Депарафинизация рафината селективной очистки

2.23 Депарафинизация рафината селективной очистки

Процессы депарафинизации предназначены для получения масел с требуемыми температурой застывания и низкотемпературными свойствами путем удаления из рафинатов наиболее высокоплавких (в основном парафиновых) углеводородов. Применяются процессы обычной низкотемпературной депарафинизации - для получения масел с температурой застывания от -10 до -15°С и глубокой (низкотемпературной) депарафинизации путем кристаллизации - для получения масел с температурой застывания -30°С и ниже, карбамидной депарафинизации, адсорбционного разделения сырья на высоко- и низкозастывающие компоненты, микробиологическим воздействием, а также гидродепарафинизации. Депарафинизации кристаллизацией подвергаются рафинаты селективной очистки дистиллятных и остаточных масляных фракций. Рафинаты селективной очистки дистиллятных масляных фракций содержат в основном твердые высокомолекулярные алканы с нормальной или слаборазветвленной цепью атомов углерода. Эти углеводороды выпадают при охлаждении в виде крупных кристаллов правильной формы. Твердый продукт, выделяемый на установках депарафинизации дистиллятных масляных фракций, называется зачем.

Рафинаты селективной очистки остаточных масляных фракций содержат по преимуществу твердые высокомолекулярные циклоалканы и арены с длинными алкановыми радикалами нормального или слаборазветвленного строения. Эти соединения осаждаются в виде мелких игольчатых кристаллов. Твердый продукт, выделяемый из остаточных фракций, называется петролатумом. В настоящее время наиболее распространен процесс депарафинизации с использованием полярных растворителей - низкомолекулярных кетонов, в частности метилэтилкетона и ацетона; иногда применяют метилизобутилкетон или сжиженный пропан.

Процесс депарафинизации является наиболее сложным, трудоемким и дорогостоящим в производстве нефтяных масел.

2.23.1 Низкотемпературная депарафинизация рафината селективной очистки в кетон-толуольном растворе

В промышленности наиболее широкое применение нашли процессы депарафинизации в растворе низкомолекулярных кетонов (метилэтилкетона (МЭК) или ацетона) в смеси с бензолом и толуолом, а в последнее время - только с толуолом. На ряде зарубежных заводов используется метилизобутилкетон. Характеристика растворителей приведена ниже:

Использование смесей растворителей с разной растворяющей способностью по отношению к жидким и твердым углеводородам позволяет, изменяя соотношение кетона и ароматического компонента в смеси, применять их для депарафинизации сырья любых вязкости и фракционного состава при различных температурах процесса и получать масла с широким диапазоном температур застывания. В настоящее время этот процесс проводят по двухступенчатой схеме с отмывкой гача на второй ступени фильтрования при более высокой температуре. Такая схема дает возможность повысить выход депарафинированного масла и скорость фильтрования суспензии, снизить содержание масла в гаче или петролатуме по сравнению с одноступенчатым процессом.

Технологическая схема установки двухступенчатой низкотемпературной депарафинизации в кетон - толуольном растворе приведена на рисунке 2.79. Установка состоит из двух технологических отделений: 1) кристаллизации и
фильтрования; 2) регенерации растворителя из растворов депарафинированного масла и гача (петролатума).

Рисунок 2.79 - Технологическая схема установки низкотемпературной депарафинизации рафинатов в кетон-толуольном растворе: а - отделение кристаллизации и фильтрования:
1, 16, 19, 21, 22 - насосы; 2 - пароподогреватель; 3 - холодильник;
4, 5, 12, 13, 14-кристаллизаторы; 6, 8, 17, 18, 20, 23-емкости; 7, 9-фильтры;
10, 11, 15 - теплообменники, б - отделение регенерации растворителя:
1,5, 10, 15, 17, 21, 27, 31, 34, 40 - холодильники; 2, 8, 14, 23, 25, 37, 38, 44-насосы;
3, 9, 43 - емкости; 4,7, 11, 13, 16, 24, 28, 36, 41 - колонны;
6, 12, 22, 26, 29, 35, 39, 42 - пароподогреватели; 18, 19, 20, 30, 32, 33 - теплообменники;
I - сырье; II - влажный растворитель; III - обезвоженный растворитель; IV - раствор депарафинированного масла; V - раствор гача или петролатума; VI - аммиак; VII -депарафинированное масло; VIII - гач или петролатум; IX - вода; X - водяной пар

Принципиальные схемы холодильного отделения. На большинстве установок депарафинизации и обезмасливания в качестве хладоагента применяют аммиак, а в последнее время - пропан, циркулирующий по замкнутой системе холодильной установки.
В зависимости от качества исходного сырья и требуемой глубины депарафинизации выход депарафинированного масла составляет обычно 65-85% мае. на рафинат. Ниже в таблице 2.59 приведен материальный баланс двухступенчатой низкотемпературной депарафинизации рафинатов в растворе МЭК - толуол для западносибирских нефтей.

Таблица 2.59 - Материальный баланс двухступенчатой низкотемпературной депарафинизации рафинатов в растворе МЭК - толуол для западносибирских нефтей

Данные о качестве сырья и продуктов депарафинизации представлены в таблице 2.60.

Применение в качестве осадителя твердых углеводородов МЭК вместо ацетона позволяет повысить выход депарафинированного масла на 2-5% масс., снизить температурный эффект депарафинизации в среднем на 5°С, расширить пределы оптимальных концентраций кетона, что делает процесс более гибким, снизить потери растворителя и улучшить расходные показатели (на 1 т депарафинированного масла), что видно из следующий данных:

Глубокая депарафинизация применяется при производстве низкозастывающих маловязких масел, таких, как авиационное (МС-8), трансформаторное, арктическое, конденсаторное и др. Этот процесс проводят в растворе кетон - толуол при температурах конечного охлаждения и фильтрования суспензий от -62 до -64 °С. Такая низкая температура охлаждения не может быть достигнута за счет испарения сжиженного аммиака поэтому в процессе глубокой депарафинизации на конечной стадии охлаждения в качестве хладагента используют сжиженный этилен. Глубокой депарафинизации подвергаются только рафинаты низкокипящих масляных фракций, твердые углеводороды которых 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.

В результате этого процесса показатели качества депарафинированного масла изменяются более резко, чем при обычной депарафинизации. Технологическая схема процесса глубокой депарафинизации аналогична схеме депарафинизации в кетон-ароматическом растворителе за исключением того, что после регенеративных и аммиачных (или пропановых) кристаллизаторов предусмотрено охлаждение до требуемой температуры в этановых кристаллизаторах. Глубокую депарафинизацию обычно проводят с двухступенчатым фильтрованием, а иногда и с трехступенчатым, последовательно повышая температуру.

2.23.2 Депарафинизация в растворе пропана

При депарафинизации в растворе сжиженного пропана существуют два варианта охлаждения раствора сырья: с хладагентом, обычно используемым в последней стадии охлаждения - аммиаком, и за счет испарения из раствора самого пропана, которое осуществляется в вертикальных или горизонтальных аппаратах, действующих попеременно. Скорость охлаждения растворов в них регулируется скоростью снижения давления. Следовательно, в данных аппаратах испарение пропана зависит от отсоса его паров, для чего на установках этого типа предусмотрены компрессоры. Необходимую кратность пропана к сырью поддерживают, непрерывно добавляя пропан по мере его испарения или добавляя охлажденный пропан в конечной стадии охлаждения.

Основным достоинством этого процесса являются его простота и экономичность, так как пропан одновременно является и растворителем, и хладагентом. Кроме того, пары пропана используют и для отдувки осадка на фильтре. Это позволяет исключить из схемы линию инертного газа. При депарафинизации пропаном вследствие малой вязкости раствора при низких температурах скорость охлаждения значительно выше, чем при использовании кетонов. В процессе охлаждения, особенно остаточного сырья, совместная кристаллизация твердых углеводородов и смолистых веществ приводит к образованию крупных дендритных кристаллов, что обеспечивает высокую скорость фильтрования - до 600 - 1000 кг/(м2-ч) по сырью из расчета на полную поверхность фильтра.

При депарафинизации дистиллятного сырья скорость фильтрования снижается в 10-15 раз из-за образования мелкокристаллической структуры твердых углеводородов. Повысить эффективность процесса в этом случае можно добавлением некоторых присадок, приводящих к образованию более крупных кристаллов. Вследствие высокой растворяющей способности пропана кратность его к сырью небольшая - от 0,8:1 до 2:1

(об.). В то же время высокая растворимость твердых углеводородов в пропане требует при депарафинизации низких температур охлаждения для достаточно полного выделения кристаллизующихся компонентов, что является его недостатком.

Принципиальная технологическая схема установки депарафинизации в растворе пропана приведена на рисунке 2.80.

Примерный материальный баланс депарафинизации остаточного рафината пропаном приведен ниже:

Рисунок 2.80 - Принципиальная технологическая схема установки депарафинизации в растворе пропана:
1 - сборник жидкого пропана; 2 - смеситель; 3 - паровой подогреватель;
4, 8 - холодильники; 5—7- теплообменники; 9 - промежуточная емкость для раствора сырья; 10, 11 —пропановые кристаллизаторы самоохлаждения периодического действия, работающие попеременно; 12 - каплеотбойники; 13 - приемник суспензии петролатума; 14 - барабанный фильтр, работающий под давлением; 15—емкость для охлажденного пропана; 16 - приемник суспензии петролатума; 17 - приемник пропана от промывки осадка на фильтрах; 18 - приемник раствора депарафинированного масла: 19 - компрессор; 20—22 - насосы.
I - сырье; II—пропан; III - раствор сырья; IV - охлажденный раствор сырья;
V—суспензия петролатума; VI—раствор депарафинированного масла на регенерацию растворителя; VII - раствор от промывки осадка на фильтрах; VIII - охлажденный пропан на разбавление лепешки петролатума и на промывку лепешки на фильтрах, на
разбавление охлажденного раствора, на добавку к сырьевому раствору для компенсации убыли его при самоохлаждении; IX - суспензия петролатума после фильтра; X —раствор петролатума на регенерацию растворителя; XI - пары пропана на компрессию; XII - вода; XIII - водяной пар

2.23.3 Обезмасливание гача в кетон-толуольном растворе, применяемое для производства парафина

Установки обезмасливания гача или петролатума являются по технологии установками низкотемпературной депарафинизации.

Процесс обезмасливания гача и петролатума предназначен для получения парафинов и церезинов. Обезмасливание можно проводить двумя методами: депарафинизацией без применения растворителей, которая осуществляется фильтр-прессованием с последующим потением полученного гача, или депарафинизацией гача в избирательных растворителях.

Установка обезмасливания гача или петролатума в избирательных растворителях. При производстве парафинов и церезинов наиболее распространенным и универсальным процессом является обезмасливание методом кристаллизации из раствора в избирательных растворителях, который позволяет выделять низкоплавкие парафины из низкокипящих масляных и дизельных дистиллятов без предварительной их очистки, а также обезмасливать гачи и петролатумы, полученные при депарафинизации дистиллятных и остаточных рафинатов. При этом выделяются твердые парафины с температурой плавления 45-65°С и содержанием масла 2,3-0,5% масс, и церезины с температурой плавления 80 °С и выше, содержащие до 1% масс, масла. Этот процесс

принципиально не отличается от депарафинизации рафинатов с применением растворителей и проводится на таком же оборудовании.

Как и в случае депарафинизации, наибольшее распространение в промышленности получил процесс обезмасливания в растворе кетон-ароматического растворителя, который по сравнению с депарафинизацией характеризуется более высокими температурами конечного охлаждения и фильтрования (от -10 до 25°С), большими кратностью растворителя к сырью и содержанием кетона в смеси с ароматическим компонентом (до 6575% об; при использовании метилэтилкетона). Эффективность этого процесса зависит от тех же факторов, которые влияют на процесс депарафинизаций. Процесс обезмасливания можно проводить в одну и несколько ступеней. При одноступенчатом обезмасливании сырье смешивается с растворителем, нагревается в паровом подогревателе до полного растворения, а затем постепенно охлаждается в кристаллизаторах до требуемой температуры. Суспензия твердых углеводородов поступает в вакуумные барабанные фильтры, где обезмасленный гач отделяется от раствора. Образующийся парафиновый осадок промывается холодным растворителем, отдувается от фильтровальной ткани инертным газом, срезается ножом и по наклонной плоскости опускается в желоб со шнековым транспортером. Отсюда смесь направляется в приемник, а затем - в секцию регенерации растворителя. Фильтрат от обезмасливания также поступает в секцию регенерации растворителя. При одноступенчатом процессе не удается получить парафин и церезин с низким содержанием масла, поэтому на большинстве заводов обезмасливание проводят по двухступенчатой схеме по гачу (петролатуму). Это позволяет получать глубокообезмасленные парафины с высокой температурой плавления при больших скоростях фильтрования по сравнению с одноступенчатой схемой.

На рисунке 2.81 дана принципиальная технологическая схема кристаллизационного и фильтровального отделений двухступенчатой установки обезмасливания гача.

Рисунок 2.81 - Принципиальная технологическая схема кристаллизационного и фильтровального отделений установки обезмасливания в кетон-ароматическом растворителе:
1 - подогреватель; 2 - холодильник; 3 - регенеративный кристаллизатор;
4 - аммиачный кристаллизатор; 5, 7, 9 - теплообменники; 6, 8 - регенеративные кристаллизаторы для охлаждения растворителя; 10 - аммиачный холодильник;
11 - приемник суспензии для фильтра I ступени; 12 - фильтр I ступени; 13 - сборник раствора фильтрата I ступени; 14 - сборник суспензий .парафина I ступени;
15 - приемник суспензии для фильтров II ступени; 16 - фильтр II ступени; 17 - сборник раствора фильтрата II ступени; 18 - сборник суспензии парафина II ступени.
I - сырье; II - растворитель; III - раствор сырья; IV —суспензия твердых углеводородов; V - раствор- фильтрата I ступени; VI - суспензия твердых углеводородов; VII - раствор фильтрата II ступени; VIII - суспензия парафина II ступени; IX - раствор фильтрата I ступени на регенерацию растворителя; X - раствор парафина на регенерацию растворителя

Регенерация растворителя при обезмасливании принципиально не отличается от схемы этого процесса для депарафинизации. Ниже приведен примерный материальный баланс процесса двухступенчатого обезмасливания (в % масс.):

содержание .. 28 29 30 31 ..