Смазочные материалы (стр. 1 из 7)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………………………..4
1. Теоретические основы процесса………………………………………………..5
2. Характеристика сырья и продуктов…………………………...........................14
3. Выбор и описание технологической схемы установки………………………15
4. Технологический расчет материального баланса и основных
аппаратов установки………………………………………………………......17
Заключение………………………………………………………................................46
Список литературы…………………………………………………………………...47
ВВЕДЕНИЕ
Современное производство нефтяных смазочных масел основано на использовании процессов экстракционного разделения вакуумных дистиллятов и деасфальтизатов. К числу таких процессов относится селективная очистка масляного сырья избирательными растворителями, которая является одной из основных в технологии производства нефтяных масел.
Процесс предназначен для удаления из масляного сырья смолистых соединений, полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серо-, кислород-, азот- и металлоорганических соединений. В этом процессе закладываются такие важнейшие эксплуатационные характеристики масел, как вязкостно-температурные свойства, стабильность против окисления и приемистость к присадкам .
Сырьем процесса служат масляные дистилляты и деасфальтизаты гудронов, получаемые при вакуумной перегонке мазута. Целевые продукты процесса - рафинаты направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел. Побочным продуктом селективной очистки являются экстракты.
При очистке конкретного сырья учитывают результаты предварительных исследований, позволяющие установить примерные выход и качество получаемых продуктов.
Актуальность разрабатываемого проекта в применении наиболее перспективного избирательного растворителя - N-метилпирролидона в процессе селективной очистки с целью увеличения выхода рафината без ухудшения его качества.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
Процесс селективной очистки имеет особое значение для производства нефтяных масел, т.к. позволяет существенно улучшить важнейшие эксплуатационные свойства масел. В качестве избирательных растворителей для очистки нефтяных фракций на практике используются лишь немногие, т.к. растворители селективной очистки должны :
· обладать высокой избирательностью и растворяющей способностью по отношению к извлекаемым компонентам сырья при умеренных температурах, способствующих интенсивному контакту сырья с растворителем;
· плохо растворяться в смеси желательных компонентов сырья, что облегчает его регенерацию из рафинатного раствора;
· иметь плотность, отличающуюся от плотности сырья для быстрого и четкого разделения фаз;
· обладать умеренной температурой кипения, отличающейся от температуры кипения сырья (на 120-150°С), что облегчает регенерацию растворителя из рафинатного и экстрактного растворов;
· быть химически и термически стабильными, то есть, не изменять своих свойств при эксплуатации и хранении;
· химически не взаимодействовать с компонентами очищаемого сырья; плохо растворяться в воде и растворять воду, не образовывать с ней азеотропных смесей;
· иметь низкую вязкость при температурах экстракции для обеспечения хорошего смешения с сырьем;
· обладать хорошими деэмульгирующими свойствами и не образовывать стойких эмульсий при смешении с сырьем при умеренном гидродинамическом воздействии;
· иметь достаточно высокую критическую температуру растворения (КТР) с сырьем, что позволяет проводить процесс при повышенных температурах; низкая температура застывания растворителя облегчает эксплуатацию установки в зимний период;
· не вызывать коррозии аппаратуры, быть нетоксичным, неядовитым, взрыво- и пожаробезопасным, дешевым и недефицитным.
Практически ни один из испытанных и используемых в промышленности растворителей перечисленным требованиям полностью не отвечает. Поэтому предпочтение отдается растворителям, которые удовлетворяют большинству упомянутых требований, обеспечивающих оптимальное проведение селективной очистки.
В настоящее время запатентовано более 200 растворителей и их смесей для использования в процессе селективной очистки масел и работы по дальнейшему поиску эффективных растворителей не прекращаются. Основными промышленными растворителями, нашедшими мировое применение, являются фенол, фурфурол и N-метилпирролидон.
По способности растворять углеводороды растворители делятся на две группы:
1. Растворители, которые смешиваются с жидкими углеводородами нефтяных фракций практически во всех отношениях. Это низкомолекулярные жидкие или сжиженные под давлением углеводороды парафинового ряда, этиловый эфир, хлороформ, четыреххлористый углерод и др. Одни из этих растворителей обладают слабой полярностью, другие вообще неполярны.
2. Полярные соединения, имеющие высокий дипольный момент (фенол, фурфурол, N-метилпирролидон, нитробензол, кетоны и др.). Растворимость нефтяных углеводородов в полярных растворителях зависит от соотношения их количества в растворе, а также от температуры и от химического состава нефтяных фракций.
Растворение компонентов масел в полярных и неполярных растворителях происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия.
Растворение углеводородов нефтяных фракций в неполярных растворителях происходит за счет дисперсионных сил. Неполярные растворители смешиваются с жидкими нефтяными углеводородами в любых соотношениях. Твердые же углеводороды ограниченно растворяются в неполярных растворителях, особенно при низких температурах.
Растворение компонентов масляных фракций в полярных растворителях происходит не только за счет дисперсионного взаимодействия, но и за счет поляризации неполярных и ориентации полярных молекул углеводородов, т.е. за счет индукционного и ориентационного взаимодействия. Наибольшей способностью растворяться в этом случае обладают наиболее поляризованные молекулы, в частности, гетероциклические и ароматические углеводороды различной степени разветвленности, так как в их растворении участвуют три типа межмолекулярного взаимодействия.
Если молекула углеводорода неполярна, но способна к образованию наведенного извне дипольного момента, то в растворении такого углеводорода принимают участие два типа межмолекулярного взаимодействия: дисперсионное и индукционное.
В растворении нормальных парафиновых углеводородов, не подверженных поляризации, участвуют силы дисперсионного взаимодействия.
По этим причинам в полярных растворителях легче растворяются полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями, а также гетероциклические соединения, труднее подвергаются растворению циклические углеводороды с малым числом колец и длинными боковыми цепями и очень слабо растворяются парафиновые углеводороды. Эти особенности разного или избирательного растворения желательных и нежелательных компонентов используются в промышленных условиях для очистки масляных фракций. Эффективность применяемого растворителя для очистки масляного сырья характеризуется такими показателями, как избирательность (селективность) и растворяющая способность.
Растворяющая способность – это абсолютная растворимость компонентов масляных фракций в определенном количестве растворителя при определенной температуре.
По результатам многочисленных исследований, установлены следующие основные закономерности по влиянию химической структуры молекул полярных растворителей на их растворяющую способность (РС) :
1) у растворителей с моноциклической молекулярной структурой с одной функциональной группой РС растет симбатно их дипольным моментам;
2) у растворителей с ациклической структурой с одной и той же функциональной группой РС повышается с увеличением длины алкильной цепи независимо от значений их дипольных моментов (за счет увеличения доли дисперсионных сил);
3) наличие в молекуле второй и более функциональных групп снижает его РС (как у фурфурола и N-метилпирролидона);
4) наличие в молекуле полярного растворителя функциональных групп, способных образовывать водородные связи, всегда приводит к снижению их РС.
Селективными (избирательными) растворителями называют растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья. Избирательные свойства растворителя зависят от его дисперсионных и полярных свойств, которые определяются вкладом углеводородного радикала, обусловливающего дисперсионные силы, и функциональной группы, отвечающей за ориентационные силы.
Функциональные группы по их влиянию на избирательность растворителя располагаются в следующей последовательности:
NO2> CN>CHO>COOH>OH >NH2
Селективность растворения нежелательных компонентов масляных фракций у N-метилпирролидона выше, чем у фенола. По уменьшению избирательной способности растворители располагаются в следующей последовательности:
фурфурол > N-МП > фенол
Задача обработки нефтяных фракций растворителями заключается в том, чтобы подобрать такой растворитель, который бы обладал различной растворяющей способностью по отношению к желательным и нежелательным компонентам масел.
Важнейшими факторами, определяющими эффективность процесса, являются температура и кратность растворителя к сырью, в свою очередь эти факторы зависят от характера очищаемого сырья и требований к качеству очищенного продукта.
При очистке нефтяного сырья необходимо поддерживать такую температуру экстракции, при которой система состоит из двух фаз – рафинатного раствора, содержащего очищенный продукт (рафинат) и сравнительно небольшую часть растворителя и экстрактного раствора, состоящего в основном из растворителя и растворенных в нем нежелательных компонентов (экстракта). Это условие выполнимо при температурах ниже КТР данного сырья в данном растворителе на 20-30 0С.