Установка селективной очистки масел

Содержание

 

 

 

 

Введение

Селективная очистка - процесс переработки нефтяного сырья, направленный на улучшение качества масляных фракций. Он основан на экстракции сырья избирательным растворителем с последующей отгонкой растворителя из рафинатного и экстрактного растворов. Может осуществляться как для дистиллятного, так и для остаточного сырья. В процессе селективной очистки из исходного сырья извлекаются нежелательные для товарных масел компоненты - смолисто-асфальтеновые вещества, гетероатомные соединения и полициклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями. Целевым продуктом процесса является рафинат - очищенная масляная фракция, состоящая главным образом из парафиновых и нафтеновых углеводородов, а также моноциклической ароматики с длинными боковыми цепями. По сравнению с исходным сырьем, полученный рафинат обладает повышенным индексом вязкости, более высокой температурой застывания и имеет более светлый оттенок цвета.

На нефтеперерабатывающих заводах топливно-масляного профиля установка селективной очистки может находиться в составе маслоблока.

 

Общая характеристика производственного объекта

Установка селективной очистки масел 37/1 предназначена для удаления из масляных фракций смолистых веществ, полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, сернистых соединений с целью повышения индекса вязкости, снижения коксуемости, улучшения цвета и вязкостно-температурных свойств смазочных масел.

На установке осуществляется очистка N-метил-a-пирролидоном (метилпирролидоном) дистиллятных фракций (фр.350-420 оС, 420-500 оС, 450-550 оС) и деасфальтизата.

Установка состоит из:

блока экстракции;

блока регенерации рафинатного раствора;

блока регенерации экстрактного раствора и осушки растворителя.

 

Описание процесса селективной очистки масел. Назначение, сырье и целевые продукты

Назначение процесса селективной очистки - удаление смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов из масел с целью повышения их индекса вязкости и снижения коксуемости (по признаку извлечения нежелательного компонента его можно назвать процессом деароматизации масел).

Сырье - масляные дистилляты, получаемые при вакуумной перегонке мазутов, и деасфальтизаты гудронов.

Целевые продукты - рафинаты - направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел. Побочные продукты селективной очистки - экстракты - используются как сырье для производства битумов, технического углерода, нефтяных коксов, пластификаторов каучуков в резиновой и шинной промышленности, как компонент котельного топлива.

В качестве растворителей на ранних этапах развития процессов селективной очистки масел использовались анилин, нитробензол, жидкий сернистый ангидрид, хлорекс (в, в'-дихлорэтиловый эфир) и др. Основными промышленными растворителями в настоящее время являются фенол, фурфурол и находящий все большее применение N-метилпирролидон (NMП).

 

Влияние оперативных параметров на эффективность процессов очистки масел селективными растворителями

Процесс экстракции углеводородов избирательными растворителями является многофакторным: на результаты очистки влияют химический состав и качество сырья, природа и количество растворителя, температурный режим и эффективность экстракционного аппарата .

 

Качество сырья

Поскольку целевым назначением процесса очистки масел избирательными растворителями является повышение индекса вязкости, то качество сырья следует рассматривать в первую очередь с точки зрения содержания в нем высокоиндексных компонентов.

Известно, что в масляных фракциях нефтей парафино-нафтенового основания содержится больше углеводородов, обеспечивающих высокий индекс вязкости, чем в соответствующих фракциях тяжелых высокоароматизированных нефтей. Поэтому, с точки зрения производства масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами, первые нефти являются более предпочтительным исходным сырьем, чем вторые. Наоборот, высокая концентрация в исходном сырье смолистых и гетероорганических соединений, а также полициклических ароматических углеводородов, характеризующихся отрицательным индексом вязкости и подлежащих удалению при очистке, делает нецелесообразным использование такого сырья.

Существенное влияние на качество базовых масел и на техникоэкономические показатели процессов селективной очистки оказывает фракционный состав сырья. При очистке масляных фракций, выкипающих в широком интервале температур, вместе с низкоиндексными компонентами удаляются и приближающиеся к ним по растворимости низкокипящие ценные углеводороды сырья. В то же время часть полициклических углеводородов, имеющих высокие КТР, остается в рафинате. Влияние фракционного состава масляных дистиллятов из сернистой нефти на эффективность очистки фенолом показано в таблице 1.

 

Таблица 1 - Влияние фракционного состава масляных дистиллятов из сернистой нефти на эффективность очистки фенолом

Предел выкипания фракций,°С	Интервал кипения,°С	КТР,°С	Выход рафината, %	Индекс вязкости
от 350 до 500	150	69	64	82
от 420 до 500	80	78	63	86
от 350 до 420	70	66	68	84

 

 

Чем уже температуры выкипания дистиллятных фракций, тем более эффективно проходит их очистка селективным растворителем.

При очистке деасфальтизатов важную роль играет глубина деасфальтизации, оцениваемая коксуемостью. Очевидно, что легче "деароматизировать" деасфальтизат с низким содержанием полициклических ароматических углеводородов, то есть деасфальтизат с меньшей коксуемостью. Поэтому коксуемость деасфальтизатов не должна превышать 1,2 % (предпочтительно около 1,0 %) [1,2].

 

Природа растворителя

В настоящее время в мировой нефтепереработке для селективной очистки масел применяются в основном следующие три избирательных растворителя: фенол, фурфурол и N-метилпирролидон.

Фенол как избирательный растворитель для очистки масел известен давно. Еще в 1922 г. был взят патент на применение фенола для очистки нефтепродуктов. В 1930 г. в Канаде была построена первая промышленная установка селективной очистки масел фенолом.

По растворяющей способности фенол значительно превосходит фурфурол, поэтому очистка масел фенолом производится при меньшем расходе растворителя и при более низких температурах.

При очистке масел фенолом достаточно полно извлекаются полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями. В значительно меньшей степени извлекаются фенолом смолистые соединения. Практически совсем не растворимы в феноле асфальтены, поэтому остаточные продукты (гудроны, полугудроны) должны быть предварительно деасфальтизированы.

При фенольной очистке масляные фракции одновременно обессериваются и деазотируются в результате их удаления в составе полициклических углеводородов и смол.

Сравнительно низкая плотность и высокая температура плавления, вязкость и поверхностное натяжение фенола при температурах очистки, относящиеся к его недостаткам, затрудняют массообмен и способствуют образованию эмульсии. В результате при очистке масел фенолом не могут быть использованы высокоэффективные экстракционные аппараты, в частности роторно-дисковые контакторы, хорошо зарекомендовавшие себя при очистке фурфуролом.

Фурфурол - гетероциклический альдегид фуранового ряда. Фурфурол относится к числу избирательных растворителей с высокой селективностью и сравнительно низкой растворяющей способностью. При фурфурольной очистке масел достигается четкое экстрагирование низкоиндексных компонентов из сырья и, как следствие, высокие выходы рафината, однако процесс требует повышенного расхода растворителя по сравнению с фенольной очисткой.

Фурфурол обладает более высокой плотностью, и в этой связи сепарация рафинатной и экстрактной фаз по высоте экстракционной колонны будет осуществляться более полно при очистке масел фурфуролом. Для улучшения разделения фаз при фенольной очистке масел приходится несколько снижать производительность установки по сырью.

Фурфурол имеет более низкую температуру плавления, а это в свою очередь обеспечивает более широкий диапазон рабочих температур в экстракционной колонне при фурфурольной очистке масел. Температура низа экстракционной колонны при фенольной очистке ограничена температурой плавления фенола.

Фурфурол имеет и более низкую температуру кипения, что снижает тепловые затраты при регенерации растворителей из фаз.

Из-за пониженной растворяющей способности фурфурол применяется при очистке преимущественно дистиллятных масляных фракций.

Основным недостатком фурфурола являются его низкие термическая и окислительная способности. По этой причине в технологическую схему фурфурольной очистки масел приходится ввести дополнительную стадию деаэрации сырья, где под вакуумом с подачей перегретого водяного пара из сырьевого потока удаляются воздух и влага. Кроме того, для предотвращения окисления фурфурола его вынуждены хранить под защитным слоем масла или инертного газа.

N-метилпирролидон имеет более высокую по сравнению с фурфуролом и несколько меньшую по сравнению с фенолом растворяющую способность. От фенола N-метилпирролидон (NMП) отличается большей избирательностью по отношению к углеводородам ароматического ряда, нетоксичностью и более низкой температурой плавления. При экстракции масел NMП обеспечивает больший (на 5-7 %) выход и лучшее качество рафината при в 1,5 раза меньшей кратности растворителя по сравнению с фенолом. Кроме того, NMП не образует азеотропа с водой, что практически исключает необходимость водного контура в блоке регенерации растворителя, при этом достигается снижение энергозатрат примерно на 25-30 %.

В структуре мощностей селективной очистки масел за рубежом, особенно в США, преобладают процессы с использованием NMП (~45 %) и фурфурола (~35 %), а в бывшем СССР - главным образом фенола (более 70 %) [1,2].

 

Кратность растворителя

Количество растворителя подбирается в зависимости от качества сырья и требуемого качества рафината. Чем выше содержание низкоиндексных компонентов в сырье, тем выше должна быть кратность растворителя к сырью. Аналогично, ужесточение требований к качеству рафината требует увеличения расхода растворителя. При прочих равных условиях деароматизация дистиллятного сырья широкого фракционного состава, по сравнению с сырьем более узкого фракционного состава, требует большей кратности растворителя. При селективной очистке деасфальтизатов требуемая кратность растворителя симбатно возрастает с повышением их коксуемости. В таблице 2 приведены сравнительные характеристики деасфальтизатов с разным процентом коксуемости.

 

Таблица 2 - Сравнительные характеристики деасфальтизатов с разным процентом коксуемости

Коксуемость деасфальтизата, %	1,25	1,52	1,90
Кратность фенола к сырью	2,8: 1	3,2: 1	4,5: 1
Выход рафината, %	67,7	55,1	50,0
Коксуемость рафината, %	0,42	0,44	0,65

 

 

Увеличение кратности растворителя к сырью сопровождается дополнительным растворением компонентов сырья и переходом их в экстрактный раствор. Поэтому выход рафината с увеличением кратности растворителя монотонно снижается, а его индекс вязкости и стабильность против окисления повышаются. Однако улучшение качества масел наблюдается лишь до определенного момента, после которого как индекс вязкости, так и стабильность против окисления ухудшаются.

Снижение индекса вязкости происходит в результате ухудшения избирательности растворения в области предкритического растворения (то есть вблизи КТР), а ухудшение стабильности против окисления связано с эффектом переочистки, то есть чрезмерным удалением из масел полициклических ароматических углеводородов и смол, являющихся естественными ингибиторами окисления. Поэтому в тех случаях, когда к индексу вязкости предъявляются ординарные требования, процесс очистки следует проводить с получением рафината с наиболее высокой стабильностью против окисления. Установлено, что расход фенола в этом случае составляет 200 % для дистиллятного и 300 - 400 % для остаточного сырья. В тех же случаях, когда к индексу вязкости предъявляются повышенные требования, рафинат следует переочищать, а стабильность против окисления повысить введением антиокислительных присадок [2].

 

Температурный режим экстракции

Температурный режим экстракции подбирается в зависимости от КТР сырья и требуемого качества рафината.

Чем выше температура кипения сырья, тем выше величина его КТР и тем при более высокой температуре можно его очищать. Повышенное содержание асфальто-смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов понижает КТР и требует более низкой температуры экстракции. Практически температура очистки поддерживается на 10-25°С ниже КТР сырья в зависимости от требуемого качества рафината и составляет 55-70°С для дистиллятного сырья, 75-95°С для деасфальтизатов при очистке фенолом, 60-90 и 95-115°С соответственно при использовании фурфурола.

Повышение температуры очистки приводит к улучшению качества рафината и снижению его выхода вследствие увеличения растворяющей способности растворителя и соответственно более полного извлечения низкоиндексных компонентов сырья. Однако избирательность разделения при этом ухудшается, особенно в области предкритических температур. Поэтому на практике целесообразно избегать применения температур, близких к КТР, а регулирование качества осуществлять путем увеличения кратности растворителя, подбором оптимального температурного градиента экстракции, методом возбуждения рисайкла и другими приемами.