54. Физико-химические основы очистки и разделения нефтяного сырья адсорбентами. Контактная доочистка. Краткое описание схемы, основные аппараты. Адсорбенты.

Физико-химические основы очистки и разделения нефтяного сырья адсорбентами.

К числу их относятся процессы, в которых используются явле­ния адсорбционного разделения (адсорбционная очистка, в том чис­ле контактная доочистка отбеливающими землями) и химического взаимодействия кислот и щелочей с компонентами масляного сырья (кислотно-щелочная или кислотно-контактная очистки).

Процессы адсорбционной очистки масел

Эта процессы предназначены для производства базовых масел различного уровня вязкости, деароматизированных жидких и твер­дых парафинов и специальных углеводородных жидкостей. Они ос­нованы на избирательном выделении полярных компонентов сырья (смолистых веществ, кислород- и серосодержащих углеводородов, остатков избирательных растворителей) на поверхности адсорбен­тов. Высокая адсорбируемость полярных компонентов сырья на ак­тивном высокопористом адсорбенте обусловлена ориентационным и индукционным взаимодействиями полярных и поляризуемых ком­понентов сырья с активными центрами поверхности адсорбента. В качестве адсорбентов при очистке и доочистке масел применяют природные глины (опоки или отбеливающие земли) и синтетичес­кие (силикагель. алюмогель и алюмосиликаты). Активность природ­ных глин повышают обработкой их слабой серной кислотой или тер­мической обработкой при 350 - 450 ^СС. Синтетические адсорбенты активнее, но значительно дороже природных.

В масляных производствах получили применение следующие способы адсорбционной очистки:

1. периодические процессы фильтрованием через неподвижный слой гранулированного адсорбента (перколяционные процессы);

2. полупериодические процессы контактной доочистки депарафинизатов тонкоизмельченным адсорбентом (отбеливающей зем­лей) с последующим фильтрованием суспензии в дисковых и рам­ных (или барабанных) фильтрах,

3. непрерывные противоточные процессы с движущимся слоем микросферического синтетического алюмосиликата (применяемые для доочистки парафинов карбамидной депарафинизации или вмес­то селективной очистки масел).

В адсорбционном процессе большое значение имеют размер час­тиц адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем, что повышает эффективность процесса. Однако слитком мелкие частицы адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через фильтровальную ткань и трудно отделяют­ся от очищенного масла. Для каждого вида сырья и способа

контакти­рования существует оптимальный размер частиц адсорбента.

Адсорбция - экзотермический процесс, и ей благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах ускоря­ется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или труднодесорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента проводят часто путем выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии адсорбируемых компонен­тов в поры адсорбента. Для понижения вязкости очищаемого про­дукта обычно применяют растворители (например, легкие нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.

В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II - десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные вещества выжигаются в процессе регенерации.

Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистил­лятов вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гид­равлическое, специальные электроизоляционные и др.; из рафинатов II ароматизированные масла-наполнители каучука, смягчители ре­зиновых смесей и пр. В процессе адсорбционной очистки трансфор­маторного дистиллята получают 87 -89 % рафината I и 6 8 % арома­тизированного масла.

Контактная доочистка

Этот вид адсорбционной очистки является одним из первых про­цессов доочистки масел после их предварительной глубокой очи­стки (серной кислотой или избирательный растворителями). При контактной доочистке применяют тонкодисперсный адсорбент с частицами размером около 0,1 -мм; 85% такого адсорбента долж­но проходить через - сито с 180—200 отверстиями на 25 мм длины (6400 отв./см²). Применение адсорбента с частицами меньшего размера затрудняет отделение очищенного продукта от адсорбен­та. Адсорбентами при контактной доочистке служат монтмориллонитовые земли, в частности, гумбрйн, требующий в силу малой активности повышенной температуры очистки (200—250 °С для дистиллятных масел и 300—350°С для остаточных). Очистку бо­лее активными землями — опоками и трепелами (зикеевской, са- винской и др.) проводят при более низких температурах (80— 150°С для маловязких и средневязких дистиллятных масел, 180— 250 °С для высоковязких и остаточных).

Расход отбеливающей земли данной активности зависит от ка­чества очищаемого масла, его вязкости, смолистости и т. д., а так­же от требуемой глубины очистки и составляет от 3 до 20% (масс.) на очищаемое сырье. Активность адсорбента можно увеличить, активируя его слабым раствором серной кислоты или термической обработкой. Термическую активацию применяют в тех случаях, когда контактная доочистка проводится при сравнительно низ­ких температурах, при высоких температурах активация адсор­бента обеспечивается его обезвоживанием при нагревании до тем­пературы очистки. Однако глубокое обезвоживание адсорбента (до влажности менее 10%) снижает его активность, дальнейшая потеря .влаги приводит к его дезактивации вплоть до спекания и полной потери активности. .

Недостатками процесса контактной очистки являются: большие потери масла с отработанной землей (обычно 30—40% в отрабо­танном адсорбенте); невозможность глубокой очистки, обеспечи­вающей получение светлых масел; возможное разложение части компонентов доочищаемого продукта при высокой температуре очистки в присутствии алюмосиликатных адсорбентов; сравни­тельно. большие количества отработанной земли с высоким содер­жанием масла.

Принципиальная схема установки контактной доочистки масел дана на рис. 82. Сырье I насосом 1 подается через паровой подо­греватель 2 в холодный смеситель 3. В смесителе, оборудованном турбомешалкой, масло смешивается с молотой глиной, подавае­мой шнековым дозатором. Из смесителя насосом 4 суспензия направляется через теплообменник 5 в змеевик печи, 6 и далее — в испарительную колонну 7. Вниз колонны для перемешивания

суспензии и удаления легких компонентов подается острый водя­ной пар V. Осуществляется также циркуляция суспензии при по­мощи насоса 5. Отходящая сверху колонны смесь паров поступает в конденсатор 9. Конденсат, собирается в приемнике 10, а водяной пар конденсируется в «конденсаторе смешения 12; дренируемая во­да содержит часть отгона. На ряде установок атмосферные ко­лонны заменены вакуумными.

Из колонны 7 суспензия масла с глиной подается насосом 8 через теплообменник 5 и холодильник в горячий смеcитель -13. Из смесителя суспензия поступает в секцию фильтрования, обслу­живаемую насосами 14 и 18, с дисковыми фильтрами 15 (для грубой очистки) и рамными фильтрами 19 (для тонкой очистки). На «некоторых установках фильтры тонкой очистки заменены барабанными вакуум-фильтрами. После трубой очистки масло соби­рается в приемнике 17, а после тонкой — в приемнике 20, откуда подается в товарный парк.

Маловязкие масла доочищают на установке контактной очист­ки по укороченной схеме. В этом случае поступающее на установ­ку масло подается через паровой подогреватель в смеситель 3, где смешивается с отбеливающей глиной II. Суспензия глины в масле подается на фильтры 15 и 19, а отфильтрованное масло — в приемник 20. Технологические показатели процесса очистки по обычной схеме следующие:

Перед подачей масла в товарные резервуары из приемника 20 отбирают пробы, которые анализируют, определяя следующие по­казатели: содержание механических примесей, цвет, температуру вспышки и разность температур вспышки в открытом и закрытом тиглях, прозрачность и содержание влаги. Бели в масле присутст­вуют механические примеси, его подвергают повторному фильтрованию. Если же хоть один из других указанных показателей не соответствует требованиям к базовому маслу, его направляют на повторную очистку.

Выход масла при контактной очисткё в основном определяется потерями с отработанной землей и в значительно меньшей степе­ни с легкими фракциями, образовавшимися при разложении очи­щаемого масла и выходящими из контактной колонны.