Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Технология процессов депарафинизации рафинатов кристаллизацией




Назначение процессов депарафинизации - удаление из рафина­тов высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел с низкими температурами застывания.

Различают процессы:

- обычной депарафинизации с получением масел с темпера­
турой застывания от - 10 до - 15°С и

- глубокой депарафинизации с получением масел с температу­
рой застывания - 30°С и ниже.

Целевым продуктом депарафинизации являются депарафи-низаты -депарафинированные дистиллятные и остаточные масла, свойства которых представлены в табл. 6.11.

В качестве побочных продуктов получают: гачи из дистиллят-ного и петролатумы из остаточного сырья, направляемые на обез-масливание с получением соответственно парафинов и церезинов, широко применяемых в различных областях промышленности (в бумажной, текстильной, полиграфической, кожевенной, спичеч­ной, лакокрасочной, пищевой промышленностях; в медицине для изготовления свечей, вазелинов, восковых композиций, консистент­ных смазок; в химической промышленности для получения жирных кислот и спиртов, моющих средств, а-олефинов и др.).

Процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции - экстрактивную кристаллизацию и основан на разной растворимости углеводородных компонентов масел в некоторых ра­створителях при низких температурах.


Таблица 6.11

Свойства продуктов депарафинизации

 

 

Показатель Сырье - рафннаты из фракций западно-сибирских нефтей
маловязкий средней вязкости вязкий остаточный
Тип процесса глубокая обычная обычная обычная
  Депарафинированное масло
Вязкость, сСт        
при 50 °С 7+13 - - -
при 100°С - 4+5,5 6,5+8 19+23
Индекс вязкости - 90+95 90+95 88+92
Температура застывания, °С - 30+- 45 - 10+- 15 -10+-15 -10+-15
  Гач (петролатум)  
Содержание масла, % 15+25 15+25 15+25 10+25

Для процессов депарафинизации масел и обезмасливания гачей и петролатумов экстрактивной кристаллизацией предложены и ис­пытаны сотни полярных и неполярных растворителей и их смеси. Однако только некоторые из них нашли применение в промышлен­ных условиях. Наибольшее распространение в современных произ­водствах масел получили кетон-ароматические углеводороды: сме­си метилэтилкетона (МЭК) или ацетона с толуолом (см. табл. 6.1). За рубежом все более широкое распространение получает смесь МЭК с метилизобутилкетоном.

В качестве хладоагентов на установках депарафинизации при­меняются пропан или аммиак, использование которых позволяет получать масла с температурой застывания до -20°С. На установ­ках глубокой депарафинизации при производстве масел с темпера­турой застывания -30°С и ниже в дополнение к охлаждению аммиа­ком или пропаном применяется охлаждение этаном или этиленом.

6.5.1. Основные закономерности застывания и кристаллизации углеводородных компонентов сырья депарафинизации

После деасфальтизации и селективной очистки в дистиллятных и остаточных рафинатах остаются все типы высокомолекулярных


углеводородов, за исключением асфальтенов, смол и полицикличес­ких ароматических углеводородов с короткой алкильной цепью, яв­ляющихся, с одной стороны, коксогенными, и с другой - низкоин­дексными компонентами масляного сырья.

Углеводородные компоненты, входящие в состав сырья депа-рафинизации, по характеру их застывания можно подразделить на следующие две основные группы:

- низкозастываюшие компоненты, не способные кристаллизо­
ваться и теряющие свою подвижность при охлаждении вследствие
вязкостного застывания (застекловывания), называемые в целом как
вязкостно-застывающие компоненты;

- кристаллизующиеся компоненты, затвердевающие при охлаж­
дении в кристаллическую массу, называемые как структурно-зас­
тывающие компоненты.

Вязкостное застывание масел вызывается компонентами, вяз -кость которых при охлаждении повышается до значительной вели­чины (2х105-ь6х105 сСт) вследствие либо высокого уровня их вязкос­ти вообще, либо крутой вязкостно-температурной кривой, то есть низкого индекса вязкости. Для низкоиндексных масел вязкость, со­ответствующая вязкостному застыванию, будет наступать при бо­лее высоких температурах, чем для высокоиндексных масел. Уста­новлено, что наихудшими индексами вязкости обладают подлежа­щие удалению из масел высокомолекулярные смолисто-асфальтено-вые вещества и полициклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями. Наилучшей вязкостно-температурной зависимостью обладают углеводороды, имеющие длинную алифа­тическую цепь, в частности алкилароматические и алкилнафтено-вые углеводороды.

Структурное застывание нефтепродуктов, в частности масел, вызывается образованием в них при охлаждении твердой фазы, час­тицы которой при достижении определенной концентрации связы­ваются между собой и образуют кристаллическую структуру, иммо­билизующую всю массу продукта. К таковым кристаллизующимся компонентам сырья депарафинизации относятся твердые компонен­ты, обычно именуемые «твердыми парафинами» или «церезинами». Следует однако иметь в виду, что под термином «парафины» в дан­ном случае подразумеваются не только углеводороды ряда алканов, но и твердые кристаллические нафтеновые и ароматические углево­дороды. Общим для них является их способность выделяться в тех


или иных кристаллических формах из раствора в нефтепродуктах при охлаждении. Следовательно, разные формы застывания (вязко­стное и структурное) масел обусловливаются различными причина­ми и разными их компонентами.

Вследствие различной природы потери подвижности требуются различные методы (способы) обработки для понижения температуры застывания нефтепродуктов. Так, температура застывания продук­тов, имеющих вязкостную форму застывания, может быть понижена путем удаления перечисленных выше низкоиндексных компонентов.

При структурном застывании нефтепродуктов температуру их застывания можно понижать удалением именно кристаллизующих­ся компонентов или ограничением их способности вызывать засты­вание вводом присадок - депрессаторов. Следует отметить, что деп-рессаторы могут понижать температуру застывания не всех нефте­продуктов, а только тех из них, которые имеют структурное засты­вание, вызываемое выкристаллизовыванием парафинов. Темпера­туру же вязкостного застывания нефтепродуктов депрессаторы из­менить не могут. Поэтому нефтяные масла, которые подвергались достаточно глубокой депарафинизации, оказываются неприемисты­ми к депрессаторам. На недепарафинированные нефтепродукты, не содержащие низкоиндексных компонентов, депрессаторы действу­ют весьма эффективно, и температура их застывания может быть понижена на 40 °С и более.

По современным представлениям наиболее вероятен следующий механизм действия депрессаторов.

Процесс кристаллизации начинается с выделения из пересыщен­ного раствора мельчайших частиц кристаллизующегося компонен­та - зародышей кристаллов. Они способны расти, причем рост крис­таллов происходит преимущественно на острых углах первоначаль­ных зародышей. При достижении достаточной концентрации крис­таллов происходит их сращивание с образованием кристаллической сетки, ячейки которой иммобилизуют оставшуюся незастывшей жидкость.

Депрессаторы, являясь поверхностно-активными веществами по отношению к парафинам, оказывают тормозящее действие на об­разование новых кристаллических зародышей. В результате обра­зуются компактные кристаллические структуры, не соединенные друг с другом в единую кристаллическую сетку и не способные им­мобилизовать всю массу раствора, что сказывается в виде пониже-


ния температуры застывания нефтепродукта (но не температуры помутнения).

Некристаллизуюшиеся компоненты масел. Общей и характер­ной особенностью некристаллизующихся компонентов сырья для депарафинизации является их способность сохранять жидкое состо­яние до низких температур, отвечающих эксплуатационным требо­ваниям к маслам, и терять свою подвижность вследствие вязкостно­го застывания. При процессах депарафинизации некристаллизую-щиеся компоненты сырья остаются в депарафинизате и образуют его основную составную часть.

Температура вязкостного застывания некристаллизующихся компонентов масел является пределом, до которого можно снизить температуру их застывания путем депарафинизации. Она обуслов­ливает, следовательно, и предельную глубину депарафинизации масел.

Основой низкозастывающих компонентов нефтяных масел яв­ляются алкилнафтеновые и алкилнафтеноароматические углеводо­роды.

Кристаллизующиеся компоненты масел. Основной их характер­ной особенностью является способность их переходить в твердое со­стояние с образованием кристаллической фазы.

Индивидуальные представители этих компонентов в чистом виде переходят из жидкого состояния в твердое и обратно при строго оп­ределенной температуре, являющейся физической константой дан­ного углеводорода и именуемой температурой плавления или тем­пературой кристаллизации.

На основании многочисленных исследований химической при­роды кристаллизующихся углеводородов, входящих в состав как ди-стиллятных, так и остаточных фракций нефти, можно выделить сле­дующие закономерности:

1. Углеводороды симметричной малоразветвленной структуры более склонны к кристаллизации, чем углеводороды других струк­тур. Внесение асимметрии и разветвленности в молекулу углеводо­рода снижает его способность кристаллизоваться.

2. Среди углеводородов нефти с одинаковой молекулярной мас­сой наиболее высокими температурами плавления обладают алка-ны нормального строения.

3. Алканы нормального строения, содержащиеся в нефтепродуктах, относятся без исключения к кристаллизующимся компонентам (табл. 6.12).


Таблица 6.12 Основные свойства н-алканов

 

 

 

Углеводород Молекуляр­ная масса Температура, °С Вязкость кинематическая, сСт, при температуре
плавления кипения 50°С 100 °С
С14Н30 198,41 5,5 253,6 - -
С15Н32 212,44 ( 9,81 270,6 - -
С16Н34 226,46 ' 18,14 286,1 2,44 1,26
С17Н3* 240,48 21,72 306,7 2,8 1,40
С18Н38 254,50 28,0 317,5 3,07 -
<-'19Н« 268,53 32,0 331,7 - -
С20Н42 282,56 36,6 345,3 - -.
С21Н44 296,58 40,3 358,4 4,65 2,07
С22Н„ 310,61 44,5 370,8 - -
СН48 324,63 47,5 382,7 2,92(90°) -
С24Н50 338,66 50,6 394,6 6,77 2,80
С23Н52 352,69 53,5   7,60 2,95
СМН54 366,72 56,2   8,43 3,23
С27Н56 380,74 59,1   - -
СН58 394,76 61,2   4,45(90-) -
С29Н60 408,78 63,4   - -
С30Н62 422,80 64,7   - 4,36
С31Н64 436,83 67,2   5,67(90°) -
С32Н66 450,85 69,6   - 5,36
С33Н68 464,87 71,8   - -
С34Н70 478,90 72,7   6,65(90°) -
С35Н72 492,93 74,6 ' 498 - 5,99
С36Н74 506,95 75,8   - -
С37Н76 520,98 77,4   - -
С38Н78 535,00 79,3   - -
С39Н80 549,03 80,1   - -
С40Н82 563,06 81,4   - "

4. С повышением температуры кипения и молекулярной массы масляных фракций относительное содержание д-алканов, находя­щихся в данной фракции твердых углеводородов, уменьшается при возрастании содержания углеводородов изостроения и циклических структур, при этом возрастает одновременно и цикличность, то есть


среднее число колец, приходящееся на одну молекулу алкилнафте- ноароматических углеводородов (табл. 6.13).

Таблица 6.13

Групповой химический состав твердых углеводородов дистиллятов и остатков нефтей, % масс.

 

 

  Дистиллят туйма- Деасфальтированный концентрат
Углеводород зинской нефти   из нефти  
300-400°С 400-500°С туймазиносой ромашкин-ской сураханской отборной
Парафиновые          
нормального строения   10,3 6,2 5,7 9,9
изостроениа   10,3   2,5 8,5
Нафтеновые с          
боковыми цепями        
нормального строения 47,1   23,2 23,8 38,3
изостроения   38,3   25,4 31,2
Ароматические с          
боковыми цепями          
нормального строения 2,9 14,7 4,6 16,4 7,8
изостроения   4,4   26,2 4,3

Вышеизложенное поясняет, почему в технических парафинах, вырабатываемых из более высококипящих фракций нефти, содер­жится большее количество твердых изоалканов и алкилнафтенов, чем в парафинах из более легких масляных фракций нефти.

Кристаллическая структура твердых углеводородов имеет весь­ма важное значение в процессах депарафинизации и обезмаслива-ния, поскольку форма и размеры кристаллов преимущественно пред­определяют скорость и полноту разделения фаз и, следовательно, производительность фильтровальных аппаратов.

Исследования с применением электронных микроскопов пока­зали, что индивидуальные парафины при кристаллизации могут об­разовать две модификации (аллотропические формы) кристалличес­ких структур: крупнокристаллическую волокнистую и пластинча­тую (чешуйчатую).,,


Установлено, что углеводороды всех гомологических рядов при кристаллизации из неполярных растворителей, в том числе и из не­фтяных фракций, образуют кристаллы орторомбической формы, со­стоящие из параллельных ромбических плоскостей. Кристаллы твер­дых углеводородов, образованных из разных гомологических рядов, различаются по размерам и числу ромбических плоскостей. Наибо­лее крупные и волокнистые кристаллы имеют парафиновые углево­дороды. Нафтеновые и нафтеноароматические углеводороды харак­теризуются меньшим размером и меньшим числом ромбических плос­костей.

Поскольку масляное сырье представляет собой многокомпо­нентную смесь кристаллизующихся углеводородов, растворен­ных в низкозастывающихся компонентах, при депарафинизации в основном будет иметь место совместная, то есть многокомпо­нентная кристаллизация с образованием различных более слож­ных смешанных форм кристаллических структур. При совмест­ной кристаллизации из углеводородных сред в первую очередь выделяются кристаллы наиболее высокоплавких углеводородов, на кристаллической решетке которых последовательно кристал­лизуются углеводороды с более низкими температурами плав­ления. При этом форма кристаллов остается ромбической, а их размер зависит от молекулярной массы и химической природы кристаллизующихся углеводородов. Так, с повышением молеку­лярной массы и температуры кипения н-алканов кристалличес­кая структура их становится все более мелкой. Обусловливает­ся это тем, что с повышением молекулярной массы уменьшается подвижность молекул парафина. Это затрудняет их диффузию к ранее возникшим центрам кристаллизации и вызывает обра­зование новых дополнительных кристаллических зародышей малых размеров.

В этой связи исключительно важно обеспечить более четкое фракционирование масляных дистиллятов на стадии вакуумной перегонки, поскольку попадание высококипящих фракций в дис­тиллят даже в небольших количествах резко ухудшает, то есть измельчает кристаллическую структуру сырья, что приводит за­тем к значительному снижению производительности и ухудше­нию качественных показателей работы депарафинизационных установок.


6.5.2. Влияние оперативных параметров на эффективность процессов депарафинизации

Природа, состав и кратность растворителя к сырью. Растворители в процессах депарафинизации выполняют следующие две функции:

1) снижение вязкости обрабатываемого сырья для облегчения пос­ледующего отделения выкристаллизовавшегося парафина от депа-рафинизируемого масла. Чтобы выполнить эту функцию, сам раство­ритель должен иметь достаточно низкую вязкость в широком интер­вале температур вплоть до температур кристаллизации;

2) функции избирательного растворителя. Они должны при тем­пературах депарафинизации хорошо и полностью растворять низ-козастывающие масляные углеводороды и не растворять при этом кристаллизующиеся компоненты сырья (см. § 6.1).

В неполярных растворителях, ранее применявшихся для депа­рафинизации (сжиженном пропане, бутане и гептане), твердые уг­леводороды при температурах плавления растворяются неограни­ченно, причем их растворимость изменяется экстремально с ростом молекулярной массы растворителя (рис. 6.11).

20 40 60 80 100 120 Молекулярная масса растворителя Рис. 6.11. Зависимость растворимости парафина с температурой плавления 54°С в сжиженных и жидких парафиновых углеводородах от их молекулярной массы

Высокая растворимость твердых парафинов в неполярных ра­створителях требует для их выделения глубокого охлаждения. Этим объясняется высокий температурный градиент депарафи­низации (ТГД) при депарафинизации в растворах сжижженного пропана и легкого бензина (15-25°С), что делает процесс неэко­номичным из-за больших затрат на охлаждение раствора. Не­полярные растворители имеют еще ряд следующих недостат­ков: малая избиратель­ность, приводящая к высо­кому содержанию масла в твердой фазе, необходи­мость малых скоростей ох­лаждения раствора и, как следствие, снижение произ­водительности установок; в случае применения сжи­женных углеводородов -необходимость повышенно­го давления в аппаратах де­парафинизации.


а
2 1
 
о
ав
    jl 2
       
ам 78
I
70 ■40
    \2  
    'Ч0<  
Е э i.%-30 <и а (- а
-60 0 20 40 60 80 Содержание кетона, % масс. Рис. 6.12. Влияние содержания кетона в растворителе на показатели депарафи-низации маловязкого рафината: 1 - ацетон; 2-МЭК

В полярных растворителях твердые углеводороды растворяются только при повышенных температурах. Однако многие из полярных растворителей при низких температурах плохо растворяют вязкозас-тывающие компоненты масляных фракций, что приводит к их выде­лению из раствора вместе с твердыми компонентами сырья. В связи с этим большая часть растворителей, применяемых при депарафини-зации и обезмасливании, представляет собой смеси полярных и непо­лярных растворителей, в которых первый является осадителем твер­дых парафинов, а второй - ра­створителем вязкостно-зас-. 80 тывающих компонентов мас­ляного сырья. Наибольшее распространение в производ­ствах масел получили смеси низкомолекулярных кетонов (ацетон, метилэтилкетон) с бензолом и толуолом, а в пос­леднее время - только с толу­олом - менее токсичным по сравнению с бензолом. Мети­лэтилкетон (МЭК), по сравне­нию с ацетоном, обладает лучшей растворяющей спо­собностью по отношению к масляным компонентам и по­тому требует меньших коли­честв добавки толуола. При прочих равных условиях вы­ход депарафинизата с приме­нением МЭК в качестве оса-дителя больше, чем с ацето­ном, а ТГД и содержание мас­ла в твердой фазе меньше (рис. 6.12). Это обусловлива­ется тем, что с ростом моле­кулярной массы кетонов по­вышается роль дисперсион­ных сил, а следовательно, и растворяющая их способ-



Таблица 6.14

Влияние состава растворителя на показатели депарафинизации дистиллятного рафината 350-420°С

 

  Продолжитель- Выход депа- Температура  
Растворитель ность фильтрования, с рафиниро ванного масла, % масс. застывания депарафиниро-ванного масла, °С ТЭД, "С
Ацетон: толуол        
15: 85     -2  
25: 75     -5  
35:65     -8  
45: 55   6S  
МЭК: толуол        
40: 60     -7  
50: 50     -13  
60:40     -14  
80: 20     -15  

ность. При увеличении содержания ароматического растворителя в смеси с кетонами увеличиваются продолжительность фильтрования (то есть работы фильтров без забивки), ТГД и выход депарафинизата, но повышается температура его застывания (табл. 6.14).

На практике содержание ацетона или МЭК в смеси с толуолом составляет соответственно 25- 40 и 40-60 %.

На зарубежных НПЗ в последние годы широко применяют в качестве растворителей и процессов депарафинизации кетоны боль­шей молекулярной массы, такие, как метилизобутилкетон, метил-пропилкетон, метилизопропилкетон и др. Эти кетоны, по сравне­нию с ацетоном и МЭК, обладают повышенной растворяющей спо­собностью при лучшей избирательности и применяются без добав­ления бензола или толуола. Важным их достоинством является низ­кий (практически нулевой) ТГД, большая относительная скорость фильтрования и больший выход депарафинизата (табл. 6.15). К не­достаткам этих кетонов следует отнести их дефицитность в нашей стране и дороговизну. Более высокомолекулярные кетоны (с чис­лом углеродных атомов более 6) характеризуются высокой вязкос­тью при низких температурах и более высокой температурой ки­пения и поэтому не используются в процессах депарафинизации и обезмасливания.


Таблица 6.15

Результаты депарафинизации туймазинских рафинатов в растворе кетонов

 

 

 

 

Растворитель Содержа­ние кетона в раство­рителе, %об. Температура, °С ТЭД, °С Относительное увеличение, %
конечного охлаж­дения застыва­ния масла скорости фильтро­вания выхода депара-финиро-ванного масла
Дистиллятный рафинат (350-500 °С)*
Метилизобутилкетон   -25 -25      
Ацетон   -25 - 18      
Метилизобутилкетон   -35 -35   ПО  
Метилэтилкетон* *   -35 -30      
Ацетон   -35 -28      
Остаточный рафинат (>500 °С)***
Метилизобутилкетон   -25 -25      
Метилэтилкетон* *   -25 -20      
Ацетон   -25 -18      

* Кратность растворителя (масс): на разбавление сырья - 3: 1, на промывку -1:1. "Скорость фильтрования и выход депарафинированного масла в опытах с метилэтилкетоном приняты за 100 %.

***Кратность растворителя (масс.): на разбавление сырья - 4:1, на промывку-1:1.

Разбавление сырья депарафинизации маловязким растворите­лем не только вызывает снижение вязкости кристаллизуемого ра­створа, но и положительно влияет на микроструктуру выделяюще­гося парафина. Кристаллические образования, возникающие из ма­ловязкого раствора, имеют более крупные и четкие формы.

При малой кратности растворителя к сырью вязкость раствора снижается недостаточно, что ведет к образованию дополнительных центров кристаллизации и, следовательно, образованию мелких труд-нофильтруемых кристаллов. С другой стороны, чрезмерное разбав­ление сырья растворителем снижает концентрацию твердых угле­водородов в растворе. В результате этого средняя длина диффузион­ного пути кристаллизующихся молекул увеличивается настолько, что даже при медленном охлаждении они не успевают достигнуть поверхности первичных зародышей, что вызывает возникновение большого количества мелкодисперсных кристаллов парафинов. Оп-


тимальная величина кратности растворителя зависит от фракцион­ного и химического состава сырья, его вязкости, химической приро­ды растворителя и требований к качеству депарафинизатов. При этом следует учесть то обстоятельство, что с увеличением кратности ра­створителя повышаются эксплуатационные затраты. Очевидно, что с повышением вязкости сырья и глубины депарафинизации требуе­мая кратность растворителя будет возрастать.

Качество сырья. По влиянию качества сырья на эффективность про­цессов депарафинизации установлены следующие закономерности:

1. Чем выше температура кипения и вязкость сырья, тем меньше полнота выделения твердых парафинов, ниже скорость фильтрации и выше температура застывания депарафинизата. Поэтому процесс депарафинизации остаточных рафинатов характеризуется меньши­ми скоростями фильтрации и более низкой производительностью установок.

2. Чем выше вязкость сырья и содержание в нем кристаллизую­щихся компонентов, тем требуется большая кратность растворителя.

3. Чем уже фракционный состав сырья, тем выше скорость филь­трации, выход депарафинизата и меньше содержание масла в гаче.

Скорость охлаждения раствора сырья является одним из важных параметров процессов депарафинизации и обезмасливания, который обусловливает микроструктуру кристаллов парафинов. При высо­кой скорости охлаждения образуются мелкие кристаллы, снижаю­щие скорость фильтрования и выход депарафинизата. Кроме того, при этом повышается содержание масла в гаче или петролатуме. При снижении скорости охлаждения раствора образуются агрегаты кри­сталлов, разделенные жидкой фазой и свободно перемещающиеся в дисперсионной среде. Это позволяет проводить процесс депарафи­низации с высокой скоростью фильтрования. Выбор оптимальной скорости охлаждения определяется фракционным составом сырья, природой и кратностью растворителя. Обычно чем выше темпера­тура выкипания масляной фракции, тем меньше скорость охлажде­ния раствора. При прочих равных условиях последняя для дистил-лятного сырья выше, чем для остаточного.

Практикой эксплуатации установок депарафинизации установ­лено, что скорость охлаждения наиболее важна на начальной стадии охлаждения, то есть в момент образования первичных центров кри­сталлизации. При температурах конечного охлаждения, когда основ­ная масса парафинов выкристаллизовалась из раствора, скорость охлаждения может быть повышена.


На полноту и четкость отделения кристаллов парафинов от дис­персионной среды влияет также предварительная термическая об­работка раствора до температуры, на 10-15°С превышающей темпе­ратуру полной растворимости мельчайших частиц парафинов в мас­ле, которые могут стать первичными центрами кристаллизации с образованием мелких кристаллов твердых углеводородов.

Порционная подача растворителя является эффективным спо­собом создания благоприятных гидродинамических условий для рос­та кристаллов парафинов путем регулирования вязкости и концент­рации фаз дисперсной системы в процессах депарафинизации и обез-масливания. При порционной подаче растворителя создаются усло­вия для раздельной кристаллизации высоко- и низкоплавких парафи­нов. При первом разбавлении сырья часть растворителя подается в количестве, достаточном для образования первичных наиболее круп­ных кристаллов из высокоплавких парафинов нормального строения. При дальнейшем охлаждении раствора с подачей следующей порции растворителя осуществляется кристаллизация на первичных кристал­лах более низкоплавких компонентов, в состав которых могут вхо­дить низкомолекулярные н-алканы, изоалканы и циклические угле­водороды. Такой способ подачи растворителя позволяет не только по­высить скорость фильтрования и выход депарафинизата, но и прово­дить процесс с большей скоростью охлаждения.

Порционная подача растворителя особенно эффективна при де­парафинизации и обезмасливании дистиллятного сырья широкого фракционного состава. При депарафинизации рафинатов узкого фракционного состава этот способ менее эффективен из-за большей однородности состава кристаллизующихся парафинов.

Температура конечного охлаждения (фильтрования) должна быть ниже заданной температуры застывания депарафинизата на вели­чину, равную ТГД (5 - 10°С) для кетонсодержащих растворителей.

6.5.3. Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой депарафинизации в растворе кетон-толуол

Установки депарафинизации рафинатов и обезмасливания га-чей и петролатумов являются наиболее сложными, многостадийны­ми, трудоемкими и дорогостоящими в производстве нефтяных ма­сел. Они состоят из следующих основных отделений: кристаллиза-


ции и фильтрова­ния (рис. 6.13), ре­генерации раство­рителя из раство­ра депарафиниза-та и растворов гача или петрола-тума (рис. 6.14), а также холодиль­ного отделения. На первой ступени установок депара-финизации с двух­ступенчатым филь­трованием получа­ют депарафинизат, а на второй ступени дополнительно из­влекают масло из гача или петрола-

,.„ ~ тума.

Рис. 6.13. Технологическая схема отде- _

лений кристаллизации и фильтрации уста- итделение кри,-

рафимат новки двухступенчатой депарафинизации сталлизации------ И

фильтрования. Сы-рье -рафинат-на­сосом Н-1 через пароподогреватель Т-10 и водяной холодильник Т-23 по­дается в регенеративные кристаллизаторы КР-1-КР-6, где охлаждается фильтратом, полученным в I ступени фильтрации. Сырье разбавляется влажным и охлажденным сухим растворителями на выходе из КР-1, КР-3 и КР-5, иногда и КР-7. Растворители подаются соответственно насосами Н-2 и Н-11* из емкостей влажного Е-ба и сухого Е-6 растворителей.

Из регенеративных кристаллизаторов раствор сырья далее по­ступает через аммиачные кристаллизаторы КР-7 -КР-9, где за счет испарения хладоагента охлаждается до температуры фильтрования, в приемник Е-1, откуда самотеком на барабанные вакуумные филь­тры I ступени Ф-1. В приемник Е-1 поступает также охлажденный фильтрат II ступени, подаваемый из Е-2а насосом Н-19 через амми­ачный кристаллизатор КР-10.



* Насосы не показаны.


T_ f Л ^

сухой растворитель^

Фильтрат


Рис. 6.14. Технологическая схема отделения регенерации растворителя установки двухступенчатой депарафинизации

Кристаллизаторы представляют собой горизонтальные теплооб­менники типа «труба в трубе». Внутренняя труба снабжена враща­ющимся валом с металлическими скребками для удаления парафи­нового слоя со стенок трубы. Раствор депарафинизируемого сырья прокачивается по внутренним трубкам, а хладоагент (аммиак, про­пан, этан или холодный фильтрат) - противотоком по межтрубному кольцевому пространству.

Вакуумный фильтр представляет собой стальной барабан, вра­щающийся на подшипниках в герметично закрытом кожухе. На на­ружную поверхность барабана натянута фильтровальная ткань, ос­нованием которой служит металлическая сетка. Охлажденный ра­створ сырья подается в днище корпуса фильтра. Уровень жидкости в фильтре поддерживается таким, чтобы в нее было погружено ~ 60 % поверхности барабана. При вращении барабана фильтрующая его поверхность последовательно погружается в суспензию сырья. В погруженной части барабана за счет вакуума во внутренних его сек-


циях, создаваемых вакуум-компрессором, отсасывающим инертный газ, происходит фильтрование. Фильтрат проходит через ткань, а кристаллы отлагаются на наружной поверхности ткани, образуя осадок в виде лепешки толщиной до 12 мм. По выходу из зоны филь­трования лепешка попадает в зону промывки, где промывается от масла охлажденным растворителем. Затем лепешка попадает в зону просушки, где из нее отсасывается оставшийся растворитель, и да­лее в зону отдувки инертным газом. После отдувки лепешка среза­ется ножом, скользящим по крепежной проволоке, направляется к шнеку и сбрасывается вместе с добавленным растворителем в при­емник для гача или петролатума. По мере необходимости (когда ткань забивается кристаллами твердых углеводородов и льда) подачу сы­рья прекращают и проводят горячую промывку. Она может быть запрограммирована по времени и температуре промывки и на боль­шинстве установок осуществляется автоматически в период рабоче­го цикла.

В процессе эксплуатации установки инертный газ непрерывно циркулирует в свободной от жидкости части корпуса барабана и ем­костях, в которых имеется растворитель. В качестве инертного газа применяют генераторный газ, получаемый сжиганием очищенного газообразного топлива. Циркуляция инертного газа предотвращает образование взрывоопасной смеси воздуха и паров растворителя.

Фильтрат I ступени собирается в вакуум-приемнике Е-2, откуда насосом Н-4 прокачивается через регенеративные кристаллизаторы КР-6 -КР-1, теплообменник Т-12 и поступает в приемник Е-4 и да­лее в отделение регенерации растворителя.

Лепешка, снятая с фильтров I ступени, после разбавления ра­створителем собирается в сборнике Е-3. Отсюда она насосом Н-7а подается в приемник Е-1а и далее самотеком в фильтры Ф-2. Фильт­рат II ступени поступает в вакуум-приемник Е-2а.

Лепешка твердых углеводородов с фильтров Ф-2 после разбав­ления растворителем подается шнеком в приемник Е-За. Отсюда раствор гача (петролатума) насосом Н-7 подается в отделение реге­нерации растворителя.

Отделение регенерации растворителя. Регенерация растворите­ля из раствора депарафинизата (фильтрата) осуществляется в четы­ре ступени последовательно в трех отгонных колоннах К-1, К-2, К-3 и отпарной колонне К-4. Необходимое для отгона растворителя ко-


личество теплоты обеспечивается в теплообменниках Т-14 и Т-8 и паровыми подогревателями Т-8а, Т-6, Т-7 и Т-19. Пары сухого ра­створителя с верха отгонных колонн конденсируются и охлаждают­ся в теплообменниках Т-14, Т-8 и холодильниках Т-22 и Т-15, после чего конденсат направляется в емкость сухого растворителя Е-6. Смесь паров растворителя и воды из отпарной колонны К-4 конден­сируется в холодильнике Т-16 и поступает в отстойник - декантатор Е-7а. Целевой продукт - депарафинизированное масло - откачива­ется насосом Н-14 в товарный парк.

Во избежание «замасливания» сухого растворителя на верхние тарелки К-1, К-2 и К-3 подается в качестве орошения растворитель.

Регенерация растворителя из раствора гача (петролатума) про­изводится в три ступени: сначала в двух отгонных К-1аи К-2а, затем в отпарной колонне К-За. Тепло для испарения паров растворителя из раствора гача подводится пароподогревателями Т-4, Т-5а и Т-19а. С верха колонн К-1а и К-2а отходят пары не сухого, а влажного ра­створителя, поскольку содержащаяся в растворе сырья вода крис­таллизуется в процессе охлаждения и при фильтровании остается в лепешке гача.

Пары влажного растворителя после конденсации и охлаждения в Т-18 направляются в емкость влажного растворителя Е-ба.

Смесь паров растворителя и воды из К-За конденсируется и ох­лаждается в холодильнике Т-17 и поступает в отстойник-деканта-тор обводненного растворителя Е-7а. Гач (петролатум) из колонны К-За откачивается насосом Н-10 в резервуарный парк. В декантато-ре Е-7а обводненный растворитель отстаивается и разделяется на два слоя. Верхний слой (вода в растворителе) перетекает в следую­щие декантаторы Е-7 и Е-5 и поступает в емкость влажного раство­рителя Е-ба. Нижний слой (растворитель в воде) из декантаторов подается насосом Н-13 в верхнюю часть укрепляющей кетоновой колонны К-5. Пары растворителя и воды, выходящие с верха К-5, конденсируются в Т-28, конденсат поступает в Е-7а. С низа ко­лонны К-5 отводится в канализацию дренажная вода.

На некоторых современных установках депарафинизации теп­ло, необходимое для регенерации растворителя, обеспечивается Не водяным паром, а теплоносителем, подогреваемым в печах.

Ниже приведен температурный режим регенерации кетон-аро-матического растворителя:


 

Колонны Температура
  на входе, 'С
K-l 90-105
К-2 145-165
К-3 155-165
К-4 150-160
К-1а -110
К-2а 150-160
К-За 155-165

Количество отгоняемого

растворителя в % масс.

от общего количества

35-45 35-50 до 10

до 5 40-50 45-55

до 5


Технологический режим депарафинизации рафинатов селектив­ной очистки дистиллятных и остаточных фракций из западно-сибир­ских нефтей приведен в табл. 6.16.

Таблица 6.16 Технологический режим депарафинизации рафинатов селективной очистки фракций из сернистых западно-сибирских нефтей

 

 

 

 

Показатель   Сырье  
  дистилляты   деасфаль-тизат
маловязкий* средней вязкости вязкий
Кратность разбавления сырья, растворитель: сырье (по массе)        
перед 1-й ст. (2,5+4,8): 1 (1,4+1,8): 1 (1,5+2,5): 1 (2,5+3,3): 1
перед 2-й ст. (0,6+2,0): 1 (0,4+0,5): 1 (0,5+0,8): 1 (0,5+0,9): 1
Кратность промывки лепешки на фильтрах, растворитель: сырье (по массе)        
на 1-й ст. (0,5+1,0): 1 (0,5+1,0): 1 (0,5+1,2):1 (0,8+1,4): 1
на 2-й ст. (0,3+0,7): 1 (0,2+0,5): 1 (0,2+0,5): 1 (0,3+1,0): 1
Температура фильтрования, °С        
на 1-й ст. - 48 + - 57 -20 + -25 -20 +-25 - 20 + - 25
на 2-й ст. - 24 + - 38 -10+ -20 -10+-20 -15+ -20
Скорость фильтрования, м3/м(м2ч)        
на 1-й ст. 0,3+0,8 0,3+0,8 0,3+0,8 0,3+0,6
на 2-й ст. 0,2+0,7 0,3+0,6 0,3+0,6 0,2+0,3
Скорость охлаждения суспензии перед 1-й ст. °С/мин 2,5+6 3+7 3+7 2+5

* Низкотемпературная (глубокая) депарафинизация.


Материальный баланс двухступенчатой депарафинизации в ра­створе МЭК - толуол дистиллятных и остаточных рафинатов их сер­нистых западно-сибирских нефтей приведен ниже.


вязкий 1СЛ1ЦЛЛЯП деас4 i Ьалыпизат
     
     
     
     
     

Я ступень

Поступило, % Сырье

Растворитель на разбавление
Фильтрат 2-й ст. на разбавление
Растворитель на промывку
Всего
Получено, %
Раствор депарафинированного масла 330 422

в том числе

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

масло (целевой продукт) растворитель Раствор гача (петролатума) в том числе гач (петролатум) раствор итель Всего

2-я ступень
Поступило, %
Раствор гача (петролатума)
/-Й ст.
Растворитель на разбавление
Растворитель на промывку
Всего
Получено, %
Раствор гача (петролатума) 2-й ст. 50 73

   
   
   
   
по  
   

в том числе гач (петролатум) растворитель Фильтрат 2-й ст. в том числе масло'

растворитель Всего


*Масло, содержащееся в фильтрате 2-й ступени, из процесса не выводится, циркулируя в составе фильтрата 2-й ступени, подаваемого на разбавление сырья перед 1-й ступенью.


В табл. 6.17 представлены примерные данные по режиму фильт­рации, выходу и качеству депарафинизата, полученные при депара­финизации рафинатов из некоторых нефтей.

Процессы обезмасливания гачей (петролатумов) осуществляют­ся на подобных депарафинизации установках с использованием тех же растворителей, но с большей кратностью (5-9:1) к сырью и при повышенных температурах фильтрации (0-5 °С).

Дальнейшим развитием многоступенчатых схем фильтрова­ния в процессах депарафинизации является разработка и освое­ние в производстве масел совмещенных процессов депарафини­зации - обезмасливания. На таких установках фильтрование про­водится в три - пять ступеней, при этом одновременно осуществ­ляется депарафинизация рафинатов и обезмасливание гачей или петролатумов.

Глубокая депарафинизация применяется при производстве низ-козастывающих маловязких масел, таких, как трансформаторное, конденсаторное, арктическое и др. Процесс проводят также в ра­створе кетон-толуол при температурах конечного охлаждения и фильтрования суспензий от -62 до -64 °С. Такая низкая темпера­тура охлаждения не может быть достигнута в аммиачных кристал­лизаторах, поэтому на конечной стадии охлаждения в качестве хла-доагента используют сжиженный этан. Глубокой депарафинизации подвергаются только маловязкие рафинаты, твердые углеводоро­ды, которые состоят в основном из н-алканов, образующих круп­ные кристаллы, что позволяет при фильтровании с достаточной полнотой отделять твердую фазу от жидкой и получать масла с тем­пературами застывания от -45 до -55 °С. Выход глубокодепарафи-нированного масла - составляет 55 - 65 % масс, от сырья.

Технологическая схема процесса глубокой депарафинизации ана­логична схеме обычной депарафинизации, за исключением того, что после регенеративных и аммиачных (или пропановых) кристалли­заторов раствор рафината дополнительно охлаждается в этановых кристаллизаторах. Глубокую депарафинизацию обычно проводят с двухступенчатым фильтрованием, а иногда и в три ступени, после­довательно повышая температуру.


Таблица 6.17






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных