Селективная очистка масляных дистиллятов. Учебное пособие

МИНИ СТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИ ЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМ АРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСК ИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Химическая технология переработки нефти и газа»

Н.Н. ТОМИНА, Н.М. МАКСИМОВ, П.С. СОЛМАНОВ

СЕЛЕКТИВНАЯ ОЧИСТКА МАСЛЯНЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ

Учебное пособие

Самара Самарский государственный технический университет

2017

1

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

УДК 665.6 (075.8) ББК 35.11я73 С29

С29Селективная очистка масляных дистиллятов: учебное пособие /

Н.Н. Томина, Н.М. Максимов, П.С.Солманов.– Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2017.–55 с.

Приведены сведения о процессе селективной очистке масел, рассмотрены технологические схемы и технологии процесса. Даны рекомендации по составлению материального баланса и расчету основного оборудования процесса селективной очистки масел.Приведен пример технологического расчета.

Предназначено для бакалавров дневной, заочной и дистанционной формам обучения,обучающихся по направлению 18.03.01 «Химическая технология», профилю «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 «Химическая технология».

УДК 665.6 (075.8) ББК 35.11я73 С29

Рецензент канд. хим. наук, доцент Е.О. Жилкина

© Н.Н. Томина, Н.М. Максимов, П.С.Солманов, 2017 © Самарский государственный

технический университет, 2017

2

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие предназначено для бакалавров дневной, заочной и дистанционной формам обучения, обучающихся по направлению 18.03.01 «Химическая технология», профилю «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 «Химическая технология», и будет полезно при подготовке ими дипломных и курсовых проектов по селективной очистке масляных дистиллятов.

Вучебном пособии приведены сведения о процессе селективной очистки масел, рассмотрены технологические схемы и технологии процесса. Даны рекомендации по составлению материального баланса и расчету основного оборудования процесса селективной очистки масел. Приведен пример технологического расчета.

1.СЕЛЕКТИВНАЯ ОЧИСТКА НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ: ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРИТЕЛИ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА

Вкачестве растворителей для селективной очистки применяют фенол, фурфурол, N-метилпирролидон (NМП), парный растворитель (фенол и крезол с пропаном). Выбор растворителя обусловлен качеством исходного сырья и требованиями к качеству получаемого масла.

К растворителям, используемым для селективной очистки, предъявляют следующие требования.

Растворитель должен [1–4]:

1) обладать высокой избирательностью и высокой растворяющей способностью по отношению к извлекаемым компонентам при умеренных температурах;

2) плохо растворяться в смеси желательных компонентов; 3) иметь плотность, отличающуюся от плотности сырья, для бы-

строго и четкого разделения фаз;

3

4)обладать умеренной температурой кипения, отличающейся от температуры кипения сырья;

5)быть термически стабильными;

6)химически не взаимодействовать с компонентами сырья;

7)плохо растворяться в воде и растворять воду;

8)не вызывать коррозии, быть нетоксичными, взрыво- и пожаробезопасными, дешевыми, недефицитными.

Ни один из существующих растворителей полностью не удовлетворяет всем требованиям.

Преимуществом фенола перед фурфуролом является его большая растворяющая способность по отношению к ПАУ, смолам, серосодержащим соединениям, поэтому кратность фенола к сырью обычно меньше, чем фурфурола. Фенол уступает фурфуролу по избирательности, поэтому при равном расходе растворителя на очистку одного и того же сырья выход рафината фурфурольной очистки выше, чем фенольной[5]. На рис. 1.1 приведены данные об извлечении серосодержащих соединений фенолом и фурфуролом.

Рис. 1.1. Извлечение сульфидной и тиофеновой серы при очистке разными растворителями:

1 – тиофеновая сера – водным фенолом;2 – сульфидная сера – водным фенолом;3 – тиофеновая сера – фурфуролом; 4 – сульфидная сера – фурфуролом

4

Фенол целесообразно использовать при переработке сырья с высоким содержанием парафинонафтеновых углеводородов [6]. В случае высокоароматизированного сырья целесообразно использовать фурфурол. Фурфурол в меньшей степени извлекает серосодержащие соединения, и для очистки сырья из сернистых нефтей в основном используют фенол.

Считается, что для низкокипящих фракций с низкими КТР нельзя использовать сухой фенол, так как при низких температурах он является твердым веществом (температура плавления фенола около 40 ° С). В этих случаях используют фурфурол.

Высокая растворяющая способность фенола, приводящая к потере ценных компонентов, может быть снижена добавлением к фенолу воды. При очистке фурфуролом даже небольшая примесь воды приводит к ухудшению качества рафината.

В последние годы в качестве растворителя для селективной очистки все чаще используется N-метилпирролидон. Он характеризуется термической и гидролитической стабильностью, низкими температурами плавления (минус 24 ° С) и кипения (206 ° С). Коррозионнонеагрессивен, нетоксичен, обладает высокой растворяющей способностью по отношению к ароматическим углеводородам, высокой избирательностью. Рафинаты, полученные при экстракции N-метилпирролидоном, характеризуются большим выходом по сравнению с рафинатами фенольной очистки при одинаковом индексе вязкости[7].

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ

2.1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА И КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМЫХ ПРОДУКТОВ

Качество сырья. Фракционный и химический состав сырья определяет выбор растворителя и условия процесса.

При очистке фракций, выкипающих в широком диапазоне температур, растворимость ценных масляных компонентов приближается к

5

растворимости низкоиндексных углеводородов с высокой температурой кипения. В то же время часть полициклических ароматических углеводородов с высокими температурами кипения из-за высокой КТР остаются в рафинате. Таким образом, при очистке сырья широкого фракционного состава, с одной стороны, часть ценных компонентов теряется с экстрактом и выход рафината уменьшается, а с другой стороны, в рафинате остаются углеводороды с низким индексом вязкости, что ухудшает его качество.

Чем ниже температура кипения очищаемой фракции, тем меньше величина КТР; при меньшей температуре нужно очищать сырье, что может вызвать технологические затруднения. Для деасфальтизатов большое значение имеет глубина деасфальтизации. При снижении коксуемости деасфальтизата с 1,5–1,6 до 1,1 кратность растворителя при одинаковой глубине очистки уменьшается на 20 % и более.

Природа и расход растворителя. Выбор растворителя обуслов-

лен его природой и рассмотрен выше. Расход растворителя обусловлен качеством сырья и выбираемыми технологическим параметрами селективной очистки, в частности температурами верха и низа колонны (температурным градиентом по высоте колонны) [8]. При прочих равных условиях расход растворителя увеличивается по мере утяжеления сырья. Одновременно уменьшается выход рафината и меняется его химический состав (рис. 2.1, 2.2).

Так увеличение расхода фенола приводит к последовательному уменьшению содержания в получаемом рафинате смол, поли- и моноциклических ароматических углеводородов, парафино-нафтеновых углеводородов, снижению выхода рафината и росту его индекса вязкости.

Аналогичные зависимости наблюдаются при увеличении расхода фурфурола.

Ниже приведена характеристика депарафинированных масел, предварительно очищенных NМП и фенолом (табл. 2.1).

6

Как следует из представленной табл. 2.1, использование N- метилпирроллидона в качестве селективного растворителя позволяет получить масла лучшего качества, чем при использовании фенола [3].

Температура процесса. Необходимо поддерживать такую температуру экстракции, при которой система состоит из двух фаз. Рафинатный раствор содержит очищенный продукт (рафинат) и небольшую часть растворителя. Экстрактный раствор состоит в основном из растворителя и растворенных в нем нежелательных компонентов (экстракт). Таким образом, верхним температурным пределом является КТР сырья в растворителе. Ниже КТР существует двухфазная система.

Установлено следующее:

1)чем больше в дистилляте ароматических углеводородов, тем ниже его КТР;

2)чем выше пределы выкипания дистиллята из одной и той же нефти, тем выше его КТР;

3)рафинат имеет более высокую КТР, чем исходный дистиллят. Низкокипящие дистилляты могут иметь такую низкую КТР, что

смесь необходимо охлаждать до образования двухфазной системы. Селективная очистка осуществляется методом непрерывной про-

тивоточной экстракции. По мере движения навстречу растворителю очищаемый продукт все больше освобождается от нежелательных компонентов. КТР очищаемого сырья вследствие этого все время повышается, поэтому для доизвлечения нежелательных компонентов необходима более высокая температура экстракции.

С этой целью между температурами верха и низа экстракционной колонны создается разница – температурный градиент экстракции (ТГЭ). Температура верха экстракционной колонны tв определяет качество рафината. Для получения высокоиндексных масел при использовании фенола tв колонны поддерживается на 10 ° С ниже КТР. Температурный градиент экстракции составляет 18–20 ° С. При очистке фурфуролом tв колонны ниже КТР на 15–20 ° С температурный градиент экстракции составляет 20–30 ° С. ТГЭ находится эмпирическим путем. Повышение температуры экстрагирования увеличивает раз-

9

ность плотностей рафинатного и экстрактного растворов, что улучшает их сепарацию. При снижении температуры экстракции уменьшается растворимость сырья в растворителе, выход рафината растет, а качество (ИВ, цвет, коксуемость) ухудшается [5].

Повышение температуры процесса приводит к уменьшению выхода рафината, а индекс вязкости одновременно проходит через максимум (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Зависимость качества и выхода рафината:

а– от температуры процесса; б– от кратности растворителя к сырью; 1 – выход рафината;2 – индекс вязкости масла

Одним из способов, позволяющих уменьшить содержание в экстрактном растворе ценных масляных компонентов, является возбуждение рециркулята, нарушающего существующее межфазное равновесие. В результате усиливается переход компонентов из одной фазы в другую: из экстрактного раствора выделяются желательные компоненты; из рафинатного раствора переходят в экстрактный компоненты с более низким индексом вязкости. Рециркуляцию можно усилить, повышая ТГЭ. Ниже перечислены технологические приемы, приводящие к возбуждению рециркуляции[5]:

10