книги из ГПНТБ / Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов

Сепаратор СТ-500-2 имеет следующую характеристику:

Сепаратор работает следующим образом. Топливо через патрубок на крышке подается в рассекатель потока сепаратора. Равномерно распределяясь по всей поверхности чехла, топливо, содержащее во взвешенном состоянии мелкодисперсную воду в виде капелек, проходит через чехол, фильтруется от механических примесей, а ка­ пельки воды оседают на поверхности водоотделяющего элемента. За счет сил поверхностного натяжения мелкие капли воды, осевшие на поверхности хлопковых и капроновых волокон, соединяются в бо­ лее крупные капли и под действием сил тяжести постепенно стекают в нижнюю часть чехла, затем продавливаются потоком топлива сквозь

Очистка нефтепродуктов фильтрацией

На всех этапах применения очистке нефтепродуктов фильтрацией должно уделяться самое серьезное внимание. На каждой нефтебазе, складе и т. п. должен быть разработан комплекс мероприятий, предотвращающих загрязнение топлив и масел. Наиболее высокие требования предъявляются к чистоте авиационных топлив. В зару­ бежной практике считается, что содержание загрязнений в реактив­ ных топливах при отсутствии эмульсионной воды не должно пре­ вышать 1,3—1,5 г/т. При более высоком содержании загрязнений выдачу топлив прекращают и зачищают резервуары и коммуникации.

В технологических схемах должны быть установлены при­ боры (к сожалению, в настоящее время это требование выпол­ няется далеко не всегда), регистрирующие и регулирующие степень очистки нефтепродуктов и перекачку топлив. Например, для непре­ рывного контроля за содержанием воды в реактивных топливах уста­ навливаются приборы типа «Акваскан» с автоматическим отключе­ нием насоса в случае подачи обводненного топлива.

228

Загрязнения, которые не удается отделить отстоем, удаляются фильтрацией. В настоящее время фильтрацией удаляются частицы крупнее 5 мкм. С совершенствованием фильтрующих перегородок тонкость фильтрации достигнет 2—3 мкм.

В оптимальном случае фильтрация нефтепродуктов на нефте­ базах и складах должна выполняться по следующей технологиче­ ской схеме. Поступающее на склад топливо фильтруют через фильтр грубой очистки (50—1500 мкм), а затем через фильтр тонкой очистки и направляют в отстойные резервуары. Фильтры грубой очистки на всасывающей линии предназначены для отделения крупных частиц загрязнений и посторонних предметов. Вторичная фильтрация для дистиллятных топлив осуществляется тонкостью 10—20 мкм, а для остаточных — 200—300 мкм. Из отстойных резервуаров нефтепро­ дукты направляют через фильтры грубой и тонкой очистки в резер­ вуары длительного хранения. Выдача топлив с баз и складов должна осуществляться через фильтры тонкой очистки.

Топлива потребителям выдают, как правило, в автоцистерны или автотопливозаправщики, которые также оборудованы фильтрами с тонкостью фильтрации 20—40 мкм, через которые топлива филь­ труют перед сливом в емкости склада.Выдача топлив на заправку тех­ ники должна осуществляться через фильтры с тонкостью фильтрации

10— 5 мкм.

На практике эта схема фильтрации выполняется далеко не всегда. Часто прибывающее топливо сливается в основные резервуары, про­ ходя перед этим в лучшем случае лишь однократную фильтрацию. На многих нефтебазах и складах,особенно крупных, отстойные резервуары отсутствуют. Отсутствие отстойных резервуаров и некачественную фильтрацию нефтепродуктов при приеме и выдаче следует считать недостатком в работе нефтебаз и складов по обеспечению необхо­ димой чистоты топлив. Особенно важна тщательная фильтрация авиационных и дизельных топлив, от чистоты которых в значитель­ ной степени зависит надежность и длительность работы двигателей.

Оптимальная схема фильтрации должна обязательно выполняться на складах авиационных топлив, в том числе и аэродромных (рис. 68). С целью обеспечения безопасности полетов и увеличения ресурса работы двигателей летательных аппаратов в технологиче­ ской схеме предусмотрено выполнение следующих основных опера­

и ФГТ-60, а перед насосами устанавливают сетчатые фильтры. Предварительный отстой как эффективное средство очистки на скла­ дах авиационных топлив является обязательным. Для этой цели должна быть выделена специальная группа резервуаров. Расходные группы резервуаров с антикоррозионным покрытием должны по­ полняться только из отстойных резервуаров.

При заправке летательных аппаратов осуществляют двойное фильтрование: первое — при заполнении автотопливозаправщиков из расходных резервуаров через фильтры с четырехслойными

229

чехлами ТФЧ-16с, ТФЧ-150-200ск или через фильтры ФГТ-60р, ФГН; второе — при заправке самолетов из топливозаправщиков через фильтры с фильтрующими чехлами ТФЧ-16с или ТФЧ-150-200 ск.

В централизованных системах заправки применяют два последо­ вательно установленных фильтра с четырехслойными чехлами типа ТФЧ-16с, а при отсутствии фильтров типа ТФЧ допускается приме­ нение для первого фильтрования фильтров ФГТ-60р с трехслойными чехлами из фильтродиагонали и для второго фильтрования — фильтров с чехлами типа ТФЧ.*

5

Рис. 68. Фильтрация топлива на аэродромных складах на основе штатного оборудования.

1 — железнодорожная цистерна; 2 — переходный фильтр; з — топливный насос; 4 — фильтр ФГТ ' 3 0 / 6 0 ; 5 — отстойные резервуары; в — фильтр ТФ-2М с фильтрационным чехлом ТФЧ-Ібс, ТФЧ-150-200СК или фильтр ФГТ-60р, ФГН-60 (120); 7 — заправочный агрегат ЦЗ-1

а — подача топлива из отстойных резервуаров в раздаточные; б — слив топлива в отстойные резервуары склада горючего.

В дальнейшем, с развитием более совершенных фильтров, наме­ чено применение перспективной схемы фильтрования авиационных топлив (рис. 69). Эта схема отличается от существующей более глу­ боким фильтрованием на всех этапах движения топлива к энерге­ тической установке, а также применением специальных мероприятий, уменьшающих загрязнение топлив. В перспективной схеме предусмот­ рен прием топлив на склад с обязательным фильтрованием через

* Для повышения контроля чистоты топлива перед вылетом самолета не­ обходимо проводить слив отстоя из топливных систем с целью проверки чистоты топлива. Топливные резервуары склада необходимо зачищать не реже 2 раз в год.

230

фильтры с тонкостью фильтрования 10 мкм. Отстой осуществляется в заглубленных резервуарах, в которых термальные потоки в жид­ кости, обусловленные перепадом температур, минимальны, а поэтому оседание частиц происходит наиболее эффективно.

Для уменьшения загрязнения нефтепродуктов продуктами корро­ зии все резервуары, трубопроводы и арматура, складов и баз должна быть изготовлена из коррозионно-устойчивых материалов и иметь антикоррозионное покрытие. Для увеличения эффективности фильт­ рации и уменьшения загрязнения топлив и масел все резервуары должны быть оборудованы воздушными фильтрами на дыхательных устройствах, отстойниками и устройствами для слива воды и грязи,

Рис. 69. Улучшенная схема фильтрации топлива на аэродромных складах.

I — фильтры в системе дренажа; 2 — горловины с устройством для, закрытого налива и слива топлива; 3 — плавающие топливозаборники; 4 — линия откачки отстоя топлива; 6 — место включения топливных насосов; в — железнодорожная цистерна с закрытым спо­ собом налива и слива топлива; 7 — предохранительный фильтр; 8 — топливный насос; 9 — топливный фильтр на 10 мкм; 1 0 — подача топлива из отстойных резервуаров в расходные; I I — заглубленные отстойные резервуары; 1 2 — раздаточные резервуары; 1 3 — сепаратор воды; 1 4 — топливный фильтр на 5 мкм; 1 S — линия централизованной заправки;« — за­

правочный агрегат с топливным фильтром на 5 мкм; 17 — автотопливозаправщик с фильтром на 5 мкм.

плавающими тонливозаборниками и другой вспомогательной арма­ турой.

Выдачу топлив в перспективной схеме предусмотрено осущест­ влять из расходных резервуаров закрытым способом через сепараторы для отделения нерастворенной воды и фильтры с тонкостью фильтро­ вания 5 мкм. Дыхательные клапаны автотопливозаправщиков должны быть оборудованы воздушными фильтрами. Технику заправлять необходимо закрытым способом через фильтры с тонкостью филь­ трации 5 мкм.

Перспективная схема фильтрации (рис. 69) должна быть приме­ нена в первую очередь для авиационных топлив, в дальнейшем ее необходимо распространить для бензинов, дизельных топлив и не­ которых других продуктов.

231

Эффективность очистки нефтепродуктов фильтрацией современ­ ными фильтрующими перегородками характеризуется следующими экспериментальными данными (табл. 109). Эффективность очистки оценивали по изменению массы и ситового состава загрязнений. Из приведенных данных видно, что с помощью современных фильтров можно удалить из топлив значительную часть загрязнений. При фильтрации топлива ТС-1 через фильтр ФГН-30 количество частиц загрязнений размером до 10 мкм снижается на 40—70% . Содержание частиц 10—20 мкм уменьшается в 8—10 раз, а загрязнения крупнее 20 мкм удаляются полностью. Аналогичный эффект очистки наблю­ дается и при фильтрации через фильтры ФГН-60м, ФГН-120м, ФГТ-ЗОр, ФГТ-60р, ТФ-2М.

С помощью фильтров из топлив можно удалить загрязнения размером более 5—10 мкм при фильтрации через металлокерамиче­ ские элементы, изготовленные из порошка 50—63 мкм. Если размеры частиц порошка, из которого изготовлен фильтр, увеличить до 100— 150 мкм, то тонкость фильтрации ухудшится. В этом случае из топлив можно удалить частицы размером более 10—15 мкм.

Г л а в а 10

АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Известно много веществ, которые могут избирательно поглощать определенные ■молекулы из смеси органических и неорганических соединений разнообразной структуры [57]. Поглощающие вещества могут быть твердыми и жидкими, однако большее распространение получили твердые вещества (адсорбенты).

В практике работы нефтебаз и складов в настоящее время наи­ более реальным, вероятно, является внедрение таких адсорбентов, как цеолиты и силикагели, и среди этих двух предпочтение следует

иструктуры. Силикагели могут адсорбировать не только воду, но

игетероорганические соединения и продукты окисления углеводо­ родов.

Применение адсорбционных методов для удаления из нефтепродуктов нежелательных компонентов

Структура адсорбентов и механизм адсорбции. Цеолиты. Цеолиты (молекулярные сита) представляют собой кристаллические вещества; именно кристаллическая структура цеолитов обусловливает их не­

234

обычные адсорбционные свойства. В отличие от алюмоили силикаге­ лей поры в кристаллической решетке цеолитов имеют идеальную одно­ родность размеров. Эти размеры соответствуют размерам часто встре­ чающихся молекул. Поскольку все поры имеют одинаковые размеры, то можно количественно отделять мелкие молекулы от более круп­ ных. Именно благодаря этим свойствам цеолиты (в отличие от сили­ кагелей) получили название «молекулярные сита», так как адсорб­ ция на них представляет собой «просеивание» смесей молекул с их сортировкой по размерам.

Цеолиты могут быть искусственными и естественными. Природ­ ные цеолиты образовались в результате сложных геохимических процессов и представляют собой гидратированные алюмосиликаты кальция, натрия и других металлов. В их состав входят также алю­ миний, кремний и реже другие металлы. Природные цеолиты могут взаимодействовать с солями, растворенными в подземных водах, в ре­ зультате чего протекает ионный обмен. Поэтому в цеолитах присут­ ствуют анионы кремневых кислот, ионы различных металлов, кристаллизационная вода. Известны три группы природных цеоли­ тов:

CaNa2Al2Si40 12 • 6Н20 — шабазит,

Na2Al2Si3O10 • 2Н20 — натролит,

CaNa2Al2Si60 16 •4Ц20 — гейландит.

Синтетические цеолиты имеют, как уже отмечалось, идеальную однородность размеров пор. В СССР получают синтетические цеолиты марок СаА, NaA, NaX, характеристика которых приведена в табл. 110. За рубежом выпускают цеолиты других марок (табл. 111). Синтетические цеолиты имеют высокую избирательную способность, повышенное сродство к полярным соединениям (из-за ярко выражен­ ного гетероионного характера внутренней поверхности), большую адсорбционную емкость и устойчивую способность полностью извле­ кать адсорбат из разделяемой системы.

Таблица 110

235

236

няя полость обезвоженного шабазита может поглотить 24 молекулы воды.

Молекулы поглощаемого вещества и ионы, способные к обмену, находятся внутри пор цеолитов. Структура цеолитов обеспечивает протекание обратимых процессов гидратации, дегидратации и ион­ ного обмена.

Важно отметить, что удаление воды повышает активность цеоли­ та и не влечет за собой изменение его кристаллической решетки. Потерянную воду цеолит снова может адсорбировать, вместо воды цеолит может поглотить другие, подходящие по размерам моле­ кулы. Можно получать структуры, у которых размер пор изменяется в широких пределах. Изменение основных характеристик цеолитов достигается изменением структуры скелета и ионов металлов. На­ пример, эффективный диаметр пор в ситах типа 5А, представляющих собой кальциевую форму цеолитов типа 4А, на 1Â больше, чем в цео­ литах 4А. Наоборот, при замене натрия на калий размеры пор умень­ шаются. И в других цеолитах размер пор можно менять с помощью ионного обмена. Так, в цеолите 13Х заменой натрия на кальций можно получить вместо пор диаметром 10 Â поры диаметром 9 Â.

Понижение температуры приводит к уменьшению эффективного размера пор. Например, адсорбция аргона на цеолите 4А увеличи­ вается с понижением температуры до —150° С, а при дальнейшем понижении температуры адсорбция существенно уменьшается. Ад­ сорбция полярных веществ также уменьшает эффективный размер пор. Например, предварительное насыщение цеолита 4А 5% воды уменьшает его адсорбционную емкость к этилену в 35 раз.

Существенным преимуществом цеолитов является их ненабухаемость в жидких системах. Цеолиты проявляют известные каталити­ ческие свойства, обусловленные кислотными центрами и глиной, добавляемой в цеолиты в качестве связующего материала при из­ готовлении. Поскольку в настоящее время доказана идеальная об­ ратимость процессов адсорбции на цеолитах, то можно считать явле­ ния поглощения на цеолитах чисто физическими.

Интересно отметить, что в поры цеолитов могут проникнуть моле­ кулы, превышающие их по диаметру. Такѵ в поры размером 3,5 Â могут проникнуть молекулы размером до 4 Â. Свободный диаметр пор в цеолите 5А равен 4,2 Â, однако в эти поры легко проникают молекулы нормальных алканов диаметром 4,9 Â.

Цеолиты с различными размерами пор неодинаково относятся к молекулам разной природы (табл. 112). Так, вода адсорбируется цеолитами с размерами пор от 3,5 до 10 Â, однако бутен й более выс­ шие к-алкены не адсорбируются на цеолитах с размерами пор 3,5 Â. Изоалканы, ароматические углеводороды, цикланы адсорбируются цеолитами с размерами пор около 10 Â и не адсорбируются цеоли­ тами с размерами пор до 5—6 Â. Таким образом, эффективно осушить нефтепродукты можно с помощью цеолитов, которые имеют размеры пор от 3,5 до 4 Â. Эти цеолиты задерживать углеводороды практиче­ ски не будут.

237

Таблица 112

«Просеивающие» свойства цеолитов

Цеолиты обнаруживают интересную особенность: адсорбция на них протекает при отсутствии капиллярной конденсации. Они имеют высокую адсорбционную емкость в области низких давлений, эта емкость быстро достигает максимума даже в области низких давле­ ний. Кривые поглощения воды цеолитами соответствуют изо­ термам Ленгмюра. На рис.70 по­ казаны изотермы адсорбции во­ дяного пара различными ад­ сорбентами. Изотермы такого типа свидетельствуют о боль­ ших адсорбционных силах, ко­ торые обусловливают высокую адсорбционную емкость и спо­ собность полностью извлекать адсорбат из смеси или раствора.

Силикагель. Силикагель представляет собой гидрати­ рованную форму окислов крем­ ния S i0 2-nH20. Его получают

Na2Si03. Образующийся осадок промывают, высушивают, про­ каливают и дробят до размеров

Рис. 70. Изотермы адсорбции водя­ ного пара на различных адсорбентах.

1 — силикагель; г — цеолиты с размером пор 3,5 А; 3 — цеолиты с размером пор 4,2 А; 4, — активированная окись алюми­

ния.

238