close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Сравнительный анализ процессов селективной очистки фурфуролом и N-метилпирролидоном дистиллятных масляных фракций из мазута иракской нефти.

код для вставкиСкачать
УДК 665.63 (675.8)
С. Д. Хассан Аль%Резк 1, Н. К. Кондрашева 1, Д. В. Ким 1,
К. Е. Станкевич 1, L. T. Tuma AL%Baaj 2, А. И. Изибаева 1
Сравнительный анализ процессов селективной очистки
фурфуролом и N%метилпирролидоном дистиллятных масляных
фракций из мазута Иракской нефти
1
Уфимский государственный нефтяной технический университет
450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел.: (3472) 282211
2
University of Basrah, collеge of education, г. Басра, Ирак
Рассмотрена возможность замены фурфурола
на Nметилпирролидон в процессе селективной
очистки дистиллятных масляных фракций
из мазута легкой нефти Басры и использования
результатов исследования на НПЗ р. Ирак.
Ключевые слова: селективная очистка, депа
рафинизация, растворитель Nметилпирроли
дон и фурфурол.
В настоящее время возникает все большая
необходимость в производстве высокоиндекс
ных базовых масел (с индексом вязкости 95
и выше). Получать такие масла обычными тра
диционными методами, кроме подбора масля
ных нефтей, можно углублением селективной
очистки сырья путем испоьзования более эф
фективного растворителя и увеличения крат
ности растворителя к сырью.
В процессе селективной очистки масля
ных дистиллятных фракций и деасфальтиза
тов в качестве растворителя традиционно ис
пользуются фенол и фурфурол.
Фурфурол проявляет высокую избира
тельность, но сравнительно низкую растворя
ющую способность, поэтому процесс требует
более высокого расхода растворителя по срав
нению с фенольной очисткой. Однако, по сво
им физикохимическим свойствам он более
предпочтителен, чем фенол. Основным недо
статком фурфурола является его низкая тер
мическая и окислительная стабильность,
что усложняет технологическую схему в связи
с необходимостью удаления воздуха и влаги
из сырья 1.
В качестве растворителя на российских
НПЗ все большее применение получает Nме
тилпирролидон (NМП) (табл. 1) 2, 4, 5, 7.
Анализ физикохимических свойств фур
фурола и NMП показывает, что растворители
обладают некоторыми общими свойствами:
термическая стабильность фурфурола и NMП
меньше, чем у фенола, поэтому регенерация
этих растворителей должна проводиться при
пониженном давлении; фурфурол и NMП
легко окисляются, и они должны храниться
под слоем инертного газа.
При этом NМП менее токсичен и облада
ет более высокой растворяющей способностью,
чем фурфурол.
Процесс экстракции углеводородов изби
рательными растворителями является много
факторным: на результаты очистки влияют
химический состав и качество сырья, природа
и количество растворителя, температурный ре
жим и эффективность экстракционного аппа
рата. Поскольку целевым назначением процесса
Таблица 1
Физикохимические свойства избирательных растворителей
Показатели
о
3
Плотность при 20 С, кг/м
о
Температура кипения, С
о
Температура плавления, С
о
Критическая температура, С
Критическое давление, МПа
Молекулярная масса
2
Вязкость кинематическая, мм /с
Дипольный момент, D
Класс токсичности
3
ПДК, мг/м
Фурфурол
Фенол
1159.4
161.7
–38.7
396
5.43
96.03
о
0.907 (38 С*)
3.57
3
10
1071.0
181.2
40.97
424.4
6.05
94.11
о
38 (45 С)
1.7
2
0,3
4, 7
N-метилпирролидон
1034.5
206.0
–24
451
4.78
99.13
1.79
4.09
4
100
* температура определения вязкости
Дата поступления 21.10.08
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
119
очистки масел избирательными растворителя
ми является повышение индекса вязкости мас
ляных фракций, то качество сырья следует
рассматривать в первую очередь с точки зре
ния содержания в нем высокоиндексных ком
понентов 1.
В качестве объекта проведенных исследо
ваний был использован мазут, произведенный
из легкой нефти Басры на одном из иракских
НПЗ. Его физикохимические показатели при
ведены в табл. 2.
Таблица 2
Физикохимические свойства мазута,
полученного с иракского НПЗ
Показатель
о
3
Плотность, при 20 С, кг/м
2
о
Вязкость, мм /с при 100 С
о
Температура застывания, С
о
Температура вспышки, С
Содержание серы, % мас.
Содержание воды, % мас.
Углеводородный состав, % мас:
- парафино-нафтеновые углеводороды
- легкие ароматические углеводороды
- средние ароматические углеводороды
- тяжелые ароматические углеводороды
- смолы I
- смолы II
- асфальтены
Значение
956.2
28.7
+3
186
3.0
отс.
38.3
10.5
12.3
27.1
3.9
6.4
1.5
Отобранный мазут был сначала подверг
нут перегонке по методу Богданова в вакууме
при остаточном давлении 2 мм рт. ст.
с целью определения потенциального содержа
ния масляных фракций. Результаты перегонки
представлены в табл. 3.
Таблица 3
Потенциальное содержание масляных
фракций в испытуемом мазуте на основании
его разгонки по методу Богданова
Фракция
о
Легкая часть сырья (250–300 С)
о
II масляная фракция (300–400 С)
о
III масляная фракция (350–420 С)
IV масляная фракция (420–500 оС)
о
Остаток (>500 C)
Содержание
в сырье,
% об.
8
8
22
14
48
Затем на АРН2 при остаточном давлении
2 мм рт. ст. были отобраны узкие масляные
фракции. Результаты разгонки представлены
на рис. 1.
Смешением узких фракций в балансовом
соотношении был получен дистиллят III (360–
420 оС) масляной фракции, качественные по
казатели которого представлены в табл. 4.
120
Таблица 4
Качественные показатели дистиллята III
масляной фракции (360–420 о С) из мазута
нефти месторождений Басры (Ирак)
Показатели
Плотность при 20 оС, кг/м3
Показатель преломления при 50 оС, n D50
Вязкость, мм2/с:
- при 40 оС
- при 50 оС
- при 100 оС
Индекс вязкости
Температура застывания, оС
Фракционный состав, оС:
НК
5%
50%
95%
КК
Выход фракции на мазут, % мас.
Углеводородный состав, % мас.:
- парафинонафтеновые углеводороды
- легкие ароматические углеводороды
- средние ароматические углеводороды
- тяжелые ароматические углеводороды
- смолы I
- смолы II
Значение
890.9
1.4905
29.39
19.50
4.96
86
+5
348
352
396
405
415
9.5
54.2
17.3
11.4
12.9
1.8
2.4
Для фракции 360–420 оС определена за
висимость критической температуры раствори
мости (КТР) от соотношения растворитель :
сырье для фурфурола и Nметилпирролидона
(табл. 5 и рис. 2).
Таблица 5
Зависимость КТР от соотношения
растворитель : сырье
Сырье, мл
3
3
3
3
3
3
Растворитель, мл
1
2
3
6
9
12
Растворитель, %
25.0 40.0 50.0 66.7 75.0 80.0
КТР для N-МП, оС
43
76
85
92
89
82
КТР
87
112 117 121 119 115
для фурфурола, оС
Сравнение показывает (рис. 2), что при
одинаковой кратности растворитель: сырье
КТР случае NМП на 30–35 оС ниже, чем при
использовании в качестве растворителя фур
фурола, то есть растворяющая способность у
NМП выше, чем у фурфурола. Это позволит
проводить экстракцию данным реагентом при
более низких температурах, чем при использо
вании фурфурола при одинаковой кратности
растворитель : сырье.
Для подбора оптимальных условий очист
ки III масляной фракции (360–420 оС) были
проведены две серии опытов.
Первая серия опытов проводилась при
температуре 60 оС для обоих растворителей
(NМП и фурфурол) и соотношении раствори
тель: сырье, равном 2.5 : 1 (табл. 6).
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
Рис. 1. Кривая разгонки исходного мазута на АРН2
Рис. 2. Зависимость КТР от соотношения растворитель: сырье.
Из представленных данных видно, что
при очистке масляного дистиллята NМП в
одинаковых условиях выход рафината на сы
рье оказался ниже на 9.1%, а глубина очистки
(определялась по изменению показателя пре
ломления nD50 ) и индекс вязкости (на 15 пунк
тов) выше, чем при использовании в качестве
растворителя фурфурола.
Во второй серии опытов III масляная
фракция (360–420 оС) очищалась фурфуро
лом в различных условиях. Результаты экспе
риментов представлены в табл. 7. Полученные
данные показывают, что увеличение как тем
пературы экстракции, так и соотношения ра
створитель : сырье при прочих равных услови
ях не позволяют получать рафинат такого же
качества как при очистке NМП (табл. 6 и 7).
Эти данные убедительно доказывают пре
имущество NМП по сравнению с фурфуро
лом. При замене фурфурола на NМП поло
жительный эффект будет получен за счет улуч
шения качества рафината, даже при некотором
снижении его выхода и удельных энергозатрат.
Сходство некоторых физикохимических
свойств фурфурола и NМП явилось предпо
сылкой к использованию в качестве избира
тельного растворителя смеси этих реагентов.
Результаты проведенных исследований при
одинаковом соотношении растворитель : сы
рье, равном 2.5 : 1, приведены в табл. 8.
Зависимость выхода рафината от состава
смешанного растворителя показана на рис. 3.
Из представленных данных видно, что зависи
мость выхода рафината от содержания в смеси
растворителей NМП носит экстремальный ха
рактер. Синергетический эффект от добавле
ния NМП в смесь растворителей наблюдается
практически во всем интервале концентраций.
Наибольший эффект достигается при содержа
нии его в количестве 20–40 % об. Таким обра
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
121
Таблица 6
Результаты экстракции III масляной фракции (360–420 о С)
Nметилпирролидоном и фурфуролом при одинаковых условиях
Растворители
N-МП
Фурфурол
Показатели
Условия очистки:
о
Температура, С
60
Соотношение растворитель :сырье (по объему)
2.5 : 1
о
КТР, С
90
Выход и качество рафинатов:
о
3
Плотность при 50 С, кг/м
858.5
о
Показатель преломления при 50 C, n D50
1.4658
2
Вязкость кинематическая, мм /с:
о
- при 100 С
5.90
о
- при 50 С
22.76
о
- при 40 С
29.10
Индекс вязкости
122
о
Температура застывания, С
+24
Выход рафината на фракцию, % мас.
67.5
60
2.5 : 1
120
867.8
1.4820
6.08
25.48
34.28
104
+18
76.6
Таблица 7
Результаты экстракции III масляной фракции (360–420 оС) фурфуролом в различных условиях
Показатель
о
Температура, С
Соотношение растворитель : сырье
(по объему)
о
КТР, С
Номер опыта
Условия очистки:
60
60
2:1
3:1
118
116
Качество рафинатов:
о
Показатель преломления при 50 C, n D50
1.4818
1.4788
2
Вязкость кинематическая, мм /с:
о
- при 100 С
6.00
5.94
о
- при 50 С
25.08
23.96
о
- при 40 С
32.07
31.50
Индекс вязкости
102
108
о
Температура застывания, С
+24
+24
о
3
Плотность при 50 С, кг/м
862.5
861.6
Выход рафината на фракцию, % мас.
71.6
75.5
зом, применение двойного растворителя фурфу
рол–NМП позволит без значительного умень
шения выхода повысить качество рафината в
процессе селективной очистки и снизить рас
ход дорогостоящего NМП. Для получения
рафината равной глубины очистки в случае
применения фурфурола процесс должен про
водиться при более высокой температуре и
большей кратности растворитель: сырье по
сравнению с экстракцией NМП. Из получен
ных данных видно, что при добавлении к фур
фуролу NМП в количестве 20–40 % об. сни
жается температура очистки и показатель пре
ломления при одном и том же соотношении
растворитель : сырье (2.5 : 1). При этом выход
рафината на смешанном растворителе выше.
На втором этапе полученная масляная
фракция была подвергнута селективной очист
ке фурфуролом и NМП. Качество получен
ных рафинатов приведено в табл. 9. Получен
122
70
80
90
2.5 : 1
2.5 : 1
2.5 : 1
122
122
120
1.4808
1.4798
1.4717
6.05
25.25
32.20
106
+22
862.2
73.8
6.02
24.53
31.48
108
+23
861.4
72.9
5.92
23.64
31.17
112
+20
862.2
70.6
ные при этом изменения в групповом углево
дородном составе дистиллят–рафинат пред
ставлены на рис. 4.
При очистке NМП наблюдается более
полное извлечение нежелательных компонен
тов (ароматических углеводородов и смол), и,
как следствие, большее увеличение общего со
держания парафинонафтеновых углеводоро
дов в рафинатах, чем при очистке фурфуро
лом (табл. 9). Это хорошо видно при сравне
нии групповых углеводородных составов ра
финатов из III (360–420 оС) масляной
фракции (рис. 4) и исходных дистиллятов.
Более полное удаление полициклической аро
матики и смол при очистке NМП приводит к
улучшению качественных характеристик ра
финатов: более низкие коэффициенты прелом
ления, более высокие индексы вязкости. Та
ким образом, замена фурфурола на Nметил
пирролидон без изменения кратности разбав
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
Таблица 8
Результаты экстракции III масляной фракции (360–420 о С) смешанным растворителем
Показатели
о
КТР, С
Температура экстракции, оС
о
Показатель преломления при 500 С, n D50
Температура застывания, оС
Вязкость кинематическая, мм2/с:
- при 50 оС
- при 100 оС
Выход рафината, % мас.
100 : 0
120
90
Состав растворителя фурфурол:N-MП
80 : 20 60 : 40
50 : 50 40 : 60 20 : 80
119
117
116
105
97
89
87
86
75
67
0 : 100
90
60
1.4717
1.4720
1.4715
1.4716
1.4714
1.4713
1.4658
+20
+18
+20
+ 22
+22
+24
+24
23.64
5.92
70.6
23.43
5.85
76.2
23.30
5.86
76.1
23.21
5.88
73.4
23.04
5.88
71.5
22.96
5.9
69.8
22.76
5.90
67.5
Рис. 3. Зависимость выхода рафината селективной очистки III масляной фракции (360–420 оС) от состава
бинарного растворителя NМП : фурфурол
ления растворитель : сырье 2.5 : 1, т. е. без
изменения загрузки экстракционной колонны
в промышленных масштабах, позволит при
более низких (на 24–30 оС) температурах экст
ракции получать рафинаты лучшего качества.
Температура экстракции при этом NМП со
ставляет 56–65 оС, а фурфуролом – 80–95 оС
для III масляной фракции.
Таблица 9
Характеристика рафинатов после
селективной очистки
фурфуролом и Nметилпирролидоном
Показатели
Плотность при 20 оС, кг/м3
КТР, оС
Кратность разбавления (массовая доля)
о
Температура экстракции, С
Выход рафината на сырье, % мас.
Выход рафината на мазут, % мас.
Показатель преломления при 50 оС, ηD50
Вязкость, мм2/с:
- при 40 оС
- при 50 оС
- при 100 оС
Индекс вязкости
Температура застывание, оС
Углеводородный состав, % мас:
- парафинонафтеновые
- легкие ароматические
- средние ароматические
- тяжелые ароматические
- смолы I
- смолы II
360–420 оС
фурфурол N-МП
862.2
858.5
120
90
2.5:1
2.5:1
90
60
70.6
67.5
6.7
6.4
1.4717
1.4658
31.17
23.64
5.92
112
+20
29.10
22.76
5.9
122
+22
69.7
13.6
7.2
6.2
1.4
1.9
79.6
11.2
3.6
3.8
0.8
1.0
Для сравнения качества базовых масел,
получаемых селективной очисткой фурфуро
лом и NМП, была проведена депарафиниза
ция полученных образцов рафинатов. Депара
финизация осуществлялась в одинаковых ус
ловиях при температуре фильтрации –18 оС и
кратности растворитель : сырье 3 : 1. Качество
и углеводородный состав полученных депара
финированных масел приведены в табл. 10.
Таблица 10
Сравнение результатов депарафинизации
рафинатов селективной очистки
фурфуролом и Nметилпирролидоном
о
Показатели
о
3
Плотность при 20 С, кг/м
Кратность разбавления
Температура фильтрации, оС
Выход депмасла, % мас.
Выход депмасла на мазут, % мас.
Показатель преломления,ηD50
Вязкость, мм2/с:
при 40 оС
при 50 оС
при 100 оС
Индекс вязкости
о
Температура застывание, С
Углеводородный состав, % мас.:
- парафинонафтеновые
- легкие ароматические
- средние ароматические
- тяжелые ароматические
- смолы I
- смолы II
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
360–420 С
рафинат селекрафинат
тивной очистки селективной
фурфуролом очистки N-МП
881.0
868.0
3:1
3:1
–18
–18
80.8
79.8
5.4
5.1
1.4764
1.4812
23.57
19.90
5.2
110
–15
31.17
23.13
5.9
118
–18
62.6
13.1
13.2
7.6
1.2
2.3
75.7
13.3
3.9
5.2
0.7
1.2
123
Рис. 4. Углеводородный состав рафинатов и депарафинированных масел из фр.360–420 оС (III масляная
фракция)
Изменения группового углеводородного
состава депарафинированных масел по сравне
нию с исходными дистиллятами, также пред
ставлены на рис. 4. Следует отметить, что де
парафинированные базовые масла, получен
ные селективной очисткой NМП, имеют более
высокий индекс вязкости, более низкие темпе
ратуры застывания и плотность при практи
чески одинаковом показателе преломления по
сравнению с депарафинированными маслами
из рафинатов фурфурольной очистки (табл.
10). Вязкостнотемпературные кривые рафи
натов и депмасел III масляной фракции пред
ставлены на рис. 5, из которого видно, что бо
лее пологими являются вязкостнотемператур
ные кривые рафинатов селективной очистки
Nметилпирролидоном по сравнению с кривы
ми рафинатов фурфурольной очистки.
Однако следует отметить, что при замене
фурфурола на NМП в процессе селективной
очистки масел наблюдается незначительное сни
жение выхода рафинатов III масляной фракции
(на 0.3–0.5% мас. на мазут), очевидно, обус
ловленное более глубокой очисткой и более
полным извлечением из дистиллятов нежела
тельных компонентов (полициклической аро
матики и смол). При этом выход депарафини
рованных масел из рафинатов очистки NМП
также незначительно ниже (на 0.3–0.7 % мас.
на мазут) их выхода из рафинатов фурфуроль
ной очистки.
Таким образом, показана целесообраз
ность замены в процессе селективной очистки
масляных фракций из мазута нефти Басры
124
(Иракский НПЗ) фурфурола на менее токсич
ный и более эффективный Nметилпирроли
дон. Рафинаты селективной очистки Nметил
пирролидоном отличаются лучшим качеством,
а масла, полученные из них – более высоким
индексом вязкости, чем рафинаты фурфуроль
ной очистки и депмасла. Показана возмож
ность использования в экстракции в качестве
растворителя смеси фурфурола и Nметилпир
ролидона с оптимальной концентрацией по
следнего в интервале 20–40 % об.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Черножуков Н. И. Очистка и разделение неф
тяного сырья, производство товарных нефте
продуктов.– М.: Химия,1978.– 424 c.
Ахметов С. А. Технология и оборудование про
цессов переработки нефти и газа.– С.Петер
бург: Недра, 2006.– 868 с.
Азнабаев Ш. Т., Нигматулин И. Р. Избиратель
ные растворители и хладагенты в переработке
нефти.– Уфа: издательство УГНТУ, 2000.–
85 с.
Гайле А. А., Залищевский Г. Д. N – Метилпир
ролидон. Получение, свойства и применение
в качестве селективного ратворителя.– С.–Пе
тербург: Химиздат, 2005.– 703 с.
Ахметов С. А. Технология глубокой переработ
ки нефти и газа: Учебное пособие для вузов.–
Уфа: Гилем, 2002.– 672 с.
Колесник И. О. // Мир нефтепродуктов.–
2003.– №2.– 4 с.
Хасан АльРезк С. Д., Кондрашева Н. К.,
Luma T. T.ALbaaj. Нефть Басры как сырье для
производства масел и парафинов / Тез. докл.
Международная научнопрактическая конфе
ренция.– Уфа, 2008.– 28 с.
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. № 4
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа