Лекция 5.4. Депарафинизация ма

Технология переработки нефти,
природного и попутного газов
Лекция № 5.4
Депарафинизация масляных фракций
Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М.
Процессы депарафинизации рафинатов кристаллизацией
Назначение процессов депарафинизации — удаление из рафинатов
высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел
с низкими температурами застывания.
Различают процессы:
— обычной ДП с получением масел с Тзаст. от —10 до —15°С;
— глубокой ДП с получением масел с Тзаст. —30 °С и ниже.
Процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции —
экстрактивную кристаллизацию – и основан на разной растворимости
углеводородных компонентов масел в некоторых растворителях при низких
температурах.
Процессы депарафинизации рафинатов кристаллизацией
Целевой продукт – депарафинизаты — депарафинированные дистиллятные и
остаточные масла.
Побочные продукты - гачи из дистиллятного и петролатумы из остаточного сырья,
направляемые на обезмасливание с получением соответственно парафинов и церезинов –
сырья многих отраслей промышленности.
Основные закономерности – составы сырья
Рафинаты - все типы высокомолекулярных углеводородов
(за исключением асфальтенов, смол и полициклических ароматических
углеводородов с короткой алкильной цепью)
Низкозастывающие компоненты
(т.н. вязкостно-застывающие
компоненты)
- Не кристаллизуются;
- Теряют свою подвижность при
охлаждении вследствие вязкостного
застывания (застекловывания).
Кристаллизующиеся компоненты
(т.н. структурно-застывающие
компоненты)
- При охлаждении затвердевают в
кристаллическую массу.
Вещества с низким ИВ:
• высокомолекулярные смолистоасфальтеновые вещества;
• полициклические ароматические
углеводороды с короткими боковыми
цепями.
Вещества с высоким ИВ:
• алкилароматические и
алкилнафтеновые углеводороды
Образование твердой кристаллической
массы, которая иммобилизует всю массу
продукта:
• Твердые парафины (церезины);
• Твердые нафтены;
• Твердые арены.
Основные закономерности – составы сырья
Вещества с низким ИВ:
• высокомолекулярные смолистоасфальтеновые вещества;
• полициклические ароматические
углеводороды с короткими боковыми
цепями.
Образование твердой кристаллической
массы, которая иммобилизует всю массу
продукта:
• Твердые парафины (церезины);
• Твердые нафтены;
• Твердые арены.
Понизить Тзаст можно только удаляя
данные вещ-ва
Понизить Тзаст можно:
- удаляя данные вещ-ва
- Вводом присадок-депрессаторов
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 понижения температуры
застывания нефтепродукта (но не температуры помутнения).
Основные закономерности – составы сырья
Предельная глубина депарафинизации определяется температурой вязкостного
застывания некристаллизующихся компонентов масел – ниже этого предела даже
некристаллизующиеся компоненты теряют подвижность.
Некристаллизующиеся компоненты масел - алкилнафтеновые и
алкилнафтеноароматические углеводороды.
Кристаллизующиеся компоненты сырья
Основной показатель – температура плавления (!!!)
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 молярной массой наиболее высокими
температурами плавления обладают алканы нормального строения.
3. Алканы нормального строения, содержащиеся в нефтепродуктах, относятся без
исключения к кристаллизующимся компонентам.
4. С повышением температуры кипения и молярной массы масляных фракций
относительное содержание н-алканов, находящихся в данной фракции твердых
углеводородов, уменьшается при возрастании содержания углеводородов
изостроения и циклических структур.
Чем более, широкий фракционный состав имеет сырье, тем меньше размеры
кристаллов гача (петролатума), тем сложнее его отделение в фильтрах!!!
Процессы депарафинизации рафинатов кристаллизацией
Растворитель – смесь метилэтилкетона и толуола (реже ацетон + толуол, МЭК +
метилизобутилкетон). Твердые УВ ограниченно растворяются в полярных и
неполярных раст-лях.
Требования:
-При Т процесса должны растворять жидкие УВ, и не растворять твердые УВ.
-ТЭД (темп. эф-кт ДП) должен быть минимальным – разница между Тзаст. ДП-масла и
фильтрации (конечного охлаждения) смеси с р-лем – тогда процесс экономичнее;
-должны снижать вязкость суспензии П. в масле – фильтрование эффективнее.
Состав растворителя
МЭК + толуол – 40-60 % МЭК
Ацетон + толуол – 25-40 % МЭК
Метилизобутилкетон (100 %) – дороговизна и эффективность
Хладагент – аммиак или пропан (Тзаст. до -20°С), + этан или этилен при глубокой ДП
(Тзаст. до -20°С).
Характеристики растворителей
Неполярные растворители (пропан, бутан, легкий бензин, бензол, толуол):
- Тв. УВ растворяются неограниченно при Тпл – необходимо
переохлаждение – слишком высокий ТЭД (15-25 °С)!!!
- Низкая селективность – «масло» остается в Тв. УВ!!!
- Малые скорости охлаждения растворов;
- При работе с СУГ – повышенное давление в системе.
Полярные растворители (ацетон, метилэтилкетон):
- Тв. УВ растворяются неограниченно только при температурах выше Тпл;
- Плохо растворяют вязкостно-застывающие УВ – они оказываются в гаче;
Смешанные растворители:
полярные + неполярные
Осаждают Тв. УВ
Растворяют
вязкостнозастывающие
компоненты
Чем выше ММ кетона, тем
выше его растворяющая
способность
Характеристики растворителей
Чем больше ароматического
растворителя в смеси, тем
выше растворяющая
способность
Параметры процесса депарафинизации
Кратность растворителя:
- Чем больше растворителя, тем больше снижение вязкости, более крупные
кристаллы – выше эффективность фильтрации; однако, избыток растворителя
повышает температуру помутнения – из-за большого числа мелкодисперсных
кристаллов.
Качество сырья:
- чем выше Ткип. сырья и его вязкость, тем меньше полнота выделения П., ниже
скорость фильтрации и выше Тзаст. масла.
-Чем выше вязкость сырья и больше Тв.П., тем больше требуется растворителя;
-Чем более узкая фракция сырья, тем выше скорость фильтрации, больше выход
масла и чище гач.
Количество этапов разбавления
-Остаточное сырье – 1 разбавление при Т термообработки (60 град.С)
-Дистиллятное сырье – 3-4 разбавления между стадиями термообработки и
фильтрации
Температура фильтрации – ниже требуемой Тзаст ДП-масла на величину не
меньшую, чем величина ТЭД (5-10 град.С)
Параметры процесса депарафинизации
Скорость охлаждения раствора сырья:
Высокая скорость:
- Кристаллы мелкие – ниже скорость фильтрования – больше содержание масла в
гаче.
Низкая скорость
- Кристаллы крупные – фильтрация протекает эффективнее.
Скорость охлаждения сначала ниже (образуются первичные кристаллы –
центры последующей кристаллизации) – потом выше.
Параметры процесса депарафинизации
Технология процесса депарафинизации рафинатов
Предварительная термообработка
Технология процесса депарафинизации рафинатов
Барабанный вакуумный фильтр
Кристаллизатор – горизонт. теплообменник
типа «труба в трубе», оснащенный
скребками во внутренней трубе.
Технологическая схема процесса депарафинизации
Технологическая схема процесса депарафинизации
Технология процесса депарафинизации рафинатов
С последнего фильтра-барабана выходит жидким
продуктом депарафинизат
Общий принцип процесса
Фильтрбарабан
Депарафинизат
Гач/петролатум
Из первого фильтра-барабана, смесь, чуть нагревшись, разбавляется
растворителем и подается во второй фильтр-барабан
Растворитель
Твердые парафины
счищаются с поверхностей
фильтров и смешиваются
Фильтрбарабан
Жидкая часть смеси успешно фильтруется, парафины
остаются на поверхности фильтра
Растворитель не дает застывать целевым
компонентам, в результате застывают только
парафины; вся смесь подается в фильтр-барабан
NH3 газ.
Аммиачный
холодильник
Рафинат смешивается с растворителем
перед подачей в следующий холодильник
Рафинат охлаждается в
аммиачном холодильнике, где
аммиак испаряется за счет того,
что забирает тепло у рафината
NH3 газ.
NH3 жидк.
Растворитель
Аммиачный
холодильник
Рафинат
NH3 жидк.