Факторы, определяющие эффективность процесса и качество получаемых продуктов

Очистка избирательными растворителямиявляется основным процессом технологии производства масел.Предназначена для удаления из масляных дистиллятов и деасфальтизатов смолистых веществ, ПАУ, нафтено-ароматических с короткими боковыми цепями, серосодержащих и металлорганических соединений. В этом процессе закладываются важные эксплуатационные характеристики масел: вязкостно-температурные свойства и стабильность против окисления. Эффективность селективной очистки обусловлена качеством сырья, природой и расходом растворителя, темепературой процесса, кратностью обработки, особенностями оформления блока экстракции. Очищенный продукт – рафинат – имеет по ставнению с сырьем меньшие плотность, вязкость, кислотность, коксуемость и более высокую температуру застывания. Рафинат менее интенсивно окрашен.

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

Требования, предъявляемые к растворителям. Растворители должны:

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 быстрого и четкого разделения фаз;

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. На рис. 4.11 приведены данные об извлечении серосодержащих соединений фенолом и фурфуролом.

Фенол целесообразно использовать при переработке сырья с высоким содержанием парафинонафтеновых углеводородов. 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^оС). В этих случаях используют фурфурол.

Р и с. 4.11. 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

При прочих равных условиях расход растворителя увеличивается по мере утяжеления сырья. Одновременно уменьшается выход рафината и меняется его химический состав (рис. 4.12, 4.13).

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 (-24^оС) и кипения (206^оС). Коррозионно - неагрессивен, 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. Ниже приведена характеристика депарафинированных масел, предварительно очищенных N-метилпирролидоном (N-МП) и фенолом (табл. 4.4).

Р и с. 4.12. Влияние расхода фенола на состав, выход и качество дистиллятного рафината: 1 – парафинонафтеновые углеводороды; 2 – малоциклические ароматические углеводороды; 3 – полициклические ароматические углеводороды; 4 – смолы; 5 – выход рафината; 6 – индекс вязкости рафината

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.

Р и с. 4.13. Влияние расхода фурфурола на состав, выход и качество дистиллятного рафината: 1 – парафинонафтеновые углеводороды; 2 – малоциклические ароматические углеводороды; 3 – полициклические ароматические углеводороды; 4 – смолы; 5 – выход рафината; 6 – индекс вязкости рафината

Таблица 4.4