2.6. Экстракция

Экстракция (избирательное растворение) применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для выделения аренов из катализатов риформинга бензиновых фракций, а также для селективной очистки смазочных масел от компонентов с низкими индексами вязкости – полициклических ароматических и гетероатомных соеди­нений.

Этот метод основан на различной растворимости разделяемых веществ в двух несмешивающихся между собой растворителях.

В процессе экстракции возмож­но совместное выделение аренов состава C₆–C₈ из фракции катализата риформинга, которая кипит при температуре 62…140 °С. Следует отметить, что в процессе экстрактивной ректификации этой фракции необходимо предварительное ее разделение на узкие фракции – бензольную, толуольную и ксилольную с последующим выделением аренов в разных колоннах.

Недостаток экстракции заключается в невысоких значениях коэффициента полезного действия тарелок экстракционных колонн.

Экстракцию применяют как для препаративного разделения, так и для анализа нефтяных фракций. С ее помощью можно отделить арены от алканов и нафтенов, алканы от нафтенов, а также разделить моноциклические, бициклические и трициклические арены.

Для извлечения ароматических углеводородов в качестве растворителей используют вещества с меньшей растворяющей способностью и, как правило, с большей селективностью: диэтиленгликоль, жидкий сернистый ангидрид, фенилфурфурол, сульфолан, диметилсульфоксид, смеси N-метил-пирролидона или N-метилкапролактама с этиленгликолем.

Для разделения нафтенов и алканов применяют сложные эфиры (например, метиловый эфир муравьиной кислоты).

Очистку с помощью избирательных растворителей наиболее широко применяют в производстве масел. Современная техно­логия получения масел из нефтей включает несколько процессов их очистки с применением селективных растворителей:

– удаление смолисто-асфальтеновых веществ деасфальтизацией гудрона;

– выделение полицикли­ческих ароматических углеводородов с короткими цепями и смолистых соединений при селективной очист­ке масел;

– извлечение твердых алканов (депарафинизация).

При селективной очистке масел растворители хорошо ра­створяют нежелательные компоненты, не затрагивая совсем или растворяя в незначительной степени те соединения, которые необходимо сохранить в составе масел. При депарафинизации и деасфальтизации растворители, наоборот, хорошо растворяют желательные компоненты, вредные примеси осаждаются из раствора.

В качестве селективных растворителей используют различ­ные органические соединения: спирты, альдегиды, кетоны, ами­ны, нитросоединения, простые и сложные эфиры. В промыш­ленности при деасфальтизации применяют пропан, при селек­тивной очистке – жидкий сернистый ангидрид, нитробензол, фенол, фурфурол, крезол, при депарафинизации – смесь кетона (ацетона или метилэтилкетона) с бензолом и толуолом, пропан, дихлорэтан, карбамид, при извлечении аренов – ди-, три-, тетраэтиленгликоли, сульфолан, пропиленкарбонат, N-метилпирролидон и др.

К растворителям предъявляются следующие общие требования:

– растворитель должен изби­рательно растворять вещества в широком диапазоне температур;

– для облегчения процесса разделения фаз разница между плотностями растворителя и сырья должна быть значительной;

– для улучшения условий регенерации растворителя его температура кипения должна быть значительно ниже температуры кипения сырья;

– для снижения энергетических затрат желательно, чтобы растворитель имел низкую теплоту испарения.

На растворяющую способность растворителя оказывают влияние его полярность, строение углеводородного радикала, наличие функциональных групп. Строением углеводородного ради­кала определяют дисперсионные межмолекулярные взаимодей­ствия при растворении.

Для селективной очистки нефтяных масел в качестве экстрагентов применяют фенол, фурфурол, N-метилпирролидон, смеси фенола с крезолами. При производстве остаточных масел проводят предварительную деасфальтизацию гудрона, для чего компоненты масел экстрагируют неполярными раствори­телями, например жидким пропаном, и отделяют от асфальтенов.

Деасфальтизация гудрона. На промышленных установках для извлечения смолисто-асфальтеновых веществ из остатка вакуумной перегонки нефти – гудрона – применяют в основном жидкий пропан, который при температурах, близких к критической (96,8 °С), не растворяет смолы и асфальтены, выпадаю­щие в осадок. Объясняется это тем, что с приближением тем­пературы пропана к критической резко снижается его плот­ность и увеличивается молярный объем. У высокомолекулярных углеводородов эти показатели при температурах, близких к критической, изменяются незначительно, поэтому силы притяжения между молекулами растворителя и углеводородов уменьшаются, и смолисто-асфальтеновые вещества вы­падают в осадок.

Деасфальтизацию проводят в экстракционных колоннах и роторно-дисковых контакторах (РДК) под давлением, превы­шающим давление насыщенных паров сжиженного пропана. Из верхней части колонны или РДК выводят раствор деасфальтизата, который содержит основное количество пропана с растворенными в нем масляными фракциями, из нижней – раствор асфальта в про­пане.

Селективная очистка. В результате такой очистки ва­куумных дистиллятов и деасфальтизированных гудронов повы­шается индекс вязкости масел, снижаются содержание сер­нистых соединений и коксуемость, улучшаются цвет и вязкост­но-температурные свойства. При селективной очистке образу­ются рафинатный раствор, содержащий в основном алканы и циклоалканы, и экстрактный раствор, в котором концен­трируются смолы и арены.

Для эффективного проведения очистки важно обеспечить равномерное возрастание температуры от нижней части экстрактора к верхней, что позволяет наиболее четко разделять желательные и нежелательные компоненты сырья. Увеличение соотношения растворитель : сырье позволяет улучшить качество очищенного масла. При недостаточном разбавлении в рафинат переходит много тяжелых аренов и смол. В качестве растворителей при селективной очистке применяют фенол, фурфурол, N-метилпирролидон.

Экстрактивная кристаллизация – метод кристаллизации с использованием селективных растворителей, которые выполняют несколько функций: селективно растворяют низкоплавкие компоненты; обеспечивают существование жидкой фазы при температуре ниже температуры застывания смеси, что позволяет повысить выход высокоплавкого компонента; снижают вязкость маточного раствора, что способствует более полному удалению жидкой фазы на стадии фильтрования.

В нефтеперерабатывающей промышленности экстрактивная кристаллизация применяется для депарафинизации масляных фракций. Удаление н-алканов, имеющих сравни­тельно высокую температуру кристаллизации, необходимо для снижения температуры застывания масел и обеспечения их хорошей текучести.

Наиболее широко в качестве растворителей при экстрактивной кристаллизации используются смеси кетонов (метилэтилкетона, ацетона) с аренами, например с толуолом, добавление которого повышает растворимость масляных компонентов и увеличивает выход масла. В последние время широкое применение получила смесь пропилена с ацетоном, обеспечи­вающая большую селективность и более низкую температуру застывания масел.