Качество сырья

С использованием растворителей

Депарафинизация нефтепродуктов кристаллизацией

Процесс основан на различном растворении жидких и твердых углеводородов в различных растворителях при понижении температуры и применяется для любого дистиллятного и остаточного масляного сырья.

Твердые углеводороды ограниченно растворяются в растворителях и подчиняются законам Освальда:

1. Растворимость снижается с увеличением плотности сырья и снижением температуры выкипания фракции.

2. Растворимость возрастает с увеличением температуры процесса (т.е. увеличением температур сырья и растворителя).

ТРЕБОВАНИЯ К РАСТВОРИТЕЛЮ:

1. Растворитель депарафинизации при температуре процесса должен растворять жидкие углеводороды и не растворять твердые.

2. Растворитель должен обеспечивать минимальную разность между температурой депарафинизации (температура конечного охлаждения раствора сырья) и температурой застывания депарафинированного продукта. (Эта разность называется ТЭД - температурный эффект депарафинизации.

ТЭД = t _{депарафинизации} - t_{заст. прод)}

3. Иметь умеренную температуру кипения, в отличие от температуры кипения сырья (в связи с технологией процесса).

4. Растворитель должен быть нетоксичным, не коррозионным, а также доступным.

Процесс заключается в разбавлении сырья растворителем.

Целевой продукт - депарафинированное масло.

Побочный продукт - парафиновые углеводороды в виде гача, если сырье дистиллятное или в виде петролатума, если сырье остаточное.

Основные факторы процесса депарафинизации.

1. Качество сырья.

2. Природа и состав растворителя.

3. Кратность растворителя к сырью.

4. Скорость охлаждения раствора сырья.

5. Температура конечного охлаждения (температура депарафинизации).

С точки зрения фракционного состава. Чем выше температура выкипания фракции, тем меньше полнота удаления твердых углеводородов и выше температура застывания продукта, отсюда меньше скорость фильтрации и ниже производительность установки. Это связано с тем, что с увеличением температуры выкипания фракции возрастает вязкость, что в свою очередь затрудняет диффузию твердых углеводородов к центрам кристаллизации. В результате образуются новые зародыши кристаллов, уменьшаются размеры кристаллов и, следовательно, снижается скорость фильтрации. Утяжеление сырья по фракционному составу приводит к росту содержания в нем циклических структур, совместная кристаллизация которых с парафиновыми углеводородами также приводит к образованию мелких кристаллов. ухудшающих процесс фильтрования.

При депарафинизации сырья узкого фракционного состава выход масла возрастает, увеличивается скорость фильтрации, снижается содержание масла в гаче, понижается температура застывания получаемого продукта. Чем уже фракционный состав, тем более однородно по химическому составу сырье и тем проще подобрать растворитель.

С точки зрения химического состава. Чем больше содержание циклических углеводородов в сырье, тем меньше размер кристаллов, ниже скорость фильтрации и хуже качество, а так же ниже выход целевого продукта и выше содержание масла в гаче.

Смолы играют положительную роль в процессе депарафинизации. Они адсорбируются на поверхности твердых углеводородов и способствуют агрегации (укрупнению) кристаллов. В результате образования крупных кристаллов возрастает скорость фильтрации и улучшаются остальные показатели процесса. Однако при чрезмерном увеличении содержания смол резко возрастает вязкость сырья, что приводит к затруднению диффузии и все возвращается на круги своя (см. выше). Поэтому содержание смол в сырье лимитируется.

Природа и состав растворителя. В процессе используются:

- неполярные растворители - сжиженный пропан, легкий бензин (нафта)

- полярные растворители - низкомолекулярные кетоны (С₂ - С₅), хлорорганика (дихлорэтан, метилен хлорид).

Основную роль с точки зрения растворителя играет растворение в них твердых углеводородов.

Неполярные растворители. Твердые углеводороды при температуре плавления растворяются (взаимно смешиваются) неограниченно.

Растворимость твердых углеводородов падает с ростом плотности растворителя. Высокая растворимости твердых углеводородов в неполярных растворителях требует более глубокого охлаждения раствора для более полной кристаллизации твердых углеводородов и получения масла с низкой температурой застывания. Отсюда низкая избирательность и высокий ТЭД. Для неполярного растворителя ТЭД=15-25^оС. Также высокое содержание масла в гаче (петролатуме), необходимость медленного охлаждения, в случае пропана - высокое давление. Достоинство пропана - охлаждение можно осуществлять за счет его же испарения.

Полярные растворители. Растворяют твердые углеводороды при высоких температурах, при пониженных температурах твердые углеводороды не растворяются, но плохо растворяются и жидкие компоненты сырья. Отсюда высокое содержание масла в гаче.

Для повышения растворяющей способности (в частности к кетонам) добавляют низкомолекулярные ароматические углеводороды - бензол и толуол. При этом кетон играет роль осадителя твердых углеводородов, а арены - растворителя масляных компонентов. Состав растворителя может изменяться в зависимости от состава сырья и требуемой степени очистки.

С увеличением содержания ароматики в составе растворителя возрастает выход депарафинизата, но при этом растет температура его застывания, растет ТЭД и продолжительность фильтрования (в силу уменьшения размеров кристаллов).

Чем больше содержание твердых углеводородов в сырье, тем ниже содержание аренов в растворителе.

Так как с увеличением молекулярной массы кетонов их растворяющая способность повышается, содержание аренов в смеси с МЭК (метилэтилкетон) ниже, чем в смеси с ацетоном.

Метилпропилкетон и метилизобутилкетон (МИК) используют без аренов. С увеличением молекулярной массы кетонов ТЭД падает. Для ацетона ТЭД =8-10^оС, для МЭК ТЭД=5-8^оС, для МИК ТЭД=0-1^оС.

Хлорорганические растворители. Смесь 50-70% дихлорэтана + 50-30% метиленхлорида имеет ТЭД = 0-1^оС. ДХЭ - осадитель твердых углеводородов, МХ - растворитель жидкой части. Этот растворитель используется для сырья любого состава при малых ТЭД (процесс Di-Me). Кратность растворителя к сырью 3-5:1 (об.). Недостатки: низкая термостабильность растворителя (при 130^оС разлагается с образованием НCl).

Соотношение сырье: растворитель. Это фактор зависит от фракционного и химического состава сырья, его вязкости и природы растворителя. Кратность влияет на четкость разделения, скорость фильтрации, ТЭД, конечную температуру охлаждения.

Влияние кратности на фильтрацию.

При малой кратности вязкость системы высока, диффузия затруднена, кристаллы мелки.

При высокой кратности система сильно разбавлена, концентрация твердых углеводородов низка, кристаллы мелки, скорость фильтрации (опять же) мала.

Чем выше температура выкипания фракции, тем выше вязкость сырья и выше кратность.

Для дистиллятного сырья = 2-3:1 по массе.

Для остаточного сырья = 3-4.5:1 по массе.

С увеличением кратности увеличивается выход депарафинизата, снижается содержание масла в гаче, увеличивается температура застывания масла и эксплуатационные расходы на регенерацию растворителя.

Чем ниже температура депарафинизации, тем выше кратность, так как при низких температурах растет вязкость сырья.

Скорость охлаждения и температура конечного охлаждения. Скорость охлаждения сказывается на производительности установки, качестве депарафинизата, процессе образования и роста кристаллов (а что на этом не сказывается!). С увеличением скорости охлаждения образуются (как наверное догадался прозорливый читатель) мелкие кристаллы (ого, - скажет прозорливый читатель, - а ведь это приведет к снижению скорости фильтрации, выхода масла, увеличению температуры застывания депарафинизата и росту содержания масла в гаче! И будет совершенно прав. Не могут нарадоваться авторы на прозорливость нашего прозорливого читателя. Отрадно им видеть, как всходят посеянные ими зерна инженерного мышления, как исполнены эти ростки духовного содержания, как... Но, впрочем, мы отвлеклись). Скорость охлаждения особо сильно влияет на начале кристаллизации (Тако же и всякого рода искушения особливо влияют на души человеков, находящихся на самом истоке жизненного пути, а паче того на детские души. Родители! Не пускайте детей на стройплощадку! Вырывайте из рук чад своих шприцы с пагубной отравой, дабы пристрастием порочным не загубили они ростков добродетели, коя одна лишь должна быть путеводною звездой оных.), когда идет образование центров кристаллизации - образуется много центров, а что из этого - тебе слово, прозорливый читатель.

Снижение скорости охлаждения так же нерационально, так как снижается эффективность использования холодильной аппаратуры, что приводит к снижению производительности установки. Скорость охлаждения зависит от природы растворителей.

Для неполярных 4-7^оС в 1 час;

для полярных 100-200^оС в 1 час.

С увеличением температуры выкипания фракций снижается скорость охлаждения раствора (как уже, вероятно, догадался прозорливый читатель, благодаря возрастанию вязкости).

Температура депарафинизации. Зависит от требуемой температуры застывания продукта, природы и состава растворителя, от которого зависит ТЭД.

Технологическая схема.

Рис. 3.34.

Схема установки низкотемпературной кристаллизации масел

Сырье и растворитель поступают в смеситель 1, получившаяся смесь идет в пароподогреватель 1', где раствор подогревается с целью полного растворения всех компонентов сырья. Затем гомогенный раствор проходит водяные холодильники 2, регенеративные кристаллизаторы 3, где он охлаждается за счет контакта с раствором депарафинизата, аммиачные холодильники 4, где охлаждается жидким аммиаком. Если у нас осуществляется глубокая депарафинизация после аммиачных холодильников (температура охлаждения –30...–40^оС) устанавливаются этановые холодильники (температура охлаждения –55...–65^оС). Затем смесь поступает на непрерывно действующие барабанные вакуум-фильтры, где идет отделение кристаллов твердых углеводородов от раствора депарафинизата. Лепешка твердых углеводородов непрерывно промывается холодным растворителем, с помощью скребков снимается с фильтрующей поверхности и поступает в шнек, куда подается растворитель и раствор гача (петролатума). Шнеком твердые углеводороды подаются на блок регенерации растворителя из раствора гача (петролатума). Отделенный на этом блоке растворитель возвращается на блок кристаллизации, в качестве товарного продукта образуется гач (петролатум).

Раствор депарафинированного масла с вакуум-фильтров охлаждает раствор сырья в 3 и идет на блок регенерации растворителя из депарафинизата. Растворитель возвращается на блок кристаллизации.

Существуют установки двухступенчатой депарафинизации, на которых лепешка гача с первой ступени фильтрации разбавляется более теплым растворителем и поступает на вторую ступень фильтрации. На таких установках достигается более высокий выход депарафинированного масла и более глубокое обезмасливание гача (петролатума). Фильтрат второй ступени затем смешивается с раствором сырья перед регенеративными или аммиачными кристаллизаторами. Температура фильтрации на второй ступени на 8-12^оС выше оной на первой ступени.

Для увеличения глубины обезмасливания гача используют 3-4 ступенчатую систему фильтрации. При этом фильтрат каждой последующей ступени смешивается с раствором, идущим на предыдущую ступень фильтрации, а температура каждой последующей ступени фильтрации выше, чем у предыдущей.

Дата добавления: 2014-01-04