Депарафинизации масел

1.3 Теоретические основы процесса

Процесс депарафинизации заключается в охлаждении масляных фракций до низких температур с выделением парафинов и церезинов в виде кристаллической массы и отделением их фильтрацией.

Применяемое в процессе депарафинизации охлаждение масляных фракций значительно увеличивает вязкость среды, в которой находятся парафины, вследствие чего кристаллизация и выделение парафинов затрудняется. С целью облегчения кристаллизации и для того, чтобы смесь масла и кристаллов парафина хорошо прокачивалась по трубопроводам и фильтровалась, ее разбавляют маловязким растворителем. На установке применяется смесь растворителей, состоящая из метилэтилкетона (ацетона) и толуола. Толуол обладает высокой растворяющей способностью в большей степени по отношению к масляным углеводородам и в меньшей к парафиновым. С целью снижения растворяющей способности и обеспечения качественного разделения масляных и парафиновых углеводородов толуол разбавляют метилэтилкетоном. Смесь метилэтилкетона с толуолом в определенном соотношении, при охлаждении почти совсем не растворяет парафиновые углеводороды и достаточно полно растворяет углеводороды масла. Разница между температурой фильтрации и температурой застывания депарафинированного масла называется температурным эффектом или температурным градиентом депарафинизации. При работе на смеси растворителей, состоящей из 35 % МЭКа и 65 % толуола, температурный градиент составляет (8…12)  0С, при работе на смеси, состоящей из 65 % МЭКа и 35 % толуола, составляет (2…5) 0С. Обычно на установках депарафинизации применяется смесь, состоящая из (45…55) % метилэтилкетона и (55…45) % толуола.

От состава растворителя и содержания в нем отдельных компонентов (метилэтилкетона и толуола) в значительной степени зависит режим охлаждения и кристаллизации твердых углеводородов.

При повышении содержания метилэтилкетона в смеси уменьшается температурный градиент процесса, понижается температура застывания и несколько понижается выход компонента масла.

Пpоцесс хаpактеpизуется: темпеpатуpой до 190 оС, давлением до 0,35МПа (3,5кгс/см2) в аппаpатах и давлением до 1,60МПа (16,0 кгс/см2) на аммиачных компpессоpах. Hаличие таких давлений и темпеpатуp создают условия для обpазования неплотностей и повpеждений в аппаpатах и тpубопpоводах, что вызывает утечку паpов pаствоpителя и аммиака.

В установках депарафинизации и обезмасливания применяются кристаллизаторы как с поверхностными теплопередающими устройствами, так и с непосредственным смешением теплообмени-вающихся сред. Кристаллизаторы с поверхностным теплообменом получили более широкое применение. Они подразделяются на два основных типа: труба в трубе и кожухотрубчатые. Для увеличения эффективности теплообмена в них используются скребковые устройства, которые обеспечивают очистку теплопередающих поверхностей и снижают сопротивление теплопередачи за счет уменьшения ламинарного слоя. В аппаратах смешения кристаллизация парафина происходит при прямом соединении холодного растворителя с нагретым сырьем. При этом создаются условия для образования развитой поверхности теплопередачи при незначительном термическом сопротивлении на границе раздела фаз.

Кристаллизаторы типа труба в трубе и кожухотрубчатого типа со скребковыми устройствами, предназначенные для получения и роста кристаллов при очистке масляных рафинатов, классифицируются по следующим признакам: способу подвода теплоносителя или хладагента и их движению, составу применяемых хладагентов и конструктивному исполнению. В аппаратах типа труба в трубе по внутренним трубам движется охлаждаемый раствор рафината или масляная суспензия (гача) с растворителем, из которых выкристаллизовывается парафин (или церезин), а по внешней поверхности — охлаждающая среда — фильтрат или депарафинизованное масло. В кожухотрубчатых кристаллизаторах внутренний поток подготавливаемого продукта охлаждается с наружной поверхности испаряющимися хладагентами — аммиаком, пропаном, этаном и др., а также их смесями. Скребковые устройства, вращающиеся в растворе кристаллизирующейся смеси, значительно улучшают гидродинамическую теплопередачу процесса.

В зависимости от применяемого хладагента кристаллизаторы получили название регенеративных, аммиачных, пропановых, этановых и др. В регенеративных кристаллизаторах для охлаждения смеси рафината с растворителями используется холод фильтрата — хладагента, уже принимавшего участие в процессе, а здесь вторично участвующего в охлаждении смеси.

Эффективность депарафинизации зависит и от количества растворителя. Для каждого вида сырья и применяемого растворителя требуется оптимальное соотношение их количеств. Применение недостаточного количества растворителя не обеспечивает снижения вязкости раствора, вследствие чего ухудшается процесс формирования и роста кристаллов, эффект депарафинизации ухудшается. При чрезмерном количестве растворителя эффективность депарафинизации снижается, вследствие увеличения абсолютного количества парафинов, растворившихся в самом растворителе и после отгона растворителя, остающихся в масле, а  также в результате увеличения нагрузки на отделение фильтрации. При депарафинизации высоковязких рафинатов для обеспечения кристаллообразования требуется большее разбавление сырья растворителем, чем при депарафинизации маловязких рафинатов, вследствие более тяжелого углеводородного состава и наличия в них большого количества церезиновых углеводородов, отличающихся от парафиновых более разветвленной структурой (кристаллы имеют игольчатое строение).

На полноту и четкость отделения кристаллов твердых углеводородов от масла влияет предварительная термическая обработка смеси депарафинируемого масла с растворителем. Цель термической обработки – не оставить в растворе кристаллов, которые могут быть дополнительными центрами кристаллизации, а так же создать условия обеспечивающие выделение из раствора наибольшего числа зародышей кристаллов.

Так же влияние на эффективность процесса депарафинизации оказывает скорость фильтрации. Скорость фильтрации и выход депарафинированного масла зависят от размеров и формы кристаллов парафина. Крупные кристаллы парафина, отлагаясь на фильтровальной ткани, образуют пористую гачевую лепешку, которая хорошо пропуская через себя растворитель, промывается от остатков масла. Гачевая лепешка из мелких кристаллов обладает плохой проницаемостью, скорость фильтрации может оказаться недопустимо низкой. Для достижения высокой скорости фильтрации и более полного отделения масла от парафиновых углеводородов, желательно при охлаждении смеси сырья с растворителем получить крупные, разрозненные и компактные кристаллы, которые образуются при малой скорости охлаждения.

Чтобы снизить скорость охлаждения, необходимо уменьшить разность температур между температурой смеси на выходе из кристаллизаторов и температурой смеси на входе в кристаллизаторы, что достигается увеличением количества кристаллизаторов, что усложняет процесс, или уменьшением обьема смеси, проходящей через кристаллизаторы, путем постепенного разбавления сырья растворителем. При порционном разбавлении растворитель с сырьем смешивается в три или четыре приема. В качестве последней порции растворителя подается фильтрат второй ступени фильтрации. Установлено, что из дистиллятных рафинатов кристаллы получаются более крупными и компактными, когда первоначальное охлаждение осуществляется без добавки растворителя. Разбавление остаточных рафинатов осуществляется до начала охлаждения, так как, во-первых, уже при температуре (30…35) 0С, в связи с выпадением парафина в кристаллизаторах, снижается прокачиваемость сырья, во-вторых, замечено, что рафинаты с большим количеством смолистых веществ фильтруются более эффективно, когда первая порция растворителя подается до начала охлаждения сырья.

Качество сырья является решающим условием для хорошей фильтруемости растворов и выхода депарафинированного масла. В дистиллятных рафинатах парафиновые углеводороды представляют собой алканы нормального строения, они выкристаллизовываются в виде крупных лент или пластин. В остаточных рафинатах церезиновые углеводороды представляют собой смесь алканов изостроения, ароматических и нафтеновых углеводородов с длинными боковыми цепями, выкристаллизовываются в виде мелких пластин, похожих на иглы. Если нормальные алкановые углеводороды сильно отличаются друг от друга по молекулярному весу, то они тоже будут образовывать более мелкие кристаллы, поэтому дистиллятные рафинаты, имеющие узкие пределы выкипания, фильтруются лучше чем широкие фракции. На скорость фильтрации большое влияние оказывает вязкость сырья. Тяжелые фракции фильтруются хуже. Наличие в сырье смолистых веществ и активных механических примесей большое влияние оказывают на размер и форму кристаллов. Мелкокристаллическая структура церезиновых углеводородов в остаточных рафинатах связана с наличием большого количества смолистых веществ. Трудно поддаются фильтрации рафинаты с повышенной коксуемостью. Выход компонентов масел из рафинатов зависит от глубины предварительной очистки от нежелательных компонентов и от температуры депарафинизации. При получении масел с разными температурами застывания из одного и того же сырья, выход депарафинированного масла с более высокой температурой застывания будет больше, чем с низкой. Это обьясняется тем, что при меньшем охлаждении в масле остаются низкоплавкие парафиновые углеводороды, а при более глубоком охлаждении они выкристаллизовываются вместе с высокоплавкими углеводородами.

Установка депарафинизации масел состоит из нескольких отделений, от четкости работы каждого отделения зависит соблюдение технологического режима других отделений и всей установки в целом.