қондырғылар пайда болды. Бұл жерде катализа-
тордың крекингі және регенерациясы іске бөлек асырылды.
Мұндай қондырғының реакторы бағаналық (колоналық) типтегі
құрал болып саналады (35 сурет).
Оған жоғарыдан арнаулы жабдық арқылы 1-2 мм түйіршіктер
түріндегі катализатор түседі. Түйіршіктер тығыз қабатталып, төменге
түсіріледі және бірте-бірте реакция аумағынан, крекинг өнімін бөліп
шығару аумағынан және бумен өңдеу аумағынан өтеді. Катализатор
мен шикізат контактінің орташа уақыты 5 секунд.
Бумен өңдеу әдісі катализаторға жабысып қалған көмірсу-
тектерін жою үшін қолданады. Бумен өңдеуді міндетті түрде жүргізу
қажет, себебі содан соң катализатор басқа аппарат-регенераторға
түседі, мұнда одан қортқы көмір жандырылады. Бұл жағдайда
жойылмаған көмірсутектері жанып кетіп, пайдалы өнімнің шығуы
төмендейді.
Жандырыпғаннан кейін катализатор пневмокөтергіштің салу
жабдығына төгіледі және арнаулы транспортер арқылы бункер
сепараторына көтеріледі. Мәселе келесіде - көп мәрте жылжытудан,
жағудан, бумен өңдеуден түйіршіктердің бір бөлігі зақымдалады,
майда бөлшектер, шаңдар пайда болады және оларды бөліп шығару
қажет болады, немесе гидродинамика, реактордағы жылу және
199
көлемді алмастыру шарттары бұзылады. Бұл әрекетті сепараторда
атқарады. Регенерацияланған және елеуден өткізілген катализаторға
шығындарды толықтыру үшін жаңа түйіршіктер салынады және
барлық цикл қайталанады.
35-сурет. Каталитикалық крекингтің схемасы.
Бүгінгі таңда шаң тәріздес катализатордың қайнап жатқан
қабатындағы крекинг жетілдірілген технологиялардың бірі болып
табылады. Арнайы синтезделген цеолиттер негізіндегі микросфера-
лық катализаторлар пайда болуы осы технологияны пайдалануға
мүмкіндік берді. Мұндай катализаторлар жоғары белсенділігімен
және селективтіліігмен ғана емес, сонымен қатар жақсы регенера-
циялануымен және жоғары механикалық төзімділігімен ерекше-
ленеді.
Қайнайтын немесс жалған қойытылған қабаттың технологиясы
микробөлшектің сұйық немесе газдың жоғары көтерілетін ағымын-
дағы физикалық жылжи жүру заңына негізделген. Шикізат жылу
алмасу жабдығында арнаулы пеште қыздырылады, содан соң оған су
буын қосады және бұл қоспаны катализаторлық өткізгішіне жібереді,
сол жерге регенерацияланған катализатор да түседі. Содан соң қоспа
200
реакторға түседі, мұнда бөлетін шарбақ үстінде катализатордың
қайнаған қабаты пайда болады. Крекинг катализатор өткізгіпіінің
өзінде-ақ бастамасын алады, себебі онда жеткілікті температура
сақталып турады, және ол реактордың төменгі аумағында аяқталады.
Содан соң барлық салмақ газдың қысымы есебінен жоғары көтеріледі
және бумен өңдеу аумағының жоғарғы бөлігіне түсіріледі.
Катализаторды реактордан аластату үшін ағызатын жер
орналасады,оның үстінде - тұндыратын аумақ болады. Ол катализа-
торлардың бөлшектерін қосымша бөліп шығару үшін арнаулы
циклондармен жабдықталған.
Қортқы көмірмен толтырылған катализатор сол мезгілде регене-
рацияға жіберіледі. Регенератор қайнаған қабат тәртібінде жұмыс
атқаратын жабдық. Бірақ, бұл жерде жалған қойытылу әдісі іске ауа
арқылы асырылады, оның салдарынан қортқы көмір күйдіріледі.
Бұл жердегі негізгі мақсат - катализаторды шығып кетуден
қорғау, немесе ол түтін газдарымен бірге атмосфераға шығып кетуі
мүмкін. Содан соң катализатор қайтадан реакторға барады және цикл
қайталаньшады
Крекингті қайнаған қабатта қолдану - процесті күрт қарқын-
датуға, қондырғыларды компактілеуге, олардың қуатын өсіруге мүм-
кіндік жасады. Мысалы, Ресейде 2 млн. тонна шикізатты жылына
өңдейтін катализдік кешендер стандартты болып саналады. Жылына
5 миллион тоннаға дейін вакуум-газойль шығаратын одан да қуатты
қондырғылары бар. 36-суретте біріктірілген каталитикалық крекинг
қондырғысының технологиялық схемасы келтірілген.
Гидротазалаудан және II пештері мен жылуалмастырғыштарды
алдын-ала қыздырудан өткен шикізат рециркулятпен және су буымен
араласып, Р-1 реакторының араласу түйініне өтеді. Осы жерде
шикізат регенеризацияланған катализатормен әрекеттеседі. Шикізат
буланады, катализденеді және одан әрі Р-1 қаунау қабатының
зонасына өтеді. Реакция өнімі катализатордан ажырап, К-1 колон-
насының төменгі бөлігіне бөлінуге өтеді. Қортқы көмірмен толты-
рылған катлизатор Р-1 булану зонасынан қортқы көмірді көміртек
диоксидына дейін толық жандыру үшін Р-2 регенераторының қайнау
қабат зонасына өтеді. Келесі сатыда регенерацияланған катализатор
Р-1 реакторының араласу түйініне өтеді. Регенерацияға ауаны ауа
үрлегіштер арқылы жібереді. Ауыр және жеңіл газойльдер К-1
колоннасынан бөлінуі К-2 және К-3 бу колонналары арқылы жүзеге
асырылады. Ауыр газойльдің бір бөлігі рециркулят ретінде араласу
түйініне өтеді. Колоннаның жоғарғы бөлігінен бензин буы, су және
крекинг газдарының қоспасы шығады. Бұл қоспа суытылып және
201
конденсацияланғаннан кейін С-1 газосепараторына бағытталады.
Бұнда ол ары қарай газофракциялаушы және бензинді тұрақтан-
дырушы блокка өтетін газға және тұрақсыз бензинге ыдырайды.
36-сурет. Каталитикалық крекинг қондырғысының технологиялық
схемасы.
I - шикізат, II -газдар, III - бензин, IV -жеңіл газойль,
V — ауыр газойль, VI - декантат, VII - су буы,
VIII - түтін газдары, IX - су, X - ауа, XI - катализаторлық шаң
К - колонна, Р - реактор, П - пеш
Каталитикалық крекинг бензиндері термиялық крекинг бензин-
дерінен ароматты, нафтенді және изопарафинді көмірсутектердің
жоғары мөлшерімен және олефиндердің аз мөлшерімен ерекше-
ленеді. Олар тұрақтылығымен және октан санының жоғарылығымен
сипатталады. Каталитикалық крекингтегі бензин шығымы шикізат
салмағының 70%-ын алады.
Каталитикалық крекинг газдарының құрамында Сі ден С4-ке
дейінгі шектеулі және шектеусіз көмірсутектер болады; газдар
шығымы орта есеппен алғанда шикізат салмағының 12-15%-ін
құрайды. Катализатордағы қортқы көмір мөлшері орта есеппен алған-
да шикізат салмағының 4-6 %-ін құрайды
Каталитикалық крекинг нәтижесіндс бензин, газ және кокспен
қатар, жүйеде циркуляцияланатын және бөлшектеніп реакторға
қайтып оралатын лигроин, жеңіл және ауыр каталитикалық газойль
сияқты дистиляттар түзіледі.
202
7.4.	Каталитикалық риформинг
Каталитикалық риформинг деп көмірсутектердің каталитикалық
жолмен ароматизациялану процесін айтады. Бұл процесс кезінде түзу
сызықты және тұйықталмаған көмірсутектер бензол тәрізді тұйықтал-
ған көмірсутектерге айналады. Ароматтық көмірсутектердің отан сан-
дары басқа көмірсутектердікінен біршама жоғары. Сондықтан оларды
қазіргі кездегі октан сандары жоғары бензиндер өндіру ушін пайда-
ланады.
Термиялық риформингтің мақсаты, каталитикалық крекингтегі
сияқты, бензиннің октан сандары төмен компоненттерінің октан сан-
дары жоғары компоненггерге айналдыру. Бұл әдіс негізінен тікелей
айдау кезінде 95-205°С-та қайнайтын парафин фракцияларына қолда-
нылады. Ең жеңіл фракциялар мұндай өзгертулерге жарамсыздау
келеді.
Егер де негізгі өнім бензин болса, онда риформинг процесін
көбінесе алюминийоксиді немесе алюминийсиликаты бетіне отырғы-
зылған платинадан тұратын катализатор көмегімен жүргізеді.
Риформинг процесінің қондырғысы ол қозғалмайтын қабатгар-
дан тұратын қондырғылар. (Стационарлы катализатор қолданылған
каталитикалық риформинг процесін платформинг деп атайды).
Алайда процесті 50 атм қысымда жүргізгенде (октан саны біршама
жоғары бензин алғанда) платина катализаторының активтігі шамамен
бір айға ғана жетеді.
Қозғалмайтын қабаттардан тұратын кейбір реакторлар катализа-
торы үздіксіз жаңартылып (регенерацияланып) тұратын реакторларға
алмастырылады. Бұл кезде катализатор реактор арқылы қозғалтылып
тұрады да, үздіксіз жаңартылып отырады.
Каталитикалық риформинг кезінде октан саны артатын реакция-
ларға мыналар жатады:
1)	нафтендердің дегидрленуі және олардың сәйкес ароматтық
көмір-сутектерге айналуы;
2)	сызықты парафин көмірсутектерінің тармақталған изомерле-
ріне айналу процесі;
3)	ауыр парафин көмірсутектердің октан саны жоғары жеңіл
фракцияларға айналуы;
4)	сутек бөлініп шығуының нәтижесінде ауыр парафин көмір-
сутектерінен ароматты көмірсутектердің түзілуі.
203
Осы қондырғыларда бөлінетін құрамында сутек көп газдар
гидро-крекинг және т.б. пайдаланылады.
Гидроформинг деп алюмомолибден катализаторы (МоО3 /А12О3)
қатысында 480-550°С-та және сутектің 1,5-2,5 МПа қысымында жүр-
гізілетін каталитикалық риформинг процесін айтады.
Платформинг деп платина немесе алюмоплатина катализато-
рында жүргізілетін каталитикалық риформинг процесін айтады.
Алюмоплатина катализаторы - бетіне 0,6 %-тен артық емес платина
отырғызылган алюминий оксиді.
Бүгінгі заманның техникасы үшін жанармайлар отынның ең бір
негізгі түрі болып табылады. Жанармайды өндіру мұнай өңдеу
өнеркәсібінің ең басты мәселесі болып, айтарлықтай деңгейде осы
саланың дамуын анықтайды.
Жанармай өндірісін дамыту отынның негізгі пайдалану қасиетін
жақсартумен байланысты - ол октанттық санмен бағаланатын жанар-
майдың детонациялық беріктігі.
Жанармайлардың каталитикальщ риформингі бүгінгі заманның
мүнайды өңдеудің және мүнай химиясының өте мәнді процесі болып
саналады. Ол бір мезгілде автокөлік жанармайының жоғарғы октант-
тық негіздік құрамын, ароматикалық көмірсутектерін- мұнайхимия-
лық синтез үшін шикізат және құрамында сутегі бар газды-техни-
калық сутегін мұнайөңдеудің гидрогеннизациялық процесінде пайда-
лануға қызмет атқарады.
Каталитикалық риформинг бүгінгі таңда тура айдалатын жанар-
майларды каталитикалық жақсартудың ең таралған әдісі болып сана-
лады. Каталитикалық риформингтің қондырғылары, тәжірибе жүзін-
де, барлық отандық және шетелдік мұнайөңдеу зауыттарында орна-
ласқан.
Процесстің физикалың-химиялың негіздері.
Шикізат. Каталитикалық риформинг шикізатына қайнау басы
60-62°С төмен емес жанармай фракциясы қызметі жатқызылады,
себебі жанармайдың ең жеңіл фракциясында көміртегінің алты
атомды көмірсутектері болмайды және шикізатта жеңіл фракцияның
болуы қажет емес газдың пайда болуын туындатады.
Әдетте, риформингкке 85-180°С шегінде қайнай бастаған фрак-
цияны ұшыратады. Қайнау соңын ұлғайту қортқы көмірдің пайда
болуына әрекет етеді, және, сондықтан да қажетсіз болады. Қайнау-
дың басының көтерілуімен жанармайдың шығуы ұлғаяды, себебі
204
ауырырақ нафтендік және парафиндік көмірсутегілер ароматтануға
жеңіл беріледі. Дегенмен де қайнай басталуы 150 немесе 140°С
фракциялар, әдетте, жеңіл фракцияларды риформингтің бөлек бір
қондырғысына жіберуде жеке-дара ароматтық көмірсутектерін алу
үшін қолданылады.
Бастапқы жанармайдың көмірсутектік құрамы шешімді мән
алады: жанармайда неғүрлым нафтендік және ароматтық көмірсутек-
терінің сомасы көп болса, соншама процесс селективті болады, яғни
неғүрлым катализаттық шығымы көп болса және тиісінше гидро-
крекингтің ілеспе өнімінің шығымы аз болады - көмірсутекті газдар.
Риформингтің шикізатын дайындауы өзіне ректификаттауды
және гидротазартуды қосады. Ректификациялау процестің қажетті-
лігіне байланысты жанармайдың белгілі бір фракциясын бөліп
шығару үшін пайдаланылады. Гидротазартуда шикізаттан рифор-
мингтің катализаторларын уландыратын қоспаларды алып тастайды,
ал екінші рет туындаған жанармайды өңдеуде шектеусіз көмірсу-
тектерін гидрациялауға үшыратады.
Негізгі реакциялар. Әртүрлі мүнайлардың жанармайлық фрак-
циялары қалыпты және таралымды парафиндердің, бес және алты
мүшелік нафтендердің, сонымен қатар, ароматты көмірсутектерінің
мазмүнымен ерешеленеді. Дегенмен де, бүл топтардың әрқайсысында
көмірсутектерінің таралуы айтарлықтай деңгейде түрақты болады.
Бүл тәртіпке нафтен мүнайларының жанармайлары жатпайды, себебі
оларды өндіру шектелген. Парафиндер ішінде көбірек болып
қалыпты қүрылымдық көмірсутегілер және монометилді алмас-
тырылған қүрылымдар орын алады. Тармақталған изопарафиндердің
салыстырмалы құрамы шағын болады.
Нафтендер көп жағдайларда бір немесе бірнеше орын алмасу
алкилдік топтары бар циклопентанның және циклогексанның гомо-
логтарымен ұсынылады. Мұндай құрам жанармайда 50-70% парафи-
ні және олардың төменгі детонациялық тұрақтылығымен шартта-
лады. Жанармай фракцияларының каталитикалық риформингке ұшы-
райтын октандық саны, әдётте 50%-тен аспайды.
Каталитикалық риформинг - күрделі химиялық жүйе, оның
ішінде әртүрлі реакциялар біріктірілген, олар жанармай фракция-
сының көмір — сутегілік құрамын түбегейлі түрде және сол арқылы
олардың антадетонациялық қасиетін айтарлықгай жақсартуға сертігін
тинізеді.
205
Процестің негізі болып реакциялардың үш түрі қызмет атқа-
рады. Ароматты көмірсутектілердің жасалуына келтіретін төменгі
реакциялардың маңызы зор: алты мүшелік нафтендердің дегидр-
ленуі, бес мүшелік нафтендердің дегидроизомерленуі, парафиндерді
ароматтау (дегидроциклдеу):
Сонымен қатар алкандардың дегидрлеу реакциялары арқылы
түзілетін сәйкес алкендер циклоалкандарға артынша жылдам
арендерге айналады:
немесе
бесмүшелі нафтендердің дегидроизомерлеу:
Ароматау процесінің әдеттегі өзгерістер:
н-гептан —> н-гептен —> метилциклогексан —> толуол.
Каталитикалық риформингте біржолы басқа да катализаттың
оетан санын жоғарлататын процестер, мысалы изомерлеу реакциялар
жүреді:
206
н- С6Н14 изо- С6Н14
СН3
Бензин фракциядағы бастапқы алкандар газдарға ыдырайтын
гидрокрекинг реакциясы қосалқы процесс болып табылады:
СвНів + Нг С5Н12 + СзН8.
Жанармай фракциясындағы парафиндерді гидрокрекингтеу газ-
дың пайда болуымен жүріп отырады, бұл процестің селективтілігін
нашарлатады. Келесі жағынан алкилбензолдарды гидродеалкилрлеу
реакциясы бензол гомолының төмен молекулярлық шығымын ұлғай-
туға мүмкіндік жасайды, бұлар ең үлкен тәжірибелік қызығушылық-
ты туындатады.
Келтірілген бірқатар реакциялардың элементарлық сатылары
риформинг катализаторларының бифункционалдық сипатымен
алдын-ала анықталады. Бір жағынан, олардың құрамында бір металл
(платина) немесе бірнеше металл (мысалы, платина және ренит,
платина немесе иридий) болуы мүмкін, олар гидрациялау және
ыдырау реакцияларын катализдайды.
Екінші жағынан, тасымалдаушы қызметін қышқылдық қасиеті
бар және реакцияларды катализациялайтын - қышқылдық типтегі
катализаторларға тән болатын, галогенмен промотирланған алюми-
ний оксиді (тотығы) атқарады. Сондықтан да реакцияның әртүрлі
элементарлық сатылары катализатордың бетінің әртүрлі учаскесінде
жүргізілуі мүмкін: металдық немесе қышқылдық.
Ыдырауда пайда болатын шектеусіз көмірсутегілер ( олефиндер,
циклоолефиндер және т.б.) тым жоғарғы молекулярлық қосынды-
ларға айналуы мүмкін және сонысымен, катализаторда қортқы
көмірдің пайда болуына әсер етеді, яғни оның дезактивизациясына.
207
Каталитикалық риформингтың шикізатын әдетте гидроге низа-
циялықтазартуға ұшыратады,осыдан кейін онда өте аз мөлшердегі
қоспалар қалады, атап айтқанда, күкірт және қүрамында азоты бар
қосындылар, олар каталитикалық «У» болып саналады. Каталити-
калық риформинг жағдайында олар күкірт - сутегін және аммиакты
өзінен айырып тастап гидрогенолизге тап болады. Мысалы:
К8К+2Н2^2КН+Н28
КЫНК+2Н—> 2ВН+МН3.
Риформингтің катализаторлары
Каталитикалық ароматтаудың өнеркәсіптік процесі, өзінің пайда
болуына 50 жыл болғанына қарамастан, үздіксіз түрде жетілдірілуде.
Бүл жағдай риформингтің катализаторларыныңда да соншама үздіксіз
түрде жетілдірілуімен жүріп отырады. Риформингтің өнеркәсіпте
бірінші рет қолданған катализаторы алюмомолибдендік катализатор
(М0О3/АЬ2О3) болып табылады. Басқа оксидгік катализаторлар
(Сг2О3/А12О3, СоО - МоО3/А12О3) нәтиже келтірмеді.
Алюмомолибдендік катализатор, бүгінгі таңдағы риформингтің
катализаторлары сияқты, ароматтау, изомеризациялау және көмір-
сутегілерінің гидрокрекингінің реакцияларын катализациялайды.
Дегенмен де, оның селективтігі ароматгау реакциясында әсіресе
парафиндерде, айтарлықтай төмен болады, ал қортқы көмірмен
толтырылу жылдамдығы айтарлықтай үлкен. Осыған қарамастан, бүл
жағдай екінші әлемдік соғыс кезінде риформингті алюмомолибдендік
катализаторды өнеркәсіпте пайдалануға бөгет бола алмады. Себебі
бүл жүйе толуол және авиация жанармайының қүрамдарын шығаруға
қызмет атқарады.
40-шы жылдардың аяғында каталитикалық риформингтің
экономикалық процестерінде, қажеттілік туындағанда байланысты -
автокөлік жанармайының сапасын жақсарту үшін - алғашқы рет аса
тиімді платиналық - катализаторлар қолданыла бастады. Келесі 10
жыл ішінде платиналық катализаторлар оксидтік катализаторларды
толығымен алмастырды, ал кеңінен жүргізілген зерттеулер олардың
әртүрлі түрлілігін каталитикалық риформинг жүйесін қүруға келтірді.
Риформинг процесінің мәнді факторы болып сутегінің парциал-
дық қысымы саналады. Нафтендерді дегидрогенизациялаудың кері
қайтарылатын реакциясында тепе-теңдік температураның жоғары-
лауы және қысымның төмендеуі арқылы оң жаққа қарай жылжиды.
Осы кезде сутегінің парциалдық қысымның көтерілуі пайда болатын
208
шектеусіз көмірсутегілердің жанама реакцияларының тығыздалуын
басуға көмектеседі, қорытындылағанда, бұл катализаторда қортқы
көмірдің пайда болуына және ақырғының белсенділігінің төмендеуіне
алып келеді. Осы жағдайға байланысты риформингтің өнеркәсіптік
қондырғыларының барлық түрлері үшін қысымды көтеру көзделеді,
бұл бірінші кезекте катализатордың белсенділігімен шартталады.
Өндірістегі риформинг катализаторларында қышқылдық функ-
циясын, бұрыннан ароматтау катализаторлардың ең жақсы тасымал-
дағыш ретінде белгілі, алюминий оксидінің жоғарыкеуекті тасымал-
дағышы атқарады. Алюминий оксидінің қышқылдық қасиеттерін
күшейту мақсатында оған галогендерді (фтор, хлор) проморлар
ретінде қосады. Металдық центрлердің активтілігін, танымалды-
лығын және тұрақтылығын жоғарлату үшін кейінгі кезде биметалды
және полиметалды катализаторды пайдаланады. Әдетге бұл рений,
иридий, галлий және т.б. қоспаларымен промоторланған платина
катализаторлары (платформинг, рениформинг).
Бір реакцияның әр түрлі қарапайым сатылары металды немесе
қышқылды орталықтарда жүруі мүмкін. Металл дегидрлеу реакция-
ларын - парафиндердің олефиндерге, циклопарафиндердің циклооле-
финдерге және алтымүшелі нафтендердің ароматты көмірсутектрге -
катализдейді. Қышқылды орталықтарынан шыққын шектеусіз көмір-
сутектер (изомерлеу және гидрокрекингің өнімдері) оның бетінде
гидрленеді.
Қышқылды орталықтарында олефиндердің изомерлеу, циклдеу
және гидрокрекинг, сонымен қатар бесмүшелі циклоолефиндердің
алтымүшеліге өзгеру процестер жүреді. Бұл реакциялар карбкатион-
ды механизм арқылы іске асады. Сонымен олефиндер мен цикло-
олефиндер маңызды аралық өнімдер болып келеді.
Риформинг реакциялардың схемасы бойынша абсцисс осіне
параллельді келтірілген реакциялар қышқылдық орталықтарында, ал
ординат осіне параллельді бағытта көрсетілген реакциялар - металды
орталықтарларда жүреді.
Бұл схема бойынша (сурет 37), н-гексан алдымен металды
центрлерде дегидрленіп н-гексенге айналады, н-гексен қышқылдық
орталыққа барып оның бетінде изогексенге изомерленеді немесе сол
қышқылдық орталықта метилциклопентанға дейін циклденіп
циклогексанға изомерленеді. Түзілген циклогексан металдық центр-
лерде дигедрленеді де соңғы өнімге - бензолға айналады.
209
Циклогексан
п
Циклогексен
Циклогексадиен
Бензол
Метилциклопентан -*
Метилциклопентен
Метилциклопентадиен
н-Гексан
ги
н-Гексен
Изогексан
и N
Изогексен
Қышқылдық орталықгарда жүретін реакциялар
37-сурет. Каталитикалық риформинг реакциялардың схемасы.
Каталитикалық риформинг - бұл мұпайөндеу өндірісінің іріто-
нажды процесі. Оның өнімділігі катализаторлардың тотықтыру реге-
нерациясының системасына байланысты. Риформингтің процестері-
нің ішінде жиі қолданатын бір жылға дейін және одан да ұзақ
регенерацияаралық циклді, стационарлы қабатты катализатор арқылы
жүретін процестер. 38 суретте каталитикалық риформинг кондырғы-
сының схемасы келтірілген.
38-сурет. Каталитикалық риформинітің схсмасы:
1 -4 риформинг рсакторлары, 5 - сепаратор, 6 - тұрақтандыру
колонна.
210
Риформингтің реакторлық блогі төрт реакторлар (1-4) және пеш-
тің үш секциясымен ұсынылған. Риформинг айтарлықтай эндотер-
микалық жылу эффектісімен жүретін болғандықтан, бастапқы шикі-
затты қыздырумен қатар, оның жартылай өзгеретін өнімін де қыз-
дыру қажет. Сутегінің парциалдық қысымын көтеру үшін риформинг
блогінде, сонымен қатар, қүрамында сутегісі бар газдың, шикізатпен
араласу үшін компрессормен берілетін циркуляция қолданылады.
Бірінші (1) реакторда шикізаттың гидрокүкіртсізденуі, 2, 3, 4
реакторларда - стационарлы (қозғалмайтын) катализаторда тікелей
риформинг және жеңіл гидрокрекинг процесі, 5 - сепараторда құра-
мында сутегі бар газдардың бөліну, 6 - тұрақтандыру колоннада -
риформатта еріген барлық газдарды бөліп шығару процестер жүреді.
Рсакторлар арасында шикізат пештерде қыздырылады, себебі дегидр-
леу реакциялар жылу сіңіру арқлы жүреді.
Сутегінің парциалды қысымын жоғарлату үшін риформипг
блогында компрессор арқылы шикізатпеп араластыруға сутекті
і-аздың циркуляциясы қолданады.
Гидротазартылған шикізаттың және құрамында сутегісі бар
газдың қоспасы, жылу алмасу жабдығының жүйесінен және пештің
екіпші секциясынан өтіп, температурасы 500° С бірінші реакторына
енгізіледі. Бірінші реакторда шикізаттың көп бөлігі өзгеріске ұшы-
райды (әсіресе нафтендік көмірсутегілер), бұл реактордағы темпера-
тураның төмендеуімен жүріп отырады. Температураның төмендеуі-
нен реакция жылдамдығы төмендейтін болғандықтан, реакцияға түс-
пеген шикізатың қоспасы реакция өнімімен бірге пешке қайта
оралады (оның үшінші секциясына), әріқарай риформингтің екінші
реакторына түседі, содан соң пешке қайта оралады (төртінші сек-
цияға), содан соң екі параллельді түйдекпен үшінші және төртінші
реакторларға өтеді.
Парафинді көмірсутегілердің дегидроциклденуі және гидро-
крскинг және нафтеннің дегидрогспизациясына қарағанда, баяулау
және қатаңдау тэртіпте жүреді. Сондықтан да катализаторды реактор-
лар бойынша біркелкі емес тарату мақсатты болады, бұл жерде оның
көп болігі шикізаттың жүру барысында ақырғы кезекте салынуы тиіс.
Әдетте платиналық катализатор 1,2 және 3-4 реакторлардың арасында
1:2:4 арақатынасқа тең жағдайда бөліпсді. Осыған байланысты, шикі-
заттың жартылай өзгсруінің аралық қызуының температурасы пештің
3 жэне 4-ші секцияларында, бастапқыға қарағанда, біршама жоғары
болады.
211
8 тарау. МҮНАЙ ӨНДЕУІНДЕГІГИДРОГЕНДЕУ
ПРОЦЕСТЕРІ
8.1. Гидрогендеу процестер
Гидрогендеу процестерді мұнай өндеуінде және мұнай химия-
сында кеңінен пайдаланады. Гидрогендеу процестерді жағармай-
лардың, дизельді және казандық отындардың сапасын жақсарту,
сонымен қатар жоғарыоктанды бензиндерді алу үшін колданады. Бұл
процестердің негізгі арнауы - өнделген мұнай фракцияларының құра-
мын реттеу, отындар, майлар және мұнайхимия шикізаттың пайда-
лану сипаттамаларын жақсарту мақсатында құрамындағы күкіртті
және азотты қосылыстрады кетіру.
Гидрогендеу процестері негізгі екі бағытта дамып келеді:
1) молекулалық массасы төмен өнімдер алу мақсатында мұнай
шикізатын үздіксіз деструктивті ыдыратып өңдеу (гидрокрекинг)',
2) әр түрлі мұнай фракцияларын қанықпаған және күкіртті қосы-
лыстардан тазалау (гидротазалау).
Гидрогенді процестерді гидрогенолиз де деп атайды. Термиялық
және катализдік крекингте, газ және жанармайдан басқа, үнемі
құрамында сутегісі аз молекулярлық қосындылар пайда болады. Бұл
жағдай бастапқы шикізаттағы сутегінің жанармаймен және газбен
салыстырғандағы қолайсыз балансының нәтижесі болады.
Егер де бастапқы шикізаттағы және крекингтің мақсатты өнімін-
дегі жанармайдағы сутегінің салыстырмалы құрамын 100 Н:С-пен
сипаттасақ, онда орташа есеппен келесі көрсеткіштерді аламыз:
шикізат - мұнай қалдықтары 12-14, жанармай 17-18.
Осыдан шикізатқа, толық түрде жанармайға айналу үшін,
сутегінің жетпейтіндігі көрінеді. Сондықтан да крекинг жағдайын-
дағы жанармайдың шығымы 40-50%-дан аспайды. Яғни, ауыр мұнай
шикізатын тоқтаусыз мотор отынына өңдеу үшін, процеске сутегіні
сырттан ендіру қажет болады. Бұл жағдайда ыдырайтын көмірсу-
тектердің сынықтары сутегімен қанығады. Сонымен қатар, әрі қарай
қортқы көмірдің пайда болуына жауапты дегидрлеу және конден-
сациялау реакциялары, сутегінің қысымымен басыла бастайды.
Осылайша, шикізаттың өзгеру деңгейі тек процесс шартымен ғана
шектеледі.
Күкіртті шикізатты өңдеуде, крекингті сутегінің қатысуымен
өткізу, сонымен қатар құрамында күкірті аз соңғы өнімді алуға
мүмкіндік береді, себебі күкірттік қосындылар күкіртсутегін бөлу
арқылы гидрленеді.
212
Күкірггі әртүрлі соңғы және аралық мүнай өңдеу өнімдерінен
жою - бүл үлкен өзіндік шешімдерді талап ететін мәселе, бүгінгі
таңда оны шешу мақсатымен гидротазарту процесі жетістіктермен
қолданылуда. Гидротазартуда түрақсыз шектеусіз көмірсутектерді
тиісті шегіне дейін жеткізу үшін бір мезгілде гидрлеу жүреді.
Гидрокрекинг және гидротазалау - катализдік процестер. Ката-
литикальщ гидрогендеу деп мүнай өнімдерін каталитикалық жолмен
сутектендіру қүбылысын айтады. Гидрогендік процестердің катали-
заторлары ретінде никель, кобальт, молибден, вольфрам сияқты
металдардың оксидтері жәие сульфидтері, қышқылдық тасымалдау-
шыда - алюмосиликаттарда, алюминий оксидінде және т.б. қолда-
нылады. Барлық катализаторлар катализдік уларға, әсіресе күкірттік
қосындыларға, берік болуы тиіс.
Гидрокрекинг процесі үшін қажетті катализаторлар бір мезгілде
бөлшектеп жіберу, изомерлеу және гидрлеу қасиетіне ие болуы тиіс.
Сондықтан олардың қүрамында, белгіленген тәртіпке сәйкес, гидр-
леуші компоненттері ретінде платина, кобальт немесе никель, воль-
фрам, молибден болу қажет, ал деструкцияны және изомерлеуді қам-
тамасыз ету үшін - алюмосиликат болуы тиіс.
Гидротазарту процестері үшін көбінесе алюмокобальтмолиб-
денді (АКМ) немесе алюмоникельмолибденді (АНМ) катализаторла-
рын пайдаланады, олар негізінде гидрлеу қабілеттілігімен және
аздаған крекингтеуші белсенділігімен сипатталады.
8.2. Гидротазалау
Катализді риформингте жоғары октанды бензиннің шығымы
процестің жүру жайдайына байланысты екені белгілі. Риформинг
процестің жүру жағдайлары неғүрылым қатаң болса соғүрылым
октан-тонн шығымы жоғары болады. Октан-тонн деп риформинг
катализаттың немесе кез келген басқа компоненттің оның октан
санына көбейтіндісін айтады.
Риформингтің қатаң жағдайы қысымның төмендеуімен және
температураның өсуімен анықталады. Бүл жағдайда ароматтау реак-
циялар толықтау және жылдамдау жүреді. Дегенмен қатаңдықтық
өсуі катализатордың активтілігін және түрықтылығын төмендетеді,
ал активтілігі төмен катализаторлар реакция барысында катали-
тикалық улармен уланады. Күкіртті мүнайларды өндегенде жинақ-
талған күкірт катализаторды уландырады. Шикізаттың қүрамында
күкірттің мөлшері неғүрылым аз болса жағдай қатаңдаған сайын
213
соғұрылым катализатор ұзақ уақыт активтілігін сақтайды. Ең күшті
катализдік уларға мұнайдағы гетероатомды қосылыстар жатады,
әсіресе күкіртті қосылыстар. Сондықтан риформингтің алдында шикі-
затты гидротазалауға ұшыратады.
Мұнайөнімдерді гидротазалау немесе катализдік асылдату -
МӨЗ-дарда өте маңызды. Гидротазалау процесті түрлі мұнай фрак-
цияларын гетероатомды қосылыстардан тазалау мақсатында колда-
нады. Гидротазалау кезінде бір мезгілде тұрақсыз шектеусіз көмір-
сутектердің гидрлену арқылы сәйкес шектелген қосылыстар түзіледі.
Гидротазалауды әдетте гидрлеуші катализаторларда жүргізеді.
Гидротазалау катализаторларына қойылатын негізгі талап -
каталитикалық уларға, әсіресе күкіртті қосылыстарға тұрақты болуы.
Процестіңтиімділігі катализатордың активтилігіне тәуелді.
Гидротазалау процестің негізінде гетероатомды қосылыстардың
экзотермиялық гидрлену реакциялар жатады. Бұл реакциялар нәтиже-
сінде сутегісіз заттар бөлінеді:
К8К + 2Н2—> 2КН + Н28 ?
КГШК + 2Н2 > 2К.Н + ЫН3 ?
Күкірторганикалық қосылыстар катализаторларда сутегі
қысымының күкіртсутекке Н28 және көмірсутектерге ыдырайды.
Кэдімгі жағдайда күкіртсутек газ тэрізді зат, мұнайөнімді қыздыр-
ғанда бөлініп шығады. Суармалау колонналарда түзілетін күкіртсу-
текті суға сіңіртеді, соңынан одан элементті күкіртті немесе кон-
центрлі күкірт қышқылын алады.
Жалпы айтқанда мұнайды жэне мұнай дистилляттарын күкіртқұ-
рылымды қосылыстардан тазалау эдістерді екі топқа бөлуге болады:
1. күкірторганикалық қосылыстарды ыдыратып отындардан
шығарып тастау тэсілдері;
2. бір мезгілді күкірттің органикалық қосылыстарын (КОҚ)
таңдамалы боліп алу жэне мұнай фракцияларын тазалау эдістері.
Күкірттің үлесін 85-97%-ға төмендететін, күкіртсутек пен комір-
сутектер түзілетін С-8 - байланысгың гидрогенолизіне негізделген ең
қолайлы деп каталитикалық гидротазалау іске асырылады.
Гидрогеполиз күкірттің барлық органикалық қосылыстардыц
топтарына сипатты рсакция (КОҚ):
К8Н, К8К’, К88К, I I	К”Н + Ң8
8 8
214
Тұрақтылықтарына сәйкес келетін КОҚ-ның гидрлену жылдам-
дығы мына ретте артады: меркаптандар > дисульфидтер > сульфид-
тер = тиофандар > тиофендер.
Гидрогенолиз жағдайларын өзгеруі - сутегі қысымының жоғар-
лануы, катализатордың активтілігі өсуі, гемператураның өзгеруі -
КОҚ-дың гидрлену процесіне белсенді әсер етеді.
Гидротазалаудан түзілген күкіртсутегі одан әрі элементті күкірт
және күкіртті қышқыл алуға колданылады. Мүнай фракцияларын
гидрокүкіртсіздену процесінде сонымен қатар гидрокрекинг, нафтен-
ді КС-дің дегидрирлену, парафинді КС-дің дегидроциклдену және
ароматты КС-дің гидрлену процестері жүреді. Ең көп шаралған және
ондірістік тиімді күкірт алу тәсілі - Клаус процссі - күкіртсутектің
каталитикалық копверсиясы болып саналады. Түзілген Н28 ұсталып
элеметтік күкіртке Клаусс процссс арқылы айналдырылады Түзілген
күкірттің шығымы 99,9%
Клауса әдісі бойынша түзілген Н28 оттегінің жеткіліксіз мөл-
шердегі қатысуымеп жандыру нэтижесінде түзілген күкірт диоксиді
қалған жанбаған күкіртсутекпен әрекеттесу арқылы титанооксидті
катализатордың қатысуымен элементті күкіртке айналады және
сілтілік ерітіндімен жойылады. Солай етіп түзілген күкірт булары
консацияланалы. Бұлардың негізінде мына реакциялар жатады:
—	термиялық тотығу сатысында:
Н28 + 3/2 О2 —> Н2О +8О2 +0,	(1)
-	каталитикалық өзгеру сатысында:
Н28 + 8О2 ±7 2Н2О + 3/п 8„ +0,	(2)
—	сонымен қатар мүмкін болатын реакциялар:
2Н28 +О2->2Н2О + 82,	(3)
82 + 2О2 —* 28О2.	(4)
Реакция (2) бойынша күкірттің 70% түзіледі және каталитика-
лық сатысының алдында алуға тиісті бірталай жылу бөлінеді.
Күкі|эттің жапу бөлімінде термиялық тотығу кезінде температура
1600 С-дан жоғары болуы мүмкін.
215
2 және 3 реакциялардан түзілген күкірттін шығымы айналу
дәрежесін 95%-ке дейін жеткізуге қолайлы жағдай жасайды. Сондык-
тан катализдік конверсияны екі сатыда жүргізу және әр бір сатысын-
да күкіртті шығарып түру жөнді.
Кпаус процестің элементарлы күкірттің өндірісінің принципті
технологиялық схемасы 39 суретте келтірілген. Процесс үш сатыда
жүреді. Біріншісі - термиялық. Екінші мен үшіншісі - каталитика-
лық сатылар.
39-сурет. Күкірт өндіру Клаус процесінің технологиялық схемасы:
I - күкіртсутегі, II - ауа, III - күкірт, IV - су буы, V - газдар,
VI -конденсат/
Термиялық сатысы реактор-генератор жану камерасында жүре-
ді, қышқылды газ ауа қатысымен жанады. Жану өнімдері Н28 реак-
тордың П-1 пешінен конденсатортордың түтікті байламынан реакция-
лық газдар су буын түзе 160°С-қа дейін салқындайтын Т-1 - қазан-
утилизатордан өтеді. Бұл температурада күкірттің түтқырлығы мини-
мальді мәніне жақын. Конденсацияланған сүйық күкірт арнайы
жинағыш камерасына ағып түседі.
Одан әрі Р-1 және Р-2 реакторларда Н23 және ЗО2-нің екісатылы
каталитикалық конверсиясы П-2 және П-3 пештердс газдарды
қыздыру және әр бір сатыдан кейін жылуды Т-2 және Т-3 қазан-
утилизаторларда пайдаға асыру арқылы жүргізеді.
Реакторларға жіберер алдында газдар 240°С температураға дейін
қыздырылып Клаустың каталитикалық реакциясы катализатордың
қабатында өтеді. Каталитикалық конверсияның екінші сатысы газа-
дары каталитической конверсии второй ступени после охлаждения
Т-3 - қазан - утилизаторда салқындап С-1 - сепараторда кукүрггің
механикалық жолпен ілесе кеткен тамшыларынан босатылады.
216
Күкіртжинағыштан бөлінген газдар отынды газ арқылы жұмыс
істейтін істейтін П-4 пешке барады. Ол жерже кукірттің реакция-
ласпаған қосылыстарын ауанын артығында 600-650°С температурада
аяғына дейін жандырады.
Сүйық күкірт жерасты жинағыштан сорап арқылы ашық жер
бетіндегі кесекті күкірттің қамбасында қатқан күйде сакталады.
Мүнайөнімдерде азот негізінде гетероциклді қосылыстарда -
пиррол және пиридиннің туындылары күйінде болады. С-Ы-байла-
ныстың гидрогенолизі С-8 - байланысқа қарағанда қиындау жүреді.
Олардың арасында аминдер жеңілдеу гидленеді:
С6Н5СН2ГШ2 Нг >СбН5СН3 + МН3.
Циклді қүрылымдардан азот ең киын бөлінеді. Пиридин пентан
мен аммиакқа айналады:
сн3сн2сн2сн2сн2гш2
СН3СН2СН2СН2СН3+ГШ3.
Би- және полициклді арендердің гидрленуі гетератомды
сақинадан басталады. Гетероциклді қосылыстар құрамында азоты бар
сақинада гидрленіп көміртек-азот байланысы үзіледі де аммиак
күйінде бөлінеді:
Оттекті қосылыстардың көбісі шайырлар мен асфальтендерде
жинақталған. Оттекті қосылыстардың гидрогендеуінен сәйкес көмір-
сутектер мен су түзіледі:
217
к—
— соон
2Н
к—
—СН, + 2Н2О,
ксс,н4он Нэ >КС6Н5 + Н2О.
Оттекті қосылыстардың гидротазалауы да күкіртті қосылыс-
тардаи жою жағдайда жүреді. Әдеттегі гидротазалау катализа-
торлардың қатысумен оттекті қосылыстар түгел жойылады.
Гидротазалау арқылы металорганикалық қосылыстардың кобісін
(75-95%) шығаруға мүмкіидік береді. Мұнай фракцияларындағы
металлоргапикалық қосылыстар активті катализаторларда ыдырап
катализды зәр болатын бос метал күйінде түзіледі.
Гидротазарту процесі әр уақытта бір сатыда жүмсағырақ
жағдайда іске асырылады ( 360°-420 °С, 2,5 - 6 МПА).
8.3. Гидрокрекинг
Гидрокрекині - ол жарқын түсті мұнай онімдерін (жанармай-
ды, керосинді, дизсль отынын) алу үшін, сонымен қатар С3-С4
қойытылған газдарды мұнай шикізатының, молекулярлық массасы-
нан жоғарырақ болатын, мұпай шикізатын сутегінен өңдеуде қысым
арқылы алу үшін колданылатын катализдік процссс.
Гидрокрекинг мұнай өнімдерінің кең түрдегі ассортиментін
алуға мүмкіндік жасайды - тәжірибеде қандай да болмасын мұнай
шикізатынан, тиісті катализаторларды және шарттарды таңдай алу
арқылы жәнс мұнай оңдеудің ең бір тиімді және икемді процесі
болып табылады.
Процестің химиялық негіздері. Гидрокрекинг өнімдерінің сипат-
тамалары өте күшті деңгейде катализатордың қасиеттерімен, оның
гидрленуімен және қышқылдық белсепділігімен анықталады.
Гидрокрскинг шикізаттың қасиетіне жәнс процестің мәніне бай-
лапысты бір пемссс скі сатыда іске асырылады. Шикізаттың ауыр
түрлері үшін кобінесс гидрокрекингті екі сатыда жүргізеді.
Біріпші сатыда шикізаттың молекулярлық массасы бір шамаға
томендсйді және оның сутегімен қанығуы жүреді, және толығымсн
нсмссс ішінара гстероатомдар жойылады. Екіпші сатыда дайындалған
шикізат сутегінің қысымымен қызмет мерзімі үлксн сгационарлы
каталюаторлардатерең крекингке ұшырайды.
Шикізаттыц өзгсруі гидрокрекинг жағдайында белгілі бағыт-
гырда жүрсді. Біріншідсн гидрогснолизге гетероатомды қосылыстар
218
ұшырап Н20, ЫН3 және Н28 қосылыстар күйінде түзіледі. Бір мезгілді
шектеусіз көмірсутектердің гидрлену процесі жүреді:
-сн2-сн = сн-сн2 {1? > -СН2-СН2 -СН2-СН2-
Нафтенді циклдер изомерленіп ыдырайды:
сн, сн.
I I + т.б.
сн, сн.
Жоғары гидрленуші және төмен қышқылды активтілігі болатын
катализаторларда ароматты сақиналары қанығады. Конденсірленген
ароматты сақиналардың гидрлепуі әр бір сатыда жылдамдығы
томсндеп дәйекті түрде жүреді:
Арендердің дәйскті гидрлснуімен бірге шектелгсп сақиналар
ыдырауы жәнс алкилді арспдсрдің түзілуі мүмкін:
Алкапдар изомерлену және ыдырау рсакцияларға үшырайды.
Крскинг кезінде түзілген олефиндер бір бірімен қосылап парафиндер
түзілсді. Екіссслік байланыстардың қанығуыпан изопарафиндер тү-
зіледі.
Гидрокрекингтің жылу эффектісі гидрлену және ыдырау реак-
циялардың қатынасымен анықталады. Крекинг процестің эндотер-
миялық эффекті гирлеу процестің экзотсрмиялық эффсктімен ком-
пснсациялапады.
Гидрокрекингтің оптималды температурасы 300-425°С аралы-
ғында. Томендсу гсмпературада реакция баяу жүрсді. Жоғары темпе-
ратурада кокс түзілу процестер жүріп реакцияның ықтималдығын
219
төмендетеді. Одан басқа жоғары температурада ыдырау процестері
жылдамдатылады да жеңіл фракциялардың және газдың шығымын
арттырады.
Гидрокрекингті іс жүзінде 400-450°С температурада және
3-10 МПа қысымда жүргізеді. 40 суретте гидрокрекинг процестің
принципті схемасы келтірілген.
С4
40-сурет. Гидрокрекингтің принципті схемасы.
Шикізат 84-140 атм қысымдағы 290-400°С-қа дейін қыздырыл-
ған сутекпен араласып бірінші реакторға жіберіледі. Катализатордың
қабатынан өткен кезде шикізаттың шамамен 40-50 %-ті бензиннің
қайнау температурасына сәйкес (200°С-қа дейін) заттар крекинге
үшырап түзіледі.
Бірінші реактордан шыққан көмірсутекті қоспаны салқандатады,
сығыды және сепаратор арқылы өткізп сутегін бөледі. Сутегі
қайтадан шикізатпен араласып процеске жөнелтіледі, сүйықтық айдау
процесіне барады. Бірінші реактордың өнімдері ректификациялық
колоннада бөлінеді.
Айдау процесінің қалдығын қайтадан сутегі ағынымен аралас-
тырып екінші реакторға жібереді. Бірінші реакторда бүл коспадағы
заттар гидрирлену, крекинг және риформинг реакциялардан үшыраға-
нына байланысты екінші реакторда бұл процестер қатаңдау жағдайда
220
жүреді (температура мен қысым жоғарылау). Екінші реактордан
шыққан қоспа сутегінен босатылып фракцияланады.
Процестің катализаторлары. Гидрокрекинг катализаторлары-
ның ассортименті айтарлықгай кең, бұл процесс қажеттілігінің
әртүрлілігімен түсіндіріледі. Әдетте, олар келесі компоненттерден
түрады: қышқылдық, гидрациялаушы және байланыстырушы. Олар
қуысты қүрылымдарға механикалық беріктікті қамтамасыз етеді.
Қышқылдык компонент ретінде крекингтеуші және изометрия-
лық қызмет атқаратын циолиттер, алюминий оксидтері, апюмоси-
ликаттар пайдаланылады. Қышқылдықты күшейту үшін катализа-
торға галоген, қосымша оксидтік қосындыларды ендіреді немесе
алдын ала деалюминилеу немесе цеолитті декатиондау жүргізеді.
Гидрациялау компоненті болып әдетте: Рі, Рсі, №, Со, Ғе сияқты
металдар, сонымен қатар кейбір металдардың: Мо, V/ оксидтері неме-
се сульфидтері қызмет атқарады. Белсенділікті көтеру үшін пайда-
лану алдында VIII сутегімен қалпына келтіреді, ал оксидтік молибден
және құрамында вольфрамы бар катализаторлар - сульфиттелінеді.
Сонымен қатар катализаторды белсенділендіру үшін әртүрлі
промоторларды пайдаланады. Промоторлар ретінде ең белгілі болып
ренит, родий, иридий, VIII топ металдары үшін жерде сирек кезде-
сетін элементтер және катализаторлар үшін VI топ металдарының
негізіндегі кобальт және никель оксидтері саналады. Байланыс-
тырушының қызметін, көбінесе, қышқылдық компонент (алюминий
оксиді, алюмосиликаттар), сонымен қатар кремний, титан, цирконий,
магний және цирконий силикаттары атқарады. Гидрокрекингтің ең
қолайлы нәтижесі жоғарғы қышқылдық және орташа гидрациялау
белсенділігі бар катализаторларды пайдалануда жемісті болады.
Селективтік гидрокрекинг процесінде катализаторлар ретінде
модификацияланған өзіндік молекулярлық - електік әрекеті бар
цеолиттер (модернит, эрионит т.б) қолданылады: цеолиттердің
қуыстары тек қана әдеттегі қүылымдағы алкандардың молекулалары
үшін мүмкін болады. Мүндай катализаторда гидрациялау-дегидра-
циялау қызметін бір сатылы гидрокрекингтегідей, металдар және
қосындылар атқарады.
Процестіц макрокинетикасы. Шикізатты өзгерту гидрокрекинг
процесінде келесі бағыттар бойынша жүргізіледі. Бірінші кезекте
гидрогенолизге көмірсутегі емес қосындылар үшырайды, осыған
байланысты шикізаттан Н2О, ИН3 және Н28 түріндегі гетероатомдар
алынып тасталады. Осымен бір мезгілде қанықпаған көмірсутекте-
рінің гидрациясы жүреді.
221
Полицикпдік арендер .жэне циклоалкандар моноциклдікке өзге-
ріп гидрацияланады. Алкандар изомеризация және болшектену реак-
цияларына түседі. Бөлшектеу және изомеризация бірінші реттегі
типтік реакция болып саналады. Гидрациялау және деструктивтік
гидрациялау - екінші реттегі реакциялар. Дегенмен де, жүйедегі
артық сутегінің көптігіне байланысты, олар да бірінші реттегі тең-
деумен суреттеледі. Осылайша, гидрокрекингті тұтас, бірінші реттегі
реакцияны пайда болатын өнімнің тежеуімен кинетикалық теңдеу-
мен көрсетуге болады. Вакуумдық газойлдың гидрокрекингін белсен-
дірудің байқалатын қуаты 380^420°С температура интервалыидағы
140-250 кДж/мольді әсері гидрациялау реакциясы және бөлшек-
тенудің ара қатынасымен анықгалады.
Гидрокрекингтің жылыту тиімділігі гидрациялау және болшек-
тену реакцияларының ара-қатынасымен анықгалады. Әдетте, бөлшек-
тенудің теріс жылулық әсері гидрациялау реакциясының оңды жылу-
лықәсерімен жабылады.
Гидрокрекингті өткізудің қолайлы температурасы әдетте 300-
425°С. Бұдан төмен температурада реакциялар аз жылдамдықпен
жүріп отырады. Температураның аса көтеріліп кетуі гидрациялау
реакциясының термодинамикалық факторымен және қорткы көмірдің
пайда болу жылдамдығының өсуімен шектеледі. Одан басқа, жоғары
температурада белсендендірудің ең үлкен қуатымен жүретін ыдырау
реакциясы айтарлықтай жылдамдалады, мұның нәтижесінде жеңіл
фракциялардың және газдың шыгымы ұлғаяды.
Процесті ең аз температурада өткізудің қажеттілігіне байланыс-
ты гидрокрекингте шикізатты берудің көлемдік жылдамдығы төмен
болады: 0,5-2,0 ч'1. Жеңіл газойлдерді 400—425°С-да өңдеуге қажетті
ең төменгі қысым жорамалмен 7 МПа. 5 МПа-дан кем қысымда
катализатордың қарқынды түрде қортқы көмірмен толтырылуы
басталады. Ауыр газойлдар үшін, және әсіресе, қалдық шикізат үшін
полициклдік жүйелерде шеңберлердің дегидрациялану кері реакция-
сын болдырмау үшін биігірек қысым талап етіледі (20-30 МПа дейін).
Өнеркәсіптегі гидрокрекинг. Өнеркәсіпте мақсатты бағытта іске
асырылған гидрокрекинггің процестеріи келесілерге бөлуге болады:
1.	Жанармай фракцияларының гидрокрекингі - мұнай газын алу
мақсатында С4-С5 изоқұрылым көмірсутектерін мұнай химиялық
синтез үшін және автокөлік жанармайының жеңіл жоғары октанды
компонентін алу үшін іскс асырылады.
2.	Орта дистилляттардың гидрокрекингі (тікелей айдалатын
және екінші рет шығарылған), қайнау температурасы 200-350°С,
жанармай және реактивтік отын алу мақсатында іске асырылады.
222
3.	Атмосфералық және ваккумдық газойлдардың гидрокрекингі,
кокстену газойлдері, катализдік крекинг газойлдары - жанармайлар,
реактивтік және дизель отынын алу мақсатында іске асырылады.
4.	Ауыр мұнай дистилляттарының гидрокрскингі - реактивтік
және дизель отындарын, жағармайларын, аз күкіртті қазандық
отындарын және катализдік крекинг үшін шикізат алу мақсатында
іске асырылады.
5.	Жанармайдың октандық санын көтеру мақсатында селектив-
тік гидрокрекингілеу; реактивтік және дизель отыныныц суып қалу
темпсратурасын төмендету мақсатында; майлы фракциялардың түсін,
түрақтылығын жақсарту және суып қалу температурасын төмендету
үшін іске асырылады.
6.	Гидродеароматтандыру.
Жанармай фракцияларының гидрокрекингі. Катализдік крекинг-
тің және жанармайдың крекингінің комбинацияланған процесі
түзіліп, өнеркәсіптік қолдаиыс тауып, ол біздің елде изоформинг
деген аталым алды.
Бүл процесте шикізат — ауыр жанармайлық фракциялар — олар-
ды риформинг алдында гидротазартумен біріккен гидрокрекингке
ұшыратады. Гидрокрекингтің гетероорганикалық қосындылардан
тазартылған өнімі - 20%-ке дейін төмен молекулярлық алкаидарды
құрамында сақтайды (изокомпонент) оларды ректификация арқылы
бөліп шығарады. Ректификациядан кейінгі қалдық, бастапқы шикізат-
пен салыстырғанда, құрамында жеңілденген фракциондық құрамды
біріктіреді және арендердің, циклоалкондардың көтеріңкі құрамымен
сипатталады, яғни катализдік риформинг үшін ең жақсы шикізат
болып табылады.
Изокомпоненттің октандық саны, зерттеу әдісі бойынша - 86
пунктті құрайды. Изокомпонснтті риформингпен 3:7 қатынасында
араластыру арқылы АИ -93 жанармайып алады.
1.	Орта дистилляттардың гидрокрекингі. Орта дистиллят-
тардың гидрокрекингі (200-350° С) жанармайларды жәнс реактивтік
отындарды алу үшін зерттелген, бірақ та шикізат ресурстарының
болмауына байланысты тәжірибелік мәні жоқ.
2.	Ауыр газойлдық фракциялардың гидрокрекингі. Өнсркәсіпте
ауыр газойлдық фракциялардың гидрокрекингінің варианттары іске
асырылған, олар жанармай, реактивтік және дизель отындарын, соны-
мен қатар, жағармайлардың, қазандық отынның және катализдік кре-
кинг шикізатының және пиролиздің сапасын котеруге бағытталады.
Күкіртті аз ваккумдық дистилляттарды жанармайға гидрокре-
кинг жасау гетероатомдық қосындылармен уландыруға берік (суль-
223
фиттік катализаторлар) катализаторларға бір сатыда 340-450°С тем-
пературада сутегінің қысымы 10-20 МПА-да іске асырылады. Әдетте,
жанармайдың шығымы 30-40% құрайды, дегенмен де 80-90%-ке
жетуі мүмкін. 1,5% жоғары күкірті және 500-2500 млн. азоты бар
шикізатты өңдеу үшін бірінші сатыда гидротазарту сатысы бар екі
сатылы процес қолданылады. Процестің екінші сатысы құрамында
VIII топтық металдары болып табылатын катализаторда іске асы-
рады, температурасы 290-380°С, кысымы 7-10 МПА жағдайында.
Жанармайдың шығымы шикізатта 70-125%-ке дейін жетеді. Алына-
тын жеңіл жанармайды тауарлық жанармайдың компоненті ретінде
пайдаланады. Ауыр жанармайды риформингке жібереді.
Ауыр газойлдерді орта дистилляттық фракцияларға (реактивтік
және дизель отыны) гидрокрекинг жасауды да бір және екі сатылы
нобайда (схемада) жүргізеді. Катализаторларда уға берік бір сатылы
процесс кең таралған болып саналады. Бүл процесс 380-410°С темпе-
ратурада және сутегінің қысымы 12-15 МПА - іске асырыпады. Про-
цесс тәртібін жанармайдың жоғары емес шығымында 85%-ке дейін
реактивтік немесе дизель отынын алатындай етіп таңдап алады.
Гидрокрекингті мүнайды өңдеу нобайына қосу кәсіпорындарды
пайдаланудың икемділігін қамтамасыз етеді. Процестің технология-
лық тәртібін және сүйық өнімдердің рекгификациялар шартын өзгер-
те отырып, бір қондырғыда аталып өткен өнімдердің: жанармай,
реактивтік немесе дизель отынының барлығын алуға болады.
Жанармайлық нобай, шикізатқа есептегенде, 51% жанармай
алуға мүмкіндік жасайды. Бұл жағдайда жеңіл жанармайдың (С4 - Сб
фракция) октандық саны 82 теңеледі. Бұл вариантта алынатын ди-
зелдік отынның (18О-35О°С) фракция - 25,4% цетандық саны 50-55
болып, қүрамында 0,01% күкірті болады және 10°С температурадан
жоғары емес жағдайда суыйды. Бүл фракция жазғы дизель отынының
стандартының барлық талаптарына жауап береді.
Гидрокрекинг өнімдері, жанармай нобайлары бойынша, көбіне-
се катализдік өнімдерімен үқсас болады: газ тәрізді өнімдердің қүра-
мында айтарлықтай мөлшерде С3 - С4 көмірсутегілер болады, сүйық
онімдерде таралымды қосындылар көп болады.
Катализдік крекингке қарағанда, гидрокрекинг өнімдері қанық-
қан сипатта болады және гетероатомдық қосындылары болмайды.
Гидрокрекинг газойлдары, сонымен қатар, катализдік крекинг газойл-
дарымен салыстырғанда, азырақ хош иістенген болады.
Гидрокрекингтің болашакты бағыты болып майлы фракция-
ларды өңдеу саналады (вакуумдық дистилляттарды және деасфаль-
224
тизаторларды). Майларды терең гидрациялау кермектік (вязкость)
индексін 36 дан 85-110-ға дейін көтеруге, күкірт қүрамын 2%-тен
0,04-0,1%-ке дейін томендетуге мүмкіндік жасайды, бір қатарға
қортқы көмірмен толтырылу көрсеткіші азаяды, суыту температурасы
төмендейді. Шарттарды таңдай отырып (температураны, шикізат
берудің көлемдік жылдамдығын, катализаторды), қандайда болмасын
мүнайдан кермектік индексі жоғары майларды алуға болады.
3.	Селективтік гидрокрекинг. Бұл процесс шикізаттан гидроге-
нолиз жолымен төмен деңгейде мүздатылатын отындар мен майлар-
ды алу мақсатында қалыпты құрылымды алкандарды алып тастауға
бағытталады. Бүл процесте катализатор ретінде геометриялық селек-
тивті цеолиттер қолданыпады, олардың кіріс терезелерінің өлшемі
(0,5-0,55 мм) еркін түрде қуыстарға кіруге және онда тек қана
әдеттегі алкандардың молекулаларына, диаметрі 0,49 мм, реакция
жасайды. Басқа диаметрлері үлкен болады да (мысалы, 2-метил-
пентан - 0,56; бензол - 0,58, циклогексан - 0,61 нм) цеолит қуысына
түсе алмайды. Пайда болған өзгерген өнімдерді Н - алкандарды
цеолиттерге гидрациялау үшін әдеттегі гидрациялайтын компонент-
терді ендіреді (платина тобының металдары, никель, сонымен қатар
молибденнің және вольфрамның оксидтері, сульфиттері).
Селективтік гидрокрекингті гидроизомеризация сияқгы тура
айдалатын фракциядан және рафинаттардан төмен суыйтын майлар
өндіру үшін пайдаланылады. Процесті 300-430 °С температурада,
2-10 МПА қысымда, шикізатты берудің көлемдік жылдамдығы
0,5-2ч’’ өткізеді. Майлардың шығуы 80-87%-ін құрайды. Майдың
сапасы төменгі температурада еріткіштермен цепарафинизациялауда
алынатын майлардың сапасына жуық болады. Майдың суу темпе-
ратурасы +6°С-тан (40-50) °С, Н-қа дейін төмендетіле алады.
4.	Гидродеароматизациялау. Катализдік гидродеароматизация -
жоғары сапалы реактивтік отындарды (керосинді) тура айдалған және
екінші ретегі шикізаттан алатын негізгі процесс. Тура айдалатын орта
дистиллятты фракциялардағы арендердің құрамы, мұнайдың шығуы-
на байланысты 14-35% құрайды, ал екінші рет туындаған дистил-
ляттарда - 70%-ке дейін жетеді. Күкірті 0,2% және азоты 0,001% кем
тура айдалған шикізатты өңдеуді бір сатыда құрамында платина
цеолиті бар катализаторларда, шикізатты беру көлемдік жылдамдығы
4т'1-де жүргізеді. Бұл жағдайда арендерді жоюдың толықтығы 75-90%
құрайды. Гетероатомдардың құрамының көп болуында алдын-ала
гидротазалау қажет болады. Екінші реттегі шикізат қатаңырақ жаг-
дайда өңделеді - температурасы 350-400°С, қысымы 25-35 МПА.
225
Гидрокрекинг катализаторлары. Бұлар риформингтің катализа-
торымен салыстырғанда, азырақ құнды және қымбат болып келеді.
Әдетте, бұл күкірттің кобальтпен, молибденмен немесе никельмен,
алюминий оксидімен қосындысы. Катализдік крекингке қарағанда,
бірақ катализдік риформингтегідей секілді, катализатор жылжы-
майтын қабат түрінде орпаласады. Катализдік риформинг сияқты,
гидрокрекингті көбінесе екі ерітіндідс өткізеді (нобайды қара).
Шикізат 290-400°С дейін кыздырылған және 84—140 атм.
қысымдағы сутегімен араластырылады және бірінші реакторға жібе-
ріледі. Катализатор қабатынан өткенде шамамен 40-50% шикізат
крекингке, жанармайдың кайнау температурасына сай келетін жағ-
дайға ұшырайды (қайнап шығу нүктесі 200°С).
Катализатор және сутегі кейбір жағдайларда бірін-бірі толық-
тырып отырады. Біріншіден. катализаторда крекинг жүргізіледі. Кре-
кинг жүріп отыру үшін жылу жеткізу қажет (эндотермикалық про-
цесс). Осы уақытта сутегі молекулалармен реакцияға түседі, олар
крекингте, оларды қанықтыра отырып, пайда болады. Бұл жағдайда
жылу бөлініп шығады, яғни гидрациялау реакциясы - экзотерми-
калық болады. Осылайша, сутегі, крекинг жүру үшін жылу бөліп
шығарады.
Екіншіден, олар бір-бірін изопарафин пайда болуда толық-
тырып отырады. Крекингте олефиндер пайда болады, олар бір-
бірімен қосылып, қалыпты парафин құрайды. Гидрациялау есебінен
екілік байланыстар тез қанығады. Бұл жағдайда көбінесе изопара-
финдер туындайды, сонымен қажет емес молекулалардың пайда
болуы тоқтатылады.
Көмірсутегілік қоспа бірінші реактордан шыққанда оны суьгга-
ды, жандырады, және сутегіні бөлу үшін, сепаратор арқылы жібереді.
Сутегіні тағы да шикізатпен араластырады және процеске жібереді,
ал сұйық айдауға түседі. Бірінші реакторда алынған өнімдер РК-ға
бөлінеді және нәтижеде не қажет болатындығына байланысты,
олардың бөлігі бөлініп шығарылады.
Керосиндік фракцияны бүйірлік айдалым сияқгы бөліп шыға-
руға немесе газойлмен бірге айдаудан қалған қалдық ретінде қалды-
руға болады. Айдаудан қалған қалдықты тағы да сутегі тогымен
араластырады және екінші реакторға жібереді. Бұл зат гидрациялауға,
крекингке және риформингке бірінші реакторға ұшырағандықтан,
процесс екінші реакторда қатаңырақ тәртіпте жүреді (жоғарырақ
температурада және қысымда). Бірінші ксзеңнің өнімдері сияқты,
екінші реактордан шығатын қоспа сутегінен бөліп шығарылады және
фракциондауға жіберіледі.
226
Гидрокрекинг процесінің қасиеттерінің бірі болып өнім көлемін
25% ұлғайту саналады. Крекинг пен гидрокрекингтің бірігуі озінің
салыстырмалы тығыздығы, шикізаттың тығыздығынан айтарлықтай
төмен болатын өнімдерді береді. Әдетте, сутегінің шығымы
2500 ст.фут3/ баррелді құрайды.
Гидрокрекингтің ауыр өнімі - бұл лигронн (нафта), олардың
құрамында ароматиканың ізашарлары басым болады (яғни арома-
тикаға жеңіл өтетін қосындылар). Бұл өнімді, көбінесе, риформинг
қондырғысына жақсартуға жібереді
Керосиндік фракциялар өнімді реактивтік немесе дизель отыны
үшін оңтайлы шикізат болып табылады.
Гидрокрекинг пен гидротазалаудың катализаторлары
Бұлар - алюмосиликаттар пегізіндегі никель, кобальт, молибден,
вольфрам оксидтері мен сульфидтері, алюминий оксиді, кристалл түрін-
дегі алюмо-силикаттар (синтетикалық цеолитгер) және басқалары. Бұ-
лардың бәрі катализатор уына, әсіресе күкіртті қосылыстарға, төзімді
болуы тиіс.
Гидрокрекинг процесі катализаторларының құрамында гидрлеуші
компонент ретінде платина, кобальт немесе пикель, вольфрам немесе
молибден болады, ал шикізатты деструкциялау және изомериза-
циялау үшін - алюмосиликат енгізіледі.
Гидрокрекинг процесі шикізаттың қасиетіне және процестің
мақсатына қарай бір немесе екі сатыдан тұрады. Ауыр шикізаттар
үшін гидрокрекингті екі сатымен жүргізеді:
-	шикізатгың молекулалық массасын кеміту, оны сутегімен қанық-
тыру, күкірттен, оггегіден және азотган күкіртгі сутек, су және аммиак
түрінде жартылай немесе толықтазалау;
-	қызмет мерзімі ұзақ стационарлық катализаторларда үлкен сутек
қысымы арқылы крекинглеу.
Гидрокрекинг кезінде мынадай өзгерістер болады:
1)	жоғары молекулалық косылыстардың ыдырауы, ыдырау про-
цесінің қанықпаған өнімдерін гидрлеу;
2)	циклді көмірсутектерді деалкилдеу;
3)	алкандар мен цикландарды изомеризациялау;
4)	ароматты сақиналарды гидрлеу;
5)	күкіртті, оттекті және азотты қосылыстарды гидрлеу.
227
9 тарау. МАЙЛАРДЫ ӨНДІРУ
9.1.	Базалық майлар
Получение масляных фракций осуществляется на установках
вакуумной перегонки.
Мұнай майларын әртүрлі мақсатында алу негізі - мұнайдың
атмосфералық айдаудың қалдығы - мазут. Май фракцияларын ва-
куумды айдау қондырғыларда алады. Қандай да болмасын майлардың
өндіруі 3 кезеңнен тұрады:
-	шикізатты дайындау- бастапқы май фракцияларын алу;
-	бастапқы май фракцияларынан базалық майларды алу;
-	компоненттерді араластыру (компаундеу) және майлардың
тауарлық түрлерін алу үшін оларды қосалқы орнатқыштармен (присад-
калармен) «жандандыру».
Шикізатты дайындау (бірінші кезеңі) мазуттарды вакуум арқы-
лы айдауда іске асырылады. Майды өндіру үшін пайдалынатын фрак-
циялар 2 топқа бөлінеді:
1. Дистилятты фракция - мазутгы вакуумды айдау арқылы
белгілі погондары (300-400°С, 350-420°С, 420-450°С) ретінде алынады.
2. Қалдықты фракция - гудрон (500°С жоғары).
Осыдан дистиллятты май фракцияларынан алынған минералды
майлар дистилляттік майлар, ал гудроннан алынған - қалдық
майлар деп аталады
Бастапқы май фракцияларынан базалық майларды алу - екінші
кезеңі - күрделі көпсатылы процесс. Процестің негізгі мақсаты -
майдың қызметтік қажетіне кері әсер ететін қосындылардан толығы-
мен немесе жарым-жарты кетіру. Мұнай фракцияларынан барлық
қышқыл қосындыларды, шектеусіз көмірсутектерді, бірен-саран
күкіртті және шайырлы қосындыларды, полициклді көмірсутектерді,
қатты парафиндерді жою қажет.
Май компоненттерін бастапқы май фракцияларынан жоғарыда
аталып өткен қажетсіз компонентерді таңдамалы жою қажет болады.
Бұл әдістер физикалық - еріткіштермен экстрациялау, ерітіндіден
температураны төмендетуде тұндыру, физико-химиялық — адсорбция,
химиялық - күкірт қышқылмен әрекетте болу, гидротазарту. Базалық
майлардың сапасын жақсарту басқа технологиялық процестер -
гидрлену, каталитикалық гидрокрекинг, ағартатын саз немесе крис-
талдық алюмосиликатпен тазалау және т.б.
228
Май фракцияларын шайырлы заттардан тазарту нәтижесінде
майлар ашық түске өзгереді. Шайырлы заттарды, қысқа бүйірлік
қатарлы полициклді ароматты КС-лерді жою кокстеу әрекетін төмен-
детеді және майлардың желімділігінің индексін көтереді. Шайырлы
заттарды және шектеусіз КС-ді жою термототығу түрақтылығын
үлғайтады. Қышқыл өнімдерден тазарту тотығу белсенділікті төмен-
дегеді, ал май құрамынан қатты КС-лерді бөліп шығару салқындау
температурасын төмендетеді.
Қалдық майларды өндіру, дистиллятты майларға қарағанда, күр-
делілеу болады, себебі қалдық майдың шикізаты болатын гудронның
құрамында шайырлы-асфальтенді заттардың үлесі көп. Гудрон ең
алдымен деасфальттанады, яғни шайырлы-асфальтенді заттар жойы-
лады. Тазартылған деасфальтизат органикалық ерітінділері - фенол
немесе фурфурол аркылы селективті (таңдамалы) тазартуға, қалған
шайырлы-асфальтенді заттарды және бүйірлі қатарлы полициклді
ароматты көмірсутектерді алып тастау мақсатында, жіберіледі.
Селективтік тазартудың рафинатынан қатты парафиндерді
ацетон, дихлороэтан және т.б. сияқты таңдаулы ерітінділермен тұн-
дырады (депарафиндеу). Депарафиндеу өнімін адсорбциялық тазарту
немесе гидротазарту жолымен белгілі қалыпқа жеткізеді (41 сурет).
ГУДРОН
деасфальттау
| десфальтизат
селективті тазарту
рафинат
депарафиндеу
і 7
аяғына дейін
тазарту
41-сурет. Базалық майларды алу сатылары.
229
Дистиллятты май фракцияларын деасфальттамайды. Қалған
жағдайда, дистиллятгы және қалдықты массалардың өндірілуі бірдей
болады.
Базалық минералдық майларды өндірудің жалпы сызбасы 42
суретте көрсетілген.
Атмосфералы айдау
Вакуумды айдау
Вакуумды қалдық
БиТумдар
БАЗАЛЫҚ МАЙЛАР
деасфальттау
42-сурет. Базалық минерал майларын өндірудің жалпы
сызба-нұсқасы.
Атмосфералық айдау нәтижесінде жеңіл қайнайтын фракциялар
(ашық түсті өнімдер) және атмосфералық қалдықтар немесе мазут
бөлініп шығады, ол майлар өндірудің вакуумдық айдауанда шикізат
қызметін атқарады.
Атмосфералық қалдықган (мазуттан) вакуумды айдау арқылы
тұтқырлықтары әр түрлі вакуумды дистиллятарын және вакуумды
қалдық (іудрон) түзіледі:
-	жеңіл вакуум майы (қайнау температурасы 300 - 400°С),
-	ауыр вакуум майы (қайнау температурасы 350 - 420°С),
-	қалдық май (қайнау температурасы 420 - 490 °С).
230
Дистилляттарды бөліп алғаннан кейінгі түзілетін гудрон (қайнау
температурасы >500°С) шикізаттың 20-30% мөлшерін құрайды. Кей-
де қалдық май жеке фракцияға бөлінбейді, ол вакуумдік қалдықтан
өндіріледі. Мұндай май тұтқыр болып келеді және жақсылап тазарт-
қаннан кейін мөлдірленген қалдық майы деп аталады. Фракциялық
құрамы бойынша базалық майлар дистиллятптік, компаунденген
және қалдық майлар деп бөлінеді.
Компаундтелген майлар дистилляттар мен қалдық майларды
араластыруының нәтижесінде алынады. Қалдық майларының жақ-
қыш қасиетгері жоғары болады.
Қалдық майлар пайдаланбалық жағармайлық қасиеттеріне ие.
Олардың жабысқақгығы, тотығуға тұрақгылығы дистилляттік май-
ларға қарағанда артық болып келеді. Жеңіл дистиляттардан жеңіл
индустриялды және трансформаторлы майларды алады. Орта және
ауыр дистилляттардан - индустриялды жәпе отын майларды, ал ком-
паундтелген және қалдық майлардан - трансмиссиялық, ауыр индуст-
риалды, цилиндрлі және т.б. майлар алынады.
Базалық майдың химиялық құрамы мұнайдың химиялық құра-
мына байланысты.
Қазіргі кезде белгілі базалық майлардың түрлері:
-	парафинді ( парафиндердің үлесі >75%),
-	нафтенді (нафтен қосылыстарының үлесі >75%),
-	ароматты (ароматты қосылыстардың үлесі >50%),
-	аралас майлар — егер басыңқы қосылыстар болмаса.
Базалық майлар бір-бірінен тұтқырлығы, химиялық құрамы
және бірқатар басқа да қасиеттерімен өзгешеленеді. Базалық май -
қосалқы орнатқышсыз, араластыруға дайын тауарлық майдың негізі.
Жағар майларының шикізаты ретінде минерал және синтетикалық
базалық майлар алынады. Минералды майлардың химиялық құрамы
бастақы мұнайдың құрамына байланысты. Синтетикалық майлардың
химиялық құрамы бастапқы шикізатқа (мономерлерге) және синтез
әдісіне байлапысты болады.
Базалық майларды жетілдіру екі негізгі бағытта іске асыры-
лылады:
1. Біріншісі, май өзінде оңтайлы шайыр қышқыл, күкірт, азот
қосындысы қалғанша тазартылады, сонымен қатар кейбір қызметтік
қасиеттерді жақсарту мақсатымен, қосалқы орнатқыштар ендіріледі.
Мұндай әдіс сапасы жоғары деңгейлі майын алуға мүмкіндік бермейді.
2. Екіншісі. Бұл жағдайда базалық май түгел тазартылады және
гидроөңдеу әдісімен молекулярлық модификация жүргізіледі (гидро-
231
крекинг, гидротазарту және т.б.). Бұлардың нәтижесінде жұмыстың
ауыр тәртібіне сай келетін майлар алынады (тез жылдамдықта жылжу
деформацияларына, кермектіктің жоғарғы индексі және параметр-
лердің тұрақтылығына жоғарылатылған беріктік).
9.2. Майларды тазарту
Майларды тазартуда - келесі негізгі қоспалар алып тасталы-
нады: күкірт қосындылары және металл тотығуын туындататын
органикалық қышқылдар бөлініп шығырылады; шектеусіз көмірсу-
тектер - майдың тотығу қарсылығын төмендетуші; шайырлы және
асфальтенді қосындылары - олар жылтыр тұнбаларды және бөлшек-
тердің ыстық бетіне таңбалар туындатады, төменгі температуралық
қасиетті нашарлатады, тотығуға және коррозияға қарсы тиімділікті
басады. Майда еріген қатты көмірсутегілер - парафиндср - майдың
қату температурасын көтереді және оның төменгі температурада
сүзілуін қиындатады; полициклді қосындылар - майдың төменгі
температуралық қасиетін нашарлатады және шайырлы тұңбалар мен
таңбалардың пайда болуына септігін тигізеді.
Селективті тазарту немесе ерітушілермен экстракциялау-
қажетсіз қосындыларды жою әдіоі, бұл екі аралық жүйені түзуге
негізделген әдіс, мұнда қоспалар ерітуші және таза май екі қабатқа
бөлінеді, экстракт қабатын бөліп шығарғаннан кейін, таза май пайда
болады. Осылайша, майдан асфальтендік (битумдық) заттар, шайыр-
лар және қысқа буынды ароматты заттар, қатты көмірсутегілері және
полициклдік ароматты қосындылар алынып тасталады, себебі олар
кокстенуді жэне тұтқырлықтың температураға тэуелдігін күшейтеді.
Ерітінділермен экстракциялау, әдетте, вакуумды дистилляция-
дан кейін бірден өткізіледі. Дистиляттардың экстрациядан кейін
тұтқырлық индексі жоғарырақ болады, сонымен қатар, тотығуға
беріктігі тұрақтандырылады. Бүгінгі күні экстракция үшін, негізінде
фурфурол немесе н-метилпирролидин қолданылады, ал фенолмен
экстрациялау сирек кездеседі. Экстракция барысында дистилят-
тардың негізгі химиялық құрамы шағын ғана өзгереді, сондықтан да
шикі мұнайдың химиялық құрамының әсері сақталып қалады;
Еріткіштермен парафинсіздендіру - парафиндерді жою әдісі,
олар майдың қату температурасын ұлғайтады. Май екі еріткіштің -
метилэтилкетонның және толуолдың қоспасымен немесе басқалар-
дың қоспасымен араластырылады. Майдан алынған ерітінді
-б...-12°С дейін суытылады. Мұндай температурада парафин крис-
232
талдары тұнбаға түседі және сүзілу арқылы бөлініп шығады, ал
ерітуші майдан айдалады да, нәтижесінде жақсартылған қасиеттеріне
ие парафинсізделген май шығады: төменгі қату температурасы,
түтқырлық индексі жоғарыланған, төменгі температурадағы жақсар-
тылған үшқыштық. Ілеспе өнім - парафин қалдығы катализдік кре-
кинг үшін шикізат болып саналады, ол арқылы жоғарғы сапалы
базалық майлар алынады.
Адсорбенттермен тазарту. Адсорбенттер ретінде ағартатын
сазбалшық немесе кристалды алюмосиликаттар қолданылады -
біркелкі қуыстығы бар цеолиттер. Белгілі бір мөлшердегі қуыстары
бар цеолиттерді таңдау арқылы селективтік адсорбцияны жүргізуге
болады: шайыр және асфальт заттарын, алкендерді, полициклді
арендерді. Мұндай тазартудан кейін май жарқындана түседі. Негізін-
де адсорбенттармен тазарту, химиялық тазартудың және ертінді-
лермен экстракциялаудың соңынан кейін жүргізіледі.
Гидроөңдеу және катализдік гидрокрекинг - жоғарғы темпера-
турада және қысымда әртүрлі катализаторлардың қатынасымен
сутегімен жүргізілетін реакция.
Гидроөңдеу - ерітушілермен өңдеуден бөлек немесе бірге
жүргізіледі. Базалық майларды гидроөңделуі әртүрлі тереңдікте
жүргізілуі мүмкін: гидротазартудан бастап гидрокрекингке дейін.
Гидротазартылған базалық майының да, гидрокрекингтің базалық
майының да еріткіштермен экстракцияланған базалық маймен
салыстырғанда, шектеулі байланысы көп, күкірті аз болады.
Гидротазарту - катализаторлардың қатысуымен сутегінің мұ-
най фракцияларына әсерімен іске асырылады. Базалық майдың
қанықпаған және ароматталған молекулалары шектеуліге айналады.
Онымен бір мезгілде күкіртсіздену және құрамында азоты бар
қосындылар алынып тасталынады. Орташа гидротазалау әдісі, әдетте,
майдың түсін және иісін төмендету үшін пайдалынады.
Гидроизомерлеу - парафиндерді немесе жоғары парафинді қос-
паларды изомерлеу. Парафиннің сызықтық молекулалары тармақтал-
ған изопарафиндерге айналады, осымен қатар бір мезгілде молеку-
лалардың гидрокрекингі орын алуы мүмкін. Бұл процесс шикізаты -
майды парафинсіздендіру және парафин өндірісінің өнімдері. Гидро-
изомерленуден кейін қату температурасын төмендету үшін ерітін-
дімен парафинсіздендіру жүргізіледі.
Гидропарафинсіздендіру - катализдік парафинсіздендіру ертін-
дімен парафинсіздендірудің альтернативті процесі болып саналады.
Парафиндердің молекулалары катализдік крекинг және изомерлену
233
жолмен изопарафиндерге дейін үзіледі. Өңдеудің бұл кезеңі гидро-
крекинг немесе ерітушімен экстрациялау процесінен кейін жүргізі-
леді.
Катпализдік гидрокрекинг — жоғары түтқырлық индексті, тоты-
ғуға қарсы және жылжу деформацияға жоғары тұрақтылығы пайда
болатын базалық майларды алу процесі.
Гидрокрекинг майлардың қасиетін жақсартудын ең перспек-
тивті әдісі. Гидроөңдеуде бірқатар химиялық реакциялар бірмезгілде
немесе бірінен-кейін бірі жүреді, осының нәтижесінде күкірт, азот,
басқа да гетероатомдық қосындылар бөлініп кетеді, сонымен бір
мезгілде полициклді ароматты қосындылардың гидрленуі, мұнай
сақиналарының бұзылуы, ұзын парафинді қатарларының деструк-
циясы және өнімдердің изомеризациясы жүреді (43 сурет). Бұл
процестер майдың молекулярлық құрылымын жақсартуды қамтама-
сыз етеді, механикалық, термиялық және химиялық әсерлерге
тұрақтылығын пайдалану аралығында қасиетінің тұрақтылығын
қамтамасыз етеді.
43-сурет. Майлар молекуласын гидрокрекингтеу кезеңдері:
а) майдың бастапқы молекуласы,
б) ароматты және нафтендік сақиналардың бұзылуы,
в) буынды тіктеу.
Майлар фракциялары көмірсутектердің әр түрлі кластарының
және құрылысы әрқилы гетероциклдік қосылыстардың қоспаларынан
тұрады. Гетероциклдік қосылыстардың физикалық қасиеттері көмір-
сутектердің қасиеттерінен өзгеше болады. Мысалы, бұл қосылыс-
тардың әр түрлі органикалық еріткіштердегі әркелкі температура-
лардағы таңдамалы ерігіштіктері саналуан.
Таңдамалы иемесе жеке дара еріткіштер деп белгілі бір темпе-
ратурада құрамында қоспадағы (мұнай өніміндегі) компоненттердің тек
біреуі ғана еритін және өзі қоспада ерімейтін сұйықгы айтады.
234
Шайыр-асфальтендік заттар (асфальтсыздау) мен қатты көмір-
сутектерді (парафинсіздену) бөліп алу осы принципке негізделген.
Сапасы жоғары майларды сонымен бірге парафиндер мен майларды
депарафиндеу процесінің қосымша өнімдерін гидроизомерлеу арқы-
лы алады.
Май фракцияларын шайырлардан тазалау барысында майлардың
түсі өзгереді олар мөлдірлеу бола бастайды. Шайырлардан және
бүйір жақгарында қысқа тармағы бар полициклді ароматтық көмір-
сутектерден тазартудың нәтижесінде майлардың тұтқырлығы артып,
кокстенуі кемиді.
Маііларды парафинсіздендіру. Парафинді мүнайдан алынатын
селективтік тазартудың рафинаттарының құрамында жоғары
молекулалық көмірсутектері болады, олар температураның төмен-
деуінде кристалдар түрінде бөлініп шығады. Осыған байланысты,
майлар ағымдылығын жоғалтады және төменгі температураларда
пайдалануға жарамсыз болады.
-15...-30°С-тағы және одан да төменгі температураларда қолда-
нылатын майларды алу үшін, селективтік тазартудың рафинаттарын
парафинсіздендіреді, яғни қатты көмірсутегілерлер алынып тастала-
ды. Бұл рафинат ертіндісінде қатты көмірсутектерін арнаулы таңда-
лынған ертінділерде мұздату арқылы іске асырылады.
Дистиляттық майлар фракцияларының селективтік тазартылған
рафинаттарының құрамында, көбінесе қатты жоғары молекулалы
көміртегі атомдарының әдеттегі немесе аз тармақталған буындары
біріктіріледі. Бұл көмірсутектері салқындатқанда ірі кристал формасы
ретінде түседі. Дистилятты майлардан бөлініп шығатын қатты өнім,
гач деп аталады.
Қалдық майлар фракцияларының селективтік тазартылған рафи-
наттарының құрамында, негізінде, қалыпты немесе әлсіз тармақ-
талған құрылымдағы ұзын парафинді радикалдар және жоғары моле-
кулярлық нафтенді және ароматты көмірсутегілер болады. Бұл
қосындылар температураның төмендеуінде майда инелі кристаллдар
ретінде тұнбаға түседі. Қалдық майлардан бөлініп шығатын қатты
өнім петролатум деп аталады. Қатты көмірсутегілер май фракция-
сында ериді де, ұсақ кристалдар түрінде асылып тұрады.
Парафинсіздендіру процесі терең суытуда, селективтік ерткіш-
терді қолдануда және оларды қолданбауда іске асырылады. Дегенмен
де, соңғы жағдайда КС-лер кристаллдары майда, бұрыс формалы
және майдан нашар бөлініп шығады. Толық тазартуға жетпейді,
себебі майда қатты КС-лердің айтарлықтай мөлшері қалады, ал
235
майдың бір бөлігі қатты тұнбамен әрекеттеседі. Рафинадталған қатты
көмірсутегілерді оңай және толық бөліп шығару үшін, мүмкіндігінше
ірі және дүрыс кристалдарды алу қажет болады, сондықтанда
процестің бір мақсаты болып: кристалдардың өсуіне қолайлы жағдай
жасау қажет болады. Кристалдардың өсуіне мына жағдайлар әсер
етеді:
1)	ерітіндінің түтқырлығы - ертіндінің жоғарғы тұтқырлығы
кристалдардың өсуіне кедергі туындатады.
2)	ерітіндінің салқындау жылдамдығы (°С/сағ) - мұздатудың
жоғарғы жылдамдығында кристалдар өсіп үлгермейді, ірі кристал-
дардың аз мөлшерінің орнына, көп мөлшердегі кіші кристалдар пайда
болады.
3)	ерітіндідегі қатты көмірсутектегілерінің концентрациясы -
өте мол сұйықтандыру кристалдардың өсуін баяулатады, себебі қатты
көмірсутегілер молекулалары бір-бірімен қатынасу арағашықтығы
ұлғаяды.
Ерітіндідегі кристалдану орталықгардың көп мөлшері (олар
дисперсіленген қатты көмірсутегілерінің бөлшектері болуы мүмкін)
майда кристалдардың пайда болуына әсер етеді.
Кристапдану орталығын жою үшін шикізатты процесс баста-
лудан бұрын көмірсутегінің балқу температурасынан 15-20 °С артқан-
ға дейін қыздырады, олар балқығаннан кейін түгелімен майда еріп
кетеді.
Еріткіштер. Парафинсіздендіру процесінде қолданылатын се-
лективтік ерітінділер май фракциясының құнды көмірсутектерін
жақсы ерітуі тиіс және қатты көмірсутектерін ерітпеуі керек. Май
фракциясын ерітушімен араластыру арқылы май фракциясында ері-
ген қатты көмірсутектерінің бөлініп шығуына жағдай туғызады. Ері-
тіндінің түтқырлығын төмендету кристалдардың іріленуіне әкеледі.
Парафинсіздендірудің ерітушілері ретінде жеңіл жанармай,
сұйытылған пропан, дихлорэтан, кетондар қолданылады.
Болашақта ерітушілер ретінде метилизобутипкетон секілді
жоғарымолекулалы кетондар қолданылатын болады. Бұл кетондарда
майлар жақсы ериді. Сондықтан ароматталған еріткіштерді қосудың
қажеті болмайды. Еріткіште бензолдың және толуолдың жоқ болуы
ТЭД мөлшерін кемітеді, «фильтрациялау жылдамдығы» мен май
шығуын ұлғайтады. Бір компонентті еріткішті қолдану қондырғыны
пайдалануды жеңілдетеді.
Парафинсізделген майлардың қату температурасы 40-60°С-қа
дейін төмендейді, ал кокстенуі және тұтқырлығы артады, себебі алып
236
тасталатын қатты көмірсутектерінің тұтқырлығы және кокстенуі өте
аз болады. Май парафинсізденуден - майлар мен депарафинат, ал
концентрат парафинсізденуден гач немесе петролатум аталатын
қатты көмірсутегілер түзіледі.
Майларды асфальтсыздандыру. Қалдық майлар гудрондардан
және жартылай гудрондардан өндіріледі. Бұл фракциялар өз құра-
мында алынып тасталуға қажетті 50%-ке дейін шайырларды және
асфальтендерді біріктіреді. Шайырлы-асфальтендік қосындылардың
күрделі құрамы олар үшін таңдалынып алынатын еріткіштерді таң-
дауды қиындатады. Сондықтан да еріткіштерді ең құнды көмірсу-
тектер алу үшін таңдап алады. Шайрлы - асфальтенді заттар ерімейд,
тұнбаға түседі. Еріткіштер ретінде әдетте сұйық пропан қолданы-
лады. Процесс 50-85°С температурада, шайырлар пропанда жеңіл
бөлінетін шекте жатады. Температураның жоғарғы шегі 96,8°С про-
панның қойылумен шектеледі. Процестің температурасы неғұрлым
96,8°С жақын болса, сұйық пропанның еру қабілеттілігі аз болады
және онда КС майлар нашар ериді және шайырлармен бірге тұнады.
Осыған орай температураның төмендеуінде сұйық метанның еріту
қабілеттілігі өседі және шайыр 40°С температурада пропанда ериді,
бұдан тазаланған майдың сапасы төмендейді.
Асфальтсыздандыру процесін бір немесе екі деңгейде жүргізуге
болады. Бірінші және екінші деңгейдегі дезасфальтизаттар сапасы
жағынан күшті болады. Екінші деңгейдегі дезасфальтизаттар өте
тұтқырлы майлар шығару үшін қолданылады.
Мұнайды өңдеу процесіне гидрокрекинг және гидроизомерлеу
процестерін енгізу май өндіру үшін қосымша бағалы шикізат алуға
жол ашады. Бұл май өндіру үшін қымбатты шикізат болып
табылатын, 350°С-та қайнауы аяқталатын вакуумды газойль фрак-
циясының гидрокрекинг өнімі, ол тек қана депарафиндеуді талап
етеді. Жоғары сапалы майларды депарафиндеу қосымша өнімдерін -
парафиндерді және гачтарды гидроизомерлеуде алуға болады.
Әрбір нақты жағдайда қолдану үшін оптималды пайдалану
қасиеті бар майдың болғаны дұрыс. Бұл жағдай майлардың алуан
түрлілігін себептейді. Түрлі майларды өндіру техникалық және
тиімділік жағынан да пайдалы емес. Сондыкган да мұнай өңдеу
өнеркәсібі базалық майлардың шектелген мөлшерін шығарады, олар
бір-бірімен араластырылады, сөйтіп қажетті пайдалынатын қасиеті
бар тауарлық май алынады.
237
ӘДЕБИЕТТЕР
1.	Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа.
Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.
2.	Березин Б.Д. Курс органической химии. М.: Высшая школа, 2003.
- 580 с.
3.	Берлин М.А. и др. Переработка нефтяных и природного газов. -
М.: 1981.
4.	Гюльмисарян ТТ., Гилязетдинов Л.М. Физико-химические осно-
вы технологии переработки нефти. М.: Химия, 1975. - 160 с.
5.	Зайлалова В.Р Учебное пособие по курсу «Химия нефти и газа».
Уфа: УГНТУ, 2006. - 145 с.
6.	Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: тех-
нологический и экологический аспекты. М.: Техника: ООО
«ТУМА ГРУПП», 2001. - 381 с.
7.	Левинтер М.Е., Ахметов С.А.Глубокая переработка нефти. - М.:
Химия, 1992. - 223 с.
8.	Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. /Пер. с англ. М.: ЗАО
Олимп-Бизнес. 1999. - 224 с.
9.	Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов
переработки нефти. Л.: Химия, 1985. - 285 с.
10.	Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти природ-
ного газа: Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 2001- 586 с.
11.	Мановян А. К. Технология переработки природных энергоносите-
лей. М: Химия, КолосС, 2004. - 456 с.
12.	Надиров Н.К. Нефть и газ Казахстана. В 2-х т. Алматы: Ғылым,
1996
13.	Надиров Н.К. Высоковязкие нефти и природные битумы. В 5-ти т.
Алматы: Ғылым, 2001.
14.	Надиров Н.К. Тенгиз - море нефти, море проблем. Алматы: НИЦ
«Ғылым», 2003. - 266 с.
15.	Омаралиев Т.О. Мұнай және газ өндеу химиясы және техноло-
гиясы. Оқу қуралы. Алматы: Білім, 2001 - 399 б.
16.	Омаралиев Т.О. Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы техноло-
гиясы. 1-бөлім. Құрымлымды өзгертпей өндеу процестері. Алма-
ты: Білім, 2002. - 298 б.
17.	Рябов В.Д. Химия нефти и газа. М.: «Техника», ТУМА ГРУПП,
2004.-288 с.
238
18.	Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. - М.: Химия, 1998. -448с
19.	Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. 4.2. - М.:
Химия; 1980. 328 с.
20.	Сокова Н.А., Иванова Л.В. Учебное пособие. Органическая химия
с основами химии нефти и газа. М.: РГУ нефти и газа им.
И.М.Губкина, 1999-356с.
21.	Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные
системы. М.: Химия, 1990. - 226с.
22.	Туманян Б.П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных
дисперсных систем. М.: Техника, 2000. 334 с.
23.	Утелбаева А.Б., Утелбаев Б.Т. Химия-4. Органикалық химия.
Көмірсутектер және синтез жолдары. Алматы: Қазақстан-Британ
техникалық университеті. - 2007. -4116.
24.	Утелбаева А.Б., Утелбаев Б.Т. Химия-5. Органикалық химия.
Гетерофункционалды қосылыстар. Оқулық. Алматы: Қазақстан-
Британ техникалық университеті. - 2007. - 450 б.
25.	Утелбаева А.Б., Утелбаев Б.Т. Химия - 6. Органикалық заттар тех-
нологиясының теориялық негіздері. Кинетика және катализ. Ал-
маты: Қазақстан-Британ техникалық университеті. - 2007. - 392 б.
26.	Химия нефти и газа / Под. ред. В.А. Проскурякова, А.Б. Дробкина
Л.: Химия, 1989,-424 с.
27.	Эрих В.Н., Расина М.Г, Рудин М.Г. Химия и технология нефти и
газа. Химия, 1985. - 436 с.
239
МАЗМҮНЫ
Кіріспе	3
1	тарау. Мұнайдың шығу тегі, қасиеттері және жіктелуі	9
1.1.	Мұнай мен газдың шығу тегі	9
1.2.	Мұнай мен газдың химиялық және элементтік құрамы	14
1.3.	Мұнайдың фракциялық және топтық құрамы	17
1.4.	Мұнайдың негізгі технологиялық сипаттамалары	21
1.5.	Мұнайларды жіктелу	34
2	тарау. Мұнай және газ көмірсутектері	43
2.1.	Көмірсутектерді жіктеу	43
2.2.	Шектелген (қаныққан) көмірсутектер	44
2.2.1.	Мұнай және газ алкандары	44
2.2.2.	Мұнайдың нафтенді көмірсутектері	54
2.3.	Мұнай және мұнай өнімдеріндегі қанықпаған	көмірсутектер 61
2.3.1.	Алкендер (этилен көмірсутектері)	61
2.3.2.	Алкадиендер	65
2.3.3.	Алкиндер (ацетиленді көмірсутектер)	68
2.3.4.	Ароматты көмірсутектері (арендер)	71
2.4.	Октан саны	80
2.5.	Аралас құрылымды көмірсутектер	86
2.6.	Гетероорганикалық қосылыстар	87
2.6.1.	Оттекті қосылыстар	88
2.6.2.	Күкіртті қосылыстар	93
2.6.3.	Мұнайдың азотты қосыпыстары	97
2.6.4.	Шайырлы-асфальтенді заттар	99
2.6.5.	Мұнайдың минералдық компоненттері	103
2.7.	Мұнайдың коллоидтық-химиялық қасиеттері	105
3	тарау. Мұнай және газ өндіруді қарқындату әдістері	115
3.1.	Мұнай мен газ өндірудің негізгі әдістері	115
3.2.	Қаттан мұнай шығару және оның тиімділігін арттыру	121
4	тарау. Мұнайды даярлау	127
4.1.	Мұнайды тұрақтандыру	127
4.2.	Мұнайды тұзсыздандыру және сусыздандыру	130
4.3.	Табиғи және серіктес газдар	137
240
5	тарау. Мұнай өндеуінін негізгі схемалары	144
5.1.	Мұнай өндеу процестерінің технологиялық схемалары	146
5.2.	Мұнай компоненттерін бөлу әдістері	152
5.3.	Мұнайды айдау	155
5.3.1.	Мұнайдың ректификациясы	155
5.3.2.	Мазутты вакуумды айдау	163
6	тарау. Термиялық процестер	166
6.1.	Термиялық крекинг және пиролиз	166
6.2.	Көмірсутектердің термохимиялық өзгерістердің
механизмі	174
6.3.	Термиялық процестердің термодинамикасы мен кинетикасы 179
7	тарау. Мұнай фракцияларыи өцдеудіц термокаталитикалық
әдістері	184
7.1.	Катализ. Катализаторлардың түрлері	184
7.2.	Катализаторлар әрекеттерінің механизмі	189
7.3.	Каталитикалық крекинг	192
7.4.	Каталитикалық риформинг	203
8	тарау. Мұнай өндеуіндегі	гидрогендеу процестері	212
8.1.	Гидрогендеу процестер	212
8.2.	Гидротазалау	213
8.3.	Гидрокрекинг	218
9	тарау. Майларды өндіру	228
9.1.	Базалық майлар	228
9.2.	Майларды тазалау	232
Әдебиеттер	238
241
Бишімбаева Г.Қ., Букетова А.Е.
МҮНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ ХИМИЯСЫ МЕН ТЕХНОЛОГИЯСЫ
І8ВИ 9965-814-14-7
Баспаға 2007 ж. ұсыналған.
Пішіні 60x84*/іб. Көлемі 15 баспатабақ.
Тапсырыс № 385. Таралымы 3000 дана.
Қазақстан Республикасы
Оқу және ғылым министрлігі Берген Мемлекеттік лицензия № 0000036
«Бастау» баспасы ЖШС-І
(т. 266 54 59,266 54 58)
ЖШС «Полиграфссрвис» баспаханасында басылып шығарылды.
Алматы қ-сы, Зеленая кошесі, ІЗа.
(т. 233-32-53).