Адсорбционная очистка базовых масел

2.24 Адсорбционная очистка базовых масел

Процесс адсорбции применяют для очистки или доочистки масел. При невысоком содержании в масляном сырье извлекаемых компонентов процесс адсорбции часто бывает более предпочтительным, чем экстракции.

2.24.1 Технологии непрерывной адсорбционной очистки масляного сырья

Непрерывный процесс адсорбционной очистки масляного сырья имеет заметные преимущества перед очисткой в стационарном слое адсорбента. Непрерывную очистку (доочистку) в движущемся слое адсорбента применяют для разных целей: доочистки масел от малых количеств полярных нежелательных веществ как завершающий процесс в поточной схеме масляного производства; глубокой очистки дистиллятного и остаточного сырья взамен селективной очистки; для получения масел узкого углеводородного состава - нафтеновых, ароматических и т.п. В случае высокой вязкости сырье разбавляется растворителем (как правило, бензином). При глубокой очистке можно получать белые масла. Кратность адсорбент / сырье для высоковязкого сырья значительно выше (в 5-8 раз), чем для маловязкого. На промышленных установках непрерывной адсорбционной очистки получают трансформаторные, гидравлические и некоторые технологические масла (наполнители каучуков и мягчители для резин). Изменением расхода адсорбента можно регулировать качественные и количественные показатели адсорбции. В случае адсорбционной очистки остаточного сырья, как правило, используется предварительная неглубокая деасфальтизация. Адсорбционная очистка деасфальтизата «второй ступени» более эффективна, чем использование избирательных растворителей. Депарафинированное масло адсорбционной очистки отличается более высоким выходом и лучшими показателями физико-химических свойств. Для непрерывной адсорбционной очистки с движущимся слоем адсорбента применяются синтетические алюмосиликатные катализаторы - мелкосферический и молотый.

Сырьем установки непрерывной адсорбционной очистки являются маловязкие масляные дистилляты и деасфальтизаты, а продукцией - рафинаты I и II. Рафинат I представляет собой очищенный продукт, а рафинат II - десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный концентрат (ароматизированное масло). Из рафината I получают масла различной вязкости (трансформаторные, специальные электроизоляционные), из рафината II -наполнители каучука и мягчители резиновых смесей. Органические соединения и смолистые вещества, остающиеся на адсорбенте, выжигаются при регенерации.

Свойства сырья и рафинатов приводятся ниже:

Технологическая схема. Технологическая схема процесса непрерывной адсорбционной очистки с окислительной регенерацией адсорбента приводится на рисунке 2.82.

Рисунок 2.82 - Технологическая схема установки непрерывной адсорбционной очистки масляного сырья:
1, 13, 16, 19, 25, 27, 30 - насосы; 2, 3 - бункеры-сепараторы; 4 - регенератор;
5 - адсорбер; 6 - десорбер; 7, 10, 22, 23 - холодильники; 8 - сушилка адсорбента;
9, 18, 21, 29 - подогреватели; 11, 17 - колонны для отгона растворителя от рафината I; 12, 14, 21 - кипятильники; 15, 24 - емкости; 20, 28 - колонны для отгона растворителя
от рафината II; 26, 31 - фильтры;
I - сырье; II - адсорбент; III - рафинат I; IV - рафинат II; V - воздух; VI - вода;
VII - водяной пар; VIII - дымовые газы

Технологический режим процесса зависит от природы и концентрации в сырье адсорбируемых веществ; состава и свойств адсорбента. Ниже приведены показатели технологического режима при очистке дистиллята, предназначенной для получения трансформаторного масла:

Таблица 2.61 - Материальный баланс процесса непрерывной адсорбционной очистки различного масляного сырья

Процесс непрерывной адсорбционной очистки проигрывает в сравнении с термогидрокаталитическими процессами и в настоящее время в промышленности практически не применяется.

2.24.2 Технология контактной доочистки базовых масел

Контактная доочистка. Сырьем служат депарафинированные масла, целевой продукцией - доочищенные базовые масла, побочным продуктом - отгон. Ниже проводятся характеристики дистиллятного (I) и остаточного (II) базового масел до и после очистки.

Принципиальная схема установки контактной доочистки масел дана на рисунке 2.83.

Рисунок 2.83 - Принципиальная технологическая схема установки контактной доочистки масел:
1,4- поршневые насосы; 2 - подогреватель; 3 - холодный смеситель;
5 - теплообменник; 6 - печь; 7 - контактная колонна; 8, 11, 14, 18 - центробежные насосы; 9, 16 - конденсаторы-холодильники; 10, 17, 20 - приемники; 12 - конденсатор смешения; 13 - горячий смеситель; 15 -дисковый фильтр; 19 - барабанный вакуум -
фильтр.
I - сырье; II - свежий адсорбент; III - отработанный адсорбент; IV - очищенное масло;
V - водяной пар; VI - вода

Маловязкие масла доочищают на установке контактной очистки по укороченной схеме, В этом случае поступающее на установку масло подается через паровой подогреватель в смеситель 3, где смешивается с отбеливающей глиной II. Суспензия глины в масле подается на фильтры 15 и 19, а отфильтрованное масло - в приемник 20. Технологические показатели процесса очистки по обычной схеме следующие:

Температура, °С суспензии

в холодном смесителе 70-80

на выходе из печи

фильтрования 70 - 170

Давление в фильтрах, МПа 0,4

Расход адсорбента, % масс. 5-10

Длительность контактирования с адсорбентом, мин 30
Материальный баланс доочистки дистиллятных (I) и остаточных масел (II) [% (масс.)] приведен ниже:

Выход масла при контактной очистке в основном определяется потерями с отработанным адсорбентом и в значительно меньшей степени - с легкими фракциями, образовавшимися при разложении очищаемого масла и выходящими из контактной колонны. Общее количество отгона составляет 0,5-1% масс, на доочищенное масло. Расходные показатели (на 1 т очищенного масла)

Пар водяной, Гкал 0,07-0,09

Электроэнергия, кВт-ч 1,5-2,5

Вода оборотная, м3 1,5-2,5

Глина, кг 3-6

К серьезным недостаткам контактной доочистки по сравнению с другими процессами очистки, используемыми в масляном производстве, относятся:

- большое количество образующегося отработанного адсорбента с высоким содержанием масла (30-40%), представляющее существенную экологическую опасность;

- разложение части желательных компонентов очищаемого сырья при высокой температуре в присутствии алюмосиликатных адсорбентов.

Из-за этих недостатков данный процесс практически не применяется и заменен на более эффективный - гидроочистку.

2.24.3 Кислотная и щелочная очистка масел

Очистку масляных фракций раствором щелочи применяют для удаления кислородсодержащих (нафтеновых кислот, фенолов) соединений, а также для нейтрализации серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с углеводородами (сульфокислот, эфиров серной кислоты), остающихся после сернокислотной очистки.

Водный раствор щелочи образует с кислыми соединениями соли, растворимые в воде. Часть этих соединений задерживается нефтепродуктом и удаляется при промывке водой. Щелочные соли нафтеновых кислот, а также феноляты при растворении в воде подвергаются гидролизу с образованием органических кислот, фенолов и щелочи. Так как кислоты и фенолы хорошо растворяются в очищенном продукте, то его практически не удается полностью освободить от них. Степень гидролиза щелочных солей нафтеновых кислот и фенолятов зависит от концентрации щелочи и температуры: с повышением концентрации она снижается, с повышением температуры - возрастает. При очистке масляных дистиллятов пользуются слабым раствором едкого натра (1-3%-ным) и процесс ведут при повышенной температуре во избежание образования эмульсии, разрушение которой весьма затруднительно. Образованию эмульсии способствуют соли нафтеновых кислот и сульфокислот.

Таким образом, при обработке масляных фракций раствором едкого натра извлекаются нафтеновые кислоты и фенолы.

Принципиальные схемы установок очистки масляного сырья раствором щелочи. Масляные дистилляты очищают раствором щелочи под давлением (рисунок 2.84).

Рисунок 2.84 - Принципиальная технологическая схема установки выщелачивания масляных дистиллятов под давлением:
1 - колонна; 2 - теплообменник; 3 - печь; 4, 6 - смесители; 5, 7 - отстойники;
8, 5 —холодильники; 10—13 - насосы.
I - неочищенной масло; II - раствор щелочи; III - выщелоченное масло;
IV - щелочные отходы; V —промывная вода; VI - воздух

В настоящее время очистка масляных дистиллятов щелочью применяется крайне редко, если отсутствуют на НПЗ термогидрокаталитические процессы.

Очистка серной кислотой

Очистку масляных фракций серной кислотой проводят для удаления из них непредельных, серо-, азотсодержащих и асфальто-смолистых соединений, которые обусловливают малую стабильность топлив при хранении, нестабильность цвета и ухудшают некоторые эксплуатационные свойства.

Кислые эфиры серной кислоты растворимы в воде, при нейтрализации образуют соответствующие соли. При действии воды и особенно водного раствора щелочи они легко гидролизуются с образованием соответствующих спиртов.

Серная кислота как реагент находит применение в производстве трансформаторных и белых масел, при регенерации отработанных нефтяных масел, а также для очистки парафинов, используемых в пищевой промышленности и при производстве белковых веществ. Из масляных фракций при очистке серной кислотой в основном удаляются непредельные соединения и асфальто-смолистые вещества. Вид реакций и результаты очистки зависят от температуры, длительности контактирования, расхода и концентрации серной кислоты, а также от порядка ее введения.

Для получения высококачественных масел кислотную обработку необходимо проводить при возможно более низких температурах. Очистку масляных дистиллятов вязкостью 18-25 мм2/с при 50 °С проводят при 55-80 °С, дистиллятов вязкостью 3-5 мм2/с при 50 °С - при 30-35 °С. Остаточные продукты (гудроны и полугудроны) очищают серной кислотой при 60-70 °С. Однако в некоторых случаях при очистке полугудронов в условиях таких высоких температур качество очищенного масла

ухудшается, поэтому температуру очистки приходится понижать. Оптимальную температуру очистки каждой фракции выбирают на основании опытных данных.

При снижении концентрации кислоты уменьшается ее растворяющая и полимеризующая способность, при повышении ее концентрации увеличивается образование сульфокислот, которые переходят в кислый гудрон. Обычно для очистки применяют 92-96%-ную кислоту. Очистка серной кислотой ниже 75%-ной концентрации вообще не дает результатов. Для получения бесцветных масел (медицинских, парфюмерных) применяют дымящую серную кислоту.

Кислый гудрон содержит от 25 до 65-70% H2SO4 в зависимости от условий очистки и качества обрабатываемого дистиллята. Кислые гудроны, содержащие 6070% H2SO4, можно применять для предварительной очистки других масляных фракций.

Степень удаления из масла асфальто-смолистых веществ возрастает с увеличением расхода кислоты. Требуемый расход определяют экспериментально: для очистки трансформаторных дистиллятов он составляет 6-15% мае.; для очистки гудронов и полугудронов - 12-25% масс. Расход дымящей серной кислоты для получения бесцветных масел составляет 50-60% масс, на исходный дистиллят.

Порядок обработки кислотой имеет существенное значение в процессе очистки масел. Действие серной кислоты в присутствии продуктов реакции заметно ослабляется. Для повышения эффективности ее действия необходимо выводить продукты реакции и вводить кислоту порциями. Каждую новую порцию кислоты подают только после тщательного осаждения и спуска кислого гудрона.

При продолжительном перемешивании возможно растворение некоторых компонентов кислого гудрона в масле, что ухудшает цвет последнего. Обычно перемешивание воздухом продолжается от 30 до 70 мин в зависимости от емкости мешалки и свойств дистиллята.

Серная кислота взаимодействует с составными частями дистиллятов не только при перемешивании, но и при отстаивании кислого гудрона. Длительность отстаивания его частиц, находящихся после перемешивания во взвешенном состоянии в масле, зависит от размера этих частиц. Осаждению частиц кислого гудрона способствуют осадители (6-9%-ный раствор едкого натра, раствор жидкого стекла и др.); их добавляют по окончании перемешивания масла с кислотой. Отстаивание кислого гудрона при использовании осадителей для дистиллятных масел продолжается от 2 до 8 ч, после чего кислый гудрон удаляют из мешалки; при очистке вязких остаточных масел отстаивание более длительно - до 20 ч.

Принципиальные схемы установок очистки масляного сырья серной кислотой.

Очистка масляного сырья серной кислотой в мешалке. Основным аппаратом для сернокислотной очистки является вертикальная цилиндрическая мешалка с коническим дном, снабженным горловиной с задвижкой для выпуска кислого гудрона (рисунок 2.85).

Мешалка снабжена крышкой с трубой для отвода сернистого газа, образующегося в процессе очистки, и смотровым люком для отбора проб масла. Корпус мешалки покрыт изоляцией. Под конусом мешалки устанавливают ковш с железным желобом, в который для разбавления кислого гудрона подают горячий мазут. Из ковша смесь откачивают на регенерацию.

Рисунок 2.85 - Схема сернокислотной мешалки:
I - масляное сырье; II - кислота; III - кислое масло; IV - кислый гудрон с мазутом;
V - мазут

Очистка масляного сырья в кислотной мешалке протекает следующим образом. Очищаемое сырье закачивают в мешалку через теплообменник и перемешивают его струей воздуха. При этом в масло подают первую порцию кислоты для подсушки. Перемешивание ведут в течение 0,5-1 ч в зависимости от емкости мешалки. По окончании перемешивания образовавшийся кислый гудрон отстаивают в течение 1,5-2 ч и выводят его из мешалки. Затем в мешалку при бурном перемешивании воздухом (50 - 70 мин) заливают следующую порцию кислоты. За 10-15 мин до окончания перемешивания интенсивность его снижают и в мешалку подают раствор осадителя. После этого, прекратив перемешивание, кислому гудрону дают отстояться в течение нескольких часов, а затем его спускают. Кислое масло отстаивают в мешалке еще 6-8 ч, а затем переводят в отстойники с обогревательными змеевиками. В них масло отстаивается от 8 до 24 ч и поступает на щелочную или контактную очистку. При порционной очистке масла кислотой после введения каждой новой порции содержимое мешалки перемешивают, после чего следуют отстаивание и спуск кислого гудрона.

Очистка масляного сырья серным ангидридом. Для получения высококачественных белых масел нафтенового компрессорного масла, а также парафина для пищевой и промышленности проводят очистку сырья олеумом. При получении белых масел сульфирующий агент - серный ангидрид - либо растворен в серной кислоте (очистка олеумом), либо смешан с газом-носителем (очистка газом). Очистка газом имеет следующие преимущества перед очисткой олеумом: уменьшение количества кислого гудрона, увеличение количества маслорастворимых сульфонатов, которые можно использовать в качестве моющих присадок и ингибиторов коррозии.

На установке непрерывного действия (рисунок 2.86) для получения белого масла с использованием серного ангидрида сырье до поступления в реактор 2 смешивается с циркулирующим кислым маслом. Очищаемое масло и газ-носитель серного ангидрида вводятся в верхнюю часть реактора. Затем смесь поступает в сепаратор непрерывного действия 3. Кислое масло снизу сепаратора 3 направляется через отстойник 1 в систему нейтрализации. По выходе из сепаратора 3 газ-носитель нагнетается газодувкой 4 через холодильник 5 в испаритель 6, где он вновь насыщается серным ангидридом с температурой 35°С.

Рисунок 2.86 - Принципиальная схема установки непрерывного действия для очистки сырья серным ангидридом:
1 - отстойник; 2 - реактор; 3 - сепаратор; 4 - газодувка; 5 - холодильник; 6 -испаритель серного ангидрида.
I - сырье; II - жидкий SO3; III - кислое масло; IV - кислый гудрон; V - линия связи с кислотным скруббером дыхательной системы

Очистка масляного сырья и парафинов в электрическом поле. В
промышленной практике находит применение процесс кислотно-щелочной очистки с разделением фаз в электрическом поле. На установке кислотно-щелочной очистки (рисунок 2.87) сырье насосом 12 через холодильник 1 подается к смесительному насосу 13, куда поступает также 96-98%-ная серная кислота. Смесь направляется в реактор-мешалку 2, где выдерживается для завершения реакции 8-10 мин, а затем под напором около 0,3 Мпа - в электроразделитель 3 для отделения кислого гудрона. Кислое масло с верха электроразделителя поступает в смеситель 4; сюда же подается раствор щелочи для нейтрализации продуктов реакции и остатка свободной серной кислоты. С низа электроразделителя уходит кислый гудрон. Смесь масла с раствором щелочи разделяется в отстойнике 5, с низа которого отводятся щелочные отходы. Защелоченное и промытое подщелоченной водой в смесителе 6 масло поступает в отстойник 7. С верха этого отстойника защелоченное масло направляется в смеситель 8, где промывается очищенной водой, и затем поступает в отстойник 9. После отстаивания в отстойнике 9 масло смешивается еще с одной порцией воды в смесителе 10. Вода отделяется от масла практически полностью и дренируется в электроразделителе 11. С верха электроразделителя уходит очищенное масло IX.

Рисунок 2.87 - Принципиальная схема установки сернокислотной очисти с применением электрического поля:
1 - холодильник, 2 - реактор-мешалка; 3, 11 - электроразделители;
4, 6, 8, 10 - смесители; 5, 7, 9 - отстойники соответственно щелочи, подщелоченной воды и воды; 12 - сырьевой насос; 13 - смесительный насос.
I - сырье; II - серная кислота; III - раствор щелочи; IV - подщелоченная вода; V - вода; VI - кислый гудрон; VII - щелочные отходы; VIII - отработанная подщелоченная вода;
IX - очищенное масло

Ниже приведены условия очистки трансформаторного дистиллята (I) и легкоплавкого парафина-сырца (II) серной кислотой с применением электроразделителей.

содержание .. 29 30 31 32 ..