1-ma’ruza. Sintetik suyuqlik yoqilg‘isini ishlab chiqarish texnologiyasi

5.1. Metanni tо‘g‘ri oksidlash texnologiyasi yordamida yо‘ldosh neft gazlarini qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni olish.

Bugungi kunda qazib olinadigan neftning tarkibidagi yо‘ldosh gazlarni qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni olish texnologiyasi murakab hisoblanadi. Gaz mahsulotlarni uzoq masofaga tashishda transport muammolari mavjuddir. NYGlar suyuqlikka aylantirilganda uning hajmi 600 martaga qisqaradi, lekin gazni minus -162⁰S gacha sovitish zarur bо‘ladi. Gazni qayta ishlash texnologiyasi katta kapital xarajatlarni talab qiladi, buning uchun murakkab qimmat kriogen texnikasi va texnologiyasi, termik chidamli sig‘im va tashish uchun maxsus transport talab qilinadi. Bundan tashqari uni montaj qilish uchun amalda tuman yaqinida yaratilgan infratuzilma mavjud bо‘lishi kerak.

Neftning tarkibidagi yо‘ldosh gazlar energetika va kimyo sanoati uchun muhim xomashyo hisoblanadi. Ammo uning tarkibining beqarorligi va katta miqdordagi aralashmalarning mavjudligi energiya generatsiyada foydalanishda qiyinchilik tug‘diradi, gazni tozalashda qо‘shimcha mablag‘larni sarflanishiga tо‘g‘ri keladi. Kimyo sanoatida yо‘ldosh gazdan plastik massa, kauchuk, aromatik uglevodorodlarni, yuqori oktanli yoqilg‘i qо‘shmalarini va suyultirilgan uglevodorod gazlarini ishlab chiqarishda foydalaniladi.

Yо‘ldosh gazlarni utilizatsiya qilishning mavjud bо‘lgan usullari:

yer bag‘ridagi qatlam bosimini oshirish uchun haydash yoki yer ostida saqlash;

neft konnining etiyoji uchun elektr energiyasi ishlab chiqish va isitish tizimida foydalanish [45];

yirik elektrstansiyalarda isitish uchun katta hajmda foydalanish;

gazni qayta ishlash zavodlarida qayta ishlash.

Neftning tarkibidagi yо‘ldosh gazlarni eng samarali usullariga – gazni qayta ishlash asosida quruq benzinli gazni olish, keng fraksiyali yengil uglevodorodlarni, suyultirilgan gazlarni va barqaror gazli benzinni olish hisoblanadi. Konlarda gazning debiti kichik bо‘lganda integrlangan infratuzilma mavjud bо‘lmaganda generatsiya qoladi. Bunda holda amalga gazni qayta ishlash texnologiyalari kattalik qiladi, shuning uchun undan NYG qayta ishlashda foydalaniladi.

Saqlash, tashishdagi xarajatlarni kamaytirishda yо‘ldosh neftli gazlardan samarali foydalanishda eng rentabelli foydalanish NYGlarni qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni va motor yoqilg‘isini olish hisoblanadi.

Gazdan suyuq uglevodordlarni olishda klassik texnologiyadan ikki bosqichda о‘tkaziladi va gazni qayta ishlash asosida sintez-gaz (vodorodning aralashmasi, uglerod oksidi va uglerod ikki oksidi) olinadi, natijada suyuq uglerodli mahsulot sintez qilinadi. Sintez-gazdan suyuq mahsulotlarni olish jarayoniga Fisher-Tropsh deyiladi [41].

Boshlang‘ich bosqichda tо‘liq bо‘lmagan oksidlantirish jarayonida metandan reaksiya bо‘yicha sintez – gaz olinadi:

2CH₄ + O₂—> 2CO + 4H₂ + 16,1 kkal.

Reaksiyada katalizatorlar qatnashadi va issiqlik ajralib chiqadi, qarshi holatda esa metan is gazigacha va suvda yonadi. Reaksiyada metan suv bug‘lari bilan о‘zaro reaksiyalanib yuqori haroratda (800 ­- 900 °S) va bosim ostida katalizator (№-A1203) bilan olib boriladi:

CH₄ + H₂O —> CO + 3H₂ — 49 kkal;
Yoki is gazi bilan:
CH₄ + CO₂ <—> 2CO + 6H₂ — 60 kkal.
Bu reaksiyalar issiq yutilishi bilan olib boriladi. [3]

Sintez – gazidan katalizatorli metanol yuqori haroratda va bosim ostida reaksiyalanib olinadi (Fisher-Tropsh jarayoni).

CO + 2H₂ <=> CH₃OH.
Bu texnologiya yaxshi ishlangan bо‘lib, gazni suyuq uglevodorodlarga aylantirishda klassik texnologiya asosida zavodlarda qо‘llaniladi. Shu texnologiya asosida Qatarda Orux “GTL” («Sasol») va Pearl “GTL” («Shell») zavodlari qurilgan [8]. Respublikamizda quriladigan “GTL” zavodi ham shu texnologiya asosida ishlaydi.

Texnologiyaning bir qator kamchiliklari mavjud. Bu texnologiya asosida gazni qayta ishlashni amalga oshirishda riforming qurilmasining katta bug‘li quvurlar yoki yirik kislorod qurilmalari zarur bо‘ladi. Bug‘li riformingning an’anaviy qurilmasi yirik jihozlar kо‘rinishida bо‘ladi, katta qurilish ishlarini amalga oshirishni talab qiladi, kutilgan FIK ga erishish uchun bu qurilmalar yuqori bosimli bug‘ni va haroratni ishlab berishi talab etiladi, natijada loyihalashda qо‘shimcha murakkabliklarni tug‘diradi. Kislorod qurilmasi ham bug‘li qurilma kabi katta metall hajmli jihoz hisoblanadi, yuqori bosimli bug‘ni qо‘llanilishi uchun qurilmaning samarali ishini ta’minlashda katta hajmdagi qurilish ishlari amalga oshiriladi. Bundan tashqari texnologik jarayonda yuqori bosim va yuqori harorat hosil bо‘ladi, toza kislorodni qо‘llash zarur hisoblanadi, qurilmani ishlatish uchun yuqori malakali xizmat kо‘rsatuvchi xodimlar talab etiladi.

Shunday qilib, ikkala holatda ham klassik texnologiyada gazni qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni olishda katta miqdordagi investitsiya xarajatlari, zavodni qurishda yuqori malakali quruvchilar kerak bо‘ladi.

Bu texnologiya qо‘llanilishiga asos respublikamizdagi iqlimiy sharoit va ekologik muhit, infratuzilmaning mavjudligidir. Yuqorida kо‘rib chiqqanimizdek gazni qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni olish qator kamchiliklarga ega bо‘lganligi uchun dunyodagi kо‘pgina davlatlarda ilmiy-tadqiqot institutlari va tajriba-konstruktorlik ishlanmalari asosida gazni qayta ishlash asosida suyuq uglevodorodlarni va motor yoqilg‘isini olish bо‘yicha ilmiy tadqiqot ishlari olib borilmoqda. Bu texnologiyaning eng qiziqarli tomoni metanni tо‘g‘ri oksidlantirib spirt olish quyidagi formula asosida olib boriladi:

CH₄ + 1/2O₂ = CH₃OH.
Bu texnologiya klassik variantda juda kо‘p yillar davomida sobiq sovetlar tizimi davrida ham о‘rganilgan. Eng oxirgi texnologiya Rossiya kompaniyalari tomonidan takomillashtirilgan va patentlangan.

Tо‘g‘ri oksidlashning bosh afzalligi gazni suyuq uglevodorodlarga о‘tkazishda qayta ishlash jarayonning bir bosqichliligi hisoblanadi. Bunday ekzotermik reaksiya klassik variantda 7 MPa va 450 °S da boshlanadi, 540-560 °S haroratda olingan mahsulotlarni oksidlanishga tushishini oldini olish uchun reaksiyani barqarorlashtirish talab etiladi. Bunday holat tabiiy gazni reaktorda konversiya darajasini va ishlanuvchanlik kо‘rsatgichini chegaralaydi. Sanoat qurilmalarida gazni 100% qayta ishlanishini ta’minlash uchun sirkulyatsiya tizimi hosil qilinadi ya’ni metallarni sarflanish hajmini oshiradi va texnologiyani qimmatlashishiga olib keladi. Buning natijasida reaksiyani amalga oshirishda qayta ishlash jarayonida yuqori haroratni va yuqori bosim ushlab turiladi, ish kо‘rsatgichining katta emasligi, metallni kо‘p ishlatilishi va qimmat jihozlarning qо‘llanilishi kamchiligi hisoblanadi.

Amalda bu texnologiyani takomillashtirish hamda uzoq masofada joylashgan konlardagi gazlardan va neftli yо‘ldosh gazlardan samarali foydalanish uchun ilmiy ishlanmalarni ishlab chiqish zarur hisoblanadi. Yuqorida qо‘yilgan maqsadga erishish uchun tabiiy gazning tо‘g‘ri oksidlanish reaksiyasini olib borilishi va holatini sabablarini va qonuniyatini, unga tо‘sqinlik qiluvchi jarayonlarni о‘rganish talab qilinadi. Gazni tо‘g‘ri oksidlanishini amaldagi texnologiyalarni olib borilish ketma-ketligini kо‘rib chiqishda quyidagi reaksiyalarni bajariladi. Malekulalar tartibsiz harakatlanganda bir-biriga tо‘qnashadi va kimyoviy faollashadi. Molekulalar bir-biri bilan tо‘qnashganda faol ridikallar shakllanadi. Ulardan ba’zi birlari о‘zaro aloqaga kirishadi.

Metanning ikkita molekulasi termik tо‘qnashganda ikkita bо‘lakchalar (radikallar) va ikkita vodorod atomi shakllanadi:

CH₄ + CH₄ = 2(CH₃)* + 2H*.
Agarda reaksiyada kislorod qatnashganda kislorodni ham radikallari paydo bо‘ladi:

O₂ = O* + O*.

Radikallar bir – biriga tartibsiz holda о‘zaro ta’sir qiladi va ularning mumkin bо‘lgan о‘zaro ta’sir etish radikallari:
CH₄ + H* = (CH₃)* + H₂;

(CH₃)* + H₄ = C₂H₆ + H*;

(CH₃)* + OH* = CH₃OH (metanol);

(CH₃)* + (CH₃)* = C₂H₆ — molekulalarni о‘zayishi sodir bо‘ladi;

O* + H* = O^ H

OH + H* = CHO.

Reaksiyada tasodifiy tо‘qnashishlar natijasida suv, etan, metanol, vodorod, metan, kislorod va boshqalar paydo bо‘lishi mumkin.

Molekulalarning harakatidagi issiqlik energiyasi Bolsman tenglamasi orqali ifodalanadi:

YE = 3/2KT,

Bu yerda T - harorat, K – о‘zgarmas.

Boshqa tomondan kinetik energiya quyidagicha ifodalanadi:

YE = MV₂/2,

gde M – molekulaning massasi;

V – molekulaning harakat tezligi.

Agarda ikki tenglama bir-biri bilan tenglashtirilganda molekulaning harakat tezligi haroratga bog‘liq bо‘ladi:
MV₂/2 =3/2KT,
YA’ni, harorat qanchalik yuqori bо‘lsa, molekulalarning harakat tezligi shuncha yuqori bо‘ladi. [8]. Shuning uchun reaksiya mahsulotlarini olish uchun radikallar poydo bо‘lguncha harorat oshiriladi, qarshi holatda esa mahsulotni chiqishi yuqori bо‘lmaydi. Shunday qilib, harorat har qanday holatda oshirilganda ortiqcha energiyani sarflanishga olib keladi [41].

Bu muammolarni hal qilishda bosim kuchaytiriladi, Klayperon-Mendeleyev tenglamasiga mos holda bosim oshirilganda harorat ham oshadi va aksincha, hajm о‘zgarmasdan qoladi, jarayonga ta’sir kо‘rsatmaydi. Uglevodorodlarni sintez qilish reaktorning hajmi (V) о‘zgarmasdan qoladi:

nV = RT

Bosimni oshishi molekulalarni konsentratsiyalanishga olib keladi va ularni kimyoviy reaksiyasini oshish ehtimolligi kuzatiladi. Ammo haroratning va bosimning о‘zgarishi reaksiyalanish moddasiga ta’sir qilish chegarasiga ega bо‘ladi. Kerakli mahsulotlarni paydo bо‘lish reaksiyasi tenglikning holati bilan aniqlanadi. Natijada harorat va bosimning muvozanatlashishi о‘rnatiladi, mahsulotlarni bir tekisda teng chiqishi olinadi. Harorat va bosimni о‘zgartirish bilan bu bosqichdan yuqoriga kо‘tarilish va teng miqdordagi mahsulotlarni olishning imkoniyati yо‘q .chunki faqat. Reaksiyalanmaydigan kirish xomashyosi jarayonning boshlanishida yо‘naltiriladi [5].

Tadqiqotchilar tomonidan mahsulotni chiqish tengligini boshqarish mumkin, chiqish mahsulotini oshirishda katalizatorning sirtidagi paydo bо‘lgan molekulalar olib tashlanadi va mahsulotlarni paydo bо‘lishi paytida “muzlatiladi”. Buning uchun reaktordagi gazning harakat tezligi boshqariladi.

Tadqiqotlar natijasida gazni suyuqlik energiya tashigichlarga qayta ishlaydigan sanoat qurilmasi yaratilgan. Bazali variantdagi qurilmani tashish 6 ta universal konteynerlarda temir yо‘l orqali, avtomobil transportida yoki suv transport orqali tashiladi [5].

Metan tarkibli gazni suyuq uglevodorodga qayta ishlash qurilmasining sxemasi quyidagi tartibda ishlaydi: Metan tarkibli gazning manbalari. Metan tarkibli gaz sifatida yо‘ldosh neft gazi, tabiiy gaz, kо‘mir qatlamining metani yoki boshqa birlamchi xomashyolarning 25% dan kichik bо‘lmagan birlamchi massali tarkibidan foydalaniladi.