Достоинства и недостатки избирательных растворителей (фенол, фурфурол, N-метилпирролидон). Написать формулы

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

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 Канале 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 деасфальтированы.

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, затрудняет 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 фура но­вого 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 о чист­ке 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 растворяющую способность по сравнению с фурфуролом и несколько меньшую - по сравнению с фенолом. От фенола N-метилпирролидон отличается большей избирательностью по отно­шению к углеводородам ароматического ряда, нетоксичностью и более низкой температурой плавления. При экстракции масел

N-метилпирролидон обеспечивает больший (на 5 - 7%) выход и лучшее качество рафината при в 1,5 раза меньшей кратности растворителя по сравнению с фенолом. Кроме того, NМП не образует азеотропа с водой, что прак­тически исключает необходимость водного контура в блоке регене­рации растворителя, при этом достигаются примерно на 25 - 30 % низкие энергозатраты.

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

Один из серьезных недостатков N-МП – невысокая стабильность. Осмоление начинается при 200^оС. С ростом температуры кислотное число N-МП растет. В присутствии воды возможен гидролиз с образованием кислых продуктов. На последних стадиях отгонки из растворов требуется вакуум, так как высокая t_кип N-МП и его умеренная термическая стабильность ограничивают температуру его нагрева (300^оС).

--- ФУРФУРОЛ

---- ФЕНОЛ

--- N – метилпирролидон

40 Характеристика сырья процесса селективной очистки, рафината и экстракта: групповой химический и углеводородный состав сырья и продуктов селективной очистки и показатели качества.

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

Сырьем процессов служат - масляные дистилляты, получаемые при вакуумной перегонке мазутов, и деасфольтизаты гудронов.

Целевые продукты процессов - 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 и др. Основными промышленными растворителями в настоящее вре­мя являются фенол, фурфурол и находящий все большее примене­ние М-метилпирролидон (NМП).

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.

Эффективность 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.

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 парафинонафтенового 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 технико-экономические показатели процессов селективной очистки оказы­вает фракционный состав сырья. При очистке масляных фракций, выкипающих в широком интервале температур, имеете 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.

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% масс. (предпочтительно около 1,0% масс.).