Назначение и методы очистки
Подавляющее большинство продуктов перегонки нефти и мазута, крекинга, пиролиза и других процессов являются нефтепродуктами, не готовыми к употреблению. Чтобы им придать необходимые товарные качества, их освобождают при помощи очистки от вредных примесей - азотистых, сернистых, кислородных соединений, золы, большей части асфальтово-смолистых веществ, непредельных углеводородов, в некоторых случаях-от сложных полициклических углеводородов.
Современные методы очистки весьма разнообразны. Их можно объединить в две большие группы: 1) химические способы очистки реагентами.2)физико-химические способы очистки при помощи разнообразных материалов.
В первом случае применяемые для очистки реагенты участвуют в химических реакциях с веществами, удаляемыми из нефтепродукта. Во втором случае применяются различные вспомогательные (рабочие) вещества, которые не вступают в химическое взаимодействие с нефтепродуктами, но выполняют свою роль на основе сорбционных, каталитических и других процессов.
Однако как в первом случае процесс очистки не ограничивается чисто химическими явлениями, так и во втором случае физическим явлениям сопутствуют некоторые химические превращения веществ. Поэтому следует считать, что одни способы являются преимущественно химическими, другие-физико-химическими.
При химических методах очистки реагентами служат: а) серная кислота; б) щелочи-едкий натр, сода, известь, аммиак и др.; в) различные соли-например плумбит натрия, гипохлорит, хлориды металлов и др.; г)прочие реагенты. В этом смысле различают сернокислотную очистку, щелочную, плумбитную, гидрогенизационную и др.
К физико-химическим методам относятся: а) обработка нефтепродуктов адсорбентами и катализаторами; б) применение избирательных растворителей. Чаще всего для получения определенного нефтепродукта заданных качеств последовательно применяют два или даже три способа очистки.
Далее различают очистку в жидкой фазе и очистку в паровой фазе; та и другая могут осуществляться химическим путем ил физико-химическим; в паровой фазе можно очищать лишь низкокипящие нефтепродукты-бензины и их компоненты, иногда лигроин.
Одни реагенты и материалы оказывают более или менее универсальное действие на нефтепродукты; например, серная кислота одновременно удаляет многие различные по природе вещества - непредельные углеводороды, смолы и др. Другие реагенты оказывают избирательное действие, например обезвреживание сернистых соединений.
Основной процесс очистки сопровождается вспомогательными операциями, преимущественно физическими, например отгонкой растворителей от очищенных нефтепродуктов, механическим отделением кислого гудрона, адсорбента и др.
Очистка нефтепродуктов реагентами
Сернокислотная очистка
Обработка жидких нефтепродуктов крепкой серной кислотой (реже газообразными SO3)-наиболее старый, универсальный и распространенный химический метод очистки. Одновременно он является одним из наиболее неудобных и дорогих процессов. При взаимодействии серной кислоты с нефтепродуктом получают окисленный, иначе кислый, нефтепродукт и отходы — кислый гудрон и сернистый ангидрид.
Большинство сложных продуктов реакций (эфиры, сульфокислоты, полимеры и др.) концентрируются в кислом гудроне и вместе с ним отделяются от основного вещества нефтепродукта.
Сернистый газ образуется из серной кислоты в результате окисления ею углеводородов,сернистых и других соединений. Отдавая последним часть кислорода, кислота раскисляется и в виде газа SO3 отводиться из зоны реакции.
Главнейшими факторами, влияющими на процесс и глубину очистки, являются: 1) хим состав нефтепродуктов; 2) количество и концентрация (крепость) кислоты, температура процесса, продолжительность и способ перемешивания кислоты с нефтепродуктами.
Влияние состава нефтепродукта вытекает из неодинакового отношения разных углеводородов и других компонентов к серной кислоте.
Количество расходуемой кислоты, как и ее крепость, влияет на глубину очистки тем сильнее, чем они выше. Реакции с непредельными углеводородами и со смолами происходят даже при незначительной концентрации кислоты — около 60% H2SO4. Для удаления серы и ароматических углеводородов требуется более крепкая кислота (92-96%), а в некоторых специальных случаях даже дымящая.
В процессе очистки первоначальная концентрация кислоты снижается вследствие разбавления ее водой ( вода-продукт реакции при образование сульфокислот), растворения в кислоте эфиров, нафтеновых кислот, сульфокислот и др. Поэтому практически расход кислоты выше, чем требовалось бы теоретически.
Значительный избыток кислоты при очистке ведет к отрицательным результатам: к снижению антидетонационной стойкости бензинов, перочистке масел и потере ими части смазывающих свойств. Кроме того, увеличивается потери нефтепродукта, особенно если учесть, что кислота извлекает не только реакционно способные соединения, но адсорбирует и полезные углеводороды.
С повышением температуры процесса усиливается действие кислоты, реакции окисления, полимеризации и другие идут глубже. При очистке разных продуктов необходимо выбрать опытным путем наиболее подходящие условия и строго придерживаться их.
Очистку крекинг-бензинов производят при возможно низкой температуре; при повышении температуры удаляются не только непредельные углеводороды, но и такие полезные ароматические, что связно с ухудшением антидетонационных свойств моторных бензинов. В некоторых случаях очистку бензинов полезно производить при температуре ниже нуля, особенно если для очистки необходимо затрачивать большое количество кислоты. Наоборот,при очистке осветительного керосина ,бензина(калоша) и некоторых других нефтепродуктов должны быть удалены частично или полностью ароматические углеводороды; в этих случаях полезно держать более высокую температуру или применять более крепкую кислоту и в большем количестве.
Очистка вязких масел по необходимости должна производиться при повышенных температурах(40-60`` и даже выше), так как большая вязкость масла при низкой температуре затрудняет перемешиванию реагента с маслом.
Взаимодействие нефтепродуктов с серной кислотой сопровождается выделением тепла, и начальная температура жидкости повышается. При температуре, более высокой, чем требуется для каждого случая, усиливается растворение кислого гудрона в нефтепродукте и ухудшается процесс очистки.
Продолжительность взаимодействия реагентов с нефтепродуктом также оказывает большое влияние на результаты очистки. Лучшие результаты получаются при кратковременном контакте при условии, однако, что достигается тесное перемешивание. Чрезмерная продолжительность очистки серной кислотой вызывает нежелательные вторичные реакции и растворение кислого гудрона в нефтепродукте. На очистных установках непрерывного действия с применением механического перемешивания продолжительность контакта сокращается до нескольких секунд.
Способы контакта нефтепродукта с любым реагентом должны быть совершенными.
Выбор оптимальных условий очистки производиться с обязательным учетом способа получения очищаемого продукта (прямая перегонка, крекинг и др.) , его химического состава и целевого назначения. Это указание относится к очистке любым реагентом.